基于汉明乘积窗的信号谐波分析方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于汉明乘积窗的信号谐波频谱分析方法及系统，该方法采用汉明乘积窗对离散化信号加窗，对加窗后信号和汉明乘积窗进行FFT变换；根据FFT变换后的信号频谱图和汉明乘积窗获得实际基波频率和各次谐波的幅值和相位。本发明将Hammng乘积窗与FFT变换结合，在非同步采样状态下可实现极高精度的谐波分析；同时还具有计算量小、耗时短、实用性高等优点。
【专利说明】基于汉明乘积窗的信号谐波分析方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力系统谐波频谱分析方法，具体为一种基于汉明乘积窗的信号 谐波分析方法及系统。
【背景技术】
[0002] 电力系统中的非线性负荷会导致电能质量的恶化。在实际信号处理过程中，信号 处理精确度会受到电能质量变化的影响，基波频率的波动所造成的非同步采样将会导致频 谱泄露和栏栅效应，使得电力系统检测出谐波幅值、相角和频率均存在较大的误差，不能够 满足精度要求。栏栅效应可以采用插值法解决，但因频谱泄漏现象导致的测量误差仍然存 在。对信号加窗后再进行离散傅里叶分析可减少频谱泄露的误差，但过程复杂、计算量大。
[0003] 为解决上述问题，国内外学者做了相应研究，提出了基于FFT的高精度谐波检测 方法、基于纳托尔（Nuttall)窗和5项莱夫-文森特（Rife-Vincent) (I)窗双谱线插值FFT 的电力谐波分析方法、矩形卷积窗算法等。然而由于以上窗函数的频谱旁瓣特性不够理想， 对频谱泄露抑制作用有限，使谐波分析误差较大，难以实现高精度的频率测量和谐波分析， 且计算过程复杂，耗时长，难以满足电力系统谐波分析实时性和准确性的要求。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种可有效抑制频谱泄露的基于汉明乘 积窗的信号谐波频谱分析方法及系统，该方法计算量小、耗时短、精确度高，能实现信号的 实时和精确分析。
[0005] 本发明基于汉明乘积窗（Hamming乘积窗）实现，以Hamming窗函数为基本窗函 数，将基本窗函数相乘即获得汉明乘积窗wm(η):
【权利要求】
1. 基于汉明乘积窗的信号谐波分析方法，其特征在于，包括步骤： 步骤1，对电力系统信号x(t)进行模数转换获得离散化信号X(η)，所述的电力系统信 号x(t)为电压信号或电流信号； 步骤2,采用汉明乘积窗对离散化信号X (η)加窗，对加窗后信号和汉明乘积窗进行FFT 变换，获得FFT变换后的信号频谱图和汉明乘积窗；所述的汉明乘积窗为ρ个汉明窗相乘获 得，Ρ值根据实际情况进行设定； 步骤3,根据FFT变换后的信号频谱图和汉明乘积窗获得实际基波频率； 步骤4,根据FFT变换后的信号频谱图和实际基波频率获得基波和各次谐波的幅值、相 位。
2. 如权利要求1所述的基于汉明乘积窗的信号谐波分析方法，其特征在于： 所述的汉明窗为余弦汉明窗。
3. 如权利要求1所述的基于汉明乘积窗的信号谐波分析方法，其特征在于： 所述的根据FFT变换后的信号频谱图和汉明乘积窗获得实际基波频率，具体为： 将离理论峰值点最近的左右两侧离散谱线序号分别记为h和k2，离散谱线&和k2对 应的幅值分别为yi和y2，根据
获得实际基波的离散谱线序号IV从 而获得基波频率；其中，W( ·)为FFT变换后的汉明乘积窗。
4. 如权利要求1所述的基于汉明乘积窗的信号谐波分析方法，其特征在于： 所述的根据FFT变换后的信号频谱图和实际基波频率获得基波和各次谐波的幅值、相 位，具体为： 在FFT变换后的信号频谱图的[(hffa)，（hfda)]频率范围中找寻第i次谐波对应 的离散谱线kn和ki2, i为谐波次数；a根据电力系统允许的谐波最大偏差设置；基于离散 谱线kn和ki2对应的幅值yn和yi2，采用幅值修正公式和相位修正公式获得第i次谐波的 幅值和相角。
5. 基于汉明乘积窗的信号谐波分析系统，其特征在于，包括： 模数转换模块，用来对电力系统信号X (t)进行模数转换获得离散化信号X (η)，所述的 电力系统信号x(t)为电压信号或电流信号； 加窗和FFT变化模块，用来采用汉明乘积窗对离散化信号X(η)加窗，对加窗后信号和 汉明乘积窗进行FFT变换，获得FFT变换后的信号频谱图和汉明乘积窗；所述的汉明乘积窗 为Ρ个汉明窗相乘获得，Ρ值根据实际情况进行设定； 实际基波频率获得模块，用来根据FFT变换后的信号频谱图和汉明乘积窗获得实际基 波频率； 谐波幅值和谐波相位获得模块，用来根据FFT变换后的信号频谱图和实际基波频率获 得基波和各次谐波的幅值、相位。
6. 如权利要求5所述的基于汉明乘积窗的信号谐波分析系统，其特征在于： 所述的谐波幅值和谐波相位获得模块进一步包括： 谐波对应的离散谱线找寻模块，用来在FFT变换后的信号频谱图的[(hffa)， (hfo+a)]频率范围中找寻第i次谐波对应的离散谱线kn和ki2，i为谐波次数；a根据电力 系统允许的谐波最大偏差设置； 幅值和相位求解模块，用来基于离散谱线kn和ki2对应的幅值yn和y i2，采用幅值修正 公式和相位修正公式获得第i次谐波的幅值和相角。
【文档编号】G01R23/16GK104062500SQ201410321280
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】武婕, 刘开培, 乐健, 汪立, 彭宏亮, 陈宜皇, 高云鹏 申请人:武汉大学