CN108390698A - 一种基于插值fft算法的电力线载波参数测量方法 - Google Patents

一种基于插值fft算法的电力线载波参数测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108390698A
CN108390698A CN201810220061.7A CN201810220061A CN108390698A CN 108390698 A CN108390698 A CN 108390698A CN 201810220061 A CN201810220061 A CN 201810220061A CN 108390698 A CN108390698 A CN 108390698A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
power line
parameters based
measurement method
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810220061.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108390698B (zh
Inventor
补黔江
温和
罗玄
蒋友权
曾祥书
潘兴军
许伟
李橙橙
孙广
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guizhou Power Grid Co Ltd
Original Assignee
Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guizhou Power Grid Co Ltd filed Critical Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority to CN201810220061.7A priority Critical patent/CN108390698B/zh
Publication of CN108390698A publication Critical patent/CN108390698A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108390698B publication Critical patent/CN108390698B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/02—Details
    • H04B3/46—Monitoring; Testing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/14—Fourier, Walsh or analogous domain transformations, e.g. Laplace, Hilbert, Karhunen-Loeve, transforms
    • G06F17/141—Discrete Fourier transforms
    • G06F17/142—Fast Fourier transforms, e.g. using a Cooley-Tukey type algorithm

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Discrete Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于插值FFT算法的电力线载波参数测量方法，首先用采样频率fs采集时域载波信号，得到M点离散序列x(m)，用长度为M的切比雪夫‑布莱克曼卷积窗w(n)对离散化的载波信号进行加权截断，得到加权序列，对加权序列做离散傅里叶变换得到频谱函数Xw(m)，通过三谱线插值算法计算信号频率偏移值δ，由频率偏移值计算电力载波信号的频率，幅值和相角，实现载波参数的测量。本方法测量过程快速方便，测量结果准确，为电力载波参数测量提供了一条有效的途径。

Description

一种基于插值FFT算法的电力线载波参数测量方法
技术领域
本发明属于电力线载波测量领域，涉及一种基于插值FFT算法的电力线载波参数测量方法。
背景技术
电力线载波通信是以电力线为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种通信方式。电力线遍及千家万户，其作为通信媒介具有应用的广泛性和经济性。人们对于电力载波通信技术的研究历史悠久，早在20世纪20年代就开始将其应用于10kV配电网线路的通信中。随着人们对各种通信需求的不断上升和相关技术的快速发展，电力载波通信日益成为国内外相关人员研究的热点。近十年来，在权威期刊和国际会议上，有大量基于电力载波通信技术的自动抄表系统和家居自动化系统等实际应用研究方面的出现。电力载波通信为在已加载工频电力信号的通路上传输高速数据信息，因而具有工作环境恶劣、干扰严重、时变性大等特点同时信号很容易产生反射、驻波、谐振等现象，使信号的衰减特性极其复杂，造成电力载波通信信道具有很强的频率选择性。如何准确的测量载波参数是提高电力线载波通信质量的关键。
本发明提出的方法，解决了传统电力线载波参数测量方法难以准确载波参数的难题。通过切比雪夫-布莱克曼卷积窗对信号进行加权截断，可在非同步采样情况下有效抑制频谱泄露，准确测量载波参数。本方法测量过程快速方便，测量结果准确，为载波参数测量提供了一条有效的途径，为电力载波通讯测试奠定了技术基础。
发明内容
