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随着社会经济的快速发展,电力电子装置以及计算机和空调等电器在人们的生活中越来越普及,随之而来的谐波污染问题也越来越严重。谐波污染对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在的威胁,因此,研究出快速准确的计算电力系统谐波的方法是十分必要的。快速傅里叶变换是目前谐波检测最常用的方法,它操作方便且易于实现。然而,由于对非同步采样序列进行FFT时存在频谱泄漏及栅栏效应现象,这对测量结果的准确度产生了很大影响。本文提出了加五项窗插值FFT算法,用来减小电力系统谐波检测的误差,同时,利用三次样条函数的嵌套乘的形式计算该算法的频率及复振幅修正系数,用来提高计算速度。
本文首先对快速傅里叶变换进行了研究,指出了传统FFT算法中存在的频谱混叠、频谱泄漏及栅栏效应所产生的原因及其现象,结合这些现象所产生的机理,提出了加五项Rife-Vincent(Ⅰ)窗插值FFT算法。五项Rife-Vincent(Ⅰ)窗的能量更集中,其窗谱除第一个旁瓣外,其余旁瓣峰值都比对应频率点的Blackman-harris窗的小,且衰减很快,在0.3π以后旁瓣峰值下降到-130dB以下,旁瓣引起的谱间干扰更小,因此,采用五项余弦窗Rife-Vincent(Ⅰ)窗截断信号,可以获得更高的计算精度。与计算精度很高的加四项Blackman-harris窗及Nuttall(Ⅰ)窗插值FFT算法相比,精度有很大的提高。但其计算公式比较复杂且计算量比较大,这些缺点限制了它的使用。
三次样条函数计算公式简单,光滑性比较好,有良好的收敛性及稳定性,因此,本文利用三次样条函数的嵌套乘的形式计算加Rife-Vincent(Ⅰ)窗插值FFT算法的频率及复振幅修正系数,这样就可以大大减小该算法的计算量,实时性比较好,计算结果精确度高。
利用MATLAB平台对算法的结果进行仿真,计算结果表明:基于三次样条函数的Rife-Vincent(Ⅰ)窗插值FFT算法计算精度高,计算公式简单,运算量比较小且计算速度较快,提高了实时性。