基于Kaiser窗双谱线插值FFT的谐波分析方法.pdf

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1、万方数据第31卷第2期2010年2月仪器仪表学报ChineseJoumalofScientificInstrument、，01．31No．2Feb．20lO基于Kaiser窗双谱线插值FFT的谐波分析方法水高云鹏，滕召胜，卿柏元(湖南大学电气与信息工程学院长沙410082)摘要：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

2、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1．4X10％，幅值计算相对误差≤0．002％，初相位计算相对误差≤0．000l％，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EFt；频谱泄漏；双谱线中图分类号：TM935文献标识码：A国家标准学科分类代码：510．4010HarmonicanalysisbasedonKaiserwindowdoublespectrumlineinterpolationFFTGaoYunpeng，TengZha

3、osheng，QingBaiyuan(CollegeofElectricalandInformationEngineering，HunanUniversity,Changsha410082，China)Abstract：Tofurtherreducetheerrorscausedbyspectralleakageandpicketfenceeffect。anapproachforelec．tricalharmonicanalysisbasedonKaiserwindowdoublespectrumlineinterpolationFFTisproposedinth

4、ispaper．Tllleapplicablerectificationformulasoftheinterpolationareobtainedbyusingpolynomialcurvefitting．Thearithmeticexpressionsofthefundamentalandharmonicfrequencies，amplitudesandinitialphasesarededuced．SimulationresultsshowthatKaiserwindowfunctionCanbedesignedandrealizedeasilyandrest

5、rainthespectralleakagewell，theinfluencescausedbyfundamentalfrequencyfluctuationandwhitenoiseonharmonicanalysisareallrestrainedbyusingthepresentedapproach，andundernon—integralperiodtruncationconditions，therela-tiveerrorsoffrequencycalculationfor21orderharmonicsarenomorethan1．4xlo_’％．th

6、erelativeerrorsofam—plitudecalculationarenomorethan0．002％．andthoseofphasecalculationarenomorethan0．0001％．Three—phaseharmonicenergymeasurementapplicationprovesthevalidityofthepresentedapproach．Keywords：harmonicanalysis；Kaiserwindow；interpolationF凡spectralleakage；doublespectrumline引言采用快

7、速傅里叶变换(FFT)算法进行谐波分析产生频谱泄漏和栅栏效应，影响谐波分析精度【14l。针对FFT算法的不足，国内外学者提出了一系列加窗插值FFT算法。V．K．Jain等人提出基于矩形窗的插值算法，可有效提高计算精度H。此后，Harming窗临J、Blaclanan．Harris窗怕J、Rife．Vincent(I)窗[71、Nuttall窗隋J和矩形卷积窗[91等被提收稿日期：2009-03ReceivedDate：2009-03·基金项目：国家自然科学基金(60872128)资助项目出并被运用到FFT谐波分析中。基于余弦组合窗的插值FFT算法1101、基于矩形

8、窗的多谱线