[发明专利]一种谐波分析算法

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理领域,具体涉及一种谐波分析算法。

背景技术

目前随着工业负荷的不断发展及电力电子设备的大量应用，非线性负荷己经成为电力系统负荷的重要组成部分。据统计，目前已有20％的电力负荷通过各种形式的功率交换来实现。大量非线性负荷的投入将给电网带来严重的谐波污染、影响电能质量。基于电力电子装置的新型有源滤波器是治理谐波的重要手段。然而要使有源滤波器等电力电子控制设备良好工作，实现对电力系统谐波的快速精确测量是其重要的前提。

FFT算法，即快速离散傅里叶算法是目前计算电力系统谐波的主要方法。常规FFT算法在计算电力系统谐波时，要求实现整周期采样，否则测量结果将受到栅栏效应和频谱泄露的影响。然而工程实际中，由于电网频率波动等因素的影响，完全严格的整周期采样难以实现，此时普通FFT算法将难以实现电力系统谐波的精确测量。

现阶段减少频谱泄漏和栅栏效应的主要方法是使用加窗插值算法。加窗插值算法通过加窗来抑制由旁瓣造成的谱间干扰；通过插值算法来计算被测信号在FFT计算点X(K)、X(K+1)之间的频率分量，从而解决栅栏效应。

综上所述，提供一种更精准的谐波分析算法是亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种谐波分析算法，能够实现对谐波的精确和快速检测。

本发明公开了如下技术方案：

一种谐波分析算法，包括步骤如下：

采集离散电学信号构成原始输入序列X[n]；

构建长度为M的Hamming窗序列，其中M为2的整数次幂，所述Hamming窗的系数a＝0.543478；

将所述Hamming窗序列做一次自卷积，并在卷积序列的末尾补一个0，得到长度为N的2阶离散Hamming自卷积窗，其中N＝2M；

使用所述2阶离散Hamming自卷积窗对所述原始输入序列X[n]加窗截断，并进行FFT计算，得到离散序列y[n]，获得谐波频率、幅值和相角。

优选的，在上述谐波分析算法中，所述使用所述2阶离散Hamming自卷积窗对所述原始输入序列加窗截断，并进行FFT计算，得到离散序列y[n]，获得谐波频率、幅值和相角具体是指：

进行FFT计算，获得离散频谱，对所述离散频谱进行插值处理，计算频率偏移量；

根据频率偏移量计算基频频率，根据基频频率计算各次谐波分量所在范围；

计算与各次谐波分量相邻的FFT计算点X(K)、X(K+1)，得到各次谐波的相位和幅值、相角。

由上述技术方案可见，本发明对Hamming窗的系数a的大小进行了改进，这是因为，谐波测量仪器对采样所得离散电学信号进行截断处理会造成频谱泄露。时域截断即将原输入序列X(n)乘以矩形窗序列，在频域原信号频谱X(w)将和窗频谱R(w)发生卷积运算。由于窗函数不可能无限宽，即R(w)不是冲激函数，在卷积运算后，原信号的频谱将发生展宽和拖尾，出现原来不存在的频率分量，造成频谱泄露和谱间干扰。而当整周期采样时，输入信号各频率分量旁瓣刚好在其它频率分量处的值为零。故当整周期采样时，各次谐波测量不受频谱泄露影响。

所以，加窗插值算法选择窗函数时，为了抑制非整周期采样过程中的频谱泄露，往往希望窗函数主瓣尽可能的窄，旁瓣衰减尽可能高。两项余弦窗的表达式如下式所示。

w(n)=a-(1-a)×cos(2πnN)]]>

其频域表达式幅值部分如下所示：