快速濾波器組在頻率估計中的應(yīng)用與研究.pdf

1、系統(tǒng)頻率是電力網(wǎng)絡(luò)中控制負(fù)載平衡的一個十分關(guān)鍵的參數(shù)，通過追蹤頻率變化情況可以監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)。由于系統(tǒng)常常會受到網(wǎng)絡(luò)中某些突發(fā)事件以及電力電子設(shè)備、電弧造成的諧波、噪聲的干擾，對頻率的精確追蹤較為困難。因此，研究能夠有效對抗諧波、噪聲干擾的頻率估計算法對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行十分重要。
　　在此背景下，鑒于快速濾波器組(Fast filter bank，F(xiàn)FB)相比于FFT具有良好的頻率特性、抗噪能力以及低復(fù)雜特點，本文圍

2、繞FFB在電力系統(tǒng)的頻率估計技術(shù)中的應(yīng)用開展了如下工作:
　　(1)在深入研究FFB的樹形結(jié)構(gòu)及其頻罩法、節(jié)點調(diào)制法設(shè)計方案、矩陣表達(dá)式等理論的基礎(chǔ)上，證明了FFB的各個通道之間的移頻特性，推導(dǎo)出FFB各通道的時域響應(yīng)表達(dá)式，并對它與FFT運(yùn)算之間的關(guān)系作了分析。
　　(2)在研究經(jīng)典的基于FFT的兩步頻率估計技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析了FFB在粗估計過程巾相比于FFT的優(yōu)勢，并提出了兩個基于FFB運(yùn)算的精估計算法（簡記為FFB1，

3、FFB2）。其中FFB1算法與頻域三樣點算法類似，運(yùn)用FFB輸出的峰值及其相鄰前后兩個通道輸出的樣本，通過泰勒展開式進(jìn)行簡化分析，得到頻率估計的頻偏部分。FFB2算法是基于FFB等效系數(shù)的特點，利用FFB的輸出與輸入信號樣本中點時刻樣本值的關(guān)系得到。仿真結(jié)果顯示，這兩種算法在低信噪比場合下，均方性能接近于CRB界，比FFT系列算法有所提高。
　　(3)通過FFB運(yùn)算替換FFT運(yùn)算來改進(jìn)SDFT和CLS-SDFT算法的性能，結(jié)果顯示

4、，經(jīng)過改進(jìn)后的版本頻率追蹤性能明顯優(yōu)于原始的SDFT算法，在噪聲環(huán)境下，比CLS-SDFT算法的均方誤差下降了3dB左右。
　　(4)為了進(jìn)一步改進(jìn)SDFT算法的抗噪聲性能，將總體最小二乘算法框架引入到SDFT算法中(TLS-SDFT)，并對該算法在噪聲、諧波干擾環(huán)境、幅值、相位突變和調(diào)制環(huán)境以及實測電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)片段下進(jìn)行了仿真比較。結(jié)果顯示，TLS-SDFT算法在低信噪比環(huán)境下均方誤差比SDFT算法下降20dB，比CLS-SDF

5、T算法下降約10dB，在高信噪比下逐漸等效于CLS-SDFT算法。此外，TLS-SDFT算法在諧波干擾環(huán)境、幅值、相位突變和調(diào)制環(huán)境以及實測電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)片段下與CLS-SDFT算法的頻率追蹤性能一致。
　　(5)為了提高Prony算法的抗噪性能和分辨率，本文也研究了分別使用FFT和FFB對信號進(jìn)行濾波預(yù)處理，然后使用Prony算法進(jìn)行頻率估計的方法。仿真結(jié)果顯示，經(jīng)過FFB預(yù)處理的Prony算法在諧波干擾的情況下均方誤差性能優(yōu)于F