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基于高倍过采样与加窗插值fft的电力谐波分析

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电力系统保护与控制 2024年第5期52卷 105-115页

作者：张鸿博熊军华蔡晓峰华北水利水电大学电气工程学院河南郑州450045 河南工程学院机械工程学院河南郑州451191

为提高谐波分析精度,分析了信号加窗引起的信噪比损失以及AD转换产生的量化误差,阐述了过采样技术提高信噪比的原理。在此基础上,提出了基于高倍过采样和加窗插值快速傅里叶变换(fast Fourier transform, fft)的谐波分析方法。该方法充... 详细信息

为提高谐波分析精度,分析了信号加窗引起的信噪比损失以及AD转换产生的量化误差,阐述了过采样技术提高信噪比的原理。在此基础上,提出了基于高倍过采样和加窗插值快速傅里叶变换(fast Fourier transform, fft)的谐波分析方法。该方法充分利用AD转换器的潜力,以尽量高的采样速率进行AD采样,同时通过均值滤波避免高倍过采样引起的采样数据量激增问题。详细研究了所提谐波分析方法对信号中谐波分量幅值和相位的影响,并给出了简洁实用的谐波幅值和相位校正方法。仿真表明,所提方法可在不增加系统成本的前提下改善加窗插值fft的抗噪声能力,提高谐波分析精度。

关键词：插值fft 窗函数谐波分析量化误差过采样校正

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基于Kaiser窗双谱线插值fft的谐波分析方法

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仪器仪表学报 2010年第2期31卷 287-292页

作者：高云鹏滕召胜卿柏元湖南大学电气与信息工程学院长沙410082

为进一步减少加窗插值fft的频谱泄漏和栅栏效应,提出了基于Kaiser窗的双谱线插值fft的电力谐波分析方法,运用多项式拟合求出了实用的插值修正算式,推导了信号基波与各次谐波频率、幅值、初相角的计算式。仿真结果表明,Kaiser窗函数设计... 详细信息

为进一步减少加窗插值fft的频谱泄漏和栅栏效应,提出了基于Kaiser窗的双谱线插值fft的电力谐波分析方法,运用多项式拟合求出了实用的插值修正算式,推导了信号基波与各次谐波频率、幅值、初相角的计算式。仿真结果表明,Kaiser窗函数设计实现灵活、抑制频谱泄漏效果好,基于Kaiser窗的双谱线插值fft方法能有效克服基波频率波动与白噪声对谐波分析的影响,在非整数周期截断条件下,对含21次谐波信号的频率计算相对误差仅为1.4×10%,幅值计算相对误差≤0.002%,初相位计算相对误差≤0.0001%,三相谐波电能计量应用实践证明了该方法的正确性。

关键词：谐波分析 Kaiser窗插值fft 频谱泄漏双谱线

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高精度插值fft谐波分析

电力自动化设备 2007年第9期27卷 40-43页

作者：黄方能黄成军陈陈江秀臣上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240

分析了插值快速傅里叶变换(Ifft)产生误差的原因,说明了信号的相角会对Ifft分析结果产生较大误差,指出不能直接把针对复信号的算法套用于实信号。针对这一产生误差的原因,提出一种高精度的Ifft算法,以快速傅里叶变换(fft)为基础,对fft... 详细信息

分析了插值快速傅里叶变换(Ifft)产生误差的原因,说明了信号的相角会对Ifft分析结果产生较大误差,指出不能直接把针对复信号的算法套用于实信号。针对这一产生误差的原因,提出一种高精度的Ifft算法,以快速傅里叶变换(fft)为基础,对fft分析的频谱进行修正计算,从而得到较精确的计算值。该算法利用fft中实用的信息,并充分考虑了实信号和复信号频谱的区别,采用一系列的数学变换,可以有效克服信号相角的影响,在不明显增加计算时间的同时,提高谐波分析的精度。该算法无需采用复杂的迭代方法,对数据采样也无特殊要求,故对硬件部分要求不高,易于应用。算法的分析结果可以得到实信号中谐波精确的幅值、相角及频率。实例计算结果证实了该算法的准确性,计算精度比传统的Ifft有了显著提高。

