基于中心频移的谐波估计算法的研究.PDFVIP

第３６卷 第４期 电工 电能新 技 术 Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．４ ２０１７年４ 月 Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ａｐｒ． ２０１７ 基于中心频移的谐波估计算法的研究 徐艳春，刘宇龙，李振兴，李振华 （梯级水电站运行与控制湖北省重点实验室，三峡大学，湖北 宜昌４４３００２） 摘要：为了提高谐波分析在电力系统中的精确度和稳定性，针对实际环境中的干扰因素，本文提出 一种基于中心频移的谐波参数估算新方法。 利用时域频移的方法使谐波谱线位于量化频率的１／ ２ 处，考虑到频移后各次谐波谱线不会刚好位于理想位置上，提出了偏移因素来修正谱线位置，并推 导出相应的幅值、相角和频率的估算公式。 最后通过模型仿真和硬件实验进行验证，结果表明基于 中心频移的ＦＦＴ谐波参数估计算法是有效的，该算法能高精度地估算出各次谐波信号的参数，同 时抑制实际环境中的干扰因素。 关键词：谐波分析；快速傅里叶变换； 中心频移；偏移因素；参数估计 中图分类号：ＴＭ７１４　 　 　 　 　 文献标识码：Ａ　 　 　 文章编号：１００３⁃３０７６（２０１７）０４⁃００３７⁃０８ 率，计算过程简便。 但该算法的精确度受信号谱线 １　 引言 位置的限制，若结合频移可提高Ｒｉｆｅ算法的精确度 随着非线性负荷量的增加，谐波污染问题日益 以及在干扰环境中的鲁棒性。 Ｒｉｆｅ算法已被应用于 ［１０］ ［１１］ 严重。 这些问题不仅威胁到电力系统的安全运行， 涡街信号测量 、雷达测距 等领域。 ［１］ 本文在改进Ｒｉｆｅ算法的基础上，提出了一种实 也缩短了电力系统中设备的使用寿命 ，所以高精 度的谐波分析一直是人们研究的热点。 自从 Ｃｏｏｅ⁃ 时高精度且适用于电网环境的谐波检测新算法。 本 ｌｙ⁃Ｔｕｋｅｙ提出快速傅立叶变化（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓ⁃ 文首先分析了Ｒｉｆｅ 算法估算多次谐波参数的可行 ｆｏｒｍ，ＦＦＴ）以来，ＦＦＴ 迅速被运用于电力系统谐波 性；对基于中心频移的谐波分析过程做详细地推导， 分析，机械设备故障诊断等领域，成为一种应用极为 得到相关参数的估算公式；然后在多次谐波信号模 广泛的信号处理方法。 在长期的实际应用和理论分 型中进行仿真实验，将本文方法与相关算法做对比， 析中发现，由ＦＦＴ计算得到的频谱在估算谐波参数 并在白噪声环境中和基波频率波动时讨论算法的估 ［２］ 时，会产生极大的误差 。 减小这种误差使用最广 算效果；最终通过 ＤＳＰ 实现该算法，验证本文算法 ［３］ 泛的校正方法是插值法 ，即寻找频率归一后最接 在实际应用中的可靠性。 近主瓣峰值的两条谱线，并根据它们的窗谱函数的 ２　 Ｒｉｆｅ算法及其改进算法 比值建立一个以频率参数为变量的方程，然后得到 校正频率，同时估算出幅值和相角。 为了提高插值 针对检测淹没在噪声中的单正弦信号频率，文 法的精确度，文献［４⁃７］选用旁瓣性能更好的窗函 献［９］提出了Ｒｉｆｅ算法，即利用频谱中信号附近两 数，比如Ｒｉｆｅ⁃Ｖｉｎｃｅｎｔ窗、Ｎｕｔｔａｌｌ窗和自卷积窗；文献 根最近的谱线去估算信号频率。 ［８］提出三谱线插值算法。 这些改进算法在提高精 设检测的正弦信号表达式为：