| 根据采样信号方式不同，同步采样分为软件和硬件同步采样。前者是由微控制器（MCU）或数字信号处理器（DSP）提供同步采样脉冲，由此确定定时器的计数值，用定时中断方式实现同步采样。该方法的优点是无需硬件同步电路，结构简单。存在的缺点有：（1）很难做到整数个周期采样，从而带来截断误差；（2）该方法需专门的硬件测频电路，且必须保证对被测信号周期的准确测量；（3）当被测信号的频率波动频繁或谐波成分较多时也会带来测量上的误差。 基于此，采用硬件同步采样的方法，由专门的硬件电路产生同步于被测信号的采样脉冲，用锁相环电路构成频率跟踪电路，然后通过分频电路来控制数字采样的触发信号，实现同步等间隔采样。经过锁相环的倍频，采样频率为被测信号频率的整数倍，从而实现一周内等间隔采样整数个点，从根本上克服软件同步采样的缺点。 2.2 加窗插值算法 光伏并网发电系统信号主要含有整数次谐波，因此，本文重点研究基于余弦窗的组合窗，选取观测时间是信号周期的整数倍，其频谱在各次整数倍谐波频率处幅值为零，谐波之间不会发生相互泄漏。即使信号频率小范围波动，泄漏误差也较小。 电力系统中电流、电压信号可用一个周期函数来表示，即：u（t）=u（t+kT），式中T为周期函数的周期，且k=0，1，2，3，…，f=1/T代表电力系统的频率，ω=2πf为其相应的角频率。 电力系统中电流、电压满足狄里赫利条件，因此u（t）可以分解成如下形式的傅立叶级数：
对于一个周期为N的离散的有限长序列，利用Matlab中的FFT函数计算出各次谐波系数，只需再乘以2/N后求模即可，得到与基于连续信号傅立叶级数等效的各次谐波幅值，即得到各次谐波的真正幅值。 常用余弦窗函数主要有：2项Hanning窗（哈宁窗）、Hamming窗（哈明窗）；3项Blackman窗（布莱克罗窗）；4项Black-Harris窗（简称B-H窗）。 由文献［3］的结论可知，如果允许一次测量时间大于4个信号周期，应优先选用4项B-H窗，将谐波相互泄漏衰减92dB以上；而要达到同样衰减，3项窗需测10个周期，2项Hanning窗则需测15个周期，而Hamming窗和矩形窗几乎不可能做到。序列加窗后在进行FFT时，各次谐波的幅值将会出现偏差，这主要是因为加窗是对信号的不等加权，导致分析结果变化。不同的窗函数对应不同的幅值恢复系数，如表1所示。
谐波测量的准确性直接影响其他电能质量参数的测量。从以上分析可知，采用基于FFT算法分析光伏并网系统谐波时，由于很难做到同步采样，造成频谱泄漏误差和栅栏效应误差，使得算出的信号参数如幅值和相位等不准，尤其是相位误差很大，无法满足谐波测量要求。但频谱泄漏可以通过加合适的窗函数加以抑制，而插值算法可以较好地消除栅栏效应。 系统采用基于4项B-H的加窗插值FFT算法， B-H窗的半主瓣宽度是旁瓣宽度的4倍。为满足采样和FFT算法的要求，每周期采样256个点，共采样4个周期。在Matlab下，对表2中的仿真信号加B-H窗。FFT采用的是函数库自带的汇编程序，其结果是复数，按奇数项为实部，偶数项为虚部的形式存放，在插值前首先计算出系数的模。插值算法的流程如图2所示。 |
