[發(fā)明專利]一種Nuttall自卷積窗加權(quán)傅里葉變換的諧波電能計(jì)量方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110323719.5
• 申請(qǐng)日: 2011-10-19
• 公開（公告）號(hào): CN102435845A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周毅波;滕召勝;卿柏元;李剛;溫和;高云鵬;曾博;唐求;李偉堅(jiān);陳桃;王永;朱少波;蔣雯倩;王勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院;湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R23/16
• 分類號(hào): G01R23/16;G06F17/14
• 代理公司: 廣西南寧公平專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 45104
• 代理人: 黃永校

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種諧波電能計(jì)量方法，具體是一種Nuttall自卷積窗加權(quán)傅里葉變換的電力諧波電能計(jì)量方法。屬于信號(hào)處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高精度信號(hào)分析與處理為諧波潮流計(jì)算、設(shè)備檢測(cè)、電力系統(tǒng)諧波補(bǔ)償與抑制、振動(dòng)信號(hào)分析和隨機(jī)故障處理等提供科學(xué)依據(jù)。采用傅立葉變換理論進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)，由于信號(hào)頻率存在波動(dòng)或干擾，嚴(yán)格的同步采樣無(wú)法實(shí)現(xiàn)，頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)會(huì)引入較大誤差。

經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，采用窗函數(shù)對(duì)信號(hào)加權(quán)可以有效減少頻譜泄漏，窗函數(shù)頻譜的主瓣與頻率分辨力直接有關(guān)，主瓣寬、頻率分辨力低；旁瓣與泄漏直接有關(guān)，旁瓣大，泄漏多；旁瓣衰減斜率反映旁瓣衰減的速度，旁瓣衰減越快，對(duì)泄漏抑制越強(qiáng)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了一系列窗函數(shù)，如Hanning窗、Blackman-Harris窗、Rife-Vincent(I)窗、Nuttall窗和矩形卷積窗等，并將它們運(yùn)用到信號(hào)加權(quán)處理算法中，提高了信號(hào)處理精度。

基于經(jīng)典窗函數(shù)(Hanning窗、Blackman-Harris窗、Rife-Vincent(I)窗、Nuttall窗和矩形卷積窗等)的信號(hào)加權(quán)分析算法利用窗函數(shù)的頻譜旁瓣下降特性可以在一定程度上可以減少頻譜泄漏。但是，由于經(jīng)典窗的旁瓣特性仍不夠理想，對(duì)頻譜泄漏的抑制作用仍然有限，諧波間的相互干擾不可忽略，信號(hào)分析處理精度受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有加窗傅里葉變換諧波電能計(jì)量方法的缺陷，提供一種簡(jiǎn)便的Nuttall自卷積窗加權(quán)傅里葉變換諧波電能計(jì)量方法，解決信號(hào)加權(quán)處理過(guò)程中頻譜泄漏過(guò)大，諧波間相互干擾的問(wèn)題，從而提高信號(hào)諧波分析的準(zhǔn)確度和實(shí)用性，為進(jìn)一步進(jìn)行的信號(hào)參數(shù)識(shí)別與諧波電能計(jì)量提供可靠依據(jù)。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的：一種Nuttall自卷積窗加權(quán)傅里葉變換的諧波電能計(jì)量方法，包括如下步驟：

首先構(gòu)建離散Nuttall自卷積窗，采用長(zhǎng)度為N的Nuttall自卷積窗序列對(duì)長(zhǎng)度為N的離散電力信號(hào)進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，再采用傅里葉變換獲得電力信號(hào)的離散頻譜，運(yùn)用最小二乘法進(jìn)行頻譜峰值擬合，獲得電力諧波的幅值、頻率和初相角，進(jìn)而計(jì)算諧波電能。

所述構(gòu)建離散Nuttall自卷積窗，是先構(gòu)建長(zhǎng)度為M的離散Nuttall窗序列，然后將p個(gè)離散Nuttall窗序列作p-1次卷積運(yùn)算，得到卷積序列，在卷積序列的首或尾補(bǔ)p-1個(gè)零，即得到長(zhǎng)度為N＝pM的p階離散Nuttall自卷積窗。

所述運(yùn)用最小二乘法進(jìn)行頻譜峰值擬合，是在離散頻譜對(duì)應(yīng)的諧波頻率附近尋找幅度最大和次大的譜線，運(yùn)用最小二乘法對(duì)峰值譜線進(jìn)行擬合，獲得電力諧波的幅值、頻率和初相角，進(jìn)而計(jì)算諧波電能。

所述Nuttall自卷積窗加權(quán)傅里葉變換，是隨著卷積階數(shù)的增加，Nuttall自卷積窗的旁瓣電平得到迅速降低。

本發(fā)明的原理是：

Nuttall窗是余弦組合窗，其時(shí)域表達(dá)式為

w(n)=Σg=0G-1(-1)gbgcos(2πn·g/N)]]>

式中，M為窗函數(shù)的項(xiàng)數(shù)；n＝0，1，Λ，N-1；bg滿足約束條件