Hardware implementation of time frequency tools for power quality applications

Abstract

This work deals with the analysis, design, and implementation of efficient algorithms for time-frequency signal analysis. We propose the design and development of an integrated hardware system for the automated processing of sensor-based signal data information generated in industrial and residential applications. A computational framework for power quality signal analysis has been developed and a hardware system has been designed. The proposed system is divided in various modules or stages. The first module is named Front End Computing stage (FEC) which contains a Signal Conditioning System (SCS) an Analog to Digital Converter (A/D) and Digital Signal Processor (DSP). A second module named Back end Computing (BEC) is composed by an embedded computer and a user interface. The system implements Time-Frequency algorithms like the Cyclic Short Time Fourier Transform (CSTFT) and the Cyclic Ambiguity Function (CAF). A third order dynamical system for harmonic analysis is also presented. This dynamical system is an Enhanced Phase Locked Loop (EPLL) which estimates a desired fundamental/harmonic component, tracking its amplitude, frequency and phase parameters.

Este trabajo presenta el análisis, diseño e implementación de algoritmos eficientes para el análisis de señales tiempo-frecuencia. Nosotros proponemos el diseño y desarrollo de un sistema hardware para el procesamiento automatizado de información generada en aplicaciones residenciales e industriales. Un marco computacional para el análisis de señales de calidad de potencia ha sido desarrollado e implementado. El sistema propuesto esta dividido en varios módulos o etapas. El primer modulo es el “Front End Computing” (FEC) el cual contiene un sistema de acondicionamiento de las señales (SCS) un convertidor de análogo a digital (A/D) y un procesador digital de señales. El Segundo modulo es el “Back End Computing” (BEC) el cual esta compuesto por un computador y una interfaz para el usuario. El sistema implementa algoritmos de análisis de tiempo-frecuencia tales como la trasformada de Fourier de tiempo corto cíclico y la función de ambigüedad cíclica. Un sistema dinámico de tercer orden es también implementado. Este sistema dinámico tiene la capacidad de mantener un buen seguimiento de las características de frecuencia fase y amplitud de la señal en estudio.