基于L2范数和真正跟踪误差的变步长自适应谐波检测方法技术

本发明专利技术基于L2范数和真正跟踪误差的变步长自适应谐波检测方法，该方法在现有的自适应噪声对消原理的谐波检测算法中做了改进。首先利用滑动积分器找到真正能反映跟踪情况的反馈量，再将更新后的反馈误差带入到步长迭代公式中调节步长。利用L2范数引入步长迭代公式来建立误差信号，从而可以反映输入信号对性能的影响。该方法计算简单，跟踪检测信号准确，鲁棒性强，在保证较小的稳态失调的同时还能保持较快的收敛速度，而且在负载电流发生突变时也能很好的跟踪电流的变化，对于单相系统和三相系统都适用。

Variable step size adaptive harmonic detection method based on L2 norm and true tracking error

The invention is based on the variable step size adaptive harmonic detection method based on the L2 norm and real tracking error. This method has been improved in the existing harmonic detection algorithm of the adaptive noise cancellation principle. First, we use the sliding integrator to find the feedback quantity that can really reflect the tracking situation, and then update the feedback error into step size iteration formula to adjust the step size. The L2 norm is used to introduce the iteration formula of step length to establish the error signal, which can reflect the influence of the input signal on the performance. The method is simple in calculation, accurate and robust. It can keep fast convergence speed while guaranteeing small steady state imbalance, and can track current changes well when the load current occurs abrupt. It is suitable for both the single-phase system and the three-phase system.

