[发明专利]基于SN互卷积窗的电力系统谐波检测方法、系统及介质

说明书

本发明公开了一种基于SN互卷积窗的电力系统谐波检测方法、系统及介质，基于SN互卷积窗的电力系统谐波检测方法的实施步骤包括：对原始电网信号进行截断并采样以得到电力系统电压信号数字采样序列；采用SN互卷积窗对采样序列进行加权以获得新序列；对新序列进行离散傅里叶变换并搜索其频谱峰值，结合SN互卷积窗的频谱函数对信号频谱进行双谱线插值；利用插值结果来获取电力系统各次谐波的频率、幅值、相位等参数信息；其中一种系统的结构包括电源模块、信号调理电路、低通滤波器、模数转换器和数字信号处理器，信号调理电路的输出端通过低通滤波器、模数转换器和数字信号处理器相连。本发明能够基于SN互卷积窗的双谱线插值FFT方法实现电力系统谐波信号的实时检测和分析，具有抑制频谱泄漏效果好，主瓣宽度和旁瓣衰减比重可自适应调节，自适应性能力强，易嵌入式实现的优点。

技术领域

本发明涉及电力系统的谐波检测与分析技术。具体设计一种基于SN互卷积窗的双谱线插值FFT方法，用于实现电力系统各次谐波的频率、幅值、相位等参数的准确分析。

背景技术

谐波检测与分析是分离畸变信号中不同频率成分的过程。随着电子技术和数字信号处理技术的不断发展，产生了时域、频域以及时频域等多种谐波分析方法。

1.时域分析方法

对于电力系统，谐波时域分析法主要指基于各种矢量变换(α-β变换、d-q变换、对称分量变换等)和瞬时无功功率理论(Instantaneous Reactive Power Theory，IRPT)的电力参数估计方法。α-β变换将交流电量从abc三相坐标变换到α、β两相坐标，得到频率不变的正交交流分量。d-q变换将电量从静止的abc三相坐标变换到以同步角频率旋转的d、q两相坐标，得到两个正交直流分量。三相对称的正序、负序、零序分量可通过对称分量变换，由三相不对称的电量分解得到。

在α-β变换、d-q变换的基础上，Akagi H正式提出非正弦条件下的IRPT。其最初以瞬时有功功率p和无功功率q的定义为基础，即p-q理论，后又补充定义了瞬时有功电流和瞬时无功电流等物理量。基于三相瞬时无功功率理论，以计算p、q或i_α、i_β为出发点，可分别得到三相三线制电路谐波检测的两种方法，即p-q法和i_α-i_β法，主要用于有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)中谐波检测和无功补偿。近年来，在p-q理论的基础上，经过坐标变换，已发展了多种谐波检测方法，如基于静止参考坐标变换的谐波检测法、基于同步参考坐标变换的方法等

2.频域分析方法

(1)基于现代谱估计的谐波分析方法

现代谱估计方法大致可分为参数模型法和非参数模型法两大类。参数模型法包括有理参数模型和特殊参数模型。有理参数模型可以用有理系统函数来表示，它包括自回归模型、滑动平均模型、自回归滑动平均模型，典型应用有模糊自回归滑动平均模型。特殊参数模型假定信号为一些指数信号的线性组合，又称为指数模型，主要包括Prony法和扩展Prony法。非参数模型法由观测数据直接计算功率谱，典型的有Capon提出的最小方差法、Kay提出的迭代滤波法、以及互高阶累积量的多重信号分类(Multiple SignalClassification，MUSIC)方法等。基于信号特征空间分解的Pisarenko谐波分解方法通过对采样波形进行估计，得出自相关函数，并通过对自相关阵进行特征值分解，将其划分成信号特征子空间和噪声子空间，利用对一个特征多项式及一组线性代数方程组进行求解，从而求出各次谐波分量的频率和幅值。该方法在理论上可较准确地确定电力系统中任意组合的交变正弦信号的频率及幅值。

(2)基于傅里叶变换的谐波分析方法