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基于Hanning和Nuttall的混合卷积窗谐波分析方法

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太阳能学报 2018年第12期39卷 3363-3370页

作者：李媛王海云王维庆裴贝贝新疆大学电气工程学院

提出用Hanning窗和Nuttall窗进行卷积构造一种新型的窗函数——混合卷积窗,分析该窗函数的幅频特性,推导出基于混合卷积窗的三谱线插值法。将所提方法用于电力谐波分析,并与加经典窗算法进行对比。仿真分析表明,该混合卷积窗与Hanning窗... 详细信息

提出用Hanning窗和Nuttall窗进行卷积构造一种新型的窗函数——混合卷积窗,分析该窗函数的幅频特性,推导出基于混合卷积窗的三谱线插值法。将所提方法用于电力谐波分析,并与加经典窗算法进行对比。仿真分析表明,该混合卷积窗与Hanning窗和Nuttall窗相比具有更快的旁瓣衰减速率,能更好抑制频谱泄露。在非同步采样情况下,加混合卷积窗三谱线插值法分析谐波具有更高的计算精度。

关键词： FFT 谐波分析频谱分析混合卷积窗 Hanning窗 Nuttall窗

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基于混合卷积窗的激光多普勒信号处理研究

激光与光电子学进展 2023年第17期60卷 278-290页

作者：陈昊张达青岛科技大学自动化与电子工程学院山东青岛266061

快速傅里叶变换是激光多普勒测速系统信号处理的一种常用方法,但在异步采样时存在频谱泄漏和栏栅效应,其处理精度偏低。为了提高检测精度,提出基于Nuttall窗函数和五项最大旁瓣衰减窗函数的混合卷积窗改进六谱线插值校正算法。混合卷积... 详细信息

快速傅里叶变换是激光多普勒测速系统信号处理的一种常用方法,但在异步采样时存在频谱泄漏和栏栅效应,其处理精度偏低。为了提高检测精度,提出基于Nuttall窗函数和五项最大旁瓣衰减窗函数的混合卷积窗改进六谱线插值校正算法。混合卷积窗在保证良好的旁瓣特性的同时也能保证主瓣不过宽,改进六谱线插值可有效抑制栏栅效应在参数估计过程中的负面影响,提高分析精度。为了避免解高次方程,提出三次B样条插值来拟合插值系数,并推导出改进六谱线插值的频率校正公式。搭建了双光束后向散射差动式激光多普勒测速平台,利用仿真数据和实测信号验证了本文算法在低信噪比环境下有较好的频率和速度测量精度。

关键词：激光光学快速傅里叶变换激光多普勒测速频谱泄漏混合卷积窗六谱线插值三次B样条

基于混合卷积窗四谱线插值和改进全相位的谐波检测组合优化算法

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电力系统及其自动化学报 2020年第8期32卷 1-6页

作者：陈倩王维庆王海云张家军新疆大学可再生能源发电与并网技术教育部工程研究中心乌鲁木齐830047

由于传统傅里叶算法在实际工程应用中都是非同步采样,存在栏栅效应和频谱泄露,导致谐波检测精度偏低。基于此问题,提出一种组合优化算法。通过分析混合卷积窗特性,提出基于混合卷积窗的四谱线插值算法,利用该算法准确检测谐波幅值和频... 详细信息

由于传统傅里叶算法在实际工程应用中都是非同步采样,存在栏栅效应和频谱泄露,导致谐波检测精度偏低。基于此问题,提出一种组合优化算法。通过分析混合卷积窗特性,提出基于混合卷积窗的四谱线插值算法,利用该算法准确检测谐波幅值和频率参数。从实际情况出发,提出基于混合卷积窗的改进全相位傅里叶算法,利用该算法对谐波相位进行检测,进而检测谐波3大参数。最后,在白噪声和频率波动影响下与传统加窗插值算法做对比分析。仿真结果表明,该组合优化算法可以有效地提高谐波检测参数精确度,抗白噪声和频率波动的能力较强。

关键词：谐波检测快速傅里叶算法混合卷积窗插值全相位傅里叶变换组合优化算法

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基于混合卷积窗六谱线插值的多普勒信号处理

激光与红外 2024年第5期54卷 734-740页

作者：赵晨曦张达青岛科技大学自动化与电子工程学院山东青岛266000

激光多普勒测速系统信号处理的过程中,通常采用快速傅里叶变换提取多普勒频移进而计算出被测物体运动速度,由于频谱泄露和栏栅效应的影响,会导致测量精度降低。本文提出了一种四项Nuttall窗和五项Rife-Vincent窗的混合卷积窗函数结合改... 详细信息

