一种基于FFT的电力系统谐波分析改进方法研究.pdf

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1、煤炭工程第４９卷第４期ＣＯＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ?４９，Ｎｏ?４ｄｏｉ：１０?１１７９９／ｃｅ２０１７０４０２９一种基于ＦＦＴ的电力系统谐波分析改进方法研究赵心迪（同济大学电子与信息工程学院，上海２０１８０４）摘要：为解决传统的谐波分析方法—快速傅立叶变换（ＦＦＴ）由于存在频谱泄漏效应，不能实现精确的谐波分析的问题。针对加窗插值算法在发生主瓣干涉时频谱矫正的不足，给出了一种基于复解析带通滤波器细化法（改进ＦＦＴ法）和传统加窗插值ＦＦＴ法相结合的实时在线谐波分析方法。该方法弥补了加窗插值算法的不足，具有较高计算精度。并对该算法进行了仿真实验，由ＭＡＴＬＡＢ仿真结果可以看出该算法的

2、准确性和有效性。关键词：谐波分析；频谱泄漏；快速傅里叶变换（ＦＦＴ）；复解析带通滤波器细化法；ＭＡＴＬＡＢ中图分类号：ＴＭ９３５文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－０９５９（２０１７）０４⁃００９８⁃０３ＡｎｉｍｐｒｏｖｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｈａｒｍｏｎｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＦＦＴａｌｇｏｒｉｔｈｍＺＨＡＯＸｉｎ－ｄｉ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１８０４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｓｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ

3、（ＦＦＴ）ｗｅｒｅｄｉｓｔｕｒｂｅｄｂｙｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｌｅａｋａｇｅｉｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｈａｒｍｏｎｉｃｓ，ｓｏｍｅｅｆｆｏｒｔｓｗｅｒｅｍａｄｅｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄｏｗｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｔｏｃｏｒｒｅｃｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｐｈａｓｅａｎｄａｍｐｌｉｔｕｄｅｂｙＦＦＴ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｖｅｒｃｏｍｅｓｏｍｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓｏｆｅｘｉｓｔｉｎｇｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ，ａｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｍｂｉｎ

4、ｉｎｇＦＦＴｗｉｔｈｔｈｅｍｕｌｔｉｐｌｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｚｏｏｍａｎａｌｙｓｉｓｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐｌｅｘａｎａｌｙｔｉｃｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒ（ｉｍｐｒｏｖｅｄＺＦＦＴ）ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈａｒｍｏｎｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｐｅｃｔｒｕｍｌｅａｋａｇｅ；ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ（ＦＦＴ）；ｉｍｐｒｏｖｅｄＺＦＦＴ；ＭＡＴＬＡＢ随着工业信息的发展，越来越多的电力电子功率器件以减少旁瓣干涉的影响，且在没有发生严重干涉的情况下，在

5、供电网络中得到应用，一方面促进了工业生产运行中的余弦窗项数越多，旁瓣衰减速度越快，对旁瓣干涉的抑制效节能和能量高效转换，但同时也带来了严重的谐波问题。果越好。但当两信号频率间隔较近，发生严重频谱干涉，特而谐波问题不仅会导致功率因数下降，企业生产成本的增别是主瓣干涉时，由于频率分辨率限制，直接采用加窗插值加，更会对企业的安全生产造成威胁。对谐波的准确分析算法会导致频谱混叠，无法对谐波参数进行分析。本文针对将有利于电能质量的评估，是谐波治理的基础和根据，具加窗插值算法在发生主瓣干涉时频谱矫正的不足，提出了采有重要意义。用复解析带通滤波器细化法（改进ＺＦＦＴ法）与加窗插值ＦＦＴ离散傅立叶变换（

6、ＤＦＴ）特别是快速傅立叶变换（ＦＦＴ）算法相结合的实时在线谐波分析方法。即通过频谱干涉的判定法因其易于微机实现而被作为谐波分析的主要方法。然而由方法判定存在主瓣干涉的频谱区间，并采用复解析带通滤波于非同步采样导致的频谱泄漏问题，使得ＦＦＴ计算结果不够器细化法对该区间进行频谱分析，对不存在主瓣干涉部分的精确。频谱泄漏包括短范围泄漏和长范围泄漏两部分。短范信号仍采用加窗插值ＦＦＴ法分析。仿真研究表明，这种校正围泄漏是指由于离散频谱的栅栏效应导致的信号峰值点观测方法简单易行，可以对发生主瓣干涉的频率成分进行精确的［５－９］上的偏差；长范围泄漏可分为发生旁瓣干涉与发生主瓣干幅值、频率和相位的校正

7、。涉，是指由于信号截断造成的信号频谱之间的相互干扰。目１算法原理前已有多种方法能够降低频谱泄露的影响，比如双谱线插值［１］算法、三谱线插值算法可以减少短范围频谱泄漏；１?１频谱干涉的判定方法［２］［３］［４］［１０］Ｈａｎｎｉｎｇ窗、Ｂｌａｃｋｍａｎ窗、组合余弦窗等加窗算法可谱线干涉的判定方法有相位判定法和幅值判定法，收稿日期：２０１６－０４－２５作者简介：赵心迪（１９９２—），女，山东济南人，硕士，主要研究方向：谐波分析，列车牵引