【技术实现步骤摘要】
基于L2范数和真正跟踪误差的变步长自适应谐波检测方法
本专利技术属于电力系统的谐波电流检测
，具体涉及一种基于L2范数和真正跟踪误差的变步长自适应谐波检测方法。
技术介绍
电力电子设备等非线性负载的大量使用使得电网的谐波污染日趋严重，大规模新能源的接入进一步加剧了这一局势，严重影响了电力系统的经济、稳定和安全运行，因此有效治理谐波就显得尤为重要。有源电力滤波器(APF)能够快速地动态跟踪补偿谐波和无功功率，它由谐波检测部分、电流跟踪部分、驱动电路和主电路部分组成。谐波检测作为谐波治理的首要环节，对谐波补偿品质和质量有着至关重要的作用。现有的谐波检测方法主要有快速傅里叶变换(FFT)、瞬时无功功率理论以及神经网络、小波变换等，都为谐波检测做出了很大贡献，但是其各自的缺陷限制了进一步的应用。在众多方法中，基于自适应噪声对消原理的谐波检测算法有很强的自适应能力，对系统依赖性不大，而且算法简单，鲁棒性强，跟踪检测信号准确。但传统的定步长自适应谐波检测算法无法同时兼顾收敛速度和稳态精度，算法中的步长越大表示算法的收敛速度越快但同时稳定误差也会变大；相反，步长越小算法的收敛速度慢但稳态误差会变小。因此，步长的选择必须在之间做一个平衡，要既保证有快速的收敛速度也要保证较小的稳态误差。众多学者也对变步长自适应谐波检测做了很多的研究。文献1“变步长自适应算法在有源滤波器谐波检测中的应用”(李辉,吴正国,邹云屏,刘飞,吴言凤,中国电机工程学报[J].2006(09):99-103)，该方法以误差信号e(n)在待检测信号中所占比率K(n)作为自适应回馈量，并通过K(n)的相干平均估计来调节算法的步长，但当电流过零点附近时，该算法会出现数值计算的困难，而且对负载突变的跟踪能力差，不能消除基波无功电流对步长更新的干扰；文献2“一种新型快速自适应谐波检测算法”(何娜,黄丽娜,武健,中国电机工程学报[J].2008,(22):124-129)该方法提出了一种模糊变步长自适应检测算法，但引入的自调整因子是个向量，参数过多，影响了收敛速度。综上所述，现有的变步长自适应谐波检测方法在负载突变时跟踪电流变化能力不强，计算过于繁杂，检测结果的准确性、收敛速度和稳态精度都有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于L2范数和真正跟踪误差的变步长自适应谐波检测方法。该方法利用滑动积分器从反馈误差中找到真正能反映跟踪情况的反馈量，简化了计算，然后将更新后的反馈量、步长代入到基于L2范数的新的步长迭代公式中来实现步长调节。通过利用L2范数的公式将输入信号引入步长迭代函数来建立误差信号，从而可以反映输入信号对性能的影响。同时，添加平滑因子，使步长同时由当前误差值和先前的误差值确定，使其具有一定的抗噪声能力。此技术的实施既能够增快检测的收敛速度，也能使检测精度更高，还具有很好的鲁棒性，在负载突变时也能够快速跟踪负载电流的变化，实时、精确地检测出基波有功电流。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于L2范数和真正跟踪误差的变步长自适应谐波检测方法，该方法包括以下步骤：(1)采样对周期性非正弦负载电流iL(t)进行采样，得到负载电流的离散值iL(n)，同时使电网电压uS(t)经过锁相环得到基波参考输入单位矢量x1(t)＝sin(ωt)、x2(t)＝cos(ωt)，并对基波参考输入单位矢量进行采样得到基波参考输入单位矢量的离散值x1(n)＝sin(ωnTS)、x2(n)＝cos(ωnTS)；其中，ω＝2πf，f为频率，f＝50Hz，n为时间t的离散点，TS为采样周期；(2)将基波参考输入单位矢量的离散值x1(n)、x2(n)输入中，得到输出信号即为基波有功电流的估计值；其中，X(n)＝[x1(n),x2(n)]T；W(n)是X(n)对应的权值向量，W(n)＝[W1(n),W2(n)]T，其初始值为零；(3)用步骤(1)中的负载电流的离散值iL(n)减去步骤(2)中得到的基波有功电流的估计值，得到需补偿电流的估计值，即误差信号e(n)；则(4)利用滑动积分器找到真正的跟踪误差：对步骤(3)中得到的误差信号进行按照离散化傅里叶展开，则有：式中：将步骤(3)中得到的误差信号e(n)与电网同步锁相信号sinωnTS相乘，并对相乘的结果中一个周期的采样数据进行积分，即：E为在一个周期内各采样点的平均的真正跟踪误差；N为一个电网周期T中的采样个数；N0是最新的采样点；W是一个周期内各采样点的平均权值；(5)根据步骤(4)中得到在第n个采样点的真正跟踪误差E(n)和步骤(2)中基波参考输入单位矢量的离散值X(n)，计算得到参数P(n)的值，即：P(n)＝E(n)×X(n)；(6)对步骤(5)得到的参数P(n)，用式子P(n)＝a×P(n-1)+b×E(n)×X(n)，进行更新，其中a和b为平滑因子，0<a<1，0<b<1；(7)设步长迭代公式为μ(n)＝β(1-exp(-αE(n)|×||P(n)||2))，将步骤(6)更新后得到的P(n)的L2范数，即||P(n)||2带入到μ(n)的步长迭代公式中；其中，α和β均为参数；步长迭代公式的收敛条件为0<μ(n)<λmax，0<β<1/λmax；λmax是参考输入单位矢量自相关矩阵的最大特征值；(8)根据真正跟踪误差E(n)、步长值μ(n)和参考输入单位矢量的离散值X(n)的乘积不断调节权值矢量W(n)的变化，即：W(n+1)＝W(n)+2μ(n)E(n)X(n)；(9)迭代步骤(6)、步骤(7)、步骤(8)中的公式，最终使得W(n)无限接近最佳权系数Wopt；这时的输出信号在幅值和相位上会逼近基波电流有功分量i1p(n)，从而实现谐波电流以及基波无功电流的检测。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术找到了真正跟踪误差E(n)，将原跟踪误差e(n)中的交流干扰部分剔除，使算法具有更快的收敛速度和更好的准确性；2)利用滑动积分器来寻找真正跟踪误差能减少大量计算，可以避免较长的延时效应，具有更好的实时性；3)将当前误差值和输入信号引入到基于L2范数的变步长迭代函数μ(n)＝β(1-exp(-αE(n)|×||P(n)||2))中，此公式能及时反映误差值和输入信号变化对算法的影响，使步长的调整更加快速准确。而且还解决了现有的变步长自适应谐波检测方法中公式过于复杂，误差接近零时，波形会发生显著变化的问题；4)本专利技术在负载电流发生突变时也能快速跟踪电流的变化，过半个周期就能准确跟踪上，具有很好的鲁棒性。综上该方法计算简单，跟踪检测信号准确，鲁棒性强，在保证较小的稳态失调的同时还能保持较快的收敛速度，而且在负载电流发生突变时也能很好的跟踪电流的变化，对于单相系统和三相系统都适用。附图说明图1是本专利技术的基于L2范数和真正跟踪误差的变步长自适应谐波检测方法原理图；图2(a)是非线性负载电流波形；图2(b)是负载电流频谱图；图3(a)是μ＝0.005时传统定步长算法跟踪对比波形图；图3(b)是μ＝0.08时传统定步长算法跟踪对比波形图；图3(c)是μ＝0.3时传统定步长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于L2范数和真正跟踪误差的变步长自适应谐波检测方法，该方法包括以下步骤：(1)采样对周期性非正弦负载电流iL(t)进行采样，得到负载电流的离散值iL(n)，同时使电网电压uS(t)经过锁相环得到基波参考输入单位矢量x1(t)＝sin(ωt)、x2(t)＝cos(ωt)，并对基波参考输入单位矢量进行采样得到基波参考输入单位矢量的离散值x1(n)＝sin(ωnTS)、x2(n)＝cos(ωnTS)；其中，ω＝2πf，f为频率，f＝50Hz，n为时间t的离散点，TS为采样周期；(2)将基波参考输入单位矢量的离散值x1(n)、x2(n)输入i′1p(n)＝WT(n)X(n)中，得到输出信号i′1p(n)，i′1p(n)即为基波有功电流的估计值；其中，X(n)＝[x1(n),x2(n)]T；W(n)是X(n)对应的权值向量，W(n)＝[W1(n),W2(n)]T，其初始值为零；(3)用步骤(1)中的负载电流的离散值iL(n)减去步骤(2)中得到的基波有功电流的估计值i′1p(n)，得到需补偿电流的估计值i′d(n)，即误差信号e(n)；则i′d(n)＝e(n)＝iL(n)‑i′1p(n)；(4)利用滑动积分器找到真正的跟踪误差：对步骤(3)中得到的误差信号进行按照离散化傅里叶展开，则有：...

