一种具有自适应抗电压扰动的建模方法技术

本发明专利技术涉及具有自适应抗电压扰动的建模方法，有效解决因电压扰动造成接触器脱扣、变频器和软启动器停机的预防和保护的问题，方法是，用自适应滤波器对输入信号数据进行调整，成动态参数，非自适应滤波器有静态的滤波器系数，动态参数与静态的滤波器系数形成传递函数，构成自适应数据库；用自适应滤波器调整滤波器系数及频率响应，分析数据的变化特征、周期性特征和变化幅值特征，建立初步的数学模型，进行分段函数处理；根据软件控制程序，得到适应于配电网电气方面和机械方面的自适应软件，以满足现场实际运行需要；不断搜集电气、机械两面的运行参数，进行自适应迭代，接近最优解，本发明专利技术保证生产线上设备能够不停机运行，保持生产的连续性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生产安全，特别是一种具有自适应抗电压扰动的建模方法。
技术介绍
随着现代化和信息化、自动化工业的快速发展，一方面电网系统中用电负荷、用电结构产生了一系列重大变化，用户生产规模正在逐步变得越来越庞大，各个工业生产过程中的系统化和自动化程度越来越强，各个生产环节的联系越来愈紧密，生产过程中对精密电子设备的依赖性快速增长。而另一方面来说，电能从生产到传输、使用的整个过程要跨越广阔的地理区域，整个电能的传输系统会遭受闪电、暴雨、大风、人为等诸多意外事故，都可能引起电网故障导致电压暂降或短时中断（晃电），这些现象足以影响到敏感电子设备的正常运行，从而导致工业化生产活动的非正常中断。而电压暂升的危害更大，可以直接损坏电气设备。在工厂低压配电系统中，因电压波动会造成接触器脱扣，从而造成生产线上设备的异常停运，给企业生产造成损失。对于工业用户来说，电压暂降（晃电）的发生就成为一个亟待克服的重大的技术难题。电压暂降（晃电）属于配电网
，根据国家标准GB/T30137-2013《电能质量电压暂降与短时中断》的定义：电压暂降是指在电力系统中的某点工频电压有效值暂时降低至额定电压的10%～90%，并持续10ms～1s，在此期间，系统频率仍为标称值，然后又恢复到正常水平的现象。电压暂降以剩余电压百分比为度量。所谓短时中断是指一相或多相用户电压瞬时降低到0.1Ue，且持续时间为10ms～1s。其原因有诸多可能，如输配电系统中发生的电力系统故障、雷击、大型电机启动、电容器的投切等事件。根据EPRI（美国电科院）权威数据，92%以上的电能质量事件为电压暂降和暂升，而这其中80%的事故是因为电压暂降引起的。电压暂降已被众多的国际研究机构确定为电力系统中最为普遍发生的事件，在中国，配电网的用户对于电压暂降（晃电）的发生也是深恶痛绝。在石油化工、冶炼、食品生产、精密设备制造等领域，每年因发生晃电事故而造成的经济损失十分巨大。电压暂降（晃电）主要发生在配电网中，更具体来说，发生在工业用户的接触器、变频设备和软起动等电气开关设备，抽象来说，发生在电力系统配电网和用户的机械设备之间的联系上，也就是说，由于电气设备的特性和机械设备特性不协调才发生的。因此，有必要在此之间，装设一个能够自动适应电气和机械设备特性之间的一个单元，实现自动地适应、调节两边设备的特性，使之达到一致性的要求。这就是抑制电压暂降（晃电）的控制设备，它必须具有自适应控制功能。自适应控制的先决条件是取得电气和机械两方面设备的数据和参数，滤掉不合理的干扰数据，然后分析数据特性，得到相应的数学控制模型，进一步得到初步的软件控制程序，初步的软件程序运行后，还要进一步的检测运行系统，不断的适应两面的特性，最终满足抑制晃电的需要。目前在国内解决电压暂降（晃电）的方法主要有以下几种：1、直流支撑：交流失电或发生电压暂降（晃电）后，切除原来的交流系统供电，切换到用直流系统维持，使设备继续运行。这种方案需要按实际负载的1.1倍及以上配置直流容量，蓄电池组占地大，投资大，需要周期性地维护，后期维护成本也很高，而且还存在切换速度不能满足要求的情况。2、UPS电源支撑：采用UPS电源维持，不间断电源能耗高，需维护和定期更换电池，由于其内部设计有整流和逆变电路，本身会产生谐波注入到电网，反而会进一步影响电能质量。3、飞轮储能：利用飞轮等移动部件储能，失压时释放，这种方案能耗高，有移动部件，需定期维护，存在稳定性问题。因此，如何解决电压暂降（晃电）是业内关心的技术问题。
