電氣信號參數(shù)測量算法及應(yīng)用研究.pdf

1、及時(shí)、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(shí)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(shí)現(xiàn)都是基于電氣信號的實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)方法進(jìn)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(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的改進(jìn)算法。
　　對輸入信號進(jìn)行采樣是信號測量中必須優(yōu)先進(jìn)

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(shí)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(jìn)的軟件同步采樣方法。用過零觸發(fā)電路來實(shí)時(shí)跟蹤電氣信號的周期變化，通過軟件運(yùn)算可以減少同步誤差，進(jìn)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(shí)

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(jìn)傅里葉算法。該改進(jìn)算法基于含有衰減非周期分量的輸入信號在一個(gè)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(jì)算過程中不需要增加采樣點(diǎn)和任何近似運(yùn)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(gè)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(jì)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?cái)嗵幚硭a(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?cái)嗟臄?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(jì)方法。頻域特性良好的窗函數(shù)可以進(jìn)一步減少頻譜泄漏，但使用這個(gè)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(jì)誤差的高次方程的解決方法，該方法易于單片機(jī)系統(tǒng)的直接實(shí)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(jìn)頻率估計(jì)誤差計(jì)算公式。
　　希爾伯特-黃變換理論是一種新型時(shí)間頻率分析方法，該方法廣泛應(yīng)用于分析頻率隨時(shí)間而變化的非平穩(wěn)信號。本文對基