一种牵引变电所供电臂的谐波电流检测方法技术

一种牵引变电所供电臂的谐波电流检测方法，其步骤是：A分别通过采样和锁相环处理得到当前时刻n的上、下行供电臂的负载电流离散值iα(n)、iβ(n)和参考电压离散值uα(n)、uβ(n)；B计算供电臂等效电导Gp(n)；C获取自适应滤波器的线性等效电导G(n)；D根据参考电压离散值uα(n)、uβ(n)和线性等效电导G(n)，计算上、下行供电臂上的基波有功电流ip1α(n)，ip1β(n)；E将上、下行供电臂上的负载电流iα(n)、iβ(n)分别减去基波有功电流ip1α(n)，ip1β(n)，得到上、下行供电臂上的广义谐波电流icα(n)、icβ(n)；F根据计算出的残差信号e(n)和修正后的步长因子对自适应滤波器权系数w(n)进行更新；G令n＝n+1,重复A-F步的操作,即可实时检测出牵引变电所上、下行供电臂上的广义谐波电流。该方法检测精度高、动态响应速度快。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于牵引供电系统的谐 波电流检测

技术介绍
在电气化铁道牵引供电系统中，由于电力机车具有输出功率大、速度及负载状 况变化频繁的特点，导致牵引电网功率因数低、谐波含量高、负序电流大，这不但产生了 电能损耗，而且对公共电网及铁路沿线设备带来了严重的危害。作为一种有效地电能 质量控制装置，有源电能质量调节器（APQC)得到了广泛的关注，其工作原理为：通过对 牵引供电系统谐波电流的实时检测，控制逆变器产生一个大小相等、方向反相的谐波电 流并注入到牵引供电系统中，从而实现牵引供电系统谐波污染的抑制。APQC谐波抑制 性能的好坏主要依赖于谐波电流检测的实时性和精确性，因此谐波电流检测方法至关 重要。目前，研究人员提出了多种方法来检测谐波电流。在众多谐波电流检测方法中， Fryze-Buchholz-Dpenbrock(FBD)法由于其结构简单、实时性好，且不限于三相系统，得到 了广泛的应用。 FBD法根据负载电流与参考电压获取等效电导，从等效电导中分离出与基波有功 电流相关的线性等效电导，计算获取基波有功电流，从负载电流中消去基波有功电流即得 到广义谐波电流。 传统的FBD法见参考文献"电气化铁路中谐波、无功、负序电流的实时检测方 法"（孙卓，姜新建，朱东起，电力系统自动化，2003, 27 (15) : 53-57.)。该方法将FBD法 应用于牵引供电系统中，并验证了其可行性。然而，传统的FBD法检测效果与低通滤波器 (LPF)的性能有很大关系。低通滤波器较小的截止频率能够获得很好地稳态检测精度，但其 动态响应速度较慢；较大的截止频率能够获得较快的动态响应速度，但其稳态检测精度就 会变差。因此，传统的FBD法在电流检测过程中存在动态响应速度和稳态检测精度之间的 固有矛盾。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的就是提供，该方法 具有检测精度高、动态响应速度快的特点。 本专利技术实现其专利技术目的所采用的技术方案是，一种牵引变电所供电臂的谐波电流 检测方法，其步骤如下： A、信号采样 对牵引变电所上、下行供电臂上的负载电流进行采样分别得到当前时刻n的上、 下行供电臂的负载电流离散值ia(n)、％(!〇;通过锁相环处理获得与牵引变电所上、下行 供电臂实际电压同相位的、当前时刻n的上、下行供电臂的参考电压离散值ua (n)、U{! (n); 其中下标a、0分别为上、下行供电臂的标号； B、计算等效电导 根据当前时刻n的上、下行供电臂的负载电流离散值ia (n)、％ (n)和参考电压离 散值ua (n)、up (n)，计算当前时刻n牵引变电所供电臂的等效电导Gp(n)， Gp(n) =ia (n)ua (n)+ip (n)up (n) C、获取线性等效电导 将电流值为1的直流信号作为参考输入信号，通过最小均方算法的自适应滤波器 得到线性等效电导G(n)，G(n) =w(n) *1，其中，w(n)为自适应滤波器在当前时刻n的权系 数，其初始值为零； D、计算基波有功电流 根据步骤C1中获取的线性等效电导G(n)，计算当前时刻n的牵引变电所上、下行 供电臂上的基波有功电流ipla (n)，iplp (n)，ipia(n) =G(n)ua (n)ipip(n) =G(n)up (n) E、获取谐波电流 将步骤A中获取的牵引变电所上、下行供电臂上的负载电流ia(n)、i^n)分别 减去基波有功电流ipla (n)，iplf!