关键词：谐波插值fft 相角

基于AR谱估计和插值fft的间谐波检测方法

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继电器 2006年第4期34卷 49-52,56页

作者：王波杨洪耕四川大学电气信息学院四川成都610065

现有插值fft算法是由已知仿真信号频率成分附近的谱线来修正fft的结果,而实际信号的间谐波和谐波分布往往无法事先确定,这将给插值修正带来不便。提出AR模型谱估计与双峰谱线修正算法相结合的间谐波检测方法。根据信号的AR谱分布进行插... 详细信息

现有插值fft算法是由已知仿真信号频率成分附近的谱线来修正fft的结果,而实际信号的间谐波和谐波分布往往无法事先确定,这将给插值修正带来不便。提出AR模型谱估计与双峰谱线修正算法相结合的间谐波检测方法。根据信号的AR谱分布进行插值修正,同时提出由谱估计确定B lackm an-Harris窗插值修正所需最小数据长度的方法,并采用多项式逼近的方法导出B lackm an-Harris窗插值算法的简单修正公式,在减少fft计算量的同时保证了结果的高精度。仿真结果表明了该方法的有效性。

关键词：间谐波 AR谱估计插值fft Blackman-Harris窗

Hanning窗在插值fft算法中应用的研究

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电测与仪表 2008年第12期45卷 15-19页

作者：丁文浩袁志民宁波三星电气股份有限公司浙江宁波315191

用fft进行谐波分析时,频谱的泄漏和栅栏效应使得结果(在信号非同步采样时)几乎没有意义。施加旁瓣小的窗可以减小泄漏。在泄漏的影响可以忽略的前提下,可以通过插值克服栅栏效应。本文推导了Hanning窗频谱的精确表达式,指出周期性Hannin... 详细信息

用fft进行谐波分析时,频谱的泄漏和栅栏效应使得结果(在信号非同步采样时)几乎没有意义。施加旁瓣小的窗可以减小泄漏。在泄漏的影响可以忽略的前提下,可以通过插值克服栅栏效应。本文推导了Hanning窗频谱的精确表达式,指出周期性Hanning窗(在主瓣下)具有严格的线性相位;在此基础上,得到近似表达式,指出即使在截断长度不太大时(比如N=16),近似表达式也非常逼真;并在关心的频率范围内,对近似表达式进行Taylor级数展开,得到近似多项式表达式,大大减小了运算量,同时避免了的情况;最后给出了频率、幅值、相位的插值公式。仿真结果显示,这一算法基本消除了非同步采样导致的方法误差。

关键词： Hanning窗插值fft 谐波分析多项式

基于Kaiser窗频谱校正的介质损耗因数测量

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电工技术学报 2009年第5期24卷 203-208页

作者：高云鹏滕召胜曾博杨步明湖南大学电气与信息工程学院长沙410082

采用基本窗函数和广义余弦窗函数对信号加权的谐波分析法可减轻非整周期截断对介质损耗因数tanδ测量的影响,但其效果受到窗函数固定旁瓣性能的制约。Kaiser窗可定义一组可调的窗函数,自由选择主瓣与旁瓣衰减之间的比重,因此能全面地反... 详细信息

采用基本窗函数和广义余弦窗函数对信号加权的谐波分析法可减轻非整周期截断对介质损耗因数tanδ测量的影响,但其效果受到窗函数固定旁瓣性能的制约。Kaiser窗可定义一组可调的窗函数,自由选择主瓣与旁瓣衰减之间的比重,因此能全面地反映主瓣与旁瓣衰减之间的交换关系。本文讨论了Kaiser窗的旁瓣特性,提出了基于Kaiser窗双谱线插值fft的tanδ测量方法,运用多项式拟合求出了实用的插值修正公式,推导了信号初相角及tanδ的计算式。仿真结果表明,Kaiser窗函数抑制频谱泄漏效果好,基于Kaiser窗的双谱线插值fft方法克服了谐波干扰、基波频率波动、采样频率变动、采样时间长度变化及白噪声对tanδ测量的影响,且设计实现灵活,测量结果精确、稳定,可用于介质损耗因数tanδ的离线测量与在线监测。

