基于谱线能量插值的谐波测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于谱线能量插值的谐波测量方法，满足IEC标准规定的10个周波检测环境，精确检测出某分量的具体参数，而IEC方法只能粗略地检测出信号某频段内的幅值；首次从信号频域谱线能量的角度，通过乘以旋转相位因子，进行能量谱线的变换和插值，对干扰分量能量的相互抵消来消除其旁瓣叠加泄漏的影响，提高频率、幅值和相位的检测精度；当信号中的分量可能会淹没在噪声信号中，通过谱线能量变换将主要信号突出，从而有效地从噪声信号中提取有用信号，源于IEC标准推荐的DFT/FFT算法，原理简单，效果及稳定性较好，具有一定的工程运用价值和良好的应用前景。
【专利说明】基于谱线能量插值的谐波测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于谱线能量插值的谐波测量方法，属于电能质量分析【技术领域】。
【背景技术】
[0002]电能质量的优劣对电网的稳定坚强运行有着至关重要的影响，而谐波、间谐波参数指标是衡量供电质量的一项重要参数，随着国内蓬勃发展的高铁、电动汽车、风电和光伏发电等新能源的接入，能否精确地检测谐波、间谐波参数对其评估影响较大。国际电工委员会(International Electrotechnical Commission, IEC)出台的标准 IEC61000-4-7 和IEC61000-4-30中规定采用DFT/FFT进行频谱分析，并规定了分析窗口长度为10个周波(50Hz系统)，IEC标准规定了同步采样时进行10周波矩形窗的频谱分组检测方法，优点是可以快速地进行谐波、间谐波含量分频段检测，缺点是不能测出某一频率分量的具体参数，且在非同步采样时有较大的测量误差。
[0003]针对IEC标准中的缺陷，目前有很多的基于DFT/FFT改进算法，常用的两类算法是加窗插值算法和相位差算法，加窗插值算法一般是利用分量频率附近的最大和次大两根谱线的幅值进行插值计算，其精度与所加窗的类型有很大的关系，窗函数的旁瓣抑制性能越好其检测精度越高，但同时主瓣宽度越大，目前的方法中采用加窗插值算法会增加数据的长度，使分析窗口长度达到几十个周波，不能满足IEC标准的要求；相位差算法采用的是基于两段不同时刻的数据 进行频谱分析，通过对应谱线的相位差求取分量的参数，因此采样长度至少为20个周波才能满足IEC标准的5Hz分辨率标准，同时，非同步采样带来的旁瓣泄漏对检测结果影响较大，上述的两种算法在计算对应谱线频谱值的时忽略了其它分量的旁瓣泄漏干扰，当频率分量相隔较近或者泄漏较严重时，会产生较大的误差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对IEC标准中的缺陷，常用的两类算法是加窗插值算法和相位差算法存在的不足。本发明的基于谱线能量插值的谐波测量方法，能够解决IEC标准下10个周波数据长度的谐波、间谐波精确检测问题，同时使其能够消除其余分量的旁瓣干扰，以进一步提高谐波间谐波的检测精确度，源于IEC标准推荐的DFT/FFT算法，效果及稳定性较好，具有一定的工程运用价值和良好的应用前景。
[0005]为了达到上述的目的，本发明所采用的技术方案是:
[0006]一种基于谱线能量插值的谐波测量方法，其特征在于:包括以下步骤，
[0007]步骤(1)，对于电网信号的离散采样，采样值g (η Λ t) N为公式(I)，
[0008]
M
g{nM).N =5^4 cm(2wfinAi + f()
i—I( I )
[0009]其中，At为单位采样间隔，M为采样分量个数，为采样分量的频率、幅值和相位，η=0、1、…、N-1, N为米样窗口长度；
[0010]步骤(2)，对步骤(1)的采样值g(nAt)N按照IEC标准规定的10周波加窗，并根据DFT/FFT频谱分析得到频谱G (k)，
[0011]
【权利要求】
1.基于谱线能量插值的谐波测量方法，其特征在于:包括以下步骤， 步骤(1)，对于电网信号的离散采样，采样值g(nAt)N为公式(1)，
2.根据权利要求1所述的基于谱线能量插值的谐波测量方法，其特征在于:步骤(2)对步骤(1)的采样值g(nAt)N按照IEC标准规定的10周波加窗，当基频同步时加10周波的矩形窗，当非同步时加10周波的Hanning窗，当采样窗口长度N >> I时,对应窗谱函数的表达式如下: 矩形窗为，
3.根据权利要求1所述的基于谱线能量插值的谐波测量方法，其特征在于:步骤(3)将频谱G(k)进行乘旋转相位因子处理得到新频谱0(幻的方法为, (I)将公式(2 )表示的频谱G (k)转换为公式(5 )，
4.根据权利要求1所述的基于谱线能量插值的谐波测量方法，其特征在于:步骤(4)，通过对新频谱反幻相邻谱线相加以消除部分旁瓣叠加泄漏，求取对应的频率偏移值^,得到采样分量的频率A的方法为， (1)根据公式(9)，通过对新频谱相邻谱线相加以消除部分旁瓣叠加泄漏，令Λ GO + Λ (Vl)~0，则定义比值因子α为公式(10)，
5.根据权利要求1所述的基于谱线能量插值的谐波测量方法，其特征在于:步骤(5)，插值求得信号的幅值Ai和相位值料的方法为， (1)根据帕塞瓦尔定理，利用对应分量最大能量谱线处的三根谱线对应的频谱值进行平方处理转化为谱线能量，
【文档编号】G01R23/16GK103941090SQ201410161877
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】袁晓冬, 陈兵, 杨洪耕, 罗珊珊, 史明明, 王泽
申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司电力科学研究院, 四川大学