(n)，得到牵引变电所上、下行供电臂上的广义谐波电流 ica (n)、icP (n)， ica (n) =ia (n)-ipla (n) icP (n) =ip (n)-ipl{! (n) F、自适应滤波器权系数更新FI、计算自适应滤波器的残差信号 将步骤B中获取的当前时刻n牵引变电所供电臂的等效电导G>)减去C1步的线 性等效电导G(n)，得到自适应滤波器的当前时刻n的残差信号e(n)，e(n) =Gp(n)-G(n); F2、计算自适应滤波器的步长因子 对残差信号e(n)用牵引变电所供电臂等效电导Gp(n)的绝对值进行归一化处理， 得到当前时刻n的归一化残差信号s (n)，s (n)=e (n)/ |Gp (n)|; 迭代计算出当前时刻n的归一化残差信号s(n)与前一时刻n-1的归一化残差信 号s (n-1)的自相关估计p (n)， p (n) = 0 p (n-1) + (1-0 ) s (n) s (n-1) 其中，P为自相关估计遗忘因子，其取值范围为0.800~0.999 ;p(n)的初始值为 〇 ;根据自相关估计p (n)的平方p2 (n)，迭代计算出自适应滤波器在当前时刻n的步 长因子y(n)， y (n) = a y (n-l) + yp2(n) 其中，a为步长遗忘因子，其取值范围为0.800~0.999 ;y为步长调整参数，其 取值范围为〇? 001~〇? 050;y(n)的初始值为0; F3、步长因子的修正对自适应滤波器在当前时刻n的步长因子y (n)进行修正，得到修正后的步长因 子，，(/?)， 其中，ynax为步长因子y(n)的上限值，其取值范围为0. 1~1，y_为步长因子 y(n)的下限值，其取值范围为0? 001~0? 010; F4、自适应滤波器权系数更新 计算下一时刻n+1的自适应滤波器的权系数w(n+1)， vr(/? +1} =win)+/Li{n)e{n) G、令n=n+l，重复A至F步的操作，即可实时检测出牵引变电所上、下行供电臂 上的广义谐波电流。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是： 本专利技术采用自适应滤波器来替代传统FBD法原有的低通滤波器，通过采用变步长 的最小均方（LMS)算法控制的自适应滤波器，根据误差信号的自相关估计调整LMS算法步 长大小，在动态响应阶段，误差信号较大，根据变步长算法将产生较大的步长因子，加快了 检测方法的动态响应速度；在稳态响应阶段，误差信号较小，根据变步长算法将产生较小的 步长因子，提高了稳态检测精度。因此，本专利技术克服了传统的FBD法在电流检测过程中存在 的动态响应速度和稳态检测精度之间的固有矛盾，能够同时获得较快的动态响应速度和较 高的稳态检测精度，表现出了比传统的FBD法更好的检测效果。 下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术进行详细说明。【附图说明】 图1是仿真实验中的负载电流波形。 图2是传统FBD法在低通滤波器截止频率f= 20Hz时检测出的基波有功电流。 图3是传统FBD法在低通滤波器截止频率f= 80Hz时检测出的基波有功电流。图4是本专利技术检测出的基波有功电流。【具体实施方式】 本专利技术的一种【具体实施方式】是：，其 步骤如下： A、信号采样 对牵引变电所上、下行供电臂上的负载电流进行采样分别得到当前时刻n的上、 下行供电臂的负载电流离散值ia(n)、％(!