激光多普勒测速系统信号处理的过程中,通常采用快速傅里叶变换提取多普勒频移进而计算出被测物体运动速度,由于频谱泄露和栏栅效应的影响,会导致测量精度降低。本文提出了一种四项Nuttall窗和五项Rife-Vincent窗的混合卷积窗函数结合改进的六谱线插值算法来降低频谱泄露和栏栅效应所带来的影响,从而提高激光多普勒信号处理精度。搭建了双光束后向散射差动式激光多普勒测速平台,通过仿真和实测得出在加入了R_(SN)=-10 dB的高斯白噪声的情况下使用该混合卷积窗所测量的最小相对误差为0.0027%,而分别使用两个单一的窗函数测量的最小相对误差分别为0.0103%和0.0461%。从而验证了本方法的有效性。

关键词：快速傅里叶变换频谱泄露栅栏效应混合卷积窗六谱线插值

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基于混合卷积窗三谱线插值的介损角测量方法

电力电容器与无功补偿 2020年第6期41卷 125-131页

作者：张强王海云王维庆萨妮耶·麦合木提新疆大学电气工程学院可再生能源发电与并网技术教育部工程研究中心乌鲁木齐830047

快速傅里叶变换在非同步采样下进行介损角测量时,将无法避免地产生频谱泄露和栅栏效应,严重影响了介损角测量时的准确性。文中提出一种基于Hanning与Nuttall混合卷积窗的三谱线插值介损角测量算法,将所提算法与加经典窗算法进行对比分... 详细信息

快速傅里叶变换在非同步采样下进行介损角测量时,将无法避免地产生频谱泄露和栅栏效应,严重影响了介损角测量时的准确性。文中提出一种基于Hanning与Nuttall混合卷积窗的三谱线插值介损角测量算法,将所提算法与加经典窗算法进行对比分析可知,该混合卷积窗算法具有更快的旁瓣衰减速率和较窄的主瓣宽度,能有效克服因非同步采样造成的介损角测量误差。通过频率变化、谐波含量波动、白噪声影响、采样点变动下的介损角测量仿真实验,进一步验证了文中所提算法的准确性和可靠性。

关键词：介损角 Hanning窗 Nuttall窗混合卷积窗三谱线插值快速傅里叶变换

基于混合卷积窗和压缩感知的谐波检测方法研究

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基于混合卷积窗和压缩感知的谐波检测方法研究

作者：张飞宇中国矿业大学

学位级别：硕士

随着电力系统的发展和新能源的普及,现代电力电子设备得到广泛的运用,众多非线性、冲击性、不平衡性负荷接入电网,随之而来的谐波污染问题逐渐加剧,威胁着电网的安全与稳定。要想控制谐波污染的影响,首先要对谐波信号参数进行精确有效... 详细信息

随着电力系统的发展和新能源的普及,现代电力电子设备得到广泛的运用,众多非线性、冲击性、不平衡性负荷接入电网,随之而来的谐波污染问题逐渐加剧,威胁着电网的安全与稳定。要想控制谐波污染的影响,首先要对谐波信号参数进行精确有效的测量,而设计一种性能优良的谐波检测方法是其关键。本文以较为成熟的FFT谐波检测算法为基础,从降低误差和缩减采样数据存储量两方面进行改进,研究一种新型谐波检测方法。由于实际采样过程难以做到理想同步采样,FFT检测算法会出现频谱泄漏及栅栏效应。针对上述两个问题,目前较为有效的做法是对信号加窗截断和利用谱线插值修正检测数据。加窗插值算法的检测精度受到窗函数抑制频谱泄漏能力的影响,而这取决于窗函数的频谱特性。一般余弦窗的旁瓣特性不太理想,因此引入卷积的理念,将不同窗函数进行卷积,获得旁瓣性能更加优秀的混合卷积窗。其对比一般余弦窗及部分自卷积窗,具有更强的抑制频谱泄漏的能力,检测精度更高。在此基础上提出加4项5阶Nuttall和5项MSLD混合卷积窗FFT谐波检测算法,实验证明其检测性能优于其他混合卷积窗,且能有效克服频率波动的影响和白噪声的干扰。压缩感知技术不受奈奎斯特采样定理的限制,能将采样数据量大大缩减,节约存储空间。SAMP重构算法可以在稀疏度未知的情况下有效重构信号,非常适合应用于谐波检测。因此将混合卷积窗和压缩感知理论相结合,提出加4项5阶Nuttall和5项MSLD混合卷积窗四谱线SAMP算法,不仅可以保证检测算法的一定精度,同时还利用压缩感知,大大减少采样量,节省存储空间。实验表明,基于混合卷积窗和压缩感知的谐波检测方法,在采样数据量仅为传统FFT算法1/4的情况下,谐波检测精度相对有所下降,但依然远高于国标中对谐波检测设备精度的要求。该论文有图42幅,表15个,参考文献96篇。

