一种基于中心频移的谐波参数估计算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于中心频移的谐波参数估计算法，包括以下步骤：首先对谐波信号进行离散采样，然后对离散信号加汉宁窗截断数据并进行FFT计算；分析由FFT计算得到的谐波频谱，搜寻基波谱线并判断其位置是否位于量化频点的二分之一处。若是，则直接进行后续步骤；若不是，则根据距离差D对整体信号进行中心频移。在频移后的频谱中搜寻各次谐波谱峰的位置khm，依据各次谐波谱线位于量化频点二分之一处的条件，和同时考虑其对应的偏移因数Eh，对信号的幅值、频率和相角进行估算。本发明专利技术具有分析精度高，实时性高，抗干扰性强等特点，适用于电力系统中的谐波检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统谐波信号检测
，尤其涉及一种基于中心频移的谐波参数估计算法。
技术介绍
随着非线性设备使用量的增加，由其引起的谐波污染问题也越来越严重。这些问题不仅威胁到电力系统的安全运行，也缩短了电力系统中设备的使用寿命，所以高精度的谐波分析一直是人们研究的热点。快速傅里叶变化(fastFouriertransform,FFT)是一种应用极为广泛的信号处理方法。在长期的实际应用和理论分析中发现，由FFT计算得到的频谱在估算谐波参数时，会产生极大的误差。减小这种误差使用最为广泛的校正方法是插值法，即寻找频率归一后最接近主瓣峰值的两条谱线，并根据它们的窗谱函数的比值建立一个以频率参数为变量的方程，然后求解校正频率，同时估算出幅值和相角。为了提高插值法的精确度，会选用旁瓣性能更好的窗函数，比如Rife-Vincent窗、Nuttall窗和自卷积窗；或者是参考更多谱线信息。这些改进算法在提高精确度的同时会出现以下问题：(1)算法复杂；无论是改用更高性能的窗函数，还是增加参考谱线的个数，都会加大算法的复杂程度，使得谐波计算时间变长，影响算法的实时性。(2)抗干扰性弱；在实际环境中，以上的改进算法会使算法中受干扰的因素更多，难以保证谐波检测在干扰环境中的可靠性。所以现有的谐波检测环境更需要一种计算简便、抗干扰性强的谐波计算方法。
技术实现思路
针对现有的谐波分析算法过程复杂和抗干扰性弱的缺点，本专利技术提出了一种基于中心频移的谐波参数估计算法。本专利技术提出的算法与传统的加窗插值算法相比，省去了拟合插值的过程，同时利用中心频移的方法提高了算法的抗干扰性，更适用于电力系统中的谐波检测。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于中心频移的谐波参数估计算法，包括以下步骤：步骤1：待测谐波信号s(t)进行采样得到离散信号s(n)，然后对离散信号s(n)加汉宁窗函数，即sw(n)＝s(n)·w(n)，最后sw(n)进行FFT计算得到频谱Sw(k)；步骤2：搜寻基波谱线，判断其位置是否位于量化频点的二分之一；若是，则直接进行后续步骤；若不是，则根据距离差D对整体信号进行时域频移，得到sD(n)，然后经过FFT计算得到新的频谱SD(k)；步骤3：搜寻各次谐波谱峰的位置khm，然后依据各次谐波谱线位于量化频点二分之一处的条件，和同时考虑其对应的偏移因数Eh，对信号的幅值、频率和相角进行估算。计算基波谱线与量化频点二分之一处距离D的公式为：D=12-|Sw(k1m+r)||Sw(k1m+r)|+|Sw(k1m)|]]>其中，|Sw()|为信号谱线的幅值；k1m为基波谱峰对应的位置；当|Sw(k1m+1)|>|Sw(k1m-1)|时，r＝1；当|Sw(k1m+1)|<|Sw(k1m-1)|时，r＝-1。上式中的谱线幅值易于得到，用来估算谐波谱线位置简单可靠。所述的判断基波谱线位置是否位于量化频点的二分之一处的方法是：比较距离D与阈值ε的大小，当D>ε时，可认为基波谱线不位于量化频点的二分之一处，否则条件成立；阈值ε大小可视实际精度要求而定，通过阈值判断频移是否，可以减轻算法的运算量。所述各次谐波对应的偏移因素Eh是：Eh=12-|SD(khm+l)||SD(khm)|+|SD(khm+l)|]]>其中，|SD()|为频移后信号谱线的幅值；khm为第h次谐波谱峰对应的位置；当|SD(khm+1)|>|SD(khm-1)|时，l＝1；当|SD(khm+1)|<|SD(khm-1)|时，l＝-1；估算谐波参数时考虑到偏移因素，可协助校正各次谐波的谱线位置，增加算法的估算精度。所述信号的幅值估算公式为：Ah=2·[|SD(khm)|+|SD(khm+l)|]|W(-12l+l·Eh)|+|W(12l+l·Eh)|]]>其中，|W()|为窗函数频域幅值表达式，|SD()|为频移后信号谱线的幅值；Eh为各次谐波对应的偏移因素；khm为第h次谐波谱峰对应的位置；当|SD(khm+1)|>|SD(khm-1)|时，l＝1；当|SD(khm+1)|<|SD(khm-1)|时，l＝-1。所述信号的频率估算公式为：fh=(khm+l2-l·Eh-r·D)·Δf]]>其中，fs为信号采样频率，N为采样个数，Eh为各次谐波对应的偏移因素。