关键词：介质损耗因数 Kaiser窗插值fft 谐波分析法误差分析

基于Nuttall窗频谱校正的介质损耗因数测量

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仪器仪表学报 2010年第1期31卷 15-20页

作者：万全高云鹏罗志坤徐值坚卿柏元湖南省电力公司试验研究院长沙410007 湖南大学电气与信息工程学院长沙410082

采用旁瓣峰值电平小且旁瓣渐近衰减速率大的窗函数对信号加权可减轻非同步采样和数据截断对介质损耗因数tanδ测量的影响。本文分析了Nuttall窗的旁瓣特性,提出了基于Nuttall窗双谱线插值fft的tanδ测量方法,运用多项式拟合求出了实用... 详细信息

采用旁瓣峰值电平小且旁瓣渐近衰减速率大的窗函数对信号加权可减轻非同步采样和数据截断对介质损耗因数tanδ测量的影响。本文分析了Nuttall窗的旁瓣特性,提出了基于Nuttall窗双谱线插值fft的tanδ测量方法,运用多项式拟合求出了实用的插值修正公式,推导了信号初相角及tanδ的计算式,并介绍了基于该算法的测量系统的硬件实现方案。仿真和试验结果表明,Nuttall窗函数抑制频谱泄漏效果好,基于Nuttall窗的双谱线插值fft方法克服了谐波干扰、基波频率波动及白噪声对tanδ测量的影响,且设计实现灵活,测量结果精确、稳定,可用于介质损耗因数tanδ的离线测量与在线监测。

关键词：介质损耗因数 Nuttall窗插值fft 谐波分析法误差分析

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基于AR模型的电力系统间谐波分析

电工技术学报 2010年第7期25卷 144-149,164页

作者：张惠娟汪友华王艳廷宗世芳李呈祥河北工业大学电气与自动化学院天津300132 塔里木油田油气生产技术部库尔勒841000

间谐波的存在给电力系统的安全、经济运行带来极大的危害,因此,对电力系统间谐波进行准确、可靠的分析有着重要的实际意义和科研价值。对于电力系统中的实际信号,其各谐波和间谐波成分往往是不能事先确定的,在信号fft的频谱中不能很好... 详细信息

间谐波的存在给电力系统的安全、经济运行带来极大的危害,因此,对电力系统间谐波进行准确、可靠的分析有着重要的实际意义和科研价值。对于电力系统中的实际信号,其各谐波和间谐波成分往往是不能事先确定的,在信号fft的频谱中不能很好地确定哪些谱线是信号的实际频率分量,哪些是频谱泄露所产生的虚假谱线。本文采用AR模型谱估计得到信号的各频率成分后,再结合Rife-Vincent(Ⅲ)窗的双峰谱线插值算法对各成分的幅值、频率和相角提出了新的修正方法,很好地解决了上述问题。仿真分析结果验证了本文的方法具有更高的精度。

关键词：间谐波插值fft AR模型双峰谱线插值算法

利用相位估计算法实现ps量级的高精度时间间隔测量

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仪器仪表学报 2008年第12期29卷 2626-2631页

作者：朱祥维孙广富雍少为庄钊文国防科技大学电子科学与工程学院卫星导航研发中心长沙410073

高精度时间间隔测量广泛应用于时间同步、卫星导航、航天测控、激光测距以及核电子等场合。目前主流的时间间隔计数器能达到25 ps分辨率,约100 ps的准确度。本文把被测信号作为采样参考频标信号的触发信号,利用参考频标的相位记录被测... 详细信息

高精度时间间隔测量广泛应用于时间同步、卫星导航、航天测控、激光测距以及核电子等场合。目前主流的时间间隔计数器能达到25 ps分辨率,约100 ps的准确度。本文把被测信号作为采样参考频标信号的触发信号,利用参考频标的相位记录被测信号的触发点,然后利用插值fft对参考频标信号的采样数据进行相位估计,提出了一种理论上分辨率和精度均优于1 ps的时间间隔测量方法。实验测试结果表明原理样机达到了10 ps的测量精度。进一步改进样机的设计,有望达到1 ps的测量精度。

关键词：时间同步时间间隔计数器相位估计采样插值fft