（华能澜沧江水电股份有限公司景洪水电厂 云南景洪 666100）
摘要：有功波动是电网安全稳定运行的重要风险源，对于不可预知的波动现象，快速傅里叶变换可以准确的进行识别，计算出波动周期。通过试验，不论是真实的有功波动数据还是极端情况下的数字试验波动，快速傅里叶变换均表现出良好的适应性和准确性，是一种识别有功波动的有效方法。
关键词：快速傅里叶变换；识别；有功波动
快速傅里叶变换简介
快速傅里叶变换（fast Fourier transform）简称FFT。采用这种算法能使计算离散傅里叶变换（DFT）所需要的乘法次数大为减少，特别是被变换的抽样点数N越多，FFT算法计算量的节省就越显著。其基本思想是把原始的N点序列，依次分解成一系列的短序列。充分利用DFT计算式中指数因子所具有的对称性质和周期性质，进而求出这些短序列相应的DFT并进行适当组合，达到删除重复计算，减少乘法运算和简化结构的目的[1]。
有功波动识别方法
有功波动，特别是低频有功波动，是影响电网安全稳定运行的重要风险源。随着云南电网异步联网运行，对于有功波动识别的需求越来越迫切，而识别方法，特别是电源点的电厂监控系统自动识别功能受限于客观条件限制，识别效果有待进一步提升[2]。面对不可预测的多种多样的有功波动表现形式，传统的针对某种特定形式的有功波动识别模型及其参数已经难以应对。而利用FFT技术，通过采样周期内有功出力“功率谱”（这里的功率谱是指一种数学图谱，并非有功功率）中的峰值频率、峰值大小即可快速识别发生波动的周期，相较传统方法是一种改进和提升[3]。
由于目前还没有运行在电厂监控系统中的FFT算法程序实例，仅以Microsoft Excel中的FFT分析工具结合电厂真实的有功波动波形以及一系列数值试验进行分析，展示FFT识别有功波动的可行性。
快速傅里叶变换过程
快速傅里叶变换是一种对称变换，需要2倍的时域序列空间进行处理，同时只有将其变换后的复域函数再次转换为功率谱后才便于识别时域函数的特性，Excel中的处理过程如下：
中心化
时序序列中各项减去序列平均值得到中心化时间序列（图形不发生形状改变）。
FFT
利用Excel中的傅里叶分析工具对中心化后的时间序列进行快速傅里叶变换。
抽取模值
Excel不能直接绘制功率谱，利用IMABS（C）函数抽取复域序列的模值为功率谱绘制做准备。
功率谱计算公式如下，其中T为时间序列长度，即参与FFT变换的点数：
抽取频率
此处的频率是样本频率，即时间序列中各点序号与样本总点数的比值。
功率谱
以样本频率为横轴，功率谱值为纵轴，绘制功率谱图如下：
波动周期60s，幅值20MW，加5MW随机扰动
FFT计算周期约64s
复杂波形的识别
此后分别对不完整周期、波动自行平息、以及含有随机扰动的情况分别进行了验证。
在加入了随机扰动后经FFT变换，有效的去除了随机影响，仍然表现出巨大的单尖峰；而不完整周期采样的情况也能计算波动周期，表现出FFT较强的适应性。当加入超低频低幅值的有功波动叠加后，FFT虽然计算出有功波动周期，但功率谱尖峰值较小，在设置合理的判据情况下可以将其忽略。需要说明的是，当试验有功波动时域表现为线性增长时，功率谱会出现尖峰，可能造成有功波动误判。
综合试验有功波动的情况来看：凡是周期大于时间序列采样周期的均表现为FFT计算周期等于采样周期，此周期对应的频率很低，已经可以忽略不计。
综上提出有功波动识别判据可以为：功率谱最大值大于预设定值，且该值对应计算周期小于采样周期。
实例化条件
随着计算机硬件技术的发展FFT在信号处理技术领域获得了广泛应用，例如对语音信号的分析和合成，在频域对信号滤波以及相关分析，通过对雷达、声纳、振动信号的频谱分析以提高对目标的搜索和跟踪的分辨率等等。其成型的算法已经非常成熟，各类源程序代码比比皆是，具备实例化的条件。
结论
对于不可预知的有功波动形式，FFT作为一种识别方法具有其一定优势，其识别准确度高，算法抗干扰能力强，但实际应用方面缺少现场实践经验，有待进一步验证。虽然FFT的出现已经得到了广泛的应用，对数字信号处理学科的发展起了重要的作用，但在发电厂监控系统上的应用还不多见，其识别有功波动时的实时性和稳定性需要做进一步验证。
参考文献：
[1]杨丽娟，张白桦，叶旭桢.快速傅里叶变换FFT及其应用[J].光电工程，2004（S1）：1-3+7.
[2]李继安，席光庆，李阳阳，武法磊.锦屏一级水电站机组并网实验过程中有功波动分析[J].水力发电学报，2017，36（03）：46-54.
[3]张斌，孙静.基于Mallat算法和快速傅里叶变换的电能质量分析方法[J].电网技术，2007（19）：35-40.
作者简介：
董勤（1983-），男，工程师，主要研究方向：水电厂二次设备运行维护。E-mail：celerykent@qq.com。
吴威（1985-），男，工程师，主要研究方向：水电厂技术管理、水电厂二次设备运行维护。E-mail：157331874@qq.com。
论文作者:董勤,吴威
论文发表刊物:《河南电力》2018年13期
论文发表时间:2018/12/26
标签：周期论文; 序列论文; 功率论文; 快速论文; 水电厂论文; 算法论文; 方法论文; 《河南电力》2018年13期论文;