用于谐波和间谐波检测的频谱分解法

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电网间谐波分析的包络分解法

电网间谐波分析的包络分解法

第39卷第6期电力系统保护与控制Vol.39 No.6 2011年3月16日Power System Protection and Control Mar.16, 2011电网间谐波分析的包络分解法王柏林1,熊杰锋1,2(1.河海大学电气工程学院,江苏 南京 210098;2.南京信息工程大学电子信息工程学院,江苏 南京 210044)摘要:从间谐波产生的机理出发,提出一种分析电网间谐波的新方法——包络分解法。

该方法的主要依据是:含间谐波的工频信号一定是非平稳工频信号,间谐波信息一定包含在工频信号的包络之中。

该方法的关键步骤是:从工频信号中提取包络,对包络进行分解,按特定公式求出各次间谐波的频率、幅值。

包络分解法排除了整次谐波频谱泄漏产生的虚假间谐波,基于Matlab的仿真表明,用于实际电网时它提供的间谐波信息更为真实、精确。

关键词:谐波分析;间谐波;非平稳信号;包络;频谱泄漏Envelope decomposition-based method for interharmonics analysis in power systemWANG Bo-lin1,XIONG Jie-feng1,2(1. College of Electric Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China;2. College of Electronic and Information Engineering,Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044,China)Abstract:Based on the mechanism of interhamonics producing,a new algorithm, named envelope decomposition-based method,for interharmonic analysis of power system is presented The proposed method is.mainly based on the two points that power frequency signal containing interharmonics must be non-stationary interharmonics parameters;must be restored from the envelope of the power frequency signal.The key steps are that extracting the envelope from power frequency signal, then decomposing the envelope and finally calculating frequency and amplitude of each-order’s interharmonic based on specific formula. The fake interharmonics caused by the spectral leakage of integral harmonics are avoided. MATLAB simulation verifies that the method is more accurate for interharmonics analysis in the real network.Key words:harmonic analysis;interharmonic;non-stationary signal;envelope;spectral leakage中图分类号: TM712 文献标识码:A 文章编号: 1674-3415(2011)06-0029-050 引言间谐波是电网谐波分析的难点,目前还没有在工程上行之有效的方法。

关于配电网电能质量的监测与控制分析

关于配电网电能质量的监测与控制分析

关于配电网电能质量的监测与控制分析发布时间:2022-07-16T01:19:07.937Z 来源:《当代电力文化》2022年3月第5期作者:曾涛[导读] 目前,随着经济的发展,电力需求不断增加,配电网建设也在加强,对于配电网电能质量也有了更高的要求。

对于电力系统来说,电能质量是电力行业需要重点关注的问题。

曾涛南京灿能电力自动化股份有限公司,江苏省南京市210000摘要:目前,随着经济的发展,电力需求不断增加,配电网建设也在加强,对于配电网电能质量也有了更高的要求。

对于电力系统来说,电能质量是电力行业需要重点关注的问题。

因此,建立一个能实时监测配电网电能质量和临界负荷的质量控制系统,是提高电能质量、降低能耗的必要手段。

本文在此基础上,对于导致配电网电能质量问题的原因进行了深入分析,从而提高电能质量监测与控制工作的水平,实现对配电网电能质量的全方位控制。

关键词:配电网;电能质量;监测;控制随着科学技术的不断发展,监测与控制配电网电能质量有了更多的手段,不但大大提高了监测人员的工作效率,还增强了控制力度,真正意义上实现对配电网电能质量的实时控制。

由于我国电能质量监测技术发展起来的时间还比较短,许多方面并不成熟,无法始终保持对电能质量的控制,很容易出现电能质量不过关的情况,影响到居民日常生活和工业生产。

所以,对配电网电能质量进行监测和控制还是非常有必要的。

工作人员可以通过各种手段监测电能质量,一旦发现配电网电能质量出现问题,就立即安排工作人员进行维修,将电能质量不合格的影响降到最低,确保配电网始终能够正常运行,避免人们的生产生活活动造成不利的影响。

