[发明专利]基于加窗插值和Prony算法的谐波与间谐波分析方法

说明书

本发明公开了一种基于加窗插值和Prony算法的谐波与间谐波分析方法。该方法为：首先比较常用窗函数的频域特性，选择合适的窗函数；然后对待测信号进行加窗得到加窗信号，并进行FFT变换，得到信号的频谱；接着在频谱中搜索谱峰，计算每个谱峰附近两根谱线之间的相位差；最后判断主瓣干扰是否存在，若不存在，则使用插值算法校正对应的谐波或间谐波成分的参数；若存在，则不处理当前主瓣，利用插值算法算出的参数构建一个新信号，用原信号减去新信号得到残差信号，用Prony算法分析残差信号，得到频率相近的谐波和间谐波的参数。本发明线路简单，硬件成本低，可靠性高，能够有效分析出信号中谐波与间谐波的参数。

技术领域

本发明属于电力系统信号分析领域，特别是一种基于加窗插值和Prony算法的谐波与间谐波分析方法。

背景技术

电能是由电力企业向用户提供的一种特殊商品，在理想情况下，公用电网是以恒定的频率、标准的正弦波形、规定的电压水平和对称的三相电压电流向用户供电，由电厂、电网和用电方共同保证电能质量。但在实际电网中，由于系统中的发电机、变压器、输电线路等设备的固有缺陷及非线性负荷的大量使用等原因，使得电力企业提供的电压、电流信号波形和理想波形相比存在着一定程度的偏差，当偏差较大时，会给电网带来严重危害。电压、频率和波形是电能质量的三个因素，如果它们任意一个不在限定的范围内，就会给电力系统和用户带来不同程度的危害。

近年来，随着电力电子设备和冲击性负荷的增多，使得电网中谐波及间谐波的含量大量增加。谐波的存在会降低变压器容量，增加电机损耗，干扰电气设备正常工作，严重时甚至会损毁设备。与传统谐波相比，间谐波可以是直流到高次谐波间的任意频率，因此间谐波不但具有谐波的危害，其特性还会导致电压闪变、继电器误动作及引起无源滤波器过载等多种危害。同时，随着分布式电源的兴起和智能电网的快速发展，间谐波的来源越来越多，对电力系统的安全运行造成严重的威胁，因此对间谐波的治理迫在眉睫。然而，治理间谐波的前提条件是能够准确检测出间谐波参数，只有分析出间谐波信号，才能对其进行抑制和治理，进而改善供电环境，确保供电设备正常运转。因此，准确快速的检测出间谐波，对于抑制间谐波进而改善提高电能质量具有重要的现实意义。

目前文献中一般使用FFT插值算法来分析谐波信号，当信号中不含频率相近的谐波和间谐波信号时，现有FFT方法及其改进算法的具有较高的精度和稳定性，但当待分析信号中含有频率相近的谐波和间谐波成分时，该方法的频率分辨率不能满足需求。而Prony算法可使用一组指数函数的线性组合来拟合待分析信号，在理论上具有无限小的频率分辨率，当电网信号为宽带信号且所含谐波和间谐波成分较多时，算法准确性会受到一定影响，因此将两种算法结合可以弥补两种算法的局限性，同时，能保证精确度的情况下，准确分析出频率相近的间谐波信号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、运算速度高、可靠性高的基于加窗插值和Prony算法的电力系统谐波与间谐波分析方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于加窗插值和Prony算法的谐波与间谐波分析方法，包括以下步骤：

步骤1、分析比较基本窗函数的频域特性，选择性能最优的窗函数；

步骤2、对待测信号进行加窗得到加窗信号，对加窗信号进行FFT变换，得到信号的频谱；

步骤3、在频谱中搜索谱峰，仅搜索幅值大于设定阈值的谱线，计算每个谱峰两根相邻谱线之间的相位差；

步骤4、判断主瓣干扰是否存在：

若主瓣干扰不存在，则使用插值算法校正对应的谐波或间谐波成分的参数；

若主瓣干扰存在，则不处理当前主瓣，利用插值算法算出的参数构建一个新信号，用原信号减去新信号得到残差信号，用Prony算法分析残差信号，得到含谐波和间谐波的信号的参数值。

进一步地，步骤1所述的分析比较基本窗函数的频域特性，选择性能最优的窗函数，具体如下：