電氣信號參數(shù)測量算法及應(yīng)用研究.pdf

1、及時、精確地測量電力系統(tǒng)的電氣信號參數(shù)是保證電力系統(tǒng)和各種電力設(shè)備的安全性及可靠性的重要前提，同時可以為電力系統(tǒng)分析提供準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。電力系統(tǒng)和電力設(shè)備的智能化和自動化實現(xiàn)都是基于電氣信號的實時及準(zhǔn)確的測量，電力系統(tǒng)領(lǐng)域中諸多問題的研究都離不開電氣信號測量。因此，本文對電氣信號測量理論和實現(xiàn)方法進行了詳細(xì)的分析和深入的研究，在此基礎(chǔ)上，提出了提高電氣信號測量實時性和準(zhǔn)確性的改進算法。
　　對輸入信號進行采樣是信號測量中必須優(yōu)先進

2、行的重要步驟。常用的采樣方法存在采樣周期誤差、誤差累積遞增和同步誤差，這些誤差對測量準(zhǔn)確性的影響不可忽略。針對采樣實現(xiàn)過程中存在的同步誤差產(chǎn)生問題，本文提出了一種改進的軟件同步采樣方法。用過零觸發(fā)電路來實時跟蹤電氣信號的周期變化，通過軟件運算可以減少同步誤差，進而得到更加接近于同步化要求的近似同步采樣數(shù)據(jù)。
　　在電力系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，電氣信號往往含有按指數(shù)函數(shù)形式衰減的直流分量。針對傳統(tǒng)全周傅里葉算法在直接處理這種故障信號時

3、會產(chǎn)生較大算法誤差的問題，本文提出了一種可以精確消除其誤差的改進傅里葉算法。該改進算法基于含有衰減非周期分量的輸入信號在一個周期內(nèi)積分值以及采樣數(shù)據(jù)求和不為零的原理，在衰減直流分量誤差的計算過程中不需要增加采樣點和任何近似運算，就可以求出衰減分量對傅里葉算法造成的算法誤差及衰減參數(shù)，將這個誤差從輸入信號的傅里葉算法結(jié)果值中減去。
　　在電氣信號的頻譜分析和數(shù)字濾波器設(shè)計中，窗函數(shù)的應(yīng)用是十分重要的問題。針對窗函數(shù)的重要作用，本文通

4、過具體的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，提出了余弦組合窗函數(shù)的性能優(yōu)化和選用方法的原則。由輸入信號數(shù)據(jù)的截斷處理所產(chǎn)生的頻譜泄漏與窗函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在邊界處具有連續(xù)性的問題有關(guān)，具有連續(xù)性的導(dǎo)數(shù)階數(shù)越高，被窗函數(shù)所截斷的數(shù)據(jù)在邊界處越平滑，因此可以有效地抑制頻譜泄漏現(xiàn)象。
　　離散傅里葉變換在電力系統(tǒng)的諧波頻譜分析中是應(yīng)用最廣泛的測量算法。但是，該算法在非同步采樣的情況下受到頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)的嚴(yán)重影響。為了抑制這種現(xiàn)象，本文研究了基于加窗插值傅里葉算

5、法的諧波信號頻域估計方法。頻域特性良好的窗函數(shù)可以進一步減少頻譜泄漏，但使用這個窗函數(shù)的算法過程十分復(fù)雜。為此，本文提出了一種可以容易求解關(guān)于頻率估計誤差的高次方程的解決方法，該方法易于單片機系統(tǒng)的直接實現(xiàn)。此外，為了減少基波頻譜泄漏對其他諧波分量的干擾影響，本文推導(dǎo)了利用Blackman窗口的改進頻率估計誤差計算公式。
　　希爾伯特-黃變換理論是一種新型時間頻率分析方法，該方法廣泛應(yīng)用于分析頻率隨時間而變化的非平穩(wěn)信號。本文對基