1、配电网电能质量问题1.1谐波污染谐波是电网中的电流或电压,作为谐波,属于无效功率的范畴。

谐波源包括以下几个方面:第一,电气设备制造;第二是电力质量过低制造;第三是电力输送和分配系统制造。

当电网的正弦主电压落在非线性负载的两侧时,负载在附加电压和吸收电流方面会变得不均匀,由此产生的畸变电流会影响电气设计。

使用频谱分析测量谐波

使用频谱分析测量谐波

使用频谱分析测量谐波用频谱分析测量谐波无线电工程应用不仅要对射频信号的谐波进行测量,有时还要确定音频信号的总谐波失真(THD)。

射频信号可能是已调信号或连续波信号。

这些信号可以由有漂移的压控振荡器(VCO)或稳定的锁相振荡器或合成器产生。

现代频谱分析仪能利用本文中所述方法来进行这些测量。

本文还将讨论如何断定在分析设备或被测器件(DUT)中是否产生谐波、对不同类型信号的最佳测量方法以及对数平均、电压单位和均方根值(ms)计算的利用。

我们这里所处理的所有信号均假定为周期信号,亦即它们的电压随时间的变化特性是重复的。

傅里叶变换分析可以将任何重复信号表示为若干正弦波之和。

按一定目的产生的频率最低的正弦波称为基频信号。

其它正弦波则称为谐波信号。

可以利用频谱分析仪来测量基频信号及其谐波信号的幅度。

谐波常常是人们不希望存在的。

在无线电发射机中,它们可能干扰射频频谱的其它用户。

例如,在外差接收机的本振(LO)中,谐波可能产生寄生信号。

因此,通常应对它们进行监控并将其减小到最低限度。

利用频谱分析仪对信号进行测量时,分析仪的电路也会引入其自身的某种失真。

为了进行精确测量,用户需要了解所测得的失真究竟是所考察的信号的一部分还是由于引人分析仪所引起的。

分析仪所产生的失真起因于某些微弱非线性特性(因为它没有理想线性特性)。

因此,可以用表明输出电压(O)与输入电压(I)之间的关系的泰勒(Taylor)级数来表示频谱分析仪的信号处理特性:V0=K1V i+K2V i2+K3V3i (1)式中V0=输出电压V i=输入电压K1、K2和K3均为常数利用上面的关系式,可以直接证明:输入电压加倍将引起V i2项增加4倍(6dB),因而引起对正弦波的二次谐波响应增加4倍。

类似类推,三阶谐波失真随输入电平按三次方规律增加。

有两种方法即依靠技术指标或实验能断定分析仪是否对测出的失真有影响。

为了依据分析仪的谐波失真技术指标来判断其影响,利用对失真量级的了解,将相对于分析仪输入混频器上的特定信号以伽给出的那些技术指标变换成针对选择的输入电平给出的dBC。

电力系统谐波和间谐波检测方法综述

电力系统谐波和间谐波检测方法综述

电力系统谐波和间谐波检测方法综述
杨洪耕;惠锦;侯鹏
【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》
【年(卷),期】2010(022)002
【摘要】电力系统谐波和间谐波的实时精确检测的重要性日益突出.文中根据目前谐波和间谐波检测的特点,首先分析了离散傅里叶变换(DFT)和快速傅里叶变换(FFT)在检测过程中存在的频谱泄漏和栅栏效应,根据检测难点提出了谐波间谐波检测要解决的关键问题.对目前国内外三类检测方法:时域分析、频域分析、时频交替分析法进行了分类分析,总结DFT/FFT用于谐波、间谐波检测的主要方法,最后指出现有检测方法的主要问题所在,并提出今后几个值得研究的课题和方向.
【总页数】5页(P65-69)
【作者】杨洪耕;惠锦;侯鹏
【作者单位】四川大学电气信息学院,成都,610065;四川大学电气信息学院,成
都,610065;四川大学电气信息学院,成都,610065
【正文语种】中文
【中图分类】TM711
【相关文献】
1.基于最小二乘法的电力系统谐波与间谐波检测方法 [J], 刘小林;扈罗全
2.一种电力系统谐波与间谐波频谱互扰抑制方法研究 [J], 惠锦;董晓峰;张逸
3.一种新的电力系统谐波间谐波两步检测法 [J], 惠锦;杨洪耕
4.基于FFT的电力系统谐波检测方法综述 [J], 高云辉;谢小英;牛益国;肖鑫;王珺
5.电力系统谐波检测方法综述 [J], 陈和洋;吴文宣;郑文迪;晁武杰;唐志军
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基于HHT的微网中谐波与间谐波的检测与分析

基于HHT的微网中谐波与间谐波的检测与分析
析 方法 更好 地反 映了信 号 的物理 意 义 。通过 对信 号
s)∑C (: i £ - { -
式 中 :i I c 为 MF分量 ;n r为残 余分 量 。
( 1 )
进 行 Hi etH a g变换 ,能 得 到信 号 的瞬 时 幅值 l r un b —
和 瞬 时 频率 。对 于谐 波 而言 , 这种 时频 分 析 方 法 能
当 r 为常数 或 者基本 呈单 调 趋势 时 , MD分 解 n E 就 可 以停 止 。
根 据 信 号 自身 的特 性 进行 自适 应分 解 , 不 存 在 基 且
函数 的选 择 问题 , 以实 现微 网谐 波 的 自动提 取 。 可
12 Hlet 换 i r变 b
对于I MF分 量 的 Hi et l r变换 , 如下 定义 : b 有
号, 只要 选 择 合 适 的小 波 基 . 可 以使 小 波 变 换 在 就 时域 和频 域都具 有 表征 信 号局部 特 征 的能力 。但 是 小 波 变 换方 法 是一 种 基 于基 函数 展 开 的理 论 。 同样
的 问题 运 用 不 同 的 基 函 数 进 行 处 理 所 得 到 的结 果 是 不 同的 , 优基 的选择 在 很 大程 度 上 取 决 于设 计 最 者 的经 验 , 没有 规律 可循 。 希 尔 伯 特 一 变 换 ( i et H a gT as YI 黄 H l r u n rnf I, b — o T HH )是 N re . a g等人 于 1 9 T od nEHun 9 8年 提 出 的一 种 完全 自适 应 的时频 分 析方 法[ 1 与其 他时 频分 析 9] -。 1
21
谐 波 的检 测 及 补偿 研 究 已经 日趋 成熟 , 而对 于 间谐

