基于漢寧乘積窗的信號諧波分析方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于漢寧乘積窗的信號諧波頻譜分析方法及系統(tǒng)，該方法采用漢寧乘積窗對離散化信號加窗，對加窗后信號和漢寧乘積窗進行FFT變換；根據(jù)FFT變換后的信號頻譜圖和漢寧乘積窗獲得實際基波頻率和各次諧波的幅值和相位。本發(fā)明將漢寧乘積窗與FFT變換結合，在非同步采樣狀態(tài)下可實現(xiàn)極高精度的諧波分析；同時還具有計算量小、耗時短、實用性高等優(yōu)點。
【專利說明】基于漢寧乘積窗的信號諧波分析方法及系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)諧波頻譜分析方法，具體為一種基于漢寧乘積窗的信號 諧波分析方法及系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 電力系統(tǒng)中，諧波的檢測和處理對電力系統(tǒng)非常重要，精確計算諧波在諧波源定 位、諧波治理和維護電力系統(tǒng)穩(wěn)定性中起著至關重要的作用。但諧波計算精度會受到環(huán)境 變化影響，特別是當頻率波動和存在噪聲時，精確度會明顯降低。目前，電力系統(tǒng)廣泛使用 IEC61044規(guī)定的頻率4kHz或10kHz對信號采樣，然后用快速傅里葉變換（FFT)處理被采樣 的離散信號?；l率的波動所造成的非同步采樣將會導致頻譜泄露和欄柵效應，造成的 誤差不能滿足系統(tǒng)對諧波分析精度的要求。
[0003] 為解決上述問題，國內(nèi)外學者研究并提出了很多基于窗函數(shù)的諧波分析法，其 中最常用的有余弦加窗FFT分析法，該方法能明顯改善頻譜泄露，減少欄柵效應，提高 諧波分析精確度。選取合適的窗函數(shù)能有效降低頻譜泄露的影響，加窗FFT的性能主 要取決于窗函數(shù)性質，一系列窗函數(shù)，如漢寧（Hanning)窗、漢明（Hamming)窗、哈布斯 (Blackman-Harris)窗等都被用來提高電力系統(tǒng)諧波分析的精確度。但以上窗函數(shù)的旁瓣 特性都不能很好的抑制頻譜泄露，他們在分析諧波信號時會存在較大誤差，難以實現(xiàn)電力 系統(tǒng)高精度的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種可有效抑制頻譜泄露的基于漢寧乘 積窗的信號諧波頻譜分析方法及系統(tǒng)，該方法具有極高的精確度，能明顯提高諧波參數(shù)的 計算準確性。
[0005] 本發(fā)明基于漢寧乘積窗（Hanning乘積窗）實現(xiàn)，以Hanning窗為基本窗函數(shù)，將 基本窗函數(shù)相乘即獲得漢寧乘積窗Wh_inp(n):
[0006]

【權利要求】
1. 基于漢寧乘積窗的信號諧波分析方法，其特征在于，包括步驟： 步驟1，對電力系統(tǒng)信號x(t)進行模數(shù)轉換獲得離散化信號X(η)，所述的電力系統(tǒng)信 號x(t)為電壓信號或電流信號； 步驟2,采用漢寧乘積窗對離散化信號X (η)加窗，對加窗后信號和漢寧乘積窗進行FFT 變換，獲得FFT變換后的信號頻譜圖和漢寧乘積窗；所述的漢寧乘積窗為ρ個漢寧窗相乘獲 得，Ρ值根據(jù)實際情況進行設定； 步驟3,根據(jù)FFT變換后的信號頻譜圖和漢寧乘積窗獲得實際基波頻率； 步驟4,根據(jù)FFT變換后的信號頻譜圖和實際基波頻率獲得基波和各次諧波的幅值、相 位。
2. 如權利要求1所述的基于漢寧乘積窗的信號諧波分析方法，其特征在于： 所述的漢寧窗
，Ν為窗長度，η表不米樣點，為整數(shù)， 0彡η彡Ν-1 ; 所述的漢寧乘積窗
3. 如權利要求1所述的基于漢寧乘積窗的信號諧波分析方法，其特征在于： 所述的根據(jù)FFT變換后的信號頻譜圖和漢寧乘積窗獲得實際基波頻率，具體為： 將離理論峰值點最近的左右兩側離散譜線序號分別記為h和k2，離散譜線&和k2對 應的幅值分別為yi和y2，根據(jù)
獲得實際基波的離散譜線序號1?，從 而獲得基波頻率；其中，W( ·)為FFT變換后的漢寧乘積窗。
4. 如權利要求1所述的基于漢寧乘積窗的信號諧波分析方法，其特征在于： 所述的根據(jù)FFT變換后的信號頻譜圖和實際基波頻率獲得基波和各次諧波的幅值、相 位，具體為： 在FFT變換后的信號頻譜圖的[(hffa)，（hfda)]頻率范圍中找尋第i次諧波對應 的離散譜線kn和ki2, i為諧波次數(shù)，a根據(jù)電力系統(tǒng)允許的諧波最大偏差設置；基于離散 譜線kn和ki2對應的幅值yn和yi2，采用幅值修正公式和相位修正公式獲得第i次諧波的 幅值和相角。
5. 基于漢寧乘積窗的信號諧波分析系統(tǒng)，其特征在于，包括： 模數(shù)轉換模塊，用來對電力系統(tǒng)信號X (t)進行模數(shù)轉換獲得離散化信號X (η)，所述的 電力系統(tǒng)信號x(t)為電壓信號或電流信號； 加窗和FFT變化模塊，用來米用漢寧乘積窗對離散化信號X (η)加窗，對加窗后信號和 漢寧乘積窗進行FFT變換，獲得FFT變換后的信號頻譜圖和漢寧乘積窗；所述的漢寧乘積窗 為Ρ個漢寧窗相乘獲得，Ρ值根據(jù)實際情況進行設定； 實際基波頻率獲得模塊，用來根據(jù)FFT變換后的信號頻譜圖和漢寧乘積窗獲得實際基 波頻率； 諧波幅值和諧波相位獲得模塊，用來根據(jù)FFT變換后的信號頻譜圖和實際基波頻率獲 得基波和各次諧波的幅值、相位。
6.如權利要求5所述的基于漢寧乘積窗的信號諧波分析系統(tǒng)，其特征在于： 所述的諧波幅值和諧波相位獲得模塊進一步包括： 諧波對應的離散譜線找尋模塊，用來在FFT變換后的信號頻譜圖的[(hffa)， (hfo+a)]頻率范圍中找尋第i次諧波對應的離散譜線kn和ki2, i為諧波次數(shù)，a根據(jù)電力 系統(tǒng)允許的諧波最大偏差設置； 幅值和相位求解模塊，用來基于離散譜線kn和ki2對應的幅值yn和y i2，采用幅值修正 公式和相位修正公式獲得第i次諧波的幅值和相角。
【文檔編號】G01R31/00GK104062528SQ201410320655
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權日:2014年7月4日
【發(fā)明者】武婕, 劉開培, 樂健, 汪立, 彭宏亮, 陳宜皇, 高云鵬 申請人:武漢大學