DFT Nuttall窗加权谐波分析算法

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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计量中的实现方法。采用Nuttall窗对电压

2、、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:470.4037HarmonicanalysisalgorithmbasedonNuttallwindowanditsapplicationinpowermeasurem

3、entWenHe,TengZhaosheng,LiCongcong,HeJingdan,WeiShuangshuang(CollegeofElectricalandInformationEngineering,HunanUniversity,Changsha410082,China)Abstract:TheprecisionofharmonicanalysisisaffectedbyspectralleakagewhenusingFFTinelectricalsignals.Anewphasedifferencerevisionalgorithmofdiscretespectrumfo

4、rNuttallwindowweightedsignalisproposedinthispaper.ThecharacteristicsofNuttallwindowarestudied,andtheworkflowofthenewalgorithmisgiven.Theapplicationofthealgorithminpowermeasurementisintroduced.NuttallwindowhasoptimalsidelobelevelsandthesidelobesoftheNuttallwindowdecayatafastrate.Hence,spectrallea

5、kagecanbereducedwhenthevoltageandcurrentsignalsareweightedbyNuttallwindow.ThephasedifferencerevisionalgorithmhastheadvantagesofcomputationalefficiencyandeasyimplementationforNuttallwindowweightedsignal.Simulationresultsandpowermeasurementapplicationshowtheeffectivenessandpracticabilityofthealgor

6、ithm.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  R

7、eceivedDate: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]、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

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