基于准同步Prony的谐波和间谐波检测算法

基于准同步Prony的谐波和间谐波检测算法

基于准同步Prony的谐波和间谐波检测算法张浩【摘要】针对传统傅里叶变换在非同步采样条件下存在频谱泄露,以及谐波和间谐波在分析过程中相互之间存在干扰的问题,本文创新性地提出一种基于准同步-梳状滤波器分离-Prony谱分析算法(QS-Prony).该算法首先使用基于频移算法的准同步采样技术,通过构造同步采样序列,实现非同步采样信号的准同步化.为了避免信号中谐波、间谐波之间的互扰问题,对频移后的准同步序列使用梳状FIR陷波型滤波器近一步分离.随后采用Prony谱分析法,使用指数函数的线性组合来拟合采样数据,并提取信号的频率、幅值、相位等特征量.在不同强度的噪声干扰环境下对比验证了加窗插值FFT算法(WI-FFT)、准同步-梳状滤波器分离-加窗插值FFT算法(QS-WI-FFT)、准同步-梳状滤波器分离-Prony谱分析算法(QS-Prony)的准确度.实验结果表明QS-Prony法可以有效解决非同步问题,有效避免了谐波、间谐波之间的互扰,并且相比FFT算法具有较高的频率分辨率.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2016(000)013【总页数】3页(P58-60)【关键词】谐波;间谐波;Prony算法;梳状滤波器;Matlab【作者】张浩【作者单位】中国矿业大学(徐州)【正文语种】中文当今社会越来越多的高科技设备采用新工艺,新技术,其对电源的敏感性也越来越高,因此社会对于电能质量的要求也越发的提高。

但与此同时,随着大量电力电子设备投入到电力系统中,其所具有的负荷非线性、非对称性、冲击性等特性向电力系统注入各种电磁干扰,对电力系统的电能质量和用户设备的安全运行造成不良影响,甚至引发严重的安全生产事故。

目前谐波、间谐波的分析方法主要有傅里叶变换[1],小波变换,基于瞬时无功功率理论的检测法,现代谱估计法。

快速傅里叶变换( fast fourier transformation,FFT)由于其简单、快速的优点,但是信号基频变化导致非同步采样时,会存在严重的频谱泄露问题,影响谐波测量的准确性[2];小波变换有较高的时频分辨率,在波动快速、频繁的谐波检测方面具有较大优势,但对噪声敏感[3-4];基于瞬时无功功率理论的检测法在进行电流检测时,不受电网波动的影响,检测几乎无延时,实时性很好,但由于该技术是针对电力有源滤波器开发出来的,因此它仅需或仅能得到三相电路的总谐波电流含量。

电力系统谐波和间谐波检测方法综述_熊杰锋

电力系统谐波和间谐波检测方法综述_熊杰锋
图 1 削弱同步偏差影响的处理方法 F i . 1 M e t h o d s f o r a l l e v i a t i n s n c h r o n o u s e r r o r s g g y
, 中准同步采样法对采样的要求 ) 即
() l i mF n ( x)= f ( x) 烄 n→ ∞ ( ) x 2 5 + + π Δ 烅 ( 1 ) ( ) Fn ( x)= F n-1 ( d y) y 2 π+Δ x 烆 ] 文献 [ 还讨论 了实际数据处理中分组分次处 6 理和一次加权处 理 2 种 方 法 。 基 于 一 次 加 权 处 理 , -
F F T 算法进行 谐 波 计 算 将 同 样 引 入 非 均 匀 采 样 导 致的误差 。 1. 2. 2 修正采样数据和测量结果 通过对采样数据的处 同步 偏 差 一 定 的 情 况 下 , 理或对测量结果的 修 正 来 减 小 测 量 误 差 , 国内外在 [ 5 8 - 如 准 同 步 采 样 法 ]、 近似同 这一方面的研 究 较 多 , [ ] [ ] [ ] 9 1 0 1 5 1 6 2 2 - - 、 。 步法 窗函数法 和加窗插值算法 ) 准同步采样法 1 [] 准同步采样法于 1 对周 9 8 4 年由戴先中提出 5 , 期信号的电压和电 流 有 效 值 、 平均值及有功和无功 功率等 可 归 纳 为 如 式 ( 所示的积分求均值运算 3) 问题 。
∫ ∫
从而克 服 式 ( 除 法 运 算 的 不 足; 9) ②构造2个新函 进行 2 次谐波分 析 并 分 别 取 奇 数 次 和 偶 数 次 分 数, 析结果 , 以减小相邻谐波间的相互影响 。
· 综述 · 熊杰锋 , 等 电力系统谐波和间谐波检测方法综述

一种谐波的新检测方法

一种谐波的新检测方法

一种谐波的新检测方法谐波是指正弦波等周期性波形信号的倍频,由于现实中所有的电力设备和电子设备都会产生谐波,如不加以控制和治理,将会对电网运行及相关设备造成严重的损害。

因此,谐波检测技术的研究和发展具有十分重要的现实意义。

目前的谐波检测方法主要分为传统的频域法和时域法。

频域法又被称为傅里叶分析法,主要是通过分析谐波信号的频谱成分来进行谐波检测,但这种方法对噪声和频率干扰的抵抗能力较差。

时域法则是利用峰值检测过程实现对波形的有效分析,以检测波形的特征值来确定谐波存在的情况,但由于峰值检测过程容易受到电力系统运行状态和波形畸变的影响,因此在实际运用中存在局限性。

