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1、電測(cè)與儀表Electrical Measureme nt &ln strume ntati on總第49卷第554期2012年第2期Feb. 2012引言在電力系統(tǒng)中,由于各種非線性電力設(shè)備負(fù)荷(如各種晶閘管整流裝置、變頻 裝置等因素的影響,電網(wǎng)頻率通常會(huì)發(fā)生偏移,從而產(chǎn)生各次諧波分量,使得電網(wǎng)污 染日益嚴(yán)重,這已成為影響電能質(zhì)量的主 要公害之一,對(duì)電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn) 行造成了極大的影響1。所以,實(shí)時(shí)測(cè)量電網(wǎng)中的諧波含量以確切掌握電網(wǎng)諧波的實(shí)際狀況,對(duì)于防止諧波危害、維護(hù)電網(wǎng)的安全運(yùn)行是十分必要的2。目前常用的最直接的電網(wǎng)諧波參數(shù)的分析方法是應(yīng)用FFT算法。為解決不同步采樣而造成的
2、頻譜泄漏,越來(lái)越多的人更關(guān)注各種算法來(lái)解決這種非同步采樣的問(wèn)題,文獻(xiàn)3-7詳細(xì)的介紹了加窗插值法,并逐步改進(jìn),但此方法不足之處在于對(duì)諧波的相角測(cè)量精度不高。頻譜校正理論的不斷發(fā)展與完善,使諧波測(cè)量在精度上達(dá)到了一定高度,文獻(xiàn)8中提到的頻譜 校正方法比較多,許多頻譜校正理論方法已經(jīng)能準(zhǔn)確地自動(dòng)識(shí)別出各諧波成分,并 自動(dòng)校正其頻率、幅值和相位9-10。本采用的全相位FFT算法(以下簡(jiǎn)稱apFFT ,它具有相位不變性”能夠自 動(dòng)搜索峰值,無(wú)需任何校正措施,具有很優(yōu)良的抑制頻譜泄漏特性,大大的提 高了電 力系統(tǒng)諧波測(cè)量的精度11。1全相位分析方法的原理全相位FFT算法在諧波測(cè)量中的應(yīng)用付賢東1,康喜明
3、2,盧永杰1,尹星1(1.三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院,湖北宜昌443002; 2.青海省電力公司 海西供 電公司修試所,青海海西816000摘要:傳統(tǒng)FFT算法的結(jié)果可以通過(guò)一些算法實(shí)現(xiàn)頻譜校正,如FFT插值法、比值 法等,但在對(duì)諧波參數(shù)測(cè)量時(shí)存 在一定的誤差,精度有限,影響諧波分析結(jié)果的準(zhǔn)確 性。本文在現(xiàn)有的離散頻譜校正方法基礎(chǔ)上,提出一種全相 位FFT算法。該算 法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)搜索各個(gè)諧波峰值,能夠有效提高對(duì)電網(wǎng)諧波頻率、相位和幅值的測(cè)量 精度。通過(guò)matlab仿真工具,將全相位FFT算法與比值法測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)果 表明該算法簡(jiǎn)單實(shí)用,精度高,特別是對(duì)間諧波的檢測(cè),能有效防止頻譜泄露,抗干
4、 擾能力強(qiáng)。關(guān)鍵詞:全相位FFT ;數(shù)據(jù)預(yù)處理;相位不變性;間諧波中圖分類 號(hào):TM935文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-1390(2012 02-0019-04Applicati on of All Phase FFT Algorithm in Harmo nic Measureme ntFU Xia n-do ng 1,KANG Xi-mi ng 2丄U Yon g-jie 1,丫IN Xi ng1(I.College of Electrical Engin eeri ng &New En ergy, Chi na Three Gorges Un iversity, Yichan
5、g 443002, Hubei, China.2. Institute of Overhauling &Experiment, Hai Xi Electric Power Company, Haixi 816000, Qinghai, China Abstract :The result of the traditional FFT algorithm can be corrected through some methods, such as the FFT wi ndow in terpolati on algorithm, the ratio method and so on.
