电力系统间谐波检测方法与实现

• 作 者: 张恒煜
• 出 处: 哈尔滨理工大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 间谐波 六谱线插值 五项MSD窗 嵌入式Linux

快速傅里叶变换是目前最常用的间谐波分析方法,但直接使用快速傅里叶变换进行间谐波检测会产生频谱泄漏和栅栏效应等问题,检测精度较低。为了解决频谱泄漏对间谐波检测的影响,需要使用性能优良的窗函数对信号进行加窗截断。本文首先对常用窗函数进行分析,研究了不同窗函数的频谱特性,讨论了窗函数的选取原则,在此基础上,分析了五项最大旁瓣衰减(Maximum-sidelobe-decay,MSD)窗的频域特性,结论表明,相比常用的窗函数,五项MSD窗具有更好的频域特性。为了进一步改进窗函数的旁瓣性能,构造并研究了五项MSD自卷积窗的特性,结果表明,随着卷积阶数的增加,窗函数的旁瓣特性越来越好,但主瓣宽度也逐渐增加,为了兼顾主瓣宽度,最终构建五项MSD二阶自卷积窗作为采样窗抑制采样信号的频谱泄漏。为了减小栅栏效应对间谐波检测的影响,使用频域插值对误差进行修正。本文在分析了加窗后谱线特征的基础上,讨论了六谱线插值算法,并结合五项MSD二阶自卷积窗,给出了五项MSD二阶自卷积六谱线插值算法,简称五项六谱线插值算法。并与快速傅里叶变换进行对比。使用五项六谱线插值算法对间谐波信号进行检测。首先验证了算法本身的计算精度,其次将本算法与其他常用加窗插值算法做对比。再次,测试了含有噪声情况下、含有较密集的间谐波信号情况下、基波频率发生变化情况下算法的检测性能。仿真结果表明,相比其他常用加窗插值算法,本算法具有更高的计算精度;在信号存在噪音时仍可满足精度要求;当间谐波频率分布较密集时,仍可准确辨识间谐波分量,并且随着采样序列长度的增加,间谐波辨识精度大幅提升;当基波频率发生变化时,算法本身受到的影响很小。建立了嵌入式开发平台,完成了软件框架的设计,并完成了嵌入式用户界面的开发。