本发明提出的一种基于插值FFT算法的电力线载波参数测量方法，解决了传统电力载波参数测量方法难以准确测量载波频率、幅值和相位的难题。
本发明是通过以下技术方案来实现发明目的的：
一种基于插值FFT算法的电力线载波参数测量方法，包括以下步骤：
步骤1：以采样频率fs采集时域载波信号，得到M点离散序列x(m)，m＝0，1，2，…，M-1；
步骤2：用长度为M的切比雪夫-布莱克曼卷积窗w(m)对离散化的载波信号进行加权截断，得到加权序列xw(m)＝x(m)w(m)；
步骤3：对加权序列做离散傅里叶变换得到频谱函数Xw(m)，通过三谱线插值算法计算信号频率偏移值δ；
步骤4：由频率偏移值计算电力载波信号的频率f0，幅值A0和相角实现载波参数的测量。
进一步，所述步骤2中，长度为M的切比雪夫-布莱克曼卷积窗w(m)是由长度分别为M/2的切比雪夫窗和布莱克曼窗卷积而获得，计算公式为：
w(n)＝w1(n)*w2(n)；
其中w1(n)、w2(n)分别为切比雪夫窗和布莱克曼窗的时域表达式。
进一步，所述步骤3中，频率偏移值δ的计算过程如下：
步骤3.1：计算频谱函数其中函数W(m)为切比雪夫-布莱克曼卷积窗的离散傅里叶表达式；
步骤3.2：搜索|Xw(m)|，其中||表示取模值，得到幅值最大的谱线的位置l及其左右两根谱线位置，即l-1和l+1；
步骤3.3：由插值表达式计算得到η，通过最小二乘法求得频率偏移量δ。
进一步，所述步骤3.3中，由δ＝g-1(η)计算得到频率偏移量δ。
进一步，所述步骤4中，通过f0＝(l+δ)fs/M得到电力载波信号的频率f0。
进一步，所述步骤4中，电力载波信号的幅值A0的计算式为：
进一步，所述步骤4中，电力载波信号的相角的计算式为：
其中Phase{}是求相角运算。
本发明基于插值FFT的电力载波测量方法，采用加窗插值方法计算信号的频率，从而降低栅栏效应和频谱泄露对频率计算的影响，选用FFT算法使得计算更加快速，易于微机实现；采用切比雪夫-布莱克曼卷积窗对信号进行加权截断，可在非同步采样情况下有效抑制频谱泄露，准确测量载波参数；本方法测量过程快速方便，测量结果准确，为电力载波参数测量提供了一条有效的途径，为电力载波通讯测试奠定了一定的技术基础。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
附图为本发明的方法流程图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
本发明的基于插值FFT算法的电力线载波参数测量方法，包括以下步骤：
步骤1：以采样频率fs采集时域载波信号，得到M点离散序列x(m)，m＝0，1，2，…，M-1；
步骤2：用长度为M的切比雪夫-布莱克曼卷积窗w(m)对离散化的载波信号进行加权截断，得到加权序列xw(m)＝x(m)w(m)；其中，长度为M的切比雪夫-布莱克曼卷积窗w(m)是由长度分别为M/2的切比雪夫窗和布莱克曼窗卷积而获得，计算公式为：
w(n)＝w1(n)*w2(n)；
其中w1(n)、w2(n)分别为切比雪夫窗和布莱克曼窗的时域表达式。
步骤3：对加权序列做离散傅里叶变换得到频谱函数Xw(m)，通过三谱线插值算法计算信号频率偏移值δ；频率偏移值δ的计算过程如下：
步骤3.1：计算频谱函数其中函数W(m)为切比雪夫-布莱克曼卷积窗的离散傅里叶表达式；
步骤3.2：搜索|Xw(m)|，其中||表示取模值，得到幅值最大的谱线的位置l及其左右两根谱线位置，即l-1和l+1；
步骤3.3：由插值表达式计算得到η，通过最小二乘法求得频率偏移量δ，具体而言是由δ＝g-1(η)计算得到频率偏移量δ。
步骤4：由频率偏移值计算电力载波信号的频率f0，幅值A0和相角实现载波参数的测量。具体而言：
(1)通过f0＝(l+δ)fs/M得到电力载波信号的频率f0；
(2)电力载波信号的幅值A0的计算式为：
(3)电力载波信号的相角的计算式为：
其中Phase{}是求相角运算。
具体应用计算实施例：
如图所示，该实施例采用以下步骤计算频率、幅值、相角：
步骤1：设采样频率为fs＝4000Hz，对时域载波信号x(t)进行采样得到采样序列x(m)；
步骤2：用长度M＝1024的切比雪夫-布莱克曼卷积窗对离散序列进行加权，得到xw(m)＝x(m)w(m)；
步骤3：对加权信号xw(m)进行快速傅里叶变换，得到频谱函数|Xw(m)|；
步骤4：查找频谱函数|Xw(m)|，得到幅值最大的谱线的位置l＝14及其左右两根谱线位置，即13和15，相应的频谱幅值|Xw(l)|＝81.78，|Xw(l-1)|＝61.6和|Xw(l+1)|＝48.08，由插值表达式计算得到η＝-0.1657；
步骤5：由频率分量偏移值δ＝g-1(η)，计算得到δ＝-0.1488；
步骤6：由频率，幅值，相角的计算公式
f0＝(l+δ)fs/M
得到电力线载波信号的频率f0＝50.2Hz，幅值A0＝220，相角
本发明方法步骤总体来说可以阐述如下：
(1)以采样频率fs采集时域载波信号，得到M点离散序列x(m)，m＝0，1，2，…，M-1；(2)用长度为M的切比雪夫-布莱克曼卷积窗w(m)对离散化的载波信号进行加权截断，得到加权序列xw(m)＝x(m)w(m)；(3)对加权序列做离散傅里叶变换得到频谱函数Xw(m)，通过三谱线插值算法计算信号频率偏移值δ；(4)由频率偏移值计算电力载波信号的频率f0，幅值A0和相角实现载波参数的测量；
本发明的方法以插值FFT算法为基础，可准确进行载波参数测量，满足电力载波通讯对载波测试的要求。本方法测量过程快速方便，测量结果准确，为电力载波参数测量提供了一条有效的途径，为电力载波通讯测试奠定了一定的技术基础。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于插值FFT算法的电力线载波参数测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：以采样频率fs采集时域载波信号，得到M点离散序列x(m)，m＝0，1，2，…，M-1；