6、However, the test accuracy is limited and there is one larger measureme nt error that affect the accuracy of harm onic an alysis. Based on the method of discrete spectrum correctio n, this paper studies a new correcti on method -All phase FFT algorithm. This algorithm can automatically search for th
7、e peak of each harmonic, and it can effectively improve the power of the harm onic freque ncy, phase and amplitude accuracy. In this paper, with the matlab tool, comparing the two methods, the resultsshow that the All phase FFT algorithm is simple, practical and high precisi on, especially for the d
8、etecti on of in ter-harm oni cs. It can effectively preve nt spectral leakage and has a strong anti-interference ability.Key words :all-phase FFT, pre-process ing of the data, phase inv aria nt, interharm onics 19-電測(cè)與儀表Electrical Measureme nt &ln strume ntati on總第49卷第554期2012年第2期Feb. 2012全相位分析方法
9、的根本思想是為解決信號(hào)數(shù)據(jù)截?cái)嗨a(chǎn)生誤差而提出的,該方 法主要考慮了數(shù)據(jù)段中心樣本點(diǎn)的所有可能截?cái)嘟M合,因此它能有效的減小柵欄效 應(yīng)和泄漏現(xiàn)象。假設(shè)并設(shè)原信號(hào)的離散序列為x (n ,輸入數(shù)據(jù)為,x (-N +1 ,,x (0 ,(N -1 ,若把所有的 分段都考慮,則可形成如下分段x 0x N -1,有:x 0:x(0 ,,x-2N x (N -1 x 1:x (-1 , x (0 ,,-3 N (N -2 x N -1:x (-N +1 ,,x1( , x (0若將各分段數(shù)據(jù)以x0為中心對(duì)齊,這樣對(duì)信號(hào)進(jìn) 行截?cái)?就充分考慮到了所有 情況,再對(duì)所有情況做FFT變換,最后將所有結(jié)果利用窗函數(shù)加
10、權(quán)求和,具體過(guò)程如 圖1所示。列 vtiii.r(n-w-n叩FFT療:-Kh>積W=wI*h2丸一稚闞數(shù))i J.一.X丨)=就少搜a(bǔ)pFFT索枳.vd+.>*Pit3A;-)分析*r值延時(shí)N在如上所示的一組數(shù)據(jù)中信號(hào)的離散序列為:x (n =ej (2n k On /N + ©0(1則DFT為:X N (k =12 nX (e j 3 W (e j 3 3 =2n k N=12n2 nS -(30 X (e j3 e j ©0sin ( 3 N /2sin ( 3 /2 e-j 1n -1 33二2n k Nsin ( nk(IOsin ( nk(IO /N
11、e-j (N -1 (k-k 0 n /N ej H(2式中k =0,1,,(N1。由式(2可知(k -k 0為頻率偏離值,所以DFT相位與頻率偏離值有關(guān),將上述信號(hào)經(jīng)全相位處理后輸出,根據(jù)文獻(xiàn)9中推導(dǎo)過(guò)程知apFFT輸出為:丫 N (k =1N sin 2(n (kk 0sin 2( n-kk0 /Ne(3從公式知apFFT相位為初相位© 0,與頻率偏離值無(wú)關(guān),它具有相位不變性” 所以apFFT的相位-頻率特性是一條水平線,即其群延時(shí)為0,在任一頻率點(diǎn)測(cè)相位都可以。2apFFT的數(shù)據(jù)處理過(guò)程apFFT的算法是先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全相位處理,然后進(jìn)行傳統(tǒng)的FFT運(yùn)算。經(jīng)全 相位處理后的信號(hào),
12、可由原來(lái)的帶有跳變的信號(hào)變?yōu)槠交B續(xù)的信號(hào),使得周期延 拓后不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)的跳變。本文中數(shù)據(jù)處理如 下:(1構(gòu)成一個(gè)N點(diǎn)的漢寧窗;(2漢寧窗對(duì)自己求卷積,得到(2N -1點(diǎn)的卷積 窗;(3求(2N -1點(diǎn)的卷積窗的和;(4將卷積窗的每一項(xiàng)除以卷積窗的和,得到(2N -1點(diǎn)的歸一化卷積窗;(5將數(shù)據(jù)的1:(2N -1項(xiàng)和歸一化卷積窗相乘,得到加窗的(2N -1項(xiàng);延時(shí)N,將 數(shù)據(jù)的(N +1 :(3N -1項(xiàng)和歸一化卷積窗相乘,同樣得到加窗的(2N -1項(xiàng);(6將第1 項(xiàng)和(N +1項(xiàng),第2項(xiàng)和(N +2項(xiàng).第(N -1項(xiàng)和第(2N -1項(xiàng)相加,將延時(shí)N后的數(shù)據(jù)按同 樣的方式相加,得到經(jīng)過(guò)全相預(yù)
