CN102128982A - 一种基于加窗插值fft基频跟踪技术的谐波分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力电能质量分析技术领域，涉及电能的谐波分析技术，特指一种基于加窗插值FFT基频跟踪技术的谐波分析方法。该分析方法包含如下步骤：a.获取较高精度基频：以低频采样率电能信号进行采样，对采样数据加Hanning窗后进行FFT运算，再通过插值法，获得较高精度的基频f；b.基频跟踪和同步倍频：以128×f的频率再次采样电能信号，对采样数据进行FFT运算，即得到各次谐波的幅值和相位。本发明采用上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：第一：加窗插值计算时，只是计算基频参数，计算复杂度降低；第二：采用基频跟踪，实现准同步采用，使得谐波分析结果精度更高。

Description

一种基于加窗插值FFT基频跟踪技术的谐波分析方法
技术领域：
本发明属于电力电能质量分析技术领域，涉及电能的谐波分析技术，特指一种基于加窗插值FFT基频跟踪技术的谐波分析方法。
背景技术：
电能信号谐波分析中，由于非同步采样的存在，使得谐波频率分辨点上受到泄漏的影响不再为0，存在泄漏误差；另外，由于实际信号的各次谐波分量并未能正好落在频率分辨点上，而是落在两个频率分辨点之间。这样通过DFT并不能直接得到各次谐波分量的准确值，存在栅栏效应。
为了得到准确的谐波分析结果，现有的通用方法是：用临近的频率分辨点的值来估算各次该谐波分量值，即加窗插值FFT算法，如加hanning窗插值FFT算法等。这种处理方法相对于普通FFT算法，在谐波分析中，对各次谐波的频率、幅度、相位估算精度有较大提高，有一定的技术优势。具体请参考【1：张伏生，耿中行，葛耀中。电力系统谐波分析的高精度FFT算法。中国电机工程报，1999(3)】、【2：潘文，钱俞寿。基于加窗插值FFT的电力谐波测量理论。电力技术学报。1994(1)】等。
但是，加窗插值FFT算法这一优势是建立在增加更多采样点和增加计算复杂度基础上的。
发明内容：
本发明的目的在于解决现有技术的上述问题，对加窗插值FFT算法加以改进，降低其计算复杂度，提供一种基于加窗插值FFT基频跟踪技术的谐波分析方法，使谐波分析精度得到更进一步提高。
本发明实现其目的采用的技术方案是：一种基于加窗插值FFT基频跟踪技术的谐波分析方法，该分析方法包含如下步骤：
a.获取较高精度基频：以低频采样率对电能信号进行采样，对采样数据加Hanning窗后进行FFT运算，再通过插值法，获得较高精度的基频f；
b.基频跟踪和同步倍频：以128×f的频率再次采样电能信号，对采样数据进行FFT运算，计算得到各次谐波的幅值和相位。
上述技术方案中，所述的低频为2.5KHz。
本发明采用上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：第一：加窗插值计算时，只是计算基频参数，计算复杂度降低；第二：通过插值计算得到较高精度基波频率，采用基频跟踪，实时跟踪实现准同步采用，使得谐波分析结果精度更高。
附图说明：
图1是本发明谐波分析方法的流程图；
图2是一种可实现本发明谐波分析方法的装置组成框图；
图3是本发明一种实施例的谐波测量仪的组成框图；
图4是本发明实施例的谐波分析方法流程图。
具体实施方式：
如图1、2所示，本发明所述的基于加窗插值FFT基频跟踪技术的谐波分析方法包含如下步骤：
a.获取较高精度基频：在2.5KHz的低频下采样电能信号，对采样数据加Hanning窗后进行FFT运算，再通过插值法，获得较高精度的基频f；
b.基频跟踪和同步倍频：以128×f的频率再次采样电能信号，对采样数据进行FFT运算，即得到各次谐波的幅值和相位。
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明。
实施例：基于CPLD和DSP的电能谐波测量仪
如图3所示的谐波测量仪由ADC单元即AD采样单元实现电能信号的模数转换，DSP芯片即运算处理单元负责对采样数据处理，包括加窗运算、FFT运算、插值运算、以及各次谐波幅度、相位的计算等等，可编程逻辑芯片CPLD即采样频率控制单元负责控制ADC采样时序，包括基频跟踪(128*f)的时序实现。
再如图4所示，本发明谐波分析方法按如下过程实现：首先，可编程逻辑芯片CPLD控制ADC单元以2.5KHz频率采样电能信号，再由DSP芯片对采样数据进行加hanning窗运算，再对加窗后的数据进行512点FFT运算，再运用插值法对FFT运算结果进行计算，获得基频f；将基频f反馈到可编程逻辑芯片CPLD，CPLD再控制ADC单元以128*f的频率再次采样电能信号，再由DSP芯片对采样数据进行1024点FFT运算，再利用FFT运算结果带入相应公式，计算谐波幅度和相位，最后由LCD显示屏显示谐波分析结果。
本发明采用上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：第一：加窗插值计算时，只是计算基频参数，计算复杂度降低；第二：通过插值计算得到较高精度基波频率，采用基频跟踪，实时跟踪实现准同步采用，使得谐波分析结果精度更高。

Claims (2)

1.一种基于加窗插值FFT基频跟踪技术的谐波分析方法，其特征在于：该分析方法包含如下步骤：
a.获取较高精度基频：以低频采样率对电能信号进行采样，对采样数据加Hanning窗后进行FFT运算，再通过插值法，获得较高精度的基频f；
b.基频跟踪和同步倍频：以128×f的频率再次采样电能信号，对采样数据进行FFT运算，计算得到各次谐波的幅值和相位。
2.根据权利要求1所述的一种基于加窗插值FFT基频跟踪技术的谐波分析方法，其特征在于：所述的低频为2.5KHz。
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