所述信号的相角估算公式为：其中，|SD()|为频移后信号谱线的幅值；Eh为各次谐波对应的偏移因素；khm为第h次谐波谱峰对应的位置。本专利技术一种基于中心频移的谐波参数估计算法，有益效果如下：1)、实时性高：本专利技术提出的算法与传统加窗插值的算法相比，省去了拟合插值的步骤，缩短了运算时间，提高了算法在实际应用中的实时性。2)、抗干扰性强：本方专利技术加入了中心频移的步骤，该步骤可保证双谱线幅值近乎相等，不会存在次谱线幅值过弱造成精度受环境干扰影响较大的情况。3)、精度高：本专利技术在估算谐波参数的过程中加入了偏移因素的概念，用偏移因素来修正谐波谱线的位置，可以抑制在频移过程中算法受到的影响，从来提高参数估算的精确度。4)、易于嵌入式系统的运用：本专利技术算法步骤简便，易于编程与应用于嵌入式系统中。附图说明图1为本专利技术算法的流程图。图2为本专利技术信号中心频移示意图。图3为本专利技术白噪声下频率相对误差对比图。图4为本专利技术白噪声下幅值相对误差对比图。图5为本专利技术白噪声下相角相对误差对比图。具体实施方式一种基于中心频移的谐波参数估计算法，包括以下步骤：步骤1：待测谐波信号s(t)进行采样得到离散信号s(n)，然后对离散信号s(n)加汉宁窗函数，即sw(n)＝s(n)·w(n)，最后sw(n)进行FFT计算得到频谱Sw(k)；步骤2：搜寻基波谱线，判断其位置是否位于量化频点的二分之一；若是，则直接进行后续步骤；若不是，则根据距离差D对整体信号进行时域频移，得到sD(n)，然后经过FFT计算得到新的频谱SD(k)；步骤3：搜寻各次谐波谱峰的位置khm，然后依据各次谐波谱线位于量化频点二分之一处的条件，和同时考虑其对应的偏移因数Eh，对信号的幅值、频率和相角进行估算。计算基波谱线与量化频点二分之一处距离D的公式为：D=12-|Sw(k1m+r)||Sw(k1m+r)|+|Sw(k1m)|]]>其中，|Sw()|为信号谱线的幅值；k1m为基波谱峰对应的位置；当|Sw(k1m+1)|>|S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于中心频移的谐波参数估计算法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：待测谐波信号s(t)进行采样得到离散信号s(n)，然后对离散信号s(n)加汉宁窗函数，即sw(n)＝s(n)·w(n)，最后sw(n)进行FFT计算得到频谱Sw(k)；步骤2：搜寻基波谱线，判断其位置是否位于量化频点的二分之一；若是，则直接进行后续步骤；若不是，则根据距离差D对整体信号进行时域频移，得到sD(n)，然后经过FFT计算得到新的频谱SD(k)；步骤3：搜寻各次谐波谱峰的位置khm，然后依据各次谐波谱线位于量化频点二分之一处的条件，和同时考虑其对应的偏移因数Eh，对信号的幅值、频率和相角进行估算。

【技术特征摘要】
1.一种基于中心频移的谐波参数估计算法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：待测谐波信号s(t)进行采样得到离散信号s(n)，然后对离散信号s(n)加汉宁
窗函数，即sw(n)＝s(n)·w(n)，最后sw(n)进行FFT计算得到频谱Sw(k)；
步骤2：搜寻基波谱线，判断其位置是否位于量化频点的二分之一；若是，则直接进
行后续步骤；若不是，则根据距离差D对整体信号进行时域频移，得到sD(n)，然后经过
FFT计算得到新的频谱SD(k)；
步骤3：搜寻各次谐波谱峰的位置khm，然后依据各次谐波谱线位于量化频点二分之一
处的条件，和同时考虑其对应的偏移因数Eh，对信号的幅值、频率和相角进行估算。
2.根据权利要求1所述一种基于中心频移的谐波参数估计算法，其特征在于，计算基波
谱线与量化频点二分之一处距离D的公式为：
D=12-|Sw(k1m+r)||Sw(k1m+r)|+|Sw(k1m)|]]>其中，|Sw()|为信号谱线的幅值；k1m为基波谱峰对应的位置；当|Sw(k1m+1)|>|Sw(k1m-1)|时，
r＝1；当|Sw(k1m+1)|<|Sw(k1m-1)|时，r＝-1。上式中的谱线幅值易于得到，用来估算谐波谱线
位置简单可靠。
3.根据权利要求1所述的基于中心频移的谐波参数估计算法，其特征在于，所述的判断
基波谱线位置是否位于量化频点的二分之一处的方法是：比较距离D与阈值ε的大小，当
D>ε时，可认为基波谱线不位于量化频点的二分之一处，否则条件成立；阈值ε大小可视
实际精度要求而定，通过阈值判断频移是否，可以减轻算法的运算量。
4.根据权利要求1所述的基于中心频移的谐波参数估计算法，其特征在于，所述各次谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐艳春，刘宇龙，李振华，李振兴，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42