改进的FFT在电能质量监测系统中的应用

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(江西理工大学应用科学学院机电工程系江西赣州，34 1 0 0 0 ) )。

摘要：随着社会的发展，电能质量问题越来越受到人们的关注。 能够及时、详细、准确地掌握电力系统的电网电准确合理地评价电网电能质量水平在质量状况中尤为重要。 本文用改进的F FT分析电力系统谐波同时采取分析、加窗、插值校正算法等辅助措施，可以防止频谱泄漏，实时准确计算谐波频率的相位和幅度。 模拟接合验证该方法的可行性。关键词：快速傅立叶变换； 电能质量； 谐波分析：频谱

abstract:withthedevelopmentofthesociety，theproblemofpowerquarryhasbeenbecomemoreand 1110 lconcerned.can betimelyandcorrectlygraspthegndpower等蛸power system status，and correctly and reasonably镐s恐龙s the level ofthe grid powerqualityisparticularlyimportant.in this paper，theimprovedffwasappliedintheanalysisofpowersystem，while taking additionalwindowsinterpolatedandothersupporting脚a稍微剪掉一点to prevent spectral leakage，anditcanaccuratelycalculatethephaseandamplitudeofharmonicfrequenciesinreal-time.simulationresultsshowthefeasibilityofthemethod。Key words:FI T； 电源qua uty； Anah，sjs ofharmonic； 特殊中图分类编号： 1U931文献识别码： b文章编号： 100l一9227(201 ) 02—0094—02引言0

电能质量的稳定性和安全性问题需要通过其中的各项通过指标的显示来判断。 正在检查电能质量的各项指标测量和计算时，必须收集大量数据进行分析。 以往的F F T算法在计算时运行时间长，已不能满足要求。 所以针针对实时性检测的需求，提出了一种改进的F F T算法，正确电能质量各参数的高速运算。1改进的基-8快速傅立叶变换

传统的基2 F F T算法不能满足现代电能质量检测的高现实时代的要求。 因此，进行了一些改进，得到了改善基本8FFT算法. FFT算法利用蝶形因子时|内在对称性周期性，即(阿换) (=阡石)、秽=y 1M=H留忙州)、n点的OFT首先被分解为两个N/2点的DFT，每个N/2点的OFT又N/4点的D F T等，最小变换的点数，也就是所谓的“基数”(radix ) "。 因此，基数为8的FFT算法的最小变换(形)是8点的DFT。 详细推导过程和公式见参考文献[1]。2谐波分析中的误差及改进措施[。 】在用FFT进行高次谐波分析的旧1的情况下，由于算法的问题，会产生混淆通过重叠现象、频谱泄漏、栅栏效应等影响F F T的运算精度度。

(1)折返现象

由计算机处理的数字信号是原始电信号是采样的。 如果在APP中采样频率过高，

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在频域发生混叠现象。 为了避免混叠现象的发生，对连续电对气体信号进行采样时，采样频率必须大于奈奎斯特频率，即，采样至少需要信号中包含的最高频率的两倍以上的频率。为了同时消除谐波及噪声，在信号采样前进行了设计抗锯齿滤波器使信号通过滤波器，然后进行采样。)2)泄漏效应泄漏效应是由输入信号的切断引起的。 泄漏效应的产生主要取决于旁瓣在窗函数频域响应中的幅度及主瓣具有一定宽度，所以为了减少泄漏在频域中最接近冲击函数窗函数，即

旁瓣小，主瓣窄的窗函数。 因此，已经提到了很多窗函数出，比较常用的是矩形窗、汉宁窗、汉明窗、黑曼窗等等。)3)栅栏效应

模拟信号采样期间，采样频率或截止

如果断长选择不当，则可以分离任何“离散频率”在频域被分析周期信号的频率不同，即被分析的信号落入两个离散频率(两条谱线)期间，在这种情况下，在分析结果中得不到到隐藏信号的准确信息只能通过其附近的频率点估计值。 该估计往往误差较大

中相角误差更严重。 从栅栏效果的成冈可以看出，栅栏效果最好的解决方案是在信中留下所有需要测量的频率点的振幅的谱线上，但在谐波分析中，所有基波都是关注的整数次高次谐波振幅，则为针对所有各高次谐波的所有周期采样可以避免栅栏效应的影响，但基波周期总是每次由于是高次谐波周期倍数，所以对基波进行全周期采样即可保证各谐波的全周期采样。3谐波信号模型及其仿真分析万方数据