技术实现思路
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的就是提供一种具有自适应抗电压扰动的建模方法，可有效解决工业生产过程中因电压扰动造成接触器脱扣、变频器和软启动器停机的预防和保护，自动适应工业现场的运行参数，自动做出调整，保证生产安全的问题。本专利技术解决的技术方案是，包括以下步骤：（1）、建立自适应数据库：利用自适应滤波器对输入信号数据进行调整，成动态参数，非自适应滤波器有静态的滤波器系数，动态参数与静态的滤波器系数一起形成传递函数，构成自适应数据库；（2）、对数据特性进行分析：使用自适应滤波器调整滤波器系数及频率响应，分析数据的变化特征、周期性特征和变化幅值特征；（3）、根据步骤（2）的数据特性，建立初步的数学模型，形成控制程序的数学模型，随着负载电流大小变化，使收敛的解析函数，还是非收敛的函数，进行分段函数处理；（4）、根据数学模型设计便于计算机系统的软件控制程序；（5）、根据软件控制程序，得到适应于配电网电气方面和机械方面的自适应软件，以满足现场实际运行需要；（6）、在生产运行中，不断搜集电气、机械两面的运行参数，不断地进行自适应迭代，接近最优解，直至满足需求，达到系统稳定，确保生产安全。本专利技术是通过一种自学习、自适应的模型算法，在低压配电系统发生电压波动时（电压暂升、暂降和短时中断），装置能够自动切除接触器的交流线圈供电，输出直流电压来保持接触器不脱扣，从而保证了生产线上设备能够不停机运行，保持生产的连续性，具有实际的应用价值，经济和社会效益显著。具体实施方式以下结合具体情况对本专利技术的具体实施方式作详细说明。本专利技术在具体实施中包括以下步骤：（1）、建立自适应数据库：利用自适应滤波器，根据输入信号自动调整性能进行数字信号处理动态参数，非自适应滤波器静态的滤波器系数与动态参数一起形成传递函数，构成自适应数据库，由自适应滤波器进行异常数据筛查和过滤，根据输入的电压和电流信号，把不能表征数据运行轨迹的数据率除掉，首先去掉电压电流数据的最大值和最小值，剩余数值取中间值，找出正常运行过程和异常运行过程中的运行曲线规律；（2）、对数据特性进行分析：使用自适应滤波器调整滤波器系数及频率响应，分析数据的变化特征、周期性特征和变化幅值特征；由于现场不知道所需要进行操作的参数，噪声信号的特性，所以要求使用自适应的系数进行处理，自适应滤波器使用反馈来调整滤波器系数以及频率响应，分析数据的变化特征，根据第一步自适应数字滤波器过滤后的数据来进行下一步分析，找出这些数据的周期性特征、变化幅值特征，具体来说就是电压电流幅值、频率和相位的变化规律，频率限定45Hz～55Hz/60Hz，超出该值范围之外的数据在通过滤波器被除掉，找到在正常运行情况下和异常运行情况下电压电流幅值，电压范围在0～1000V，电流范围在0～5A之间，和0～180°相位的变化规律，找到数据的特性，以电压与电流的相位关系表征整个三相系统的相位关系；（3）、根据步骤（2）的结果，得到初步的控制数学模型，也就是下一步形成控制程序的数学描述模型，随着负载电流大小变化，是收敛的解析函数或是非收敛的函数，进行分段函数处理，建立数学模型：自适应控制器运行时间区间为[0，T]，用d(t)表示t时刻能源功率变化率，u(t)为t时刻的机械元件的变化率，自适应控制器内协调量x(t)的变化率为：设电气特性产生特性和机械要求特性的理想数值分别为ud(t)和xd(t)，0≤t≤T，为克服理想数值的偏差，自适应控制器性能指标泛函：其中，c、h>o为常数，使泛函J(u)达到最小值，x(t)≥o，u(t)≥o，设xd(t),ud(t)适当地大，最小值保持在x≥0，u≥0的范围内；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有自适应抗电压扰动的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、建立自适应数据库：利用自适应滤波器对输入信号数据进行调整，