在频域方法中,国内学者也有不少建树,庞浩提出了基于布莱克曼窗的加窗插值傅里叶变换算法[29],这种算法能有效满足旁瓣幅值衰减快的条件,解决了长范围泄露造成的误差,信号中许多的谐波分量的频谱衰减都很大,有利于相位的测量。温和、卿柏元采用具有良好旁瓣性能的Nuttall窗[30,31],对其进行电力谐波分析,通过曲线拟合函数,得到可以计算相位的公式。经试验验证,利用基于努塔窗的加窗插值傅里叶变换方法,能有效减小频谱泄漏造成的误差,计算准确度比较高、运算量少等优点[32]。在谐波问题分析中,针对某次谐波的测量误差,主要与其它频率分量在该次谐波对应谱线处的泄漏频谱大小有关,因此黄纯提出了一种新的离散窗——矩形自卷积窗[33],该窗函数的独特特性,能够消除频谱泄露造成的误差,对于谐波频谱之间的相互影响也有改善效果,采用基于相位比较的插值算法,计算准确度高,运算量小;但与其它插值算法相比,需增加少许采样时间和采样点数。钱昊提出基于4项系数余弦窗的插值FFT算法应用于间谐波分析[34],分析和推导了基于Rife-Vincent(Ⅲ)窗的间谐波频率、幅值和相位的估计公式,并对修正公式作适当修改,此算法减小非同步采样的影响,使得相位的检测更准确。吴静和牛胜锁等研究出了利用多条频率线的加窗算法[35,36],减小长程谱泄漏的造成的误差,进一步提高计算准确度。还有的研究人员对其进行了改进,但都是基于插值算法来进行的相位测量。值得一提的是,丁康提出等提出一种新的方法,即计算出窗函数的能量,根据能量的质心来校正相位[37],这种方法推导出常用窗函数的能量重心都在坐标原点周围,利用这一性质,通过窗函数主瓣的功率谱就可以得到主瓣的中心坐标,这个坐标值就是经过校正的准确频率,根据得到的准确频率便可对信号的幅值和相位进行校正,得到幅值和相位的准确值[38]。离散频谱能量重心校正法既能校正幅值又能校正频率和相位,弥补了离散频谱三点卷积幅值校正方法在只能校正幅值这一方面的缺陷,并且在频率参数求解中避免了计算高次方程,大大减少了运算量,提高了频谱校正的准确度[39,40]。但是,利用的窗函数的频谱特性会影响离散频谱能量重心法校正的测量准确度,并且如果测量的电信号分布的过于密集时,测量的准确度也不高。

离散频谱相位差校正法的原理是选取某个电网信号,对其进行采样并且需采集两次,采样长度也必须相同,对信号加窗并进行FFT变换,求得两个信号的相位差值,根据这个差值再算出频率的修正量,最后利用算出的修正值计算出相位[41,42]。相位差校正法不依赖窗函数表达式,适合各类对称窗函数[43],并且计算量较小,准确度较高。

3  时频域分析方法

小波变换(Wavelet Transformation)是一种时频域分析方法,它跟傅里叶变换有相同也有不同的地方。在1993年,研究者将它作为一种分析方法应用于到电力系统研究中。为了实现对高频带信号更精细的分解和细致分析[44],由小波变换引申出了小波包变换,因为在小波变换中存在许多分辨率,但是信号中存在许多高频率分量,这时小波变换便无法起到作用,而小波包变换则解决了这个问题[45]。由于小波包变换运算性能较好,所以布鲁斯等研究者提出利用该方法来测量相位[46],能够利用高分辨率对信号进行测量。

虽然在分析非稳态信号方面,小波变换能够重构信号的波形,直观形象,较 FFT分析具备较大优势,但是它却无法准确获得信号的参数,尤其当做谐波检测时,这种方法选取小波较为困难[47,48]。张鹏等提出,将其与快速傅里叶变换结合,来检测电网信号[49]。此方法虽有所改进,但它的运算量仍然很大,在实际运算不占有优势,不方便实施[50,51],综上考虑,小波变换并不是一种常用的方法,它与傅里叶变换的方法存在互补的优势,需要根据实际情况来进行选择。

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