专利名称：一种纳托尔自卷积窗加权傅里叶变换的谐波电能计量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种谐波电能计量系统，具体是一种纳托尔自卷积窗加权傅里叶变换的电力谐波电能计量系统。属于信号处理领域。
背景技术：
高精度信号分析与处理为谐波潮流计算、设备检测、电力系统谐波补偿与抑制、振动信号分析和随机故障处理等提供科学依据。采用傅立叶变换理论进行信号处理时，由于信号频率存在波动或干扰，严格的同步采样无法实现，频谱泄漏和栅栏效应会引入较大误差。经文献检索发现，采用窗函数对信号加权可以有效减少频谱泄漏，窗函数频谱的主瓣与频率分辨力直接有关，主瓣宽、频率分辨力低；旁瓣与泄漏直接有关，旁瓣大，泄漏多；旁瓣衰减斜率反映旁瓣衰减的速度，旁瓣衰减越快，对泄漏抑制越强。国内外学者提出了一系列窗函数，如Hanning窗、Blackman-Harris窗、Rife-Vincent (I)窗、纳托尔窗和矩形卷积窗等，并将它们运用到信号加权处理算法中，提高了信号处理精度。基于经典窗函数(Hanning窗、Blackman-Harris 窗、Rife-Vincent (I)窗、纳托尔窗和矩形卷积窗等)的信号加权分析算法利用窗函数的频谱旁瓣下降特性可以在一定程度上可以减少频谱泄漏。但是，由于经典窗的旁瓣特性仍不够理想，对频谱泄漏的抑制作用仍然有限，谐波间的相互干扰不可忽略，信号分析处理精度受到限制。
发明内容本实用新型目的在于克服现有加窗傅里叶变换谐波电能计量系统的缺陷，提供一种简便的纳托尔自卷积窗加权傅里叶变换谐波电能计量系统，解决信号加权处理过程中频谱泄漏过大，谐波间相互干扰的问题，从而提高信号谐波分析的准确度和实用性，为进一步进行的信号参数识别与谐波电能计量提供可靠依据。本实用新型通过以下技术方案实现上述目的一种纳托尔自卷积窗加权傅里叶变换的谐波电能计量系统，由信号采样单元、加纳托尔自卷积窗单元、FFT运算单元、第h次谐波的频率范围计算单元、幅度最大和次大谱线的局部搜索单元、频谱插值计算单元、频率偏移量计算单元、谐波参数计算单元以及谐波电能输出单元组成，加纳托尔自卷积窗单元连接信号采样单元与FFT运算单元，第h次谐波的频率范围计算单元连接FFT运算单元与幅度最大和次大谱线的局部搜索单元，频谱插值计算单元连接幅度最大和次大谱线的局部搜索单元与频率偏移量计算单元，谐波参数计算单元连接频率偏移量计算单元与谐波电能输出单元。所述加纳托尔自卷积窗单元是先构建长度为M的离散纳托尔窗序列，然后将ρ个离散纳托尔窗序列作P-I次卷积运算，得到卷积序列，在卷积序列的首或尾补P-I个零，即得到长度为N = pM的ρ阶离散纳托尔自卷积窗。所述频谱插值计算单元是运用最小二乘法对谐波频率附近的幅度最大和次大的谱线进行拟合，获得该谐波频率的准确频谱。该系统实现步骤如下首先构建长度为离散纳托尔窗序列，然后将离散纳托尔窗卷积运算，得到卷积序列，在卷积序列的首或尾补零，得到离散纳托尔自卷积窗，采用纳托尔自卷积窗序列对离散电力信号进行加权运算，再采用傅里叶变换获得电力信号的离散频谱，在离散频谱对应的谐波频率附近寻找幅度最大和次大的谱线，运用最小二乘法对峰值谱线进行拟合，获得电力谐波的幅值、频率和初相角，从而实现复杂电力信号中的整数次谐波电能计量。本实用新型的原理是纳托尔窗是余弦组合窗，其时域表达式为
权利要求1.一种纳托尔自卷积窗加权傅里叶变换的谐波电能计量系统，其特征在于，该系统由信号采样单元、加纳托尔自卷积窗单元、FFT运算单元、第h次谐波的频率范围计算单元、幅度最大和次大谱线的局部搜索单元、频谱插值计算单元、频率偏移量计算单元、谐波参数计算单元以及谐波电能输出单元组成，加纳托尔自卷积窗单元连接信号采样单元与FFT运算单元，第h次谐波的频率范围计算单元连接FFT运算单元与幅度最大和次大谱线的局部搜索单元，频谱插值计算单元连接幅度最大和次大谱线的局部搜索单元与频率偏移量计算单元，谐波参数计算单元连接频率偏移量计算单元与谐波电能输出单元。
2.根据权利要求1所述的纳托尔自卷积窗加权傅里叶变换的谐波电能计量系统，其特征在于，所述加纳托尔自卷积窗单元是先构建长度为M的离散纳托尔窗序列，然后将ρ个离散纳托尔窗序列作P-I次卷积运算，得到卷积序列，在卷积序列的首或尾补P-I个零，即得到长度为N = pM的ρ阶离散纳托尔自卷积窗。
3.根据权利要求1所述的纳托尔自卷积窗加权傅里叶变换的谐波电能计量系统，其特征在于，所述频谱插值计算单元是运用最小二乘法对谐波频率附近的幅度最大和次大的谱线进行拟合，获得该谐波频率的准确频谱。
专利摘要一种纳托尔自卷积窗加权傅里叶变换的谐波电能计量系统，该系统的加纳托尔自卷积窗单元连接信号采样单元与FFT运算单元，第h次谐波的频率范围计算单元连接FFT运算单元与幅度最大和次大谱线的局部搜索单元，频谱插值计算单元连接幅度最大和次大谱线的局部搜索单元与频率偏移量计算单元，谐波参数计算单元连接频率偏移量计算单元与谐波电能输出单元。采用该系统能够实现复杂电力信号中的整数次谐波电能计量。
文档编号G01R23/16GK202339381SQ20112040540
公开日2012年7月18日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者卿柏元, 周毅波, 唐求, 曾博, 朱少波, 李伟坚, 李刚, 温和, 滕召胜, 王勇, 王永, 蒋雯倩, 陈桃, 高云鹏 申请人:广西电网公司电力科学研究院, 湖南大学