〇;通过锁相环处理获得与牵引变电所上、下行 供电臂实际电压同相位的、当前时刻n的上、下行供电臂的参考电压离散值ua (n)、U{! (n); 其中下标a、0分别为上、下行供电臂的标号； B、计算等效电导根据当前时刻n的上、下行供电臂的负载电流离散值ia (n)、ip (n)和参考电压离 散值ua (n)、up (n)，计算当前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种牵引变电所供电臂的谐波电流检测方法，其步骤如下：A、信号采样对牵引变电所上、下行供电臂上的负载电流进行采样分别得到当前时刻n的上、下行供电臂的负载电流离散值iα(n)、iβ(n)；通过锁相环处理获得与牵引变电所上、下行供电臂实际电压同相位的、当前时刻n的上、下行供电臂的参考电压离散值uα(n)、uβ(n)；其中下标α、β分别为上、下行供电臂的标号；B、计算等效电导根据当前时刻n的上、下行供电臂的负载电流离散值iα(n)、iβ(n)和参考电压离散值uα(n)、uβ(n)，计算当前时刻n牵引变电所供电臂的等效电导Gp(n)，Gp(n)＝iα(n)uα(n)+iβ(n)uβ(n)C、获取线性等效电导将电流值为1的直流信号作为参考输入信号，通过最小均方算法的自适应滤波器得到线性等效电导G(n)，G(n)＝w(n)·1，其中，w(n)为自适应滤波器在当前时刻n的权系数，其初始值为零；D、计算基波有功电流根据步骤C1中获取的线性等效电导G(n)，计算当前时刻n的牵引变电所上、下行供电臂上的基波有功电流ip1α(n)，ip1β(n)，ip1α(n)＝G(n)uα(n)ip1β(n)＝G(n)uβ(n)E、获取谐波电流将步骤A中获取的牵引变电所上、下行供电臂上的负载电流iα(n)、iβ(n)分别减去基波有功电流ip1α(n)，ip1β(n)，得到牵引变电所上、下行供电臂上的广义谐波电流icα(n)、icβ(n)，icα(n)＝iα(n)‑ip1α(n)icβ(n)＝iβ(n)‑ip1β(n)F、自适应滤波器权系数更新F1、计算自适应滤波器的残差信号将步骤B中获取的当前时刻n牵引变电所供电臂的等效电导Gp(n)减去C1步的线性等效电导G(n)，得到自适应滤波器的当前时刻n的残差信号e(n)，e(n)＝Gp(n)‑G(n)；F2、计算自适应滤波器的步长因子对残差信号e(n)用牵引变电所供电臂等效电导Gp(n)的绝对值进行归一化处理，得到当前时刻n的归一化残差信号s(n)，s(n)＝e(n)/|Gp(n)|；迭代计算出当前时刻n的归一化残差信号s(n)与前一时刻n‑1的归一化残差信号s(n‑1)的自相关估计p(n)，p(n)＝βp(n‑1)+(1‑β)s(n)s(n‑1)其中，β为自相关估计遗忘因子，其取值范围为0.800～0.999；p(n)的初始值为0；根据自相关估计p(n)的平方p2(n)，迭代计算出自适应滤波器在当前时刻n的步长因子μ(n)，μ(n)＝αμ(n‑1)+γp2(n)其中，α为步长遗忘因子，其取值范围为0.800～0.999；γ为步长调整参数，其取值范围为0.001～0.050；μ(n)的初始值为0；F3、步长因子的修正对自适应滤波器在当前时刻n的步长因子μ(n)进行修正，得到修正后的步长因子其中，μmax为步长因子μ(n)的上限值，其取值范围为0.1～1，μmin为步长因子μ(n)的下限值，其取值范围为0.001～0.010；F4、自适应滤波器权系数更新计算下一时刻n+1的自适应滤波器的权系数w(n+1)，G、令n＝n+1,重复A至F步的操作,即可实时检测出牵引变电所上、下行供电臂上的广义谐波电流。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海全，郑宗生，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51