[发明专利]基于5项Rife－Vincent（I）窗双谱线插值FFT的基波与谐波检测方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种用于信号中基波与谐波参数检测的方法。具体是一种基于5项Rife-Vincent(I)窗双谱线插值FFT(快速傅立叶变换)的基波与谐波参数检测方法，属于信号处理技术领域，也可用于其它信号的谱分析。

背景技术

以电力信号检测为例，随着电力电子技术的发展，非线性设备在电力系统中得到广泛应用，非线性设备带来的谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成的威胁日趋严重。基波与谐波的精确测量可为电网电能计量、谐波潮流计算、设备入网检测、电力系统谐波补偿与抑制等提供科学依据。

基波与谐波分量检测方法一般有：(1)基于频域分析的FFT方法，其特点是电网频率波动时，检测精度较低；(2)滤波器检测谐波方法，其特点是难以获得理想频率特性；(3)基于瞬时无功功率理论的方法，其特点是计算量大，处理复杂；(4)基于神经网络理论和小波变换的方法，其特点是计算量大，难以在嵌入式系统中实现。

基于FFT的基波、谐波分析算法，易于在DSP(数字信号处理器)上实现，是当今应用最广泛的一种谐波分析方法。在电力系统中，电网电压、电流畸变导致基波频率变化，由于非同步采样造成FFT算法存在频谱泄露和栅栏效应等问题，使得基波与谐波检测的精度受到影响。减少FFT算法的频谱泄露和栅栏效应影响、提高电测量中基波和各谐波检测精度是电测量信号分析和电能质量管理中的难题。

已有专利文件“测量工厂谐波的方法和测量仪”(200310105446.2)，“计量工厂谐波的方法和计量仪”(200310105446.2)，“电力系统谐波定量计量方法和计量仪”(98110414.2)等。其发明的目的是精确定量地测量电力系统中谐波电压、电流的动态特性。已有技术的不足之处是：已有技术提供了一些基波与谐波测量的电气设备设计方法，但由于谐波具有多样性、随机性和多态性等特征，基波频率波动造成的频谱泄露和栅栏效应依然存在，因此实时、高精度的基波与谐波测量分析难以实现。

发明内容

为克服已有技术的不足，本发明的目的在于提供基于5项Rife-Vincent(I)窗的双谱线插值FFT方法，该方法能快速、准确检测信号中基波和各谐波分量。

设包含多项整数次谐波的时域被测信号为

其中，M为所含谐波的项数；r_m代表谐波的次数；当m＝0时，r₀＝1，f₀、A₀和分别为基波的频率、幅值和初相角；当m≠0时，r_m、A_m和分别为第m项谐波的次数、幅值和初相角。信号x(t)经过采样率为f_s的数据采集系统后，得到离散序列

根据傅立叶变换的定义，信号x(n)的连续傅立叶变换为

X(f)=Σn=-∞∞x(n)e-j2πfn]]>

在嵌入式系统上或计算机上实现时，数据总是有限长的，即相当于信号x(n)被一个窗函数w(n)(n＝0，1，…N-1)截短为N点长序列。加窗后，信号频谱由原来的谱线变为以f₀为中心向两边扩展的连续谱，信号频谱旁瓣之间的相互干扰，能量泄露到整个频带，即为频谱泄露。