nuttall 窗加权谐波分析算法及其在电能计量中的应用

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1、第30卷第9期仪器仪表学报Vol.30No.92009年9月ChineseJournalofScientificInstrumentSep.2009Nuttall窗加权谐波分析算法及其在电能计量中的应用*温　和，滕召胜，李聪聪，贺静丹，魏双双（湖南大学电气与信息工程学院　长沙　410082）摘　要：采用FFT进行电网信号谐波参数分析时存在频谱泄漏，准确度较低。研究提出了一种基于Nuttall窗函数的频谱相位差校正算法，分析了Nuttall窗函数的时域、频域特性，建立了频谱相位差校正算法的流程，推导了信号谐波参数计算式，给出了算法在三相谐波电能

2、计量中的实现方法。采用Nuttall窗对电压、电流信号进行加权，利用Nuttall窗旁瓣电平低、旁瓣衰减快的特点可有效减少频谱泄漏；运用频谱相位差校正方法进行信号频谱校正与分析，不必求解高次方程即可实现电网信号谐波参数分析。仿真与实际运行结果表明，非同步采样情况下，本文算法可以准确地实现电网信号谐波分析，实现电能的准确计量。关键词：Nuttall窗；谐波分析；频谱泄漏；相位差；电能计量中图分类号：TN911　TM714　　文献标识码：A　　国家标准学科分类代码：470.4037HarmonicanalysisalgorithmbasedonN

3、uttallwindowanditsapplicationinpowermeasurementWenHe,TengZhaosheng,LiCongcong,HeJingdan,WeiShuangshuang（CollegeofElectricalandInformationEngineering,HunanUniversity,Changsha410082,China）Abstract：TheprecisionofharmonicanalysisisaffectedbyspectralleakagewhenusingFFTinelectric

4、alsignals.AnewphasedifferencerevisionalgorithmofdiscretespectrumforNuttallwindowweightedsignalisproposedinthispaper.ThecharacteristicsofNuttallwindowarestudied,andtheworkflowofthenewalgorithmisgiven.Theapplicationofthealgorithminpowermeasurementisintroduced.Nuttallwindowhas

5、optimalsidelobelevelsandthesidelobesoftheNuttallwindowdecayatafastrate.Hence,spectralleakagecanbereducedwhenthevoltageandcurrentsignalsareweightedbyNuttallwindow.ThephasedifferencerevisionalgorithmhastheadvantagesofcomputationalefficiencyandeasyimplementationforNuttallwindo

6、wweightedsignal.Simulationresultsandpowermeasurementapplicationshowtheeffectivenessandpracticabilityofthealgorithm.Keywords：Nuttallwindow;harmonicanalysis;spectralleakage;phasedifference;powermeasurement第9期温　和等：Nuttall窗加权谐波分析算法及其在电能计量中的应用18251　引　　言电力系统谐波的准确检测为电能计量与电能质量分析、故障

7、诊断、电力谐波抑制与补偿等提供科学依据[1-3]。快速傅里叶变换（FFT）易于在DSP等嵌入式系统中实现，应用广泛。由于非同步采样和数据截短的影响，采用FFT进行谐波分析会产生频谱泄漏和栅栏效应，降低了电力系统谐波分析的准确度[4]。收稿日期：2008-08　　ReceivedDate：2008-08*基金项目：国家自然科学基金（60872128）资助项目电力系统基波频率往往存在波动，即使采用了频率跟踪技术，也难以做到严格的同步采样[5]。为减少频谱泄漏和栅栏效应的影响，国内外学者研究了加窗插值FFT信号分析方法[6-7]，分别采用矩形窗[5

8、]、Hanning窗[6]、Blackman-Harris窗[7-8]、Rife-Vincent窗[9]和矩形卷积窗[10]等实现插值FFT信号谐波分析，提高了准确