因此,需要研究一种新的谐波检测方法。

近年来,基于小波分析的谐波检测方法逐渐引起研究人员的重视。

小波分析是一种新兴的信号分析手段,可以同时分析时间和频率特征,且其窗口大小可以随时刻变化。

利用小波变换将信号分解成多个小波分量,并对分解后的结果进行特征值的分离与提取,从而可以得到准确的谐波情况信息。

基于小波分析的谐波检测方法主要分为三个步骤:信号预处理、小波分解、特征值提取。

信号预处理是为了减小噪声的影响,常用的方法有中值滤波等。

小波分解是将信号分解成多个小波分量,可以通过小波函数的选择和分解层数的确定来实现。

特征值提取则是从小波分量中提取出能够反映谐波特征的信息,如能量、熵等。

目前,基于小波分析的谐波检测方法已经得到了广泛的应用,并取得了较好的效果。

其优点在于对噪声的适应性强,对于频率变化的谐波信号有良好的响应能力,并且能够提取出较为准确的谐波特征值,使得检测结果更加可靠。

总的来说,谐波检测技术的研究和发展是电力系统安全稳定运行的基础,而基于小波分析的谐波检测方法则是一种可行的解决方案。

在未来的研究中,需要进一步改进小波函数的选择和分解层数的确定,以提高谐波检测技术的精度和可靠性。

谐波检测方法

谐波检测方法

谐波检测方法
谐波检测方法是指在信号处理中,通过分析信号的频谱特性来确定信号中存在的谐波成分的方法。

谐波是指信号频谱中除了基频外的整数倍频率分量,它们与基频之间存在特定的相位关系。

常见的谐波检测方法有以下几种:
1. 傅里叶变换法:将信号通过傅里叶变换转换到频域,并观察频谱图形,可以直观地看出信号中的谐波成分。

2. 自相关法:通过计算信号与自身的互相关函数,通过互相关函数的峰值位置和幅值大小来判断谐波成分。

3. 采样定理法:根据采样定理,对信号进行适当的采样频率,然后通过频谱分析判断谐波成分。

4. 非线性系统法:对非线性系统进行分析和建模,通过观察系统输出与输入之间的相位和幅值特性来确定谐波成分。

5. 数字滤波法:利用数字滤波器将非谐波成分滤除,只留下谐波成分,从而实现谐波检测。

这些方法可以单独使用或者结合使用,根据具体的应用场景和信号特点选择合适的方法。

电网谐波与间谐波检测的分段Prony算法

电网谐波与间谐波检测的分段Prony算法

第34卷第3期电网技术Vol. 34 No. 3 2010年3月Power System Technology Mar. 2010 文章编号:1000-3673(2010)03-0021-05 中图分类号:TM 744 文献标志码:A 学科代码:470⋅4054电网谐波与间谐波检测的分段Prony算法郭成,李群湛,贺建闽,周福林(西南交通大学电气工程学院,四川省成都市 610031)Segmentation Prony Algorithm on Harmonics andInter-Harmonics Detection of Power NetworksGUO Cheng, LI Qun-zhan, HE Jian-min, ZHOU Fu-lin(School of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan Province, China)ABSTRACT: When Prony algorithm is applied to the detection of harmonics and inter-harmonics, the sampling parameters and the order of the model are difficult to decide; besides, due to the wide ranges of harmonic and inter-harmonic frequencies in modern power grids the recognition results by direct Prony analysis are often inaccurate. To solve these problems, a segmentation Prony algorithm is proposed. Firstly, the proposed method divides frequency bands according to frequency ranges of harmonics and inter-harmonics to determine the sampling frequencies and sampling times of various frequency bands; then based on signal to noise ratio and mean square deviation, the order of the model is determined; finally in accordance with sampling parameters of all segments the Prony analysis is carried out, and then the frequencies, amplitudes, attenuation factors and initial phases of all harmonics and inter-harmonics are obtained. The effectiveness of the proposed algorithm is verified by simulation results.KEY WORDS: harmonics; inter-harmonics; Prony algorithm; sampling; segmentation摘要:将Prony算法应用于谐波与间谐波检测时,存在采样参数及模型阶数难以确定的问题;另外由于现代电网谐波与间谐波频率范围广,直接进行Prony分析的辨识结果往往不精确。

FFT谐波分析

FFT谐波分析

FFT谐波分析FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)是一种用来分析信号频谱的数学方法,可以将信号在时域和频域之间进行变换。