成动态参数，非自适应滤波器有静态的滤波器系数，动态参数与静态的滤波器系数一起形成传递函数，构成自适应数据库；(2)、对数据特性进行分析：使用自适应滤波器调整滤波器系数及频率响应，分析数据的变化特征、周期性特征和变化幅值特征；(3)、根据步骤(2)的数据特性，建立初步的数学模型，形成控制程序的数学模型，随着负载电流大小变化，使收敛的解析函数，还是非收敛的函数，进行分段函数处理；(4)、根据数学模型设计便于计算机系统的软件控制程序；(5)、根据软件控制程序，得到适应于配电网电气方面和机械方面的自适应软件，以满足现场实际运行需要；(6)、在生产运行中，不断搜集电气、机械两面的运行参数，不断地进行自适应迭代，接近最优解，直至满足需求，达到系统稳定，确保生产安全。

【技术特征摘要】
1.一种具有自适应抗电压扰动的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、建立自适应数据库：利用自适应滤波器对输入信号数据进行调整，成动态参数，非自适应滤波器有静态的滤波器系数，动态参数与静态的滤波器系数一起形成传递函数，构成自适应数据库；(2)、对数据特性进行分析：使用自适应滤波器调整滤波器系数及频率响应，分析数据的变化特征、周期性特征和变化幅值特征；(3)、根据步骤(2)的数据特性，建立初步的数学模型，形成控制程序的数学模型，随着负载电流大小变化，使收敛的解析函数，还是非收敛的函数，进行分段函数处理；(4)、根据数学模型设计便于计算机系统的软件控制程序；(5)、根据软件控制程序，得到适应于配电网电气方面和机械方面的自适应软件，以满足现场实际运行需要；(6)、在生产运行中，不断搜集电气、机械两面的运行参数，不断地进行自适应迭代，接近最优解，直至满足需求，达到系统稳定，确保生产安全。2.根据权利要求1所述的具有自适应抗电压扰动的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、建立自适应数据库：利用自适应滤波器，根据输入信号自动调整性能进行数字信号处理动态参数，非自适应滤波器静态的滤波器系数与动态参数一起形成传递函数，构成自适应数据库，由自适应滤波器进行异常数据筛查和过滤，根据输入的电压和电流信号，把不能表征数据运行轨迹的数据率除掉，首先去掉电压电流数据的最大值和最小值，剩余数值取中间值，找出正常运行过程和异常运行过程中的运行曲线规律；(2)、对数据特性进行分析：使用自适应滤波器调整滤波器系数及频率响应，分析数据的变化特征、周期性特征和变化幅值特征；由于现场不知道所需要进行操作的参数，噪声信号的特性，所以要求使用自适应的系数进行处理，自适应滤波器使用反馈来调整滤波器系数以及频率响应，分析数据的变化特征，根据第一步自适应数字滤波器过滤后的数据来进行下一步分析，找出这些数据的周期性特征、变化幅值特征，具体来说就是电压电流幅值、频率和相位的变化规律，频率限定45Hz～55Hz/60Hz，超出该值范围之外的数据在通过滤波器被除掉，找到在正常运行情况下和异常运行情况下电压电流幅值，电压范围在0～1000V，电流范围在0～5A之间，和0～180°相位的变化规律，找到数据的特性，以电压与电流的相位关系表征整个三相系统的相位关系；(3)、根据步骤(2)的结果，得到初步的控制数学模型，也就是下一步形成控制程序的数学描述模型，随着负载电流大小变化，是收敛的解析函数或是非收敛的函数，进行分段函数处理，建立数学模型：自适应控制器运行时间区间为[0，T]，用d(t)表示t时刻能源功率变化率，u(t)为t时刻的机械元件的变化率，自适应控制器内协调量x(t)的变化率为：设电气特性产生特性和机械要求特性的理想数值分别为ud(t)和xd(t)，0≤t≤T，为克服理想数值的偏差，自适应控制器性能指标泛函：其中，c、h>o为常数，使泛函J(u)达到最小值，x(t)≥o，u(t)≥o，设xd(t),ud(t)适当地大，最小值保持在x≥0，u...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锋，黄训诚，邱国栓，田家栋，
申请(专利权)人：王锋，
类型：发明
国别省市：河南;41