專利名稱：一種納托爾自卷積窗加權傅里葉變換的諧波電能計量系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種諧波電能計量系統，具體是一種納托爾自卷積窗加權傅里葉變換的電力諧波電能計量系統。屬于信號處理領域。
背景技術：
高精度信號分析與處理為諧波潮流計算、設備檢測、電力系統諧波補償與抑制、振動信號分析和隨機故障處理等提供科學依據。采用傅立葉變換理論進行信號處理時，由于信號頻率存在波動或干擾，嚴格的同步采樣無法實現，頻譜泄漏和柵欄效應會引入較大誤差。經文獻檢索發現，采用窗函數對信號加權可以有效減少頻譜泄漏，窗函數頻譜的主瓣與頻率分辨力直接有關，主瓣寬、頻率分辨力低；旁瓣與泄漏直接有關，旁瓣大，泄漏多；旁瓣衰減斜率反映旁瓣衰減的速度，旁瓣衰減越快，對泄漏抑制越強。國內外學者提出了一系列窗函數，如Hanning窗、Blackman-Harris窗、Rife-Vincent (I)窗、納托爾窗和矩形卷積窗等，并將它們運用到信號加權處理算法中，提高了信號處理精度。基于經典窗函數(Hanning窗、Blackman-Harris 窗、Rife-Vincent (I)窗、納托爾窗和矩形卷積窗等)的信號加權分析算法利用窗函數的頻譜旁瓣下降特性可以在一定程度上可以減少頻譜泄漏。但是，由于經典窗的旁瓣特性仍不夠理想，對頻譜泄漏的抑制作用仍然有限，諧波間的相互干擾不可忽略，信號分析處理精度受到限制。
發明內容本實用新型目的在于克服現有加窗傅里葉變換諧波電能計量系統的缺陷，提供一種簡便的納托爾自卷積窗加權傅里葉變換諧波電能計量系統，解決信號加權處理過程中頻譜泄漏過大，諧波間相互干擾的問題，從而提高信號諧波分析的準確度和實用性，為進一步進行的信號參數識別與諧波電能計量提供可靠依據。本實用新型通過以下技術方案實現上述目的一種納托爾自卷積窗加權傅里葉變換的諧波電能計量系統，由信號采樣單元、加納托爾自卷積窗單元、FFT運算單元、第h次諧波的頻率范圍計算單元、幅度最大和次大譜線的局部搜索單元、頻譜插值計算單元、頻率偏移量計算單元、諧波參數計算單元以及諧波電能輸出單元組成，加納托爾自卷積窗單元連接信號采樣單元與FFT運算單元，第h次諧波的頻率范圍計算單元連接FFT運算單元與幅度最大和次大譜線的局部搜索單元，頻譜插值計算單元連接幅度最大和次大譜線的局部搜索單元與頻率偏移量計算單元，諧波參數計算單元連接頻率偏移量計算單元與諧波電能輸出單元。所述加納托爾自卷積窗單元是先構建長度為M的離散納托爾窗序列，然后將ρ個離散納托爾窗序列作P-I次卷積運算，得到卷積序列，在卷積序列的首或尾補P-I個零，即得到長度為N = pM的ρ階離散納托爾自卷積窗。所述頻譜插值計算單元是運用最小二乘法對諧波頻率附近的幅度最大和次大的譜線進行擬合，獲得該諧波頻率的準確頻譜。該系統實現步驟如下首先構建長度為離散納托爾窗序列，然后將離散納托爾窗卷積運算，得到卷積序列，在卷積序列的首或尾補零，得到離散納托爾自卷積窗，采用納托爾自卷積窗序列對離散電力信號進行加權運算，再采用傅里葉變換獲得電力信號的離散頻譜，在離散頻譜對應的諧波頻率附近尋找幅度最大和次大的譜線，運用最小二乘法對峰值譜線進行擬合，獲得電力諧波的幅值、頻率和初相角，從而實現復雜電力信號中的整數次諧波電能計量。本實用新型的原理是納托爾窗是余弦組合窗，其時域表達式為
權利要求1.一種納托爾自卷積窗加權傅里葉變換的諧波電能計量系統，其特征在于，該系統由信號采樣單元、加納托爾自卷積窗單元、FFT運算單元、第h次諧波的頻率范圍計算單元、幅度最大和次大譜線的局部搜索單元、頻譜插值計算單元、頻率偏移量計算單元、諧波參數計算單元以及諧波電能輸出單元組成，加納托爾自卷積窗單元連接信號采樣單元與FFT運算單元，第h次諧波的頻率范圍計算單元連接FFT運算單元與幅度最大和次大譜線的局部搜索單元，頻譜插值計算單元連接幅度最大和次大譜線的局部搜索單元與頻率偏移量計算單元，諧波參數計算單元連接頻率偏移量計算單元與諧波電能輸出單元。
2.根據權利要求1所述的納托爾自卷積窗加權傅里葉變換的諧波電能計量系統，其特征在于，所述加納托爾自卷積窗單元是先構建長度為M的離散納托爾窗序列，然后將ρ個離散納托爾窗序列作P-I次卷積運算，得到卷積序列，在卷積序列的首或尾補P-I個零，即得到長度為N = pM的ρ階離散納托爾自卷積窗。
3.根據權利要求1所述的納托爾自卷積窗加權傅里葉變換的諧波電能計量系統，其特征在于，所述頻譜插值計算單元是運用最小二乘法對諧波頻率附近的幅度最大和次大的譜線進行擬合，獲得該諧波頻率的準確頻譜。
專利摘要一種納托爾自卷積窗加權傅里葉變換的諧波電能計量系統，該系統的加納托爾自卷積窗單元連接信號采樣單元與FFT運算單元，第h次諧波的頻率范圍計算單元連接FFT運算單元與幅度最大和次大譜線的局部搜索單元，頻譜插值計算單元連接幅度最大和次大譜線的局部搜索單元與頻率偏移量計算單元，諧波參數計算單元連接頻率偏移量計算單元與諧波電能輸出單元。采用該系統能夠實現復雜電力信號中的整數次諧波電能計量。
文檔編號G01R23/16GK202339381SQ20112040540
公開日2012年7月18日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者卿柏元, 周毅波, 唐求, 曾博, 朱少波, 李偉堅, 李剛, 溫和, 滕召勝, 王勇, 王永, 蔣雯倩, 陳桃, 高云鵬 申請人:廣西電網公司電力科學研究院, 湖南大學