[发明专利]一种谐波分析中幅值求解方法

说明书

本发明公开了一种谐波分析中幅值求解方法，步骤依次为，对稳态谐波信号进行离散化；对离散化后的信号进行加窗截断，得到加窗信号的频谱；得到加权形式的幅值表达式；求解幅值关于频率偏差的微分值的最小值，获得最优权值；在有干扰分量情况下，首先采用传统比值法求解频率偏差；根据最优权值和频率偏差建立优化问题，最终求解出幅值。本发明提出了谐波分析幅值最优加权值求解方法，提高了幅值求解精度。

技术领域

本发明属于电能质量分析与控制领域，特别涉及了一种谐波分析中幅值求解方法。

背景技术

实际电网的复杂谐波包含丰富的间谐波成分，且间谐波有一些不同于整数次谐波的特征，如果简单的使用FFT方法将会出现很多问题，这也是复杂平稳谐波分析最大的挑战。相对于整数次谐波，间谐波有如下特点：

1、间谐波频率不是基波频率的整数倍，甚至很难确定其大概周期，所以要实现对间谐波分量的同步采样基本是不可能的；

2、间谐波和整数次谐波/间谐波的频谱可能靠的很近，这就要求复杂谐波的分析方法必须具有很高的分辨率；

3、间谐波的强度很弱，使其更容易受频谱泄露的影响，尤其是当间谐波和整数次谐波靠的很近的时候，这种影响就更为明显。

在IEC规定下，谱线间的频率间隔为Δf＝f_s/N＝5Hz，Hanning窗的主瓣宽度为20Hz，对于任意的相邻的整数次谐波而言，这已经足以将其分辨开来。再加之Hanning的加权作用，谐波分量的泄露的影响已经非常小，故高精度的估计整数次谐波分量的参数是较容易实现的。不过对于间谐波而言，考虑到间谐波上述的三个特点，FFT的局限性就非常严重，具体体现在以下三方面：

1、对于整数次谐波，选取合适的采样频率和采样点数，通过加窗减小频谱泄露的影响，再利用插值法克服栅栏效应，这样即可实现整数次谐波参数的高精度估计。但对于间谐波而言，由于间谐波的频率不是基波的整数倍，故即使在同步采样的时候(对整数次谐波而言)，也很难实现对间谐波的高精度分析；

2、由于间谐波的幅值仅为整数次谐波的百分之几或更小，于是临近的比较强的谐波分量的频谱泄露有可能导致出现虚假间谐波分量或者间谐波谱峰消失，当间谐波和谐波间隔比较小的时候，这种现象会更突出；

3、分辨率的问题。FFT分析时，为了将信号的两个比较接近频率分量分辨开来，必须提高频率分辨率。这可以通过增加采样时间或者采用主瓣比较窄的窗函数来实现。

通常频域求解谐波幅值的方法是比值法求出频偏，然后采用三根谱线峰值结合频偏估计幅值，事实上，这样的估计方法存在无穷多组，当频谱泄露很弱的时候，这些方法估计结果相差不大，但是当泄露分量能量较大的时候，随意加权可能会进一步增强泄露的不利作用，而这一点在以前是没有引起注意的。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种谐波分析中幅值求解方法，提出谐波分析幅值最优加权值求解方法，提高幅值求解精度。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种谐波分析中幅值求解方法，包括以下步骤：

(1)对稳态谐波信号进行离散化；

(2)对离散化后的信号进行加窗截断，得到加窗信号的频谱；

(3)在无干扰分量情况下，根据频谱主瓣内最高峰谱线及其左右谱线得到幅值的加权形式，在该加权形式中分配未知权值给最高峰谱线及其左右谱线；

(4)求解幅值关于频率偏差的微分值的最小值，获得此时的权值，即为最优权值；

(5)在有干扰分量情况下，首先采用传统比值法求解频率偏差；