[发明专利]Hanning自乘卷积窗FFT三谱线插值谐波分析方法

说明书

本发明提供一种Hanning自乘卷积窗FFT三谱线插值谐波分析方法，包括步骤：S1：按照采样频率采集获得电压信号和电流信号；S2：对电压信号和电流信号分别施加Hanning自乘卷积窗函数，并进行FFT变换，得到对应的电压频谱和电流频谱；S3：分别检测电压频谱和电流频谱的基波和谐波的被检峰值处的最大谱线及与最大谱线相邻的两条谱线的幅值；S4：计算电压频谱和电流频谱的基波和谐波的幅值、相位和频率；S5：计算电压频谱和电流频谱的基波和各谐波的电能和总电能。本发明的一种Hanning自乘卷积窗FFT三谱线插值谐波分析方法，可进一步提高基波和谐波电能的计算精度，并能改善电能计量算法的计算稳定性。

技术领域

本发明涉及电力系统谐波检测领域，尤其涉及一种Hanning自乘卷积窗FFT三谱线插值谐波分析方法。

背景技术

随着越来越多的电气化铁道、电弧炉等非线性动态电力负荷的投入使用，在供电电网中产生了大量电力谐波，造成了供电电网电流、电压波形的畸变。这些干扰的存在，不仅导致供电电能质量恶化，危及供电系统的安全稳定运行，而且还影响电能计量的准确性。

为准确计量基波和谐波电能，首先应准确提取电网电压和电流信号中基波和各次谐波的幅值、频率及相位参量，常用的方法是对被测信号做加窗、傅里叶变换、插值修正等运算。具体是在对被测信号进行FFT前，施加合适的窗函数，以抑制因非同步采样和非整周期截断造成的频谱泄漏；再通过傅里叶变换分析离散频谱；最后借助插值修正，补偿栅栏效应导致的误差。截至目前，国内外学者已设计出多种基本窗函数，主要有Hanning窗、Blackman窗、Blackman-Harris窗、Rife-Vincent窗、Nutall窗、Kaiser窗及各种组合余弦窗等。一些学者在现有窗函数基础上，又提出了多种改进的优化窗函数。常用的插值方法主要包括单峰谱线、双峰谱线、三峰谱线和四峰谱线插值方法共四类。

由于窗函数的频谱性能是固定不变的，故在对动态信号进行加窗插值修正算法时，计算精度受到窗函数固定旁瓣性能的限制，导致被测信号中的谐波成分由于受到频谱泄露的影响的无法精确提取；

四类插值修正算法中，单峰谱线插值修正算法的修正公式较复杂、易受频谱泄漏影响；双峰谱线插值修正算法在峰值频点附近对泄漏谱线信息利用不充分，计算精度较差；四峰谱线插值修正算法计算准确度最高，但计算量也最大。

Hanning窗由于表达形式简单，已得到广泛应用，但分析谐波的计算精度不够高。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种Hanning自乘卷积窗FFT三谱线插值谐波分析方法，基于Hanning窗提供了一种主瓣宽度较窄、旁瓣峰值电平更低且旁瓣衰减速率较快的窗函数，以弥补自卷积、自乘窗函数性能的不足，并能综合发挥它们的性能优势，可进一步提高基波和谐波电能的计算精度，并能改善电能计量算法的计算稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供一种Hanning自乘卷积窗FFT三谱线插值谐波分析方法，包括步骤：

S1：按照一采样频率采集获得一电压信号和一电流信号；

S2：对所述电压信号和所述电流信号分别施加Hanning自乘卷积窗函数，并进行FFT变换，得到对应的电压频谱和电流频谱；

S3：利用峰值检测技术，分别检测所述电压频谱和所述电流频谱的基波和谐波的被检峰值处的最大谱线及与所述最大谱线相邻的两条谱线的幅值；

S4：利用插值修正公式计算获得所述电压频谱和所述电流频谱的基波和谐波的幅值、相位和频率；

S5：根据电能计量算法，计算所述电压频谱和所述电流频谱的基波和各谐波的电能和总电能。

优选地，所述电压信号和所述电流信号可表示为采样序列x(n)：