一种基于频域复插值的电流信号高频间谐波的信号分析方法技术

本发明专利技术涉及高频间谐波分析领域，提供了一种基于频域复插值的电流信号高频间谐波信号分析方法，包括：

【技术实现步骤摘要】
一种基于频域复插值的电流信号高频间谐波的信号分析方法


[0001]本公开涉及高频间谐波的分析处理领域，尤其涉及一种基于频域复插值的电流信号高频间谐波的信号分析方法
。
[0002]
技术介绍

[0003]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术
。
[0004]随着高比例可再生能源在电网中的渗透规模不断扩大
、
特高压交直流输电线路相继投入运行以及配电侧电力电子设备的大量接入，高频电流信号渗入电网的规模越来越大，其对电网振荡产生的不利影响也愈加扩散
。
现有信号测量设备于设计之初未特别考虑高频电流信号的测量，因此其测量精度不高，而电流间谐波的产生的时间与频率相比谐波信号更具有不确定性，亟须对高频间谐波电流信号展开单独研究，其测量的准确性很关乎对其产生机理及后续溯源等的研究，因此至关重要
。
[0005]间谐波非整周期截断后进行
FFT
计算会伴随固有的频谱泄漏和栅栏效应，现阶段通常采用加窗来抑制频谱泄漏，插值来消除栅栏效应
。
加窗函数的基本思路是是寻找旁瓣衰减特性更好的窗函数和组合窗函数，但较低的衰减电平和较快的旁瓣衰减速度通常以主瓣宽度的增加为代价，导致主瓣频率分辨率降低
。
频谱插值的目的是求出更接近于真实谱线的频率
、
幅值
、
相位参数，要做到更高的精度，就需要牺牲计算时间，因此无法很好得满足实时测量的需求
。
因此现在亟须提出一种针对高频电流间谐波的实时高精度监测方法
。

技术实现思路

[0006]本公开解决了在对电流进行插值处理过程中，既保持主瓣的频率分辨率，又能克服栅栏效应并提高测量精度的技术问题
。
[0007]为此目的，本申请的一个实施例中，提出了一种基于频域复插值的电流信号高频间谐波信号分析方法，包括：
[0008]一种基于频域复插值的电流信号高频间谐波分析方法，包括以下步骤：
[0009](1)
采集获取电网运行时刻的电流信号，构成原始信号数据
X
；
[0010](2)
对原始信号数据进行加窗函数，并利用
FFT
进行频谱分析；
[0011](3)
在原始信号数据
FFT
频谱分析的基础上，进行相同窗函数的频域复插值，得到高频间谐波的高精度幅值和相位公式；
[0012](4)
搜寻相邻两次：例如
n
次谐波与
n+1
次，的谐波间的峰值谱线和次峰值谱线，估算高频间谐波频率区间，
6*k
±
1≥n≥1
；
[0013](5)
应用逐次逼近法，精确求取高频间谐波频率的高精度计算结果；
[0014](6)
利用步骤
(3)
的公式，求取高频间谐波的高精度幅值和相位
。
[0015]作为进一步的限定，本公开所述的高频间谐波指频率为
1kHz
以上
。
[0016]作为进一步的限定，所述步骤
(2)
中，采用的窗函数为四项
Rife
‑
Vincent(Ⅲ)
窗，设某一单频率正弦信号窗函数为
ω
(t)
，其傅里叶变换为
W(
ω
)
，
x
k
(t)
加窗后的傅里叶变换
X
W
(
ω
)
为
[0017][0018]对上等间隔采样，采样间隔为2π
/T
，只取频谱的正频率部分为：
[0019][0020]8.
作为进一步的限定，所述步骤
(3)
中，设
X
W
(n
ω
s
)
和相同窗函数的
DTFT
，即
e
‑
j
ω
T/2
W(
ω
)
，做复插值运算，得到所述频域复插值为：
[0021][0022]由于对称窗的频谱
W(
ω
)
是实偶函数，有
W(
ω
k
‑
n
ω
s
)
＝
W(n
ω
s
‑
ω
k
)
，式中，若令
ω
＝
ω
k
，得到
[0023][0024]复插值计算在
ω
k
处抵消了附加相移
‑
(
‑
n
ω
s
‑
ω
k
)T/2
，则间谐波
ω
k
处的幅值
A
k
和相位为
[0025][0026][0027]作为进一步的限定，所述步骤
(4)
中，可以将间谐波频率范围缩小到
FFT
的一个采样分辨率内
。
[0028]作为进一步的限定，所述步骤
(5)
中，逐次逼近法为最优化问题：
[0029]max J(
ω
)
[0030]其中，目标函数定义为所述频域复插值的模：
[0031]J(
ω
)
＝
|X
WW
(
ω
)|
[0032]ω
k
的值按照如下两公式计算，直到
|
Δω
|≤
δ
，
δ
为误差阈值，
η
为逼近速率，
k
为迭代次数：
[0033][0034]ω
(k+1)
＝
ω
(k)+
Δω
(k)
[0035]作为进一步的限定，所述步骤
(6)
中，可在较高精度下求取电力系统电流
1kHz
以上间谐波的幅值和相位
。
[0036]优选地，在上述或下述的一些实施例的方法中，步骤
(3)
进一步包括，设
X
W
(n
ω
s
)
和相同窗函数的
DTFT
，即
e
‑
j
ω
T/2
W(
ω
)
，做复插值运算，得到
[0037][0038]由于对称窗的频谱
W(
ω
)
是实偶函数，有
W(
ω本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于频域复插值的电流信号高频间谐波信号分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)
采集获取电网运行时刻的电流信号，构成原始信号数据
X
；
(2)
对所述原始信号数据进行加窗函数，并利用
FFT
进行频谱分析；
(3)
在所述原始信号数据
FFT
频谱分析的基础上，进行相同窗函数的频域复插值，得到高频间谐波的幅值和相位公式；
(4)
搜寻
n
次谐波与
n+1
次谐波间的峰值谱线和次峰值谱线，估算高频间谐波的频率区间；
(5)
在所述频率区间内应用逐次逼近法，求取高频间谐波的频率的计算结果；
(6)
将所述频率的计算结果代入所述步骤
(3)
中所述幅值和相位公式，求取高频间谐波的幅值和相位
。2.
根据权利要求1所述的基于频域复插值的电流信号高频间谐波信号分析方法，其特征是：所述的高频间谐波的频率为
1kHz
以上
。3.
根据权利要求1所述的基于频域复插值的电流信号高频间谐波信号分析方法，其特征是：所述步骤
(2)
中采用的窗函数为四项
Rife
‑
Vincent(Ⅲ)
窗，以及，所述步骤
(2)
进一步包括：设某一单频率正弦信号窗函数为
ω
(t)
，其傅里叶变换为
W(
ω
)
，
x
k
(t)
加窗后的傅里叶变换
X
W
(
ω
)
为
4.
根据权利要求3所述的基于频域复插值的电流信号高频间谐波信号分析方法，其特征是：对所述傅里叶变换
X
W
(
ω
)
式等间隔采样，采样间隔为2π
/T
，只取频谱的正频率部分为：
5....

【专利技术属性】
技术研发人员：施林松，赵戈瑞，董隽，刘克虎，
申请(专利权)人：南京首风智慧电力研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：