试验研究接
Reseurch aperi
采样点数和采样频率对基于加窗插值算法
弧焊电源PWHD的影响
管金栋陈树君
（北京工业大学机电学院汽车结构部件先进制造技术教育部工程研究中心，北京100124）
摘要为了减少测量PWHD（PartialWeightedHarmonicDistortion，局部加权谐波畸变率）的误差，将加汉宁（Hanning）窗插值谱谐波分析法、4阶布莱克曼-哈里斯（Blackman－Harris）窗插值谐波分析法和纳托尔（Nuttall）窗插值谱波分析法分别用于PWHD的测量。介绍了这三种加窗插值谐波分析算法的原理，比较了它们受采样点数和采样频率的影响上的差别。依据GB15579.10—2008《弧焊设备电磁兼容性要求》，通过试验分析在不同窗函数下采样点数和采样频率对弧焊电源PWHD的影响。试验结果表明：采用加Hanning窗的加窗插值算法无法得到精度较高的PWHD值，面采用加4阶Blackman-Harris窗以及Nuttall窗的加窗插值算法可以得到精度较高的PWHD 值，其中加Nuttall窗的加窗插值算法性能最优。
关键词：弧焊电源采样点数采样频率窗函数PWHD 中图分类号：TG40
0序言
弧焊电源作为非线性负载在材料加工行业得到广泛应用，作为整流电源接人到电网中，其中接有几百到几千μF的电容，在消耗大量的无功功率同时向电网注人大量的谐波电流，严重影响电能质量，降低输电效率，并危害电网的安全可靠运行[1-4]。其中PWHD是一项重要的电磁兼容测试[5]项目，是衡量弧焊电源所产生的较高次(14~40)谐波电流对电网的影响。PWHD的采用是为了确保较高次谐波电流对结果的影响是否充分降低。因此，准确可靠地测量弧焊电源的PWHD能够为电力系统的安全、经济运行提供可靠的技术支撑。
因为弧焊电源往往处于较复杂恶劣的电网环境，所以PWHD的测量容易受到外界环境的干扰。因此，为了较准确地测量弧焊电源的PWHD，必须采取一定的措施以提高抗干扰性。电力系统的谐波分析，通常都是通过快速傅立叶变换（FFT)[6]实现的。然而由于
很难实现同步采样和采样数据的整数倍截断，FFT谐波检测结果存在栅栏效应和频谱泄露现象[7-8]，使检测出来的频率、幅值和相位不准，无法满足电力系统谐波测量的要求，使测得的PWHD存在较大的误差。为提高PWHD的测量精度，可以通过加窗函数来减少频谱泄漏和通过插值修正来减小栅栏效应。
文中介绍了三种加窗插值算法"的原理，并比较了它们受采样点数和采样频率的影响以及之间的差别，最后给
出了在实际应用中采样点数和采样频率取值的建议。窗函数
快速傅里叶变换（FFT）作为一种经典的谐波分析方法，由于其内部算法的特点，会使得所分析的信号产生频谱泄露和栅栏效应，从而严重影响谐波分析的精度。近几年来，随着高性能的窗函数以及插值方法的应用，使得频谱泄露和栅栏效应能够得到很好的抑制，大幅提高谐波分析的精度。余弦窗的一般表达式为：
w,(n)=Z(1)cos(2kn/N)n =0,1,,N-1
-0
式中，a，为窗函数的各项相关系数；N为观测时间内的收稿日期：2017-0228
基金项目：“高档数控机床与基础制造装备"科技重大专项(2014ZX04001171)；
国家自然科学基金（10001790201501）。万方数据
(1)
采样点数；K为所选余弦窗的项数。不同的系数a和 K值决定了不同的窗函数["0-11]。文中选用Hanning 窗[12-13]、4阶Blackman-Harris窗[14-15]以及Nuttall 窗[16-17]这三种性能较好的窗函数，其所对应的系数见表1。
2017年第4期59