谐波分析是FFT的一种应用,它可以分析信号中的谐波成分,帮助我们理解信号的频谱特性和信号所携带的信息。

谐波分析在许多领域中得到了广泛的应用,比如音频处理、图像处理、通信系统等。

在这些领域中,我们常常需要对信号进行频谱分析,以了解信号的频率特征和谱线。

通过谐波分析,我们可以了解信号中各个频率成分的能量分布,找出主要的谐波成分,并对信号进行滤波等后续处理。

FFT是实现谐波分析的常用算法之一、它通过将信号分解为一系列离散的频率分量,来计算信号在频率域上的能量分布。

具体地,在时域上,FFT将信号分割成多个等长的时间窗口,并对每个时间窗口应用离散傅里叶变换(DFT)来得到频域上的信号分量。

然后,通过将各个时间窗口的频域结果累加,得到整个信号的频谱分解。

谐波分析常用的指标包括频谱图、功率谱密度图和谐波分量的分析。

在频谱图中,横轴表示频率,纵轴表示信号的能量或幅度。

通过查看频谱图,我们可以看到信号中各个频率分量的能量分布情况,找出主要的谐波成分。

功率谱密度图则用于表示信号在频率上的能量密度,可以更清晰地反映信号的频域特性。

此外,我们还可以通过计算谐波分量的频率、幅度和相位等参数,来进一步分析信号的特性。

谐波分析在音频处理领域中得到了广泛的应用。

音频信号是一种周期性的信号,其中包含了许多谐波成分。

通过谐波分析,我们可以了解音频信号的频谱特性,找出主要的谐波成分,比如基频和上几个谐波分量(倍频)。

这对于音频处理中的音乐合成、音色设计和音频效果处理等任务非常有帮助。

谐波分析还可应用于图像处理领域。

在图像中,我们可以将每个像素的灰度值看作一个时域信号,通过谐波分析,可以了解图像在频域上的能量分布情况。

这对于图像压缩、图像增强和图像特征提取等任务非常有帮助。

在通信系统中,谐波分析可以用于信号的解调和通信信道的估计。

电力系统谐波和间谐波检测方法探讨86

电力系统谐波和间谐波检测方法探讨86
2频谱泄漏和栅栏效应的影响分析
2.1谐波和间谐波检测的方法和作用
目前对谐波和间谐波进行检测的方法主要有离散傅里叶变换DFT、快速傅里叶变换FFT、现代谱估计、时频分析方法和智能算法等。谐波测量的主要作用一是可以对电力系统和谐波源用户实际的谐波水平进行鉴定;二是对谐波源设备及其他电气设备进行调试和投运时的测量,确保其运行的安全性和经济性;三是对谐波故障进行诊断;四是提供实时补偿设备补偿的依据。其中前两种是目前主要的检测分析手段,而影响这两种方法测量精度的主要因素则是谐波与间谐波频谱之间的干扰和非同步采样引起的频谱泄漏和栅栏效应[1]。
4用于谐波、间谐波检测的主要方法
4.1时域方法
对间谐波来说,单纯地从时域上对其进行同步比较的难度教导,这是因为其成分的不确定性。正是由于考虑到谐波对间谐波的频谱干扰比间谐波之间的频谱干扰要严重的多,所以可以采用基于时域平均TDA和差分滤波器DF的谐波间谐波检测方法,其主要的流程为采样M个基波周期,对信号做TDA,然后进行谐波检测;或者在采样M个基波周期并对信号做TDA之后来获取差分信号,然后在进行间谐波的检测[2]。
参考文献:
[1]高倩.电力系统谐波检测与抑制方法的研究[D].辽宁工业大学,2016.
栅栏效应对检测精度的影响主要体现在下面的情况:由于信号的频率是存在一定的范围的,其最大频率为最大数字角频率,在这个范围之内信号会有无穷多的频率成分,但是采用DFT检测方法则只能对其中有限的频率点上的值进行计算,其原理就是将这个频率范围划分为N等分,则每个频率段中间的频率点就像被栅栏挡住一样无法看见,所以通过DFT检测方法得到的每个离散频率值都是信号中各个分量在那点值的叠加,而且在非同步采样下,其他频率成分的频谱泄漏就导致最后的测量结果与真实结果有所偏差。

基于间谐波泄漏估算的谐波间谐波分离检测法

基于间谐波泄漏估算的谐波间谐波分离检测法

基于间谐波泄漏估算的谐波间谐波分离检测法惠锦;杨洪耕【摘要】某次谐波附近存在间谐波时,信号会发生闪变.本文以IEC61000-4-7推荐的测量环境为前提,提出了一种频谱分离法用于检测谐波及引起闪变的主导间谐波.首先研究了同步采样下谐波、间谐波之间的频谱干扰特性;根据间谐波离散频谱泄漏的特点,利用谐波频点左右谱线,通过变量重组,估算其在谐波频点上的泄漏值;用泄漏值修正原始频谱得到准确的谐波参数;原始信号减去重采样后的拟谐波信号得拟间谐波信号,通过时域补零或CZT求得间谐波参数.仿真算例和实测分析表明,该方法能够有效地分离信号中的谐波和间谐波成分、抑制它们之间的频谱干扰;当某一间谐波与谐波频率差小于5Hz时,仍能较为准确地提取出其中的间谐波参数.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2011(026)001【总页数】8页(P183-190)【关键词】谐波间谐波检测;离散傅里叶变换;快速傅里叶变换;频谱干扰时域平均【作者】惠锦;杨洪耕【作者单位】四川大学电气信息学院,成都610065;四川大学电气信息学院,成都610065【正文语种】中文【中图分类】TM7111 引言间谐波和闪变的研究在电能质量领域已引起广泛关注[1-8],变频装置及高压直流输电的使用导致大量间谐波注入电力系统。

间谐波频率与基频的不同步会使信号峰值和有效值发生周期性波动,从而引发信号闪变。

在闪变的成因上,研究表明,由间谐波引起的电压闪变已逐步占据主导地位[7-8]。

目前对间谐波分析的研究重点主要为:①如何判定间谐波是否存在;②若间谐波存在,如何准确检测出主导间谐波成分。

离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)和快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)是目前分析谐波、间谐波的最常用工具。