关键词：谐波 FFT 加窗插值混合卷积窗压缩感知

基于混合卷积窗与改进FFT算法的电力系统谐波分析

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基于混合卷积窗与改进FFT算法的电力系统谐波分析

作者：李得民合肥工业大学

学位级别：硕士

为改善功率因数或提高电力系统的可靠性而广泛使用非线性设备,导致电网电流或电压的稳态波形产生畸变,而谐波是畸变波形的分量。日趋严重的谐波污染导致电能质量恶化,为此,精确的分析电力谐波成为电力系统研究领域的一个重要方向,对于... 详细信息

为改善功率因数或提高电力系统的可靠性而广泛使用非线性设备,导致电网电流或电压的稳态波形产生畸变,而谐波是畸变波形的分量。日趋严重的谐波污染导致电能质量恶化,为此,精确的分析电力谐波成为电力系统研究领域的一个重要方向,对于维护电力系统稳定运行具有重要意义。快速傅里叶变换(FFT)是目前分析谐波最常用的工具,但在实际应用中这种方法难以做到同步采样,因非整数周期截断而导致的频谱泄漏影响了谐波分析的精度,同时该算法还存在栅栏效应,给各次谐波信号的准确观测造成偏差,加窗插值FFT算法可以减少频谱泄漏和栅栏效应的影响,提高谐波的分析精度。论文首先介绍了快速傅里叶变换算法的基本原理,讨论了不同余弦窗的频谱特性,在双谱线插值FFT算法的基础上,选用常规的余弦窗函数推导三谱线、四谱线插值FFT算法。分析窗函数主瓣内相邻谱线的相位特性,推导出三谱线、四谱线插值FFT的改进算法,减少了谐波参数的修正公式的运算量。然后,采用不同旁瓣特性的余弦窗函数进行混合卷积运算,构建旁瓣性能优良的混合卷积窗,大大提高了抑制频谱泄漏的能力,利用最小二乘法进行频谱校正并推导出谐波参数的插值修正公式。最后,采用本文推导的改进多谱线插值FFT算法,和基于混合卷积窗的插值FFT算法,通过Matlab分别对电力系统各次谐波信号、含间谐波与次谐波的谐波信号、基波频率波动对谐波参数的影响等情况进行分析,并与相关文献的分析结果进行对比,验证了本文算法的有效性。

关键词：谐波快速傅里叶变换频谱泄漏混合卷积窗多谱线插值

基于混合卷积窗六谱线插值的全相位谐波检测算法

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电力电容器与无功补偿 2023年第4期44卷 41-47页

作者：陆东亮张明徐诗露夏若平张倩武汉纺织大学电子与电气工程学院武汉430200

非线性负荷的接入使得电网中存在大量的谐波,为了减小传统傅里叶变换在非同步采样中出现的频谱泄露以及栅栏效应等问题,文中提出了一种基于Blackman和Nuttall混合卷积窗六谱线插值的新型谐波检测算法。相比于传统的一些窗函数,文中提出... 详细信息

非线性负荷的接入使得电网中存在大量的谐波,为了减小传统傅里叶变换在非同步采样中出现的频谱泄露以及栅栏效应等问题,文中提出了一种基于Blackman和Nuttall混合卷积窗六谱线插值的新型谐波检测算法。相比于传统的一些窗函数,文中提出的混合卷积窗具有较好的主瓣以及旁瓣特性,通过结合六谱线插值以及改进的全相位傅里叶算法对谐波的幅值、频率、相位3大参数进行检测。采用与其他算法对复杂谐波信号检测的仿真对比,验证了Blackman和Nuttall混合卷积窗六谱线插值算法在检测复杂信号更好的优越性以及更强的抗干扰能力。

关键词：混合卷积窗全相位傅里叶六谱线谐波检测

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基于混合卷积窗三谱线插值的谐波分析方法

山东电力技术 2021年第2期48卷 30-34,38页

作者：王鹤蓉关焕新郭祎珅杨柏吴迪沈阳工程学院辽宁沈阳110136 国网锦州供电公司辽宁锦州121000 国网张掖供电公司甘肃张掖734000 国网朝阳供电公司辽宁朝阳122000

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)在谐波检测分析中被广泛应用,但因非同步采样和非周期截断信号,会产生频谱泄漏和栅栏效应问题,导致谐波测量出现误差。为提高谐波测量的准确度,提出用Hanning窗和Kaiser窗运用卷积运算构成... 详细信息

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)在谐波检测分析中被广泛应用,但因非同步采样和非周期截断信号,会产生频谱泄漏和栅栏效应问题,导致谐波测量出现误差。为提高谐波测量的准确度,提出用Hanning窗和Kaiser窗运用卷积运算构成一种新的混合卷积窗函数的三谱线插值FFT的谐波检测方法。仿真结果表明,所提算法与单个窗函数和其他混合卷积窗相比,具有更高的精确度,且旁瓣衰减速度更快,验证了该算法的有效性。

关键词：谐波检测快速傅里叶变换混合卷积窗三谱线插值 Hanning窗 Kaiser窗