步骤2：用长度为M的切比雪夫-布莱克曼卷积窗w(m)对离散化的载波信号进行加权截断，得到加权序列xw(m)＝x(m)w(m)；
步骤3：对加权序列做离散傅里叶变换得到频谱函数Xw(m)，通过三谱线插值算法计算信号频率偏移值δ；
步骤4：由频率偏移值计算电力载波信号的频率f0，幅值A0和相角实现载波参数的测量。
2.如权利要求1所述的一种基于插值FFT算法的电力线载波参数测量方法，其特征在于：所述步骤2中，长度为M的切比雪夫-布莱克曼卷积窗w(m)是由长度分别为M/2的切比雪夫窗和布莱克曼窗卷积而获得，计算公式为：
w(n)＝w1(n)*w2(n)；
其中w1(n)、w2(n)分别为切比雪夫窗和布莱克曼窗的时域表达式。
3.如权利要求1所述的一种基于插值FFT算法的电力线载波参数测量方法，其特征在于：所述步骤3中，频率偏移值δ的计算过程如下：
步骤3.1：计算频谱函数其中函数W(m)为切比雪夫-布莱克曼卷积窗的离散傅里叶表达式；
步骤3.2：搜索|Xw(m)|，其中||表示取模值，得到幅值最大的谱线的位置l及其左右两根谱线位置，即l-1和l+1；
步骤3.3：由插值表达式计算得到η，通过最小二乘法求得频率偏移量δ。
4.如权利要求3所述的一种基于插值FFT算法的电力线载波参数测量方法，其特征在于：所述步骤3.3中，由δ＝g-1(η)计算得到频率偏移量δ。
5.如权利要求1所述的一种基于插值FFT算法的电力线载波参数测量方法，其特征在于：通过f0＝(l+δ)fs/M得到电力载波信号的频率f0。
6.如权利要求1所述的一种基于插值FFT算法的电力线载波参数测量方法，其特征在于：所述步骤4中，电力载波信号的幅值A0的计算式为：
7.如权利要求1所述的一种基于插值FFT算法的电力线载波参数测量方法，其特征在于：所述步骤4中，电力载波信号的相角的计算式为：
其中Phase{}是求相角运算。
CN201810220061.7A 2018-03-16 2018-03-16 一种基于插值fft算法的电力线载波参数测量方法 Active CN108390698B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810220061.7A CN108390698B (zh) 2018-03-16 2018-03-16 一种基于插值fft算法的电力线载波参数测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810220061.7A CN108390698B (zh) 2018-03-16 2018-03-16 一种基于插值fft算法的电力线载波参数测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108390698A true CN108390698A (zh) 2018-08-10
CN108390698B CN108390698B (zh) 2021-08-10

Family

ID=63066602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810220061.7A Active CN108390698B (zh) 2018-03-16 2018-03-16 一种基于插值fft算法的电力线载波参数测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108390698B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109324225A (zh) * 2018-11-15 2019-02-12 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种用于cvt在线监测的高精度电流采样系统
CN111624400A (zh) * 2020-04-29 2020-09-04 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 正弦信号频率测量方法
CN113361331A (zh) * 2021-05-17 2021-09-07 广东机电职业技术学院 基于加窗插值fft的工频干扰消除方法、系统和介质
CN114142853A (zh) * 2021-11-19 2022-03-04 湖南五凌电力科技有限公司 一种基于插值dft信号同步的数字锁相放大处理方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105680825A (zh) * 2016-02-16 2016-06-15 天津大学 数字滤波器解析设计法及其滤波器
CN106464633A (zh) * 2014-03-21 2017-02-22 华为技术有限公司 滤波器设计方法和系统及其用途
WO2017042570A1 (en) * 2015-09-09 2017-03-16 Renishaw Plc Encoder apparatus
US20170085987A1 (en) * 2015-09-22 2017-03-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Beamforming array utiilizing ring radiator loudspeakers and digital signal processing (dsp) optimization of a beamforming array