但是观测数据的有限性和采样的非同步性会使信号在频域出现频谱泄漏。

抑制泄漏影响最简单的方法就是加长采样窗口或者选取合适的窗口长度,使信号中各个频率成分近似相互同步[9]。

谐波的定义及测试方法

谐波的定义及测试方法

谐波的定义及测试方法谐波是指波形中频率相对于基波是整数倍关系的波动现象。

简单来说,谐波是由基波的震动而引起的次要波动。

在物理学中,任何复杂的周期函数都可以表示为一系列谐波的叠加。

谐波存在于各种波动现象中,包括电磁波、声波和机械波等。

对于周期性现象,如周期性机械振动和周期性电流,谐波是普遍存在的。

以下是一些测试谐波的方法:1.频谱分析仪:频谱分析仪是一种常用的测试设备,可以用于分析信号的频率成分。

通过连接信号源到频谱分析仪上,可以直观地查看信号的频率谱,进而观察和分析谐波的存在和强度。

频谱分析仪可以提供信号的幅度、相位和频谱等信息。

2.傅里叶变换:傅里叶变换是一种重要的数学工具,可以将时域信号转换为频域信号。

通过对信号施加傅里叶变换,可以得到信号的频率谱密度,并从中分析和提取谐波的信息。

傅里叶变换的实现可以使用数字信号处理算法,如快速傅里叶变换(FFT)。

3.声谱仪:声谱仪是一种专门用于声波频谱分析的设备。

通过将声音输入到声谱仪上,可以显示声音的频谱,并帮助我们观察和研究声音中的谐波。

声谱仪可以用于诸如音乐、语音和机械振动等领域的研究。

4.电力质量分析仪:电力质量分析仪是一种用于分析电力系统工作状态的设备。

通过连接到电力系统上,电力质量分析仪可以监测和记录电压、电流等参数,并进行频谱分析,以检测和识别电力系统中的谐波问题。

这些设备通常应用于电力行业和电力设备的故障排查。

除了上述方法外,还可以使用示波器、信号发生器和计算机等设备进行谐波的测试和分析。

这些工具和方法可以帮助我们全面了解信号中谐波的特性和影响,从而对信号进行优化和改善。

总之,谐波是波动现象中频率相对于基波是整数倍关系的次要波动。

通过使用频谱分析仪、傅里叶变换、声谱仪和电力质量分析仪等设备和方法,可以对谐波进行测试和研究,进而分析信号的频率结构和特性。

这些方法可以应用于各种波动现象的研究和工程应用中。

衡量电能质量的主要指标

衡量电能质量的主要指标

随着国民经济的发展,科学技术的进步和生产过程的高度自动化,电网中各种非线性负荷及用户不断增长;各种复杂的、精密的,对电能质量敏感的用电设备越来越多。

上述两方面的矛盾越来越突出,用户对电能质量的要求也更高,在这样的环境下,探讨电能质量领域的相关理论及其控制技术,分析我国电能质量管理和控制的发展趋势,具有很强的观实意义。

由于所处立场不同,关注或表征电能质量的角度不同,人们对电能质量的定义还未能达成完全的共识,但是对其主要技术指标都有较为一致的认识。

1.衡量电能质量的主要指标(1)电压偏差(VOLTAGEDEVIATION):是电压下跌(电压跌落)和电压上升(电压隆起)的总称。

(2)频率偏差(FRIQUENCYDEVIATION):对频率质量的要求全网相同,不因用户而异,各国对于该项偏差标准都有相关规定。

(3)电压三相不平衡(UNBALANCE):表现为电压的最大偏移与三相电压的平均值超过规定的标准。

(4)谐波和间谐波(HARMONICS&INTER-HAMONICS):含有基波整数倍频率的正弦电压或电流称为谐波。

含有基波非整数倍频率的正弦电压或电流称为间谐波,小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波。

(5)电压波动和闪变(FLUCTUATION&FLICKER):电压波动是指在包络线内的电压的有规则变动,或是幅值通常不超出0.9~1.1倍电压范围的一系列电压随机变化。

闪变则是指电压波动对照明灯的视觉影响。

2.电能质量问题的产生2.1电能质量问题的定义和分类电能质量问题是众多单一类型电力系统干扰问题的总称,其实质是电压质量问题。

电能质量问题按产生和持续时间可分为稳态电能质量问题和动态电能质量问题。

2.2电能质量问题产生原因分析随着电力系统规模的不断扩大,电力系统电能质量问题的产生主要有以下几个原因。

2.2.1电力系统元件存在的非线性问题电力系统元件的非线性问题主要包括:发电机产生的谐波;变压器产生的谐波;直流输电产生的谐波;输电线路(特别是超高压输电线路)对谐波的放大作用。

电力系统谐波和间谐波检测方法综述

电力系统谐波和间谐波检测方法综述

电力系统谐波和间谐波检测方法综述一、本文概述随着电力电子技术的快速发展和广泛应用,电力系统中的谐波和间谐波问题日益严重,对电力系统的安全、稳定、经济运行构成了严重威胁。

