一种基于mir-rsd高精度余弦窗插值fft算法的谐波测量通道校准方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信号相量测量领域，具体是一种基于MIR-RSD高精度余弦窗插值FFT 算法的谐波测量通道校准方法。
【背景技术】
[0002] 众所周知，电力系统谐波测量与分析已经成为电力系统领域发展的一个重要研宄 方向。近几十年来，随着各种电力电子装置（主要是一些非线性设备）的广泛应用，使得电 网的谐波污染日益严重，电能质量下降。因此，实时测量和分析电网谐波分量，对于防止谐 波危害、提高电能质量十分必要。可是在谐波测量中产生的误差直接影响到测量精度，不能 达到预期防止谐波的效果，降低了工作效率。于是，对谐波分析结果进行校准必不可少。
[0003] 而谐波校准装置应运而生，可满足对谐波分析结果的校准。它采用DSP芯片作为 处理器，处理信息量大、速度快，能够满足精度要求和实时性要求。它作为标准仪器，用来检 测谐波分析结果是否准确。本发明采用了三谱线加窗插值FFT算法对信号进行处理，该算 法通过分析加窗信号傅里叶变换的频域表达式，利用谐波频点附近的三根频谱的幅值确定 谐波谱线的准确位置，进而得到谐波的幅值、频率及相位，推导的三谱线插值修正算法能够 进一步提高谐波分析的准确性。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了针对现有技术存在的不足，提供了一种操作简单、运算速度 快、精度更高的谐波校正方法。
[0005] 本发明提出的解决方案为：将时域信号加窗并进行离散傅里叶变换得到离散频 谱Xw (k)，找到离散频谱中频率fN附近的幅度最大谱线k i及其左边谱线k2、右边谱线k3，相 应的频谱幅度分别为I XGO I、I x(k2) I和I x(k3) I，计算加权比值系数β，从而求出 非整数部分频率成分S，再根据δ值进而求出幅值、频率和相角作为标准量与被校准的谐 波测量通道进行校准。
[0006] 本发明提出的基于MIR-RSD高精度余弦窗插值FFT算法的谐波测量通道校准方法 包括以下步骤：
[0007] 步骤一：信号源发出信号，同时送至数据采集模块和被校准的谐波测量通道；
[0008] 步骤二：数据采集模块获取信号并对其模数转换，获得信号模数转换后的数据；
[0009] 步骤三：谐波参数检测模块采用基于MIR-RSD高精度余弦窗三谱线加权插值FFT 算法对信号模数转换后的数据进行谐波分析，获得谐波测量结果Ll ;
[0010] 步骤四：读取被校准的谐波测量通道的谐波测量结果L2,并以谐波参数检测模块 的谐波测量结果Ll为真值，计算被校准的谐波测量通道的谐波测量结果L2的绝对误差、标 准差；
[0011] 步骤五：根据被校准的谐波测量通道的谐波测量结果L2的绝对误差、标准差，确 定被校准的谐波测量通道的系统误差分量，计算被校准的谐波测量通道在各次谐波测量时 的系统误差校准系数，从而完成被校准的谐波测量通道的校准工作。
[0012] 所述的方法，基于MIR-RSD高精度余弦窗插值FFT算法实现谐波准确分析，其工作 步骤包括：
[0013] 步骤一：选择长度为N的窗函数w(n)，n e [0, N-1]，对信号模数转换后的数据 X(H)进行加窗处理，获得加窗后的数据xw(n) =x(n)w(n)，并对其进行离散傅里叶变换， 得到离散频谱Xw(k)，k e [0，Ν-1];
[0014] 步骤二：考虑到非同步采样和干扰的影响，信号的第i次谐波频率&在离散频谱 所对应的位置1?将偏离离散频谱X w (k)的谱线位置，即包含整数部分频率成分匕及非整数 部分频率成分δ =IctTk1，找到离散频谱中频率fN附近的幅度最大谱线Ic 1及其左边谱线k2、 右边谱线匕，相应的频谱幅度分别为I XGO I、I x(k2) I和I x(k3)丨；
[0015] 步骤三：计算加权比值系数β
【主权项】
