电能质量求谐波含量

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作业:

1:电压信号u(t)=sinwt+0.3sin3wt+0.1sin5wt+0.08sin7wt(其中f=50Hz),

①:对该电压信号进行离散化傅里叶级数分解并求其谐波含量。(由公式计算)

②:用FFT(基2FFT)在matlab里面求其谐波含量。

解答:

分析:该信号为周期信号,基本周期为1/50=0.02s。其中周期信号中的最高频率为7倍的基频,即为350HZ,因此在对信号进行抽样离散化处理,为了保证所有的频率不发生频谱混叠,必须要满足采样的香农定理,即f s≥f max ,所以采样频率至少为700HZ.

连续性周期信号的傅里叶级数对应的第k次谐波分量的系数为无穷多。而周期为N的周期序列,其离散傅里叶级数谐波分量的系数只有N个是独立的。

周期序列的频谱Xk也是一个以N为周期的周期序列。

1:首先对该信号进行时域画图,并抽样离散,具体代码与波形如下:

信号波形如下:

分析:由信号波形可见,该信号为不同正弦信号的叠加,基本周期为0.02s.其单位周期采样点数为fs/f(程序和图中可以看到其采样点为一个周期采样128个点)。显示波形满足条件。 1:采用(离散化傅里叶级数)DFS 方法对原电压波形进行傅里叶级数分解

分析:对连续信号采用离散傅里叶级数分解,首先对该信号进行时间域上的离散采样处理,题目中采用基频的128对信号进行离散化。

且有:1k=01k=0222k an=x(k)cos()22k bn=x(k)sin()2k 2k cos()sin()N N n

j k N n N

N n N

N e n j n N N

πππππ--=+∑∑ 其中,X (k )是个复数,包含实部(an )和虚部(bn ),对X (k )取模值相当于求得cn ,即为谐波含量。

22cn=an +bn =|X(k)|

由以上公式可以知道,对该电压的谐波含量即为变换的频谱的函数X (k )的模值大小。 此部分的DFS 程序代码如下:

()2π1j 0()()e N kn N n X k x n k --==-∞<<+∞∑

所得信号波形及波形数据如下:

数据分析:

分析:

1):在信号的波形变换中可以看到,仅仅在50HZ,150HZ,250HZ,350HZ上波形存在幅值,在其他的频率上波形不存在幅值,表明该电压信号仅仅只在以上四个频率上存在谐波,幅值为1,0.3,0.1,0.08。

2):调出系统的workspace,对其中的mag进行分析发现,在2,4,6,8存在谐波幅值,分别为1,0.3,0.1,0.08(此处的1相当于0,2相当于1,错位一个,由于表格没有零列的原因,依次从1

开始顺延)

2:采用FFT快速变换进行谐波分析:

FFT是基二算法下的傅里叶快速变换(即算法采用了蝶形公式,快速简便),matlab中自带FFT的相关语句,直接按照语法实现即可。

程序和代码如下:

波形分析如下:

其中,上图表示128个点的fft变换频谱,下图表示该信号在奈奎斯特频率之下的频谱图。系统的具体数据如下:

点开matlab的workspace找到其中的mag的value值:

分析:由FFT的变换图和workspace的具体数据表明,

该信号仅仅在50HZ,150HZ,250HZ,350HZ上波形存在幅值,在其他的频率上波形不存在幅值,表明该电压信号仅仅只在以上四个频率上存在谐波,幅值为1,0.3,0.1,0.08。

与前面的采用DFS(离散傅里叶级数)分析结果相同。验证了结论。