[发明专利]一种基于加窗FFT插值算法的电压闪变检测方法

说明书

本发明属于电能质量分析技术领域，具体地说，是一种基于加窗FFT插值算法的电压闪变检测方法，加窗FFT插值算法是一种异步采样方法，它是以固定的采样点数对信号进行采样，利用窗函数的频谱特性修正泄漏的频谱来得到信号的实际频谱值，可以减小异步采样所造成的误差。基于FFT的闪变测量算法省略了IEC方法中较复杂的滤波器设计工作，从而简化了计算过程。

技术领域

本发明属于电能质量分析技术领域，具体地说，是一种基于加窗FFT插值算法的电压闪变检测方法。

背景技术

由于一般用电设备对电压波动的敏感度远低于白炽灯，为此，选择人对白炽灯照度波动的主观视感，即“闪变”，作为衡量电压波动危害程度的评价指标。闪变的主要决定因素有：①供电电压波动的幅值、频度和波形；②照明装置，以对白炽灯的照度波动影响最大，而且与白炽灯的瓦数和额定电压等有关；③人对闪变的主观视感等。研究表明，人眼对电压波动频率8.8Hz左右最为敏感。

对闪变的预测是早期电压波动和闪变检测的主要研究，由于对闪变的预测建立在经验分析的基础上，不能预估出各种随机情况下的闪变值，达不到现代电能质量的分析要求，因此，对闪变的检测算法应运而生。

电压波动与闪变作为电能质量的一个重要指标，越来越受到人们的重视。现在广泛应用的闪变检测算法是IEC提出的测量方法，为了测量电压波动与闪变，国际电工委员会(IEC)标准IEC61000-4-15和国家标准GB/T12326-2008《电能质量电压波动和闪变》都给出了闪变测量系统的原理框图，该方法可以进行模拟实现或数字实现，现存的大多数闪变仪均是釆用此种方法。根据该框图可设计出符合IEC标准的闪变测试仪，该种方法的测量结果可以在1～25Hz频率范围内达到国标要求的精度范围。但这种方法需要设计多个滤波器并进行多次滤波运算，实现过程较复杂。

近年来对该种方法的研究与改进主要集中两方面，一是对各级滤波器的优化，二是通过建立矫正模型来减少测量误差。

大多数基于IEC检测方法都是使用了平方解调法该方法简单易行，计算量小，且不含衰减系数。但平方后会含有波动电压的倍频分量，影响了计算精度。

目前的检波方法，大部分研究重点都集中在应用小波变换的检波方法，小波变换具有时频多分辨率的特点，并且适用于不平稳随机信号的分析，但是怎样选择合适的小波基是研究的难点。对检波出来的调幅波信号进行谱分析，利用谐波分解Pisarenko方法进行功率谱估计，但是由于调制分量个数的不确定性，影响了结果的精确度。

以往釆用离散快速傅立叶变换算法，对电压均方根值进行频谱分析时，将数据截断后会发生频谱泄露，在实际频率周围产生虚假分量，并且个频率之间的泄漏会影响幅值精度，会导致对电压均方根值进行频谱分析得到的频率、幅值等电气量存在很大的误差，无法得到准确的值。这也是影响短时闪变值计算精度的重要原因。另外，当对周期信号的非整周期采样，进行计算时由于栅栏效应，所得到的并不是真实的频谱，真实频谱在两个最大幅值频率之间，必须采取应对措施改善这种误差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明披露了一种基于加窗FFT插值算法的电压闪变检测方法，本发明在闪变检测中用加窗插值的方法来对运算后所得的频谱进行校正。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于加窗FFT插值算法的电压闪变检测方法，包括以下步骤：

步骤一：对电压信号u(t)进行每半个周期内N点采样时域载波信号，得到采样信号u(n)；

步骤二：用汉宁窗对离散化的载波信号u(n)进行加权截断，得到加权序列X_H(k)＝u(n)w(n)；

步骤三：对加权序列做离散傅里叶变换，并通过插值算法得到频谱函数X_H(k)，进一步求得各次谐波的幅值A_m、相位