因此,研究和发展有效的谐波和间谐波检测方法,对于提高电力系统的供电质量、保护电力设备和促进节能减排具有重要意义。

本文旨在对电力系统谐波和间谐波的检测方法进行全面的综述,分析各种方法的原理、特点、适用范围以及优缺点,以期为谐波和间谐波检测技术的发展和应用提供参考。

本文首先介绍了谐波和间谐波的基本概念、产生原因及其对电力系统的影响,为后续检测方法的研究提供了理论基础。

接着,详细阐述了传统的谐波和间谐波检测方法,如傅里叶变换、小波变换等,并分析了它们的优缺点和适用范围。

然后,介绍了近年来新兴的基于的谐波和间谐波检测方法,如深度学习、神经网络等,并探讨了它们在谐波和间谐波检测领域的应用前景。

对谐波和间谐波检测技术的发展趋势进行了展望,提出了未来研究的重点和方向。

本文期望通过对谐波和间谐波检测方法的综述,为相关领域的研究人员和技术人员提供一个全面、系统的参考,促进谐波和间谐波检测技术的不断创新和发展,为电力系统的安全、稳定、经济运行提供有力保障。

二、谐波和间谐波检测方法的分类电力系统中的谐波和间谐波检测是确保电力质量、保护设备和提高能源效率的关键环节。

针对这一目标,谐波和间谐波的检测方法主要可以分为两类:基于傅里叶变换的方法和现代信号处理方法。

基于傅里叶变换的方法是最常见的谐波和间谐波检测方法。

这类方法主要包括快速傅里叶变换(FFT)和离散傅里叶变换(DFT)。

FFT 是DFT的快速算法,能够在短时间内对信号进行频谱分析,从而准确地检测出谐波和间谐波的成分。

这类方法的主要优点是计算速度快,精度高,适用于稳态和准稳态信号的谐波分析。

然而,对于非稳态信号,FFT的检测结果可能会受到频谱泄漏和栅栏效应的影响。

现代信号处理方法则提供了更多的选择,以适应复杂多变的电力系统环境。

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第29卷第4期2012年8月现 代 电 力Modern Electric PowerVol.29 No.4Aug.2012现代电力,2012,29(4) http:∥xddl.ncepu.edu.cn E-mail:xddl@vip.163.com文章编号:1007-2322(2012)04-0036-05文献标志码:A中图分类号:TM714用于谐波和间谐波检测的频谱分解法覃 浩,杨洪耕(四川大学电气信息学院,四川成都 610065)An Approach for Harmonics/Inter-harmonics Detection Based onSpectral DepositionQIN Hao,YANG Honggeng(School of Electrical Engineering &Information,Sichuan University,Chengdu 610065,China)摘 要:在使用离散傅里叶变换进行电力系统谐波/间谐波分析时,若所分析信号中两频率成分过于密集,就会产生主瓣干扰。

本文分析了传统方法在两频率成分发生主瓣干扰时失效的原因,在10个周波采样长度下,提出一种用于抑制主瓣干扰的改进傅里叶算法:根据频域谱线的相位特性,将两个密集频率成分的傅里叶变换结果拆分成两组谱线,分别对这个两组谱线进行频率、幅值以及相位的校正。

计算机仿真算例和实测分析表明,该方法计算简单,能在抑制旁瓣干扰的同时,有效拆分出信号中频率差小于频率分辨率的谐波与间谐波成分,或两个间谐波成分,满足工程精度要求。

关键词:离散傅里叶变换;主瓣干扰;谐波;间谐波;向量分解;频谱干扰Abstract:If two frequency components in the analyzed sig-nal are too intensive,main lobe interference will generatewhen the discrete Fourier transform method is used to ana-lyze the harmonics and inter-harmonics in power system.Inthis paper,the failure reason is analyzed when main lobe in-terference of two frequency components generates by usingof traditional method,and an improved interpolation DFTmethod is put forward to restrain main lobe interference inten fundamental harmonic sampling periods.Firstly,Basedon the phase characteristics of DFT spectrum line,the Fou-rier transform results of two intensive frequency componentsare split into two corresponding groups of spectrum lines thatare corrected by frequency,amplitude and phase respective-ly.The analysis of simulations and field test show that thecalculation of proposed method is simple,and the approachcan be used to split not only harmonics and inter-harmonicscomponents of the signal with the difference of frequencyless than the resolution of frequency,but also the harmonicscomponents of two inter-harmonics,which meet the accura-cy requirement of engineering.Key words:discrete Fourier transform;main lobe interfer-ence;harmonics;inter-harmonics;vector decomposition;spectral interruption;0 引 言由于电网中电力电子等非线性设备的广泛使用,电力系统谐波/间谐波现象及其影响倍受关注[1-3]。

离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)及其快速算法快速傅里叶变换(Fast FourierTransform,FFT)是目前电力系统谐波与间谐波分析最常用的工具,但这种算法在信号非同步采样的条件下,频谱离散化会引起短范围泄漏(即栅栏效应),时域截断会产生长范围泄漏,影响信号参数(幅值、相角、频率)计算结果的准确性[4]。

在解决非同步采样的问题上,人们采用同步锁相环技术(Phase Locked Loop,PLL)[5]或时域插值技术[6]来实现对基频信号的同步采样,此时由基波与谐波引起的频谱泄漏已接近于零。

但对于含有间谐波的信号而言,由于间谐波频率的不可预知性,采样很难做到对间谐波同步,因此频谱泄漏现象依然存在。

加窗插值傅里叶算法[7-11]能够在非同步采样的情况下通过选用旁瓣较小的窗函数来减小长范围泄漏引起的误差,对DFT计算结果使用插值修正算法以减小短范围泄漏引起的误差。