【技术特征摘要】
1.一种基于L2范数和真正跟踪误差的变步长自适应谐波检测方法，该方法包括以下步骤：(1)采样对周期性非正弦负载电流iL(t)进行采样，得到负载电流的离散值iL(n)，同时使电网电压uS(t)经过锁相环得到基波参考输入单位矢量x1(t)＝sin(ωt)、x2(t)＝cos(ωt)，并对基波参考输入单位矢量进行采样得到基波参考输入单位矢量的离散值x1(n)＝sin(ωnTS)、x2(n)＝cos(ωnTS)；其中，ω＝2πf，f为频率，f＝50Hz，n为时间t的离散点，TS为采样周期；(2)将基波参考输入单位矢量的离散值x1(n)、x2(n)输入i′1p(n)＝WT(n)X(n)中，得到输出信号i′1p(n)，i′1p(n)即为基波有功电流的估计值；其中，X(n)＝[x1(n),x2(n)]T；W(n)是X(n)对应的权值向量，W(n)＝[W1(n),W2(n)]T，其初始值为零；(3)用步骤(1)中的负载电流的离散值iL(n)减去步骤(2)中得到的基波有功电流的估计值i′1p(n)，得到需补偿电流的估计值i′d(n)，即误差信号e(n)；则i′d(n)＝e(n)＝iL(n)-i′1p(n)；(4)利用滑动积分器找到真正的跟踪误差：对步骤(3)中得到的误差信号进行按照离散化傅里叶展开，则有：式中：将步骤(3)中得到的误差信号e(n)与电网同步锁相信号sinωnTS相乘，并对相乘的结果中一个周期的采样数据进行积分，即：E为在一个周期内各采样点的平均的真正跟踪误差；N为一个电网周期T中的采样个数；N0是最新的采样点；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志军，王亚楠，安平，李笑，张鸿鹏，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12