基于虛擬儀器技術(shù)的一種諧波分析儀 - 圖文-

1、 電氣時代2006年第3期|47【電能質(zhì)量專輯】這種窗函數(shù)的特點是:只要選取的觀測時間是信號周期的整數(shù)倍,其頻譜在各次整數(shù)倍諧波頻率處幅值為零,因而各次諧波之間不會發(fā)生相互泄漏。即使信號頻率作小范圍波動,泄漏誤差也較小,而且相比其他窗函數(shù)計算量較小。諧波分析時,首先對交流電壓信號連續(xù)采集兩個周波,每周波采集128點。為提高精度,使用新測量出的頻率f 1設(shè)定采樣頻率后再連續(xù)采集兩個周波信號,再計算一遍頻率,得到更精確的信號頻率f 2,以上也就是在頻率測量中經(jīng)常用到的自適應(yīng)調(diào)整采樣間隔測頻。以新頻率f 2設(shè)定采樣頻率,連續(xù)采集8個周波共1024點用于分析電網(wǎng)諧波。對1024點數(shù)字信號進行加窗FFT

2、 變換,計算出基波和各次諧波的實部和虛部,若第k 次諧波的實部和虛部分別為U r (k 和U 1(k ,則第k 次諧波電壓的幅值和相位分別為U k =U r 2(k +U 12(k (2k =arctan U i (k / U r (k (3 通常用某次諧波幅值相對于基波幅值( U 1 的百分數(shù)來反 映該次諧波的含量U k % = U k / U 1 100%(4用總諧波畸變T H D 來反應(yīng)總的諧波含量,其定義為 諧波分析算法的仿真對于測試儀器,首先關(guān)心的是其測量精度。下面通過比 較仿真信號各次諧波的理論值和實際測量值之間的誤差來考 察其精度,圖 2 顯示了諧波分析算法對 50Hz 標準正弦

3、波信 號的仿真結(jié)果。 對仿真界面中的部分控件說明如下1標簽為 “Source”的 3 個控件用于選擇以離散形式產(chǎn)生 的信號波形,總共 1024點。3 個波形疊加后在圖中顯示。 2 “Amplitude”設(shè)置幅值。 “Frequency”設(shè)置周波數(shù), 當(dāng)設(shè)置為 8 時,每周波就是 128 點。由于計算時采樣頻率取 6400Hz,所以每周波128點就好比對50Hz 的信號進行采樣。3當(dāng)“諧波次數(shù)選擇”設(shè)置為0時,顯示基波、二三次諧波,當(dāng)設(shè)置為1時顯示四五六次諧波,以下類推。由于圖2中僅僅“Source1”控件產(chǎn)生50Hz標準正弦波,所以高次諧波幅值理論上都為0,這和仿真結(jié)果完全吻合。圖3中顯示了對不同正弦疊加信號的諧波分析仿真。其中圖3a、b 圖顯示的是50Hz 信號疊加高次諧波時的仿真,此時不存在采樣不同步所引起的頻譜泄漏,所以各次諧波的測量值和理論值十分吻合。圖3c 顯示的是49.5Hz 信號疊加高次諧波時的仿真,而計算時采樣頻率取6400Hz,從而存在頻譜泄漏的影響。所以,盡管圖3b、c 所疊加信號的幅值完全相同,但兩者分析的精度卻有差別。如前所述,由于在算法上采取了一系列減少頻譜泄漏的措施,所以圖3c 仿真誤差仍然很小。圖250Hz 標準正弦波信號的仿真結(jié)果圖3不同頻率正弦波信號線形組合的仿真結(jié)果(c49.5Hz信號