13、處理的N點(diǎn)序列。實(shí)現(xiàn)過(guò)程框圖如圖2所示。3實(shí)驗(yàn)仿真為了驗(yàn)證算法的準(zhǔn)確性,假定電網(wǎng)波形可用表達(dá)為:x (t =刀 n其中,基波、諧波、間諧波的幅值按實(shí)際電網(wǎng)信號(hào)(這里選擇公網(wǎng)諧波電壓 的限制范圍內(nèi),在電網(wǎng)標(biāo)稱電壓為0.38kV的情況下的特點(diǎn)設(shè)置,各種頻率信號(hào) 的相位任意設(shè)定,具體參數(shù)如表1所示。為了能更清楚的說(shuō)明此方法的優(yōu)越性,本文將文獻(xiàn)8-9所講的比值法與本方法 在相同的條件下通過(guò)圖 1N 階 apFFT 頻譜分析過(guò)程基本框圖 Fig.lN -order apFFT spectrum an alysis of thebasic block diagramx (-N+1 x (-1x (0x (
14、1x (N-1 圖 2apFFT 法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2System structure diagram of the apFFT method20-電測(cè)與儀表Electrical Measureme nt &ln strume ntati on總第49卷第554期2012年第2期Feb. 2012matlab仿真比較,設(shè)采樣頻率為3000Hz ,數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為1024,兩種方法均采用漢 寧加窗,在無(wú)噪和加噪(信噪比為40dB情況下,得到各次諧波、間諧波幅值、相位、頻率與給定值的比 較。具體的數(shù)據(jù)如表2所示。4仿真結(jié)果分析表2中的所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到:(1在無(wú)噪時(shí),apFFT法測(cè)的頻率、相
15、位和幅 值基本上與給定值一致,最大的相角偏差僅為0.0002 °比值法測(cè)的最大相角為 1.58614 ;在相角測(cè)量精度方面,apFFT法甚至比值法高出6個(gè)數(shù)量級(jí)(如在間諧波頻率為25Hz時(shí),apFFT相位測(cè)量誤差僅為0.00001,而比值法的測(cè)量誤差為1.58614 ;(2在加 噪時(shí),apFFT法測(cè)量的頻率、相位和 幅值精度比傳統(tǒng)比值法基本高出12個(gè)數(shù)量 級(jí);(3從分析偶次諧波(k =2,4時(shí),比值法估計(jì)精度有所下降(如偶次諧波相位偏差達(dá)到了 0.5左右,而apFFT 則不然,其頻率、相位和幅值基本上無(wú)偏差。表1各諧波參數(shù)Tab.1The parameters of the harm
16、 onic表2諧波實(shí)測(cè)結(jié)果分析表Tab.2Measured results of harm onic an alysis table分析測(cè)試結(jié)果,我們不難得出如下結(jié)論:(1從頻率、幅值和相位三個(gè)參數(shù)來(lái)看, 無(wú)論是在 無(wú)噪還是加噪情況下,用apFFT法測(cè)得的電網(wǎng)諧波的 精度都高于比值法, 其中在測(cè)試相角精度上apFFT優(yōu)勢(shì)明顯;(2對(duì)間諧波參數(shù)的測(cè)量,加噪的情況下apFFT法對(duì)頻率、相角和幅值的測(cè)量 精度依然很高;(3 apFFT法減少了頻率間的干涉現(xiàn)現(xiàn)象,對(duì)間諧 波的測(cè)量精度高;(4 apFFT法抗噪能力強(qiáng),具有實(shí)用優(yōu)勢(shì)。5結(jié)束語(yǔ)本文提出的apFFT算法具有較高的諧波參數(shù)估計(jì)精度,尤其是對(duì)間諧
17、波參數(shù)的 準(zhǔn)確測(cè)量,這對(duì)諧波補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。另外兩個(gè)電網(wǎng)要并 網(wǎng), 需要電壓信號(hào)同頻同相同幅,測(cè)出同一時(shí)刻的兩路 的樣點(diǎn)精確相位是首要的,apFFT 法無(wú)疑在其中可發(fā) 揮很大的優(yōu)勢(shì)。不足之處是當(dāng)信號(hào)中包含噪聲時(shí),如何提高諧 波參數(shù)測(cè)量精度還值得作進(jìn)一步的研究。/Hz /V /( 25 1.86 10 50 380 5 100 0.62 20 165 17.5 30 200 0.93 60 250 13.3 403151.5580/Hz25 50 100 165 200 250 315 apFFT 24.99999 50.0000099.0 164.99999 200.0000
18、0249.0 314.99999 -0.00001 0 -0.00001 -0.00001 0 -0.00001 -0.00001 25.0023049.99748 99.99999 164.99999 200.00000 249.99999 314.99999 0.00230 -0.00252 -0.00001 -0.00001 0.00000 -0.00001 -0.00001 ap FFT(25.00039 49.99999 100.00156 164.99999 199.99922 249.99984 314.999840.00039 -0.00001 0.00156 -0.00001
19、 -0.00078 -0.00016 -0.0001625.00238 49.99748 99.97053 164.99904 199.98791 249.99898 314.999580.00238-0.00252-0.02947-0.00096-0.01219-0.00102-0.00042/( °0 5 20 30 60 40 80 apFFT 9.99998 5.00000 19.99999 30.0000059.0 40.0000079.0 -0.00002 0 -0.00001 0 -0.00002 0 -0.00001 8.41386 5.14273 21.541903
