专利名称：汉宁窗函数连续频谱内插电力谐波参数获取方法
技术领域：
本发明涉及一种电网电压和电流波形畸变的分析和自动监测算法，可用于各种电网电压和电流波形畸变的分析仪器和自动监测装置。属于电力测量和自动化技术领域。
背景技术：
随着电力电子技术和器件的发展，非线性负荷在电力系统中的应用越来越广泛， 电力系统谐波污染日益严重，谐波已成为影响电能质量的主要问题。对谐波分量参数的高精度估计将有利于电能质量的评估和采取相应的必要治理措施。快速傅立叶变换(FFT)是谐波分析最快捷的工具。但是，FFT精确分析频谱的前提是保证对信号的同步采样和整周期截断。实际电网频率通常在工频附近波动的，因此而造成非同步采样和非整数周期截断，这将产生频谱泄漏和谱间干扰，使谱分析产生误差。这一问题的解决通常有2条思路一是通过锁相环技术(硬件或软件)来解决同步采样和整数周期截断问题。由于电网频率并非恒定值，而锁相环响应需要时间，因而不能保证完全同步采样。普遍采用的另一思路是通过选择谱能量主要集中在主瓣，旁瓣普能量小、且幅值衰减快的窗函数，以减小谱间干扰，即频谱的长范围泄漏；通过双谱线间插值修正，以减小栅栏效应，进而提高谐波估计精度。许多学者采用加窗插值法都有效地提高了谐波估计的精度 Γ6]，但随着插值修正曲线拟合函数的阶次增高及谐波含有次数的增多，谐波估计精度提高的同时计算量大量增加。本发明将提出谐波高精度估计的另一条思路，Harming窗函数连续频谱内插精确计算电力谐波参数方法。参考文献H. Xue and R. Yang, Optimal interpolating windowed discrete Fourier transform algorithms for harmonic analysis in power systems [J],IEE Proceedings of Generation, Transmission and Distribution, Vol. 150, No. 5, September 2003:583-587庞浩，李东霞，俎云霄等，应用FFT进行电力统谐波分析的改进算法[J]，中国电机工程学报，2003，23 (6) 50-54曾博，滕召胜，高云鹏，王一，基于Rife-Vincent窗的高准确度电力谐波相量计算方法[J]，电工技术学报，2009，M (8) =154-158曾博，滕召胜，温和，卿柏元，莱夫一文森特窗插值FFT谐波分析方法[J]，中国电机工程学报，2009，29 (10) =115-120卿柏元，滕召胜，高云鹏，温和，基于Nuttall窗双谱线插值FFT的电力谐波分析方法[J]，中国电机工程学报，2008，观05) =153-157Reljin I, Reljin B, Papic V. Extremely flat-top windows for harmonic analysis [J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2007, 56(3)，1025-1041
发明内容技术问题本发明的目的是提供一种汉宁(Harming)窗函数连续频谱内插电力谐波参数获取方法，可用于各种电网电压和电流波形畸变的分析仪器和自动监测装置。技术方案本发明的Harming窗函数连续频谱内插电力谐波参数获取方法采用如下步骤
步骤a.采样被分析电力信号电压或电流，并按快速CZT算法流程(
图1)计算其线性调频Z变换CZT值1(勾久€
，取自然正整数，再由式1、式2和式3分别计算出电力信号的基波参数，幅值、频率和相位；
估计基波幅值
权利要求
1. 一种汉宁窗函数连续频谱内插电力谐波参数获取方法，其特征是该方法采用如下步骤步骤a.采样被分析电力信号电压或电流，并按快速CZT算法流程计算其线性调频Z变换CZT值Z沐)，te
，取自然正整数，再由式丨、式2和式3分别计算出电力信号的基波参数，幅值、频率和相位；估计基波幅值4 = nk ‘) =e [OM - 1]式 1估计基波频率值..f\= ( θ+k，Φ)/2 7Τ式2估计基波相位值拟^咖紐如^货力汉^幻:)·"))]式3这里，#为线性调频Z变换时在频域内的抽样点数为M个X (k)中取得最大值的左值d为起始采样点的角频率力相邻两采样点之间的角频率差；为Χ(λ')的虚部ΚΧ(β》为Χ(β)的实部；步骤b.对Harming窗函数连续频谱在频域内抽样求得各次电力谐波的校正系数马； ffii- a )β =^ll——'-=MXlAm-B ‘) 式 4式4中j力数字角频率；为一预定值，I齒= l, ^ = ITrpflTl , 乂 = 50 为电网基波额定频率.,Ts为采样周期，采样频率/5 = 1/7；等于电网基波额定频率的21倍，i取自然正整数，i=l、2、为以电网ρ次谐波信号的实际数字角频率= InpflX在Harming窗函数连续频谱上在频域内抽样值，ρ为自然正整数；步骤c.从被分析电力信号采样值中减去基波信号采样值，并加Harming窗Was( )截断，得序列,再对&(〃)进行快速傅立叶变换(FFT)，得iT (M ),最终由式5和式6分别计算出各次电力谐波的幅值和相位；ρ 次谐波的幅值4 = K^-^JhKc -^ +cIPl= β沙式 5P次谐波的相位为式6式5和式6中是ρ次谐波FFT离散主谱角频率与的数字角频率差；4是电力P次谐波信号的FFT离散频谱的主谱忌(yi )值的相位；= 为频域采样间隔屯为基波主谱谱线；Icp=Pk1为ρ次谐波主谱谱线。
全文摘要
汉宁(Hanning)窗函数连续频谱内插电力谐波参数获取方法适用于对电力网电压、电流的谐波分析与监测。首先使用线性调频Z变换(Chirp-ZTransform)或称CZT从含有谐波的电力信号中高精度提取基波信号参数(幅值、频率和相位)。然后从被分析电力信号中减去基波信号后加Hanning窗函数截断电力信号，并用FFT计算出剩余信号的频谱。再依据基波频率精确计算出各谐波的频率值。最后依据各谐波频率对Hanning窗函数在频域内插值，精确计算出各电力谐波的参数。本发明与加Hanning窗FFT双谱线插值拟合分析电力谐波方法有基本同等的估值精度，而计算量约为1/2。
文档编号G01R23/16GK102331526SQ20111015499
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者刘昊, 周斌, 唐轶, 尹远, 张跃, 李辉, 杨洛, 渐伟, 秦媛倩, 陈雷 申请人:中国矿业大学