频谱插值校正分析方法及其应用研究

论文摘要

随着电力电子器件在电网中的大量应用,电网谐波污染日益严重。谐波的测量和分析是实现谐波治理的前提条件,也是谐波的治理的依据。通过离散傅立叶变换(DFT)对电网谐波信号进行分析是常用的方法。但是,由于非同步采样以及时域、频域有限化和离散化等等原因,常规的DFT对信号进行频谱分析时会产生较大的误差,测量的结果往往难以满足检测的要求以及实际分析的需要。因此进一步探讨电网谐波信号的频谱泄漏问题,以及寻求相应解决的途径,具有重要的理论意义和实用价值。本文首先对谐波信号频谱泄漏的根源进行了分析,讨论和给出了在非同步采样条件下截断信号与原始待分析信号之间的相位偏转关系。传统的频谱分析方法是通过加窗插值的DFT方法来估计这一相位偏转值,并对原始待分析的电网信号在频谱直接进行频谱校正,虽然该方法大大地改善电网谐波分析的精度,但对微弱高次谐波分析始终存在较大的频谱泄漏误差。最近提出的时域频谱校正分析方法,由于是利用每根估计谱线的相位来进行校正,这样极易产生相位翻转。本文在利用加窗插值的DFT方法来估计相位偏转值的基础上,不是在频域而是在时域上进行偏转值校正,分析表明:再通过一次对校正后信号的傅立叶变换可以达到减少微弱高次谐波存在大的频谱泄漏误差问题。随后,在此分析的基础上,针对同时包含非整数次和整数次谐波的电网信号进一步研究了更广泛的频谱校正分析法——即在电网中存在非整数倍谐波时,如何进行谐波分析的问题。本文通过构造一个残差滤波器,通过将整数次和非整数次谐波进行分离,对于整数次谐波采取提出的时域频谱校正分析法,对于非整数倍频率分量,在其相位的补偿校正之后,提出了一种利用集合均衡方法进行非整数谐波分析的分析。仿真与实验结果都证明了提出方法的有效性和鲁棒性。最后,将提出的方法应用于实际的模数转换器(ADC)的动态参数测试。给出了在非同步采样的条件下,进行ADC动态性能参数测试的算法,仿真与实验的结果均证明了该算法的实用性。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电网谐波产生、危害及谐波检测方法研究现状
• 1.2.1 谐波的产生及危害
• 1.2.2 电网谐波检测常用方法研究现状
• 1.3 基于离散傅立叶变换分析谐波存在的问题
• 1.3.1 基于 DFT的谐波分析及存在问题
• 1.3.2 传统的频谱校正方法及其局限性
• 1.4 选题意义
• 1.5 本论文主要内容和安排
• 第二章 插值补偿校正法
• 2.1 引言
• 2.2 非同步采样谐波信号的频谱误差
• 2.3 相位偏差的估计方法及误差分析
• 2.3.1 相位偏差的估计方法
• 2.3.2 误差分析
• 2.4 仿真结果
• 2.4.1 单频信号的仿真结果
• 2.4.2 多频信号的仿真结果
• 2.5 实验结果
• 2.6 本章小结
• 第三章 非整数次谐波频谱分析的校正法
• 3.1 引言
• 3.2 残差滤波器
• 3.3 非整数次谐波集合加权频谱校正的分析法
• 3.3.1 集合加权估计法
• 3.3.2 改进的非整数次谐波频谱校正分析法
• 3.4 仿真结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 频谱补偿校正分析法在 ADC测试中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 ADC测试概述
• 4.2.1 ADC测试目的与意义
• 4.2.2 ADC转换模型
• 4.2.3 ADC动态性能参数描述
• 4.3 ADC动态参数传统测试方法
• 4.3.1 FFT的频域法
• 4.3.2 非同步采样对ADC动态参数测试的影响
• 4.4 插值补偿法测试ADC动态参数
• 4.5 仿真结果
• 4.6 实验结果
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