20、0.00361 60.53281 40.00257 80.10298 -1.58614 1.14273 0.5419 0.00261 0.532810.00257 0.10298 apFFT(9.93754 5.00033 19.89247 30.00018 59.95682 40.00980 80.03958-0.06246 0.00033 -0.10753 0.00018 -0.04318 0.00980 0.039588.04446 5.14298 21.59392 30.00735 60.63588 40.00589 80.10997 0.04446 0.142981.593920.0
21、00735 0.63588 0.00589 0.10997N 1.86 3800.62 17.5 0.93 13.3 1.55 即 FFT 1.86001 379.99999 0.62000 17.49999 0.9300013.29999 1.54999 0.00001 -0.00001 0.00000 -0.00001 0.00000 -0.00001 -0.000011.86121 380.34183 0.62303 17.51201 0.93179 13.30901 1.55102 0.001210.34183 0.00303 0.01201 0.00179 0.00901 0.001
22、02 ap FFT(1.85688 380.00077 0.62161 17.50037 0.92977 13.29997 1.54993 -0.00312 0.000770.00161 0.00037 0.00977 -0.00003 -0.00007 1.86187380.34253 0.62264 17.51211 0.93186 13.30922 1.55145 0.00187 0.34253 0.002640.01211 0.00186 0.00922 0.0014521-電測(cè)與儀表Electrical Measureme nt &ln strume ntati on總第49
23、卷第554期2012年第2期Feb. 2012參考文獻(xiàn)1 吳國(guó)喬,王兆華.離散頻譜的全相位校正法J.數(shù)據(jù)采集與處理,2005, 20(3:286-290.WU Guo-qiao,WANG Zhao-hua. All Phase Correction M ethod for DiscreteSpectrum J.Journal of Data Acquisiti on & Process ing, 2005,20(3:286-290.2 肖雁鴻,毛筱.電力系統(tǒng)諧波測(cè)量方法綜述J.電網(wǎng)技術(shù),2002,26(6:61-64.XIAO Yan-ho ng, MAO Xiao. A Survey
24、 on M easuri ng M ethod for Harmo nics in Power System J.Power System Tech nolog, 2002,26(6:61-64.3 張建秋,沈毅.非整周期采樣算法的誤差分析J.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué) 報(bào),1995,27(5:99-103.ZHANG Jia n-qiu,SHEN Yi. The An alysis of the No n-ln teger-Period Sampli ng AlgorithmJ.Journal of Harbin Institute of Technology, 1995,27(5:99-103.4
25、潘文,錢俞壽.基于加窗差值FFT的電力諧波測(cè)量理論(II雙插值FFT理論J電工技術(shù)學(xué)報(bào),1994,2(5:53-56.Pan Wen, Qia nY u-shou. Power Harmo nics M easureme nt Based on Win dows andIn terpolated FFT (IIDual In terpolated FFT AlgorithmsJ.Tra nsactio ns of Chi naElectrotechnical Society,1994,2(5:53-56. 5任祖華.基于窗函數(shù)的 FFT 諧波參數(shù)估計(jì) 算法J.電測(cè)與儀表,2010, 47(5:
26、8-11.REN Zu-hua. The Harmo nic Parameter Estimati on Algorithm Based on theFFTWin dow Fu nctio nsJ.EIectrical M easureme nt &ln strume ntatio n, 2010,47(5:8-11.李朝生,周進(jìn)有,李先允應(yīng)用改進(jìn)FFT算法實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)諧波的檢測(cè)J.電測(cè) 與儀表,2010,47(11:12-16.LI Chao-she ng, ZHOU Jin-you, LI Xian-yun. Using an Improved FFT Algorithm to Detect Harmonic in a Wind Power Plant J.EIectrical Measurement &Instrumentation, 2010,47(11:12-16.7龐浩,李東霞.應(yīng)用FFT進(jìn)行電力系統(tǒng)諧波分析的改進(jìn)算法J.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2003,23(6:5
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