基于离散傅里叶变换的电网谐波测量方法与分析研究

摘要

谐波的测量和分析是实现谐波治理的前提条件，准确的谐波测量和分析能够为谐波的治理提供良好的依据。自提出快速傅里叶变换算法(FFT)以来，基于傅里叶变换的谐波测量便得到了广泛应用。然而基于傅里叶变换的谐波测量要求整周期同步采样，否则会产生频谱泄漏现象和栅栏效应。传统的同步采样法由于信号频率的偏移和定时器分辨率有限等原因，总是存在同步偏差，难以实现理想的同步采样。因此如何减小因同步偏差而引起的测量误差成了众多学者关注的焦点。 由于FFT是傅里叶变换得以广泛应用的前提，本文在深入分析FFT技术的基础上，针对电网信号具有半波对称性的特点，提出了一种改进的FFT算法——半波对称FFT算法。半波对称FFT算法针对半波对称性信号只含奇次谐波分量的特点，在算法流程中省去了偶次谐波分量部分。因此，改进的FFT算法的计算量是传统FFT的一半，大大节省了运算时问。 传统的同步采样法是将采样点数固定为N，这样可以使N为2的整数次幂以使用FFT算法进行谐波测量。然而由于电网频率的波动，实际上一个周期内的采样点数N是随频率的变化而变化的，因此必然存在同步偏差，影响测量精度。针对这一问题，本文提出了一种新的交流采样法——变N同步采样法。该方法的核心思想就是采样点数N不再固定不变，而是通过测量电网的实际频率计算得到；然后对一周期实际的采样数据进行离散傅里叶变换，这样产生的同步偏差将小于采样间隔。如果采样频率足够高，则可以忽略同步偏差，实现整周期同步采样。新的交流采样法的关键是要根据所测数据准确计算电网实际频率，因此本文提出了一种用于电网频率计算的方法。该方法简单可靠，实时性好。 在新的交流采样法的基础上，本文设计了一个基于Matlab的电网谐波测量分析系统。该系统实现了对—小型电网实验装置电压、电流的谐波测量分析，证明了本文提出的新的交流采样法和频率计算法的正确性以及实用性。

目录

文摘

英文文摘

论文独创性声明及论文使用授权声明

第一章引言

第二章离散傅里叶变换（DFT）用于电网谐波测量

第三章FFT用于电网谐波测量的改进算法

第四章一种新的交流采样法

第五章基于Matlab的电网谐波测量分析系统设计

第六章结论与展望

参考文献

附录

致谢