CN106802368A (zh) * 2017-01-19 2017-06-06 湖南大学 一种基于频域插值的广域电网相量测量方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106464633A (zh) * 2014-03-21 2017-02-22 华为技术有限公司 滤波器设计方法和系统及其用途
WO2017042570A1 (en) * 2015-09-09 2017-03-16 Renishaw Plc Encoder apparatus
US20170085987A1 (en) * 2015-09-22 2017-03-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Beamforming array utiilizing ring radiator loudspeakers and digital signal processing (dsp) optimization of a beamforming array
CN105680825A (zh) * 2016-02-16 2016-06-15 天津大学 数字滤波器解析设计法及其滤波器
CN106802368A (zh) * 2017-01-19 2017-06-06 湖南大学 一种基于频域插值的广域电网相量测量方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109324225A (zh) * 2018-11-15 2019-02-12 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种用于cvt在线监测的高精度电流采样系统
CN111624400A (zh) * 2020-04-29 2020-09-04 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 正弦信号频率测量方法
CN113361331A (zh) * 2021-05-17 2021-09-07 广东机电职业技术学院 基于加窗插值fft的工频干扰消除方法、系统和介质
CN113361331B (zh) * 2021-05-17 2023-08-25 广东机电职业技术学院 基于加窗插值fft的工频干扰消除方法、系统和介质
CN114142853A (zh) * 2021-11-19 2022-03-04 湖南五凌电力科技有限公司 一种基于插值dft信号同步的数字锁相放大处理方法
CN114142853B (zh) * 2021-11-19 2024-02-23 湖南五凌电力科技有限公司 一种基于插值dft信号同步的数字锁相放大处理方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108390698B (zh) 2021-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108390698A (zh) 一种基于插值fft算法的电力线载波参数测量方法
CN106771591B (zh) 一种复杂电力谐波的参数估计方法
CN102004186B (zh) 一种消除频谱泄漏的高准确度正弦信号测量方法
CN106018956B (zh) 一种加窗谱线插值的电力系统频率计算方法
CN109946512B (zh) 一种改进频域插值的动态功率分析方法
CN107085140B (zh) 基于改进的SmartDFT算法的非平衡系统频率估计方法
CN110333389A (zh) 基于插值dft的正弦信号频率估计方法
CN108918964A (zh) 一种稀疏性增强的谐波分析方法
CN108414833B (zh) 一种信号分量频率的精确估计方法
CN103353550A (zh) 一种测量电力系统信号频率及谐波参数的方法
CN109669072B (zh) 一种配电网的自适应同步相量量测方法
CN109034042B (zh) 基于广义线性调频双同步提取变换的非平稳信号处理方法
CN105307095B (zh) 一种基于fft的高分辨率音频频率测量方法
CN113988144B (zh) 一种科氏流量计固有频率获得方法
CN113156206B (zh) 时频结合的含噪信号参数估计新算法
CN114061678A (zh) 一种科氏流量计数字驱动方法
CN112213560A (zh) 一种基于z-adaline的高精度电网宽频信号测量方法
CN108933746B (zh) 一种基于三级迭代的多音干扰参数估计方法
Boets et al. Preprocessing of signals for single-ended subscriber line testing
CN108107393B (zh) 一种谐波分析中谱峰可信度判断方法
Zhang et al. Frequency shifting and filtering algorithm for power system harmonic estimation
CN107315714B (zh) 一种去卷积功率谱估计方法
CN105738698B (zh) 一种基于中心频移的谐波参数估计算法
CN105372492A (zh) 基于三条dft复数谱线的信号频率测量方法
CN108801296B (zh) 基于误差模型迭代补偿的传感器频响函数计算方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant