一种优化窗函数及其在电网谐波检测中的应用分析

发布时间：2021-01-12 11:03

　　基于离散傅里叶变换（DFT）的谐波检测方法中,现有窗函数在信号含有高次弱幅值谐波分量及电网频率波动等复杂情况下测量准确度较低,为此提出一种最小旁瓣优化窗函数并分析其在电网谐波检测中的应用。首先利用约束条件对余弦窗函数进行优化,提出了一种最小旁瓣优化窗,并分析该窗函数的频谱特性;然后利用该优化窗提出基于6项最小旁瓣优化窗插值的改进DFT谐波检测算法,运用数学拟合方法求出谐波参数计算公式;最后通过复杂实况下的仿真试验,验证所述六项最小旁瓣优化窗的优良性能。研究表明:与已有窗函数相比六项最小旁瓣优化窗具有最小的旁瓣峰值,能更有效抑制频谱泄漏的相互影响,提高DFT谐波检测方法的测量精度,满足在复杂实况下电网谐波测量需要。 

【文章来源】：高压电器. 2020,56(10)北大核心

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

最小旁瓣优化窗特性

由图2(a)可知，以六项余弦窗为例，六项MSOW的旁瓣峰值为-153 d B，已有六项余弦窗为-88 d B，证明经过优化后其旁瓣峰值明显降低，这个旁瓣性能的改善提高了MSOW的频谱泄漏抑制能力。同时，这两种窗函数具有相同的主瓣宽度，因而其频率分辨率没有受到参数优化的影响。图1(b)表明，随着窗项数的增加，其旁瓣峰值电平同样显著降低，但是其主瓣宽度变大，影响了频率分辨率。因此窗项数K不能过大，六项MSOW其频率分辨率仍满足要求，因此文中选取六项MSOW作为母窗，用于对电网中高次弱幅值等复杂情况下的谐波分析。

实际电网基波频率总是在一定范围内波动，频率的波动引起谐波的不稳定，导致各次谐波之间相互干扰。特别是对于高次弱幅值谐波，容易受大幅值谐波的影响而造成严重的频谱泄漏情况。为验证文中提出的改进算法在实际电网情况波动时也具有较高的测量精度，设置仿真实例的频率波动情况为49.5～50.5 Hz，仿真模型仍沿用式(26)的信号，验证本文所提算法的抗频率干扰能力。由于篇幅有限，文中仅将Nuttall窗作为对比组。加Nuttall窗的仿真结果见图3，加六项MSOW窗仿真结果见图4。由图3可以看出，当基波频率波动时，采用加Nuttall窗幅值和相位误差上升了几个数量级。特别是对于高次弱幅值谐波，幅值相对误差为10-2%数量级，相位相对误差为1.2%，此时相位测量结果已经不能满足电网谐波标准的要求。

【参考文献】：
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本文编号：2972735