1. 一种基于MIR-RSD高精度余弦窗插值FFT算法的谐波测量通道校准方法，包括获取 信号并对其模数转换的数据采集模块、对信号模数转换后的数据进行加窗插值FFT运算的 谐波参数检测模块、用于谐波测量通道参数调整的校准模块，其工作步骤包括： 步骤一：信号源发出信号，同时送至数据采集模块和被校准的谐波测量通道； 步骤二：数据采集模块获取信号并对其模数转换，获得信号模数转换后的数据； 步骤三：谐波参数检测模块采用基于MIR-RSD高精度余弦窗三谱线加权插值FFT算法 对信号模数转换后的数据进行谐波分析，获得谐波测量结果Ll ; 步骤四：读取被校准的谐波测量通道的谐波测量结果L2,并以谐波参数检测模块的谐 波测量结果Ll为真值，对系统进行M次测量，得到关于LI、L2的M组数据； 步骤五：根据L1、L2的M组数据，采用最小二乘法拟合计算被校准的谐波测量通道在各 次谐波测量时的校准系数，从而完成被校准的谐波测量通道的校准工作。
2. 根据权利要求1所述的一种基于MIR-RSD高精度余弦窗插值FFT算法的谐波测量通 道校准方法，其特征在于，在对信号模数转换后的数据进行加窗插值FFT运算的谐波参数 检测模块中，采用基于MIR-RSD高精度余弦窗插值FFT算法实现谐波准确分析，其工作步骤 包括： 步骤一：选择长度为N的窗函数w(n)，n e [〇，Ν-1]，对信号模数转换后的数据x(n)进 行加窗处理，获得加窗后的数据Xw(n) = x(nMn)，并对其进行离散傅里叶变换，得到离散 频谱 Xw(k)，k e [〇，Ν-1]; 步骤二：考虑到非同步采样和干扰的影响，信号的第i次谐波频率^在离散频谱所对 应的位置1?将偏离离散频谱X w (k)的谱线位置，即包含整数部分频率成分Ic1及非整数部分 频率成分δ =IctTk1，找到离散频谱中频率fN附近的幅度最大谱线Ic 1及其左边谱线k2、右 边谱线k3，相应的频谱幅度分别为I XGO I、I x(k2) I和I x(k3)丨； 步骤三：计算加权比值系数β
步骤四：设窗函数w(n)的频谱函数为W(k)，忽略频谱中负频率部分量的影响后的加窗 信号的离散频谱函数为弋「(A) -），则β可改写为
构造函数β = g( δ )，通过多项式拟合，δ值可由反函数δ = )求得； 步骤五：根据S值可得第i次谐波频率频率值& k{ + δ fi=下 根据S值及窗函数的频谱函数可得第i次谐波幅值Ai
根据S值及窗函数的频谱函数可得第i次谐波相角值□i (Z)i = pluise{x JWi- πδ S
3. 根据权利要求1所述的一种基于MIR-RSD高精度余弦窗插值FFT算法的谐波测量通 道校准方法，其特征在于，所述窗函数w (η)的时域形式为vv'(") = ^ (-1)Λ?Λ 008(2;^^)，这 里H彡2为窗函数系数，且H的取值由ah的表达式决定，其中αΛ =二"》ΗΗ-\。 8?'-// + 1 2
4. 根据权利要求1所述的一种基于MIR-RSD高精度余弦窗插值FFT算法的谐波测量通 道校准方法，其特征在于，所述校准系数的求取过程，对谐波参数检测模块和被校准的谐波 测量通道在基波频率&下同时进行M次参数测量，每次都以步长Λ =0.1 Hz进行，得到一 系列成对的测量结果，即L22、L12，…，L2M、L1 M，对M个点采用最小二乘法拟合得到 方程 LI = yL2+ τ 其中γ和τ为校准系数，则L2可以被校准为 Ll^ T 那么第i次谐波的校准系数的求取，只需改变频率值，即在A= if ^的条件下，重复上 述步骤即可。
【专利摘要】本发明公开了一种基于MIR-RSD高精度余弦窗插值FFT算法的谐波测量通道校准方法，包括数据采集模块、对数据进行加窗插值FFT运算的谐波参数检测模块、用于谐波测量通道参数调整的校准模块，其中谐波参数检测模块采用基于MIR-RSD高精度余弦窗的插值FFT算法，将时域信号加MIR-RSD窗并进行离散傅里叶变换得到离散频谱Xw(k)，找到离散频谱中频率fN附近的幅度最大谱线k1及其左边谱线k2、右边谱线k3，相应的频谱幅度分别为│X(k1)│、│X(k2)│和│X(k3)│，计算加权比值系数β，从而求出非整数部分频率成分δ，再根据δ值进而求出幅值、频率和相角作为标准量与被校准的谐波测量通道进行校准。
【IPC分类】G01R35-00
【公开号】CN104833937
【申请号】CN201510260333
【发明人】温和, 陈洲, 黎福海, 滕召胜, 郭斯羽, 胡亮, 张军号, 张政
【申请人】湖南大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月21日