摘要：为了有效的分析航空电源系统畸变，文中通过Matlab对简单电压仿真信号进行谐波分析，同时模拟畸变信号参照国军标测试分析方法按国军标进行评判，该方法实现对畸变的快速分析并直接按国军标进行评判给出结果，该分析方法对电源系统畸变的结果验证有一定借鉴意义。
关键词：畸变；里叶变换；谐波分析
引言
随着航空工业的不断发展，飞机上的用电设备不断的增加，飞机的飞行安全直接取决于供电品质的好坏和电网的稳定。因此在研制新飞机和现役飞机进行改进时，都要依据GJB181-2003标准对飞机电网的电气特性进行严格的测试，其中一个需要测试的重要参数是电网电压的畸变，在理想情况下，电压波形是周期性标准正弦波，实际为了能够完成复杂的飞行任务和保证飞机的安全，飞机上配置了大量的先进机载设备，受发电机结构、负载性质等其他因素影响，尤其是供电设备，大量的非线性负载特性及交流电压调制等因素的影响，实际的交流电压中，不仅包含基波分量还包括谐波分量，其中谐波分量包括整数次谐波分量和非整数次谐波分量，以交流畸变频谱来体现分析结果。
1、傅里叶变换与分析
畸变分析时首先应对信号进行分析，首先通过离散信号的傅里叶变换来进行谐波分析。
假设信号采样频率为Fs，信号频率F，采样点数为N。那么快速傅里叶变换之后结果就是一个为N点的复数。每一个点对应着一个频率点。这个点的模值就是该频率值下的幅度特性。假设原始信号的峰值为A，那么FFT的结果的每个点（除了第一个点直流分量之外）的模值就是A的N/2倍。而第一个点就是直流分量，它的模值就是直流分量的N倍。而每个点的相位就是在该频率下的信号的相位。第一个点表示直流分量（即0Hz），而最后一个点N的再下一个点则表示采样频率Fs，这中间被N-1个点平均分成N等份，每个点的频率依次增加。
以一个实际的信号来做说明。假设我们有一个信号，它含有2V的直流分量，频率为50Hz、幅度为3V的交流信号，以及一个频率为75Hz、幅度为1.5V的交流信号。用数学表达式表示为S=2+3*cos(2*pi*50*t)+1.5*cos(2*pi*75*t)，我们以256Hz的采样率对这个信号进行采样，总共采样256点。按照我们上面的分析，Fn=(n-1)*Fs/N，我们可以知道，每两个点之间的间距就是1Hz，第n个点的频率就是n-1。通过Matalab对该信号进行模拟仿真并进行快速傅里叶变换得到图1，信号有3个频率：0Hz、50Hz、75Hz，对应幅值分别为2,3,1.5，其中2位直流电压分量，3和1.5对应50Hz和75Hz信号的峰值大小。
图1 基于Matlab的快速傅里叶变换
2、畸变仿真与分析
在进行畸变分析时，首先应按GJB5189-2003对畸变信号进行采集，可直接对电源系统原始信号进行采集，采样波形包括了基波分量和谐波分量，可通过快速傅里叶变换求出基波分量，将原始波形减去基波分量即可得到畸变信号波形，也可直接采集输出畸变波形。
按GJB5189-2003规定的采样频率采样，采集时间小于并趋近于1s，并按式(1)计算出畸变：
……………….(1)
式（1）中UZJ为电压畸变方均根值，Uzji为电压畸变波形瞬时值，n为采样总次数，i为采样序列，Δt为每次采样的对应时间。
采用Matlab仿真28V直流电源系统1M采样率的畸变信号，在信号中添加幅值为0.3频率为5000以及幅值为0.02频率为100000的畸变信号。
在进行畸变分析时，对离散畸变信号进行傅里叶变换，以2n点进行计算，若点数不够自动补零，进行傅里叶变换后按照式（1）求出每一个频率分量的有效值，并将有效值转化为以均方根值1.0V为基准的分贝数，将对应信号的即便频谱参照GJB181A-2003中图7标准绘制成频谱曲线包络线。由图2可以看出，在5000Hz处存在幅值为0.03的谐波信号，在100000Hz处存在幅值为0.02的谐波信号，以上两个谐波信号均在包络线以下，仿真畸变信号满足国军标对28V交流电源的畸变频谱要求。
图2 Matlab仿真畸变信号频谱包络线
3、结束语
本文简单介绍了电源系统畸变信号的一般频谱分析和畸变测试分析方法，通过仿真畸变信号验证了基于Matlab的畸变分析方法的正确性，该方法可参照国军标快速给出电源系统畸变信号频谱包络线结果，对电源系统畸变测试和评估有一定借鉴意义。
参考文献：
[1] 郭慧娟,张泾周,马存福,张广标。航空交流电源畸变系数测试方法研究[J].电子设计工程,2014,10(22):141-143
[2] GJB181A-2003.飞机供电特性[S]. 中华人民共和国国家军用标准.
[3] GJB5189-2003.飞机供电特性测试方法[S]. 中华人民共和国国家军用标准.
作者简介：
李太平（1982-），男，湖北宜昌人，硕士生，主要从事综合航电系统试飞技术研究工作。
论文作者:李太平,陈亮
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/30
标签：畸变论文; 信号论文; 分量论文; 谐波论文; 频率论文; 频谱论文; 波形论文; 《电力设备》2018年第10期论文;