基于加窗插值apFFT的电力谐波和间谐波检测算法研究

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随着电力系统向复杂化和智能化方向的发展,以及受传统化石能源日益枯竭和环境问题恶化的影响,加之新能源发电、冲击性负荷和电动汽车等新型的、复杂的负荷接入电网的比例不断增加,使得大量的非线性负载和电力电子设备被应用到电力系统中。这些非线性负载和电力电子设备接入电网后,使得系统中产生了大量的谐波和间谐波,不仅会污染整个电气环境,而且还会导致电压和电流波形发生畸变,进而降低电能质量,严重时会造成继电保护装置和控制设备的误动作,不利于电力系统的稳定运行。因此,为了保证电力系统的安全、经济和高效运行,有效地检测谐波和间谐波对于电能质量的谐波和间谐波治理问题具有重要的工程实践意义。在由谐波和间谐波造成的电能质量问题治理中,首要目标是检测电压或电流畸变信号中的谐波和间谐波成分,具体地是检测出谐波和间谐波成分的频率、幅值和初相位三个参数。本文将结合全相位FFT谱分析的原理和传统FFT单谱线插值的方法,分析和检测电力谐波和间谐波信号,为改善电能质量、治理谐波和间谐波提供一定的思路和方法。精确检测出电力畸变信号中的谐波和间谐波成分是有效治理谐波和间谐波,提高电能质量的关键。为此,本文在对比了几种典型窗函数(如Hanning窗、Blackman窗、Nuttall窗和五项莱芙-文森特I型窗)性能的基础上,针对五项莱芙-文森特I型窗函数具有最理想的旁瓣特性和旁瓣渐进衰减速率,提出了一种基于五项莱芙-文森特Ⅰ型双窗全相位FFT单谱线插值的频谱校正方法,并用于电力谐波和间谐波的检测中。在非同步采样的情况下,文中所提方法利用被测信号中各成分理论频率点附近的主谱线来校正频谱,从而估计出被测信号中基波、谐波和间谐波成分的频率值,同时利用全相位FFT相位谱的相位不变特性,初相位的估计可以直接取主谱线上的相位值。最后,结合推导出的频率校正量和五项莱芙-文森特I型双窗全相位FFT的幅值谱,反推出被测信号中各成分的幅值。通过大量的仿真验证,以及与现有一些文献提出的方法进行对比分析,文中所提方法能够检测出更加精确的电力谐波和间谐波参数值,且算法在较强的白噪声干扰下,也具有较高的检测精度,所提方法为准确检测电力系统谐波和间谐波参数提供了一种实用而有效的方法。
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