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专利号: 2018104115267
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于高阶汉宁自卷积窗及改进插值算法的谐波检测方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:通过电子式互感器获取电力系统离散信号x(n),其中n=0,1,2,...,N-1,N为采样长度,将其与等长度的高阶汉宁自卷积窗w(n)相乘,并对结果进行离散傅里叶变换(DFT),得到信号频谱信息;

步骤2:根据步骤1中所得信号频谱信息,找到频谱中各峰值处的最大、次大谱线,以单个峰值处的谱线为例,将最大、次大谱线从左至右记为W(k1)、W(k2),k1、k2为其对应频率;

步骤3:将W(k1)、W(k2)之比记为α,采用改进插值算法构造δ与α之间的关系式,并通过离散卷积定理将该式化简,进而求解出偏差量δ的值;

步骤4:根据步骤3获得的偏差量δ,求解各次谐波的幅值、频率和相角;

离散傅里叶变换(DFT)的具体变换公式按照卷积窗的阶数拟定,8阶窗相应的DFT变换公式为:改进插值公式为:

其中,W′(·)为单个汉宁窗的离散傅里叶变换;

8阶汉宁自卷积窗为w(n)=[(h*h)*(h*h)]*[(h*h)*(h*h)];

其中,每个h表示长度为N/8的单个汉宁窗;符号*表示表示卷积,每次卷积完成后,须在卷积结果末尾增补一个零点;

8

所述根据偏差量δ求解谐波幅值的公式为Az=2|W(k1)|/W′(-δ);

其中,Az为第z次谐波的幅值;

所述根据偏差量δ求解谐波频率的公式为fz=8(k1+δ)Fs/N;

其中,fz为第z次谐波的频率,Fs为系统的采样频率;

所述根据偏差量δ求解谐波相角的公式为

其中, 为第z次谐波的相角,arg[·]符号表示括号中内容的角度;

设:

β=π(1-M)/M,u=sin(kπ/M),v=cos(kπ/M)              (7)其中,M为乘积信号长度的八分之一;k为谱线的频率;

将单个汉宁窗的DFT带入式(6),经过大量化简,最终得到式(8):u3(α1/8sinβ+sin3β)-u2v(cos3β+α1/8cosβ)-u(sin3β+α1/8sin3β)+vsin2βcosβ(α1/8-2)=0 (8)其中,α为最大、次大谱线的比值,由式(6)计算得出;β、u、v是为简化计算所提出的变量,通过式(7)得到;

显然,可将式(8)中与α和β相关的内容提取出来,如式(9)其中,α为最大、次大谱线的比值,由式(6)计算得出;β是为简化计算所提出的变量,通过式(7)得到;由于α、β均为已知量,因此根据式(9)求解得到的λ1、λ2、λ3、λ4也同为已知量;

则经过三角变换后,式(8)最终可化简成式(10):L(σ)=A·σ3+B·σ2+C·σ+D                    (10)其中,该一元三次方程的各项系数分别为:

这里的λ1、λ2、λ3、λ4均为简化计算而提出的已知量,可通过式(9)得到;另外采用σ=u2,使得式(8)最终能够化简为一个标准的一元三次方程,即式(10);

求解一元三次方程,根据反三角函数计算出偏移量:其中,σ是式(10)的根,其数值根据四类不同情况按照不同的公式求解得到;M为乘积信号长度的八分之一。

2.根据权利要求1所述基于高阶汉宁自卷积窗及改进插值算法的谐波检测方法,其特征在于:高阶汉宁自卷积窗构造流程如下:其中:

p为阶数,其值一般取4、8、16;

符号conv表示卷积;其后&0符号表示完成卷积后,在信号末尾补充一个零点;

符号hann表示单个汉宁窗,括号内参数为其长度。

3.根据权利要求1所述基于高阶汉宁自卷积窗及改进插值算法的谐波检测方法,其特征在于:α为频谱峰值处最大、次大谱线之比,且偏差量δ与之关系由改进的插值公式建立,该公式经离散卷积定理处理后,可整理为:其中,W′(·)为单个汉宁窗的离散傅里叶变换。

4.如权利要求1-3所述任意一项基于高阶汉宁自卷积窗及改进插值算法的谐波检测方法,其特征在于:电力系统离散信号为电流谐波信号、或者电压谐波信号。