《自动若干皇垡墨壍翌年01年第2期(总第154期)》(1)谐波信号模型信号模型‘:仅包括正弦波信号线性组合，即基波各谐波的信号。 电网中电压和电流的基波频率均为考虑工=50Hz，包含3、5、7次高次谐波的情况。 设定信号的数量学习表达式：

量(，)=sin )2xfot )； sin(32trfot ) sin ) 52xfot )寺sin ) 7x2xfot ) )。式中的第’项是频率=50Hz的基波。 在本模型中没有取所有次数的高次谐波只是在电力系统中具有代表性通过分析谐波成分，简化分析且不失一致性。 其信号波形状如图1所示。

图1模型1波形

信号模型2 :在包含白噪声正弦波信号、即基波中加入白噪声声音。 电网中电压和电流基波频率均为50H Z，考虑基础如果波包含正态分布的随机噪声。 进行信号的数学表示式： s2 (，)=sin ) 27rfof ) o.2xrandn ) 1，5 ) 128 )信号中的第‘项为频率率是50Hz的基波，第二项是正态分布的随机噪声成分

宽度是基波宽度的0.2倍。

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对先前建立的各种谐波信号模型按周期进行10、2、4点采样，如果单独进行傅立叶分析，则基波和各高次谐波振幅频率关系。图3模型频率、相位频率特性曲线

谐波信号模型’‘FFT运算后，得到的振幅、相位性曲线如图3所示。 从光谱图中可以直观地看出基础包括波和各高次谐波分量频谱信息、振幅特性和相位频率特性性行为。 可以查询频率50Hz、1 50Hz、250Hz、350Hz相位信息因为将得到的相位作为一读，光谱描绘出了馀弦相位

正弦波的相位为0，这与原始信号一致，相位是正确的。 相对于振幅频率特性、基波、3次高次谐波、5次高次谐波、7次高次谐波之比为l:0.33 :0.2:0.14，与原信号高次谐波的幅度之比一致。幅度相当大

图4模型3张频率、相位频率特性曲线

图4表示信号模式2傅立叶变换的振幅相位特性曲线

能表示出来。 傅里叶变化后的频谱可以有效地还原基波的频率，使其随机噪声引起的频谱混叠变少，变得平滑，查询频率有5Hz的余地弦相位信息为一鲁，频谱描绘了馀弦相位，所以为正弦的相位是0，相位是正确的。 可以从光谱中恢复原始信号我知道信号信息。4总结

本文介绍了改进的F F T在电能质量监测系统中的应用中，给出了抑制光谱泄漏的几种方法。 通过模拟进行了验证改进的FFT可以分析电网的谐波问题，并得到可以稳定高次谐波的振幅和相位，良好地抑制频谱泄漏。参考文献

[1]基于侯文清、张波、丘东元等. DSP的电能质量检测与无功补偿综合测量仪器[J] .仪器仪表学报，2007，28 (1) 32—50 .12 )朱高中、张莹.基于小波变换和FFT电能质量检测的研究[J] .测试测量技术，2009，3 (3) 40—52。[3]海生、潘松峰、吴贺荣.基于复序列FFT和锁相原理的电参数测量[J] .网格技术，2000，24 (3) 51—60。[4]李唐兵、姚建刚、刘一江等.电能质量在线监测装置算法研究[J] .电气测量与仪表，2008，3 (3):12—16。[5]应用庞浩、李东霞、俬云空等. FFT进行电力系统谐波分析的重整进算法[J] .中国电机工程学报，2003，23 (6) 32—40 .万方数据95改进的FFT在电能质量监测系统中的应用作者：郭桂香，郭桂香

作者单位：江西理工大学应用科学学院机电工程系，江西，赣州，341000刊名：自动化与仪器仪表英文刊名： AUTOMATION INSTRUMENTATION年，卷(期) 2011(2)2)参考文献(第5条)。

1 .庞浩； 李东霞； 姐姐云空用FFT进行电力系统谐波分析的改进算法([期刊论文]-中国电机工程学报2003(06 ) ) ) ) ) ) ) ) ) )。2 .李唐兵； 姚建刚； 刘一江电能质量在线监测装置算法研究([期刊论文]-电测与仪表2008(03 ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )的电能质量3 .海水潘松峰；) ) 654 .朱高中； 张莹的小波变换与FFT电能质量检测研究(2009(03 ) )。5 .侯文清； 张波； 丘东元基于DSP的电能质量检测与无功补偿综合测量装置([期刊论文]-仪器仪表学报2007(01 ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )。本文链接： http://d.g.wanfang data.com.cn/periodical _ zdhyyqyb 201102036.aspx