[发明专利]基于六项余弦窗四谱线插值的高精度谐波分析方法

说明书

本发明公开了一种基于六项余弦窗四谱线插值的高精度谐波分析方法，包括以下步骤：首先通过电子式互感器获取电力系统信号，对信号加六项余弦窗截断数据然后进行FFT计算；分析由FFT计算得到的谐波频谱，找到最靠近谐波理论频点的四条谱线；建立四条谱线关系式α，并通过关系式α求得峰值谱线与理论频点的偏差量δ；最终根据求得的偏差量δ获取各次谐波的幅值、频率和相角。本发明具有分析精度高，实时性高，抗干扰性强等特点，适用于实际电网中的谐波分析与处理。

技术领域

本发明属于电力系统谐波信号检测技术领域，尤其涉及一种基于六项余弦窗四谱线插值的高精度谐波分析方法。

背景技术

电力系统中，由于大量电力电子元器件的使用，造成电网中的谐波含量越来越多，严重影响电能质量，这样的局势威胁到电力系统的安全运行。如果能够精确地检测到谐波信号，并对其采取抑制措施，便能降低谐波对电力系统的影响。自从离散傅里叶变换(discrete Fourier transform，DFT)提出以来，离散频谱分析实现了信号分析处理从时域到频率的转变，且其快速算法(fast Fourier transform，FFT)以它计算快速、方便的优点已成为了数字信号分析的基础，被广泛应用于电网谐波检测的领域中。但由于真实电网信号的非平稳性，很难实现对信号的严格同步采样。在非同步采样的情况下，FFT算法会出现频谱泄漏和栅栏效应的问题，严重影响到谐波检测的精确度，无法达到精确谐波检测的要求。为了抑制线谱泄漏和栅栏效应的影响，大多数文献采用了加窗插值FFT算法。通过对采样信号加合适的窗函数以及对离散频谱进行插值校正，来减小由非同步采样带来误差，这些方法在一定程度上提高了谐波分析的精确度，但也存在以下几个问题。

(1)把加窗插值的方法运用到傅里叶算法中，往往只参考到双谱线或三谱线信息，没有充分利用到对称频谱中的有用信息，再加上插值公式复杂，所以导致该算法在实际电网中谐波分析的精确度不高。

(2)算法中所使用的窗函数性能不优，无法最大限度的抑制频谱泄漏带来的误差。

以上两个问题限制了加窗插值FFT算法的精确度。而且在实际电网中，不仅有谐波成分复杂，还会出现基波频率小范围内的波动，这些情况都会影响到算法的精确度，降低谐波分析的可靠性。

发明内容

为了解决现有加窗插值FFT算法存在的分析精度低和易受实际电网影响等问题，本发明提出了一种基于六项余弦窗四谱线插值的高精度谐波分析方法，本发明所提出的算法分析精度高，计算式简单，能克服实际电网带来的影响，适用于电力系统中的谐波检测。

本发明采取的技术方案为：

基于六项余弦窗四谱线插值的高精度谐波分析方法，包括以下步骤：

步骤1：对电力系统信号x(t)进行离散化得到离散信号x(n)，对离散信号x(n)加六项余弦窗截断数据，然后进行FFT计算得到谐波信号频谱；

步骤2：分析由步骤1计算得到的谐波信号频谱，找到最靠近谐波理论频点的四条谱线y1、y2、y3和y4；

步骤3：建立四条谱线关系式yi代表靠近理论频点的第i条谱线的幅值大小，并通过关系式α求得峰值谱线与理论频点的偏差量δ；

步骤4：根据步骤3求得的偏差量δ获取各次谐波信号的幅值、频率和相角。

所述的电力系统信号x(t)是电子式互感器在一次侧采样得到的电压信号或者电流信号。