但是,当信号中两个频率分量发生主瓣干扰时,上述方法和以往的加窗插值方法都只有通过增加采样长度来减少干扰,但增加采样长度使得分析时间大大增加,且在信号非平稳条件下也是不适用的。

本文在IEC61000-4-7[12]推荐的10个基波周期采样长度条件下,提出一种基于频谱分解的电力系统谐波/间谐波检测法。

该方法首先判断所分析信号中是否存在发生了主瓣干扰的两个频率成分;若存在,则将这两个分量利用向量分解的方法拆分开来,最后分别对拆分出的两组谱线进行频率、幅值以及相位校正。

仿真算例以及实测分析表明,该方法有效抑制了因主瓣干扰引起的测量误差,计算精度满足工程需求。

1 频率成分间的主瓣干扰信号y(t)中含有两个频率成分:y(t)=h(t)+i(t)=Ahej(2πfht+θh)+Aiej(2πfit+θi)(1)式中:fh、fi分别为这两个成分的频率;Ah、Ai与θh、θi为相应的幅值与相角;t为时间。

为讨论方便,设h(t)为频率为50Hz的基波,i(t)为频率为53Hz的间谐波(|fh-fi|=3Hz)。

单频信号h(t)与i(t)加汉宁窗(Hanning Window)的离散时间傅里叶变换(DTFT)结果在图1中分别为H(f)、I(f)。

这两个频率成分合成的原信号的DTFT为Y(f)。

图1 两相邻频率成分主瓣干扰观察图1中的3条DTFT曲线,可以看出曲线H(f)与I(f)完全被Y(f)所覆盖。

信号的DFT结果如图1中的柱状图形所示,传统的插值法直接使用频域峰值谱线进行参数校正。

然而从图1可以看出,在这两个频率成分发生主瓣干扰的情况下,利用以往方法所得的结果既不是h(t)也不是i(t),而是一个错误的频率分量。

2 发生主瓣干扰两频率分量的判断根据向量共线原则[13],在复频域中某个单频信号的相邻谱线相位差为π,也就说在复平面它的所有谱线都共线,即:Δθ=||θk-θk+1|-π|=0(2)式中:θk为最大谱线的相位角。

但在实际计算中,由于误差的存在,Δθ不可能刚好为零,只要Δθ小于允许误差ε即可。

若Δθ<ε,我们就可以判断该信号只有一个频率成分;反之在这个频域范围内则有两个发生主瓣干扰的频率分量,此时使用本文提到的频谱分解法继续进行分析。

3 频域向量分解法3.1 原理设有两个发生主瓣干扰的单频率成分a(t)与b(t),其叠加信号为c(t)。

它们的汉宁窗DFT结果分别为A(f),B(f),C(f),它们的主瓣内3条幅值最大谱线,在复频域的叠加情况如图2所示。

图2 主瓣谱线线性叠加可以看出,各个离散频点谱线C(k-1),C(k),C(k+1)实际上为信号中单频成分A(f),B(f)在对应频点谱线的线性叠加,其叠加方式满足平行四边形原则。

若能将C(f)准确地分解成A(f),B(f),那么就能避免这两个量主瓣的相互影响。

为了讨论方便,将主瓣的这3条谱线平移到坐标原点O,并设为C1,C2,C3,其相角分别为θ1,θ2,θ3。

同样地,设A(f)与B(f)对应3条复数谱线为A1、A2、A3与B1、B2、B3,它们在复频域中叠加关系如图3所示。

由于A(f)与B(f)都是单频信号的频谱函数,根据前文提到的相位共线原则,谱线A1、A2、A3必过坐标原点O共线;B1、B2、B3也过坐标原点并共线。

过O做一条垂直于直线B1B2B3的轴线X,与横轴夹角为α1,与直线A1A2A3夹角为β1,此时C1、C2、C3在横轴上的投影为V1、V2、V3,则|V1|=|C1cos(π+θ1-α1)||V2|=|C2cos(θ2-α1)||V3|=|C3cos(π+θ3-α1)烅烄烆|(3)73第4期覃 浩等:用于谐波和间谐波检测的频谱分解法现代电力,2012,29(4) http:∥xddl.ncepu.edu.cn E-mail:xddl@vip.163.com现代电力,2012,29(4) http:∥xddl.ncepu.edu.cn E-mail:xddl@vip.163.com图3 频域向量分解法原理C1、C2、C3是A1与B1、A2与B2、A3与B3矢量叠加的结果、由平行四边形法则可知,V1、V2、V3同样是A1、A2、A3在X轴上的投影,则:|V1|=|A1cosβ1||V2|=|A2cosβ1||V3|=|A3cosβ1烅烄烆|(4) 由于A1、A2、A3是单频率成分频域上的谱线,由单频率成分的幅值判定方法[13]:f=(K+ΔK)Δf(5)式中:f为真实频率、ΔK为校正频率、Δf为频率分辨率。

根据Hanning窗幅值校正公式,可以得到:ΔKA=2|Lmax|-|Lleft||Lmax|+|Lleft|(6)ΔKB=2|Lright|-|Lmax||Lmax|+|Lright|(7)式中:ΔKA为对应于主瓣3条幅值最大谱线中最左边谱线Lleft与最大谱线Lmax的左校正量;ΔKB为对应最右边谱线Lright与最大谱线Lmax的右校正量。

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