一种变步长LMS自适应谐波电流检测方法技术

一种变步长LMS自适应谐波电流检测方法，属于电力技术，在低信噪比条件下，针对现有变步长最小均方(LMS)算法在谐波电流检测方面存在的不足，提出一种新的变步长LMS算法。该算法以误差信号e(n)在待检测信号中所占比率K(n)作为算法的回馈量，通过建立步长因子与回馈量的均值估计的类Sigmoid函数关系，实现动态控制其参数的变化，以保证在有较大噪声干扰的情况下，谐波检测过程也能保证既具有较快的动态响应速度，又保持较高的检测精度和较好的动态跟踪效果。通过对该谐波检测算法进行仿真，证明其具有良好的谐波检测性能。

A Variable Step-Size LMS Adaptive Harmonic Current Detection Method

A variable step size LMS adaptive harmonic current detection method belongs to power technology. In view of the shortcomings of the existing variable step size least mean square (LMS) algorithm in harmonic current detection under low signal-to-noise ratio (SNR), a new variable step size LMS algorithm is proposed. The algorithm regards the proportion of error signal e(n) in the signal to be detected K(n) as the feedback of the algorithm. By establishing the Sigmoid-like function relationship between step factor and the mean estimation of feedback, the algorithm can dynamically control the change of its parameters, so as to ensure that the harmonic detection process can not only have a faster dynamic response speed, but also maintain a higher detection speed in the case of large noise interference. Measuring accuracy and better dynamic tracking effect. Through the simulation of this harmonic detection algorithm, it is proved that it has good harmonic detection performance.

【技术实现步骤摘要】
一种变步长LMS自适应谐波电流检测方法
本专利技术涉及电力技术，具体涉及一种变步长LMS自适应谐波电流检测方法。
技术介绍
随着越来越多的非线性电力电子设备投入应用，由此产生的大量谐波直接影响了电网的电能质量，电网的谐波污染问题十分严重。必须采取相应有效的措施来对谐波问题进行抑制，以此来减少甚至避免谐波带来的影响。有源电力滤波器作为一种可以动态补偿谐波的装置得到了广泛的重视与应用。其中作为有源滤波器的核心部分——谐波电流检测环节，采用何种技术和方法将对谐波抑制的效果产生直接影响，因此对谐波电流的实时检测算法的研究与改进显得十分重要。目前主要的谐波检测算法包括基于瞬时无功功率理论、快速傅里叶变换、小波变换等。其中由H.Akagi提出的基于瞬时无功功率的方法及其改进方法在有源滤波器中的使用较为普遍，但其检测系统是开环，频率固定，对于原件参数与网侧电压的变化极为敏感，且只适用于三相系统。自适应算法检测系统为闭环，系统具有自适应性，检测效果好；不仅适用于三相系统也适用于单相系统。目前，最小均方(LeastMeanSquare，LMS)是应用最广泛的自适应算法。在电力系统谐波检测中，最早提出的是定步长算法，因定步长无法同时保证收敛速度和稳态误差的平衡问题，使得算法的应用受到许多限制。为了解决定步长所带的诸多问题，各种变步长算法相继提出，谐波检测效果也越来越优化。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供一种变步长LMS自适应谐波电流检测方法，以提高谐波电流检测的精度、收敛速度和实时性。为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：一种变步长LMS自适应谐波电流检测方法，包括步骤：S1：在电网系统每一相上分别安装电压传感器或电流传感器，以监测每相的负载电流iL(t)和系统电压us(t)，其中，L代表负载，S代表系统，变量t为时间；S2：对周期性非正弦的负载电流iL(t)和其基波电流的有功参考信号x1，x1＝sin(ωt)，无功参考信号x2，x2＝cos(ωt)进行同步采样，分别得到当前采样时刻n的负载电流的离散值iL(n)、参考信号的基波有功离散值x1(n)和基波无功离散值x2(n)，其中，x1为标准基波电压，x2为其移相90°后的值，ω为基波交频率；S3：将当前采样时刻的基波有功离散值x1(n)和基波无功离散值x2(n)组成当前采样时刻的基波离散值矩阵X(n)＝[x1(n)，x2(n)]；S4：将基波离散矩阵X(n)与当前采样时刻的权系数矩阵W(n)相乘得采样信号的估计值，滤波器输出y(n)，y(n)＝X(n)WT(n)，其初始值为0，W(n)＝[w1(n)，w2(n)]，x1(n)对应为基波有功离散值x1(n)的权值，x2(n)对应为基波无功离散值x2(n)的权值；S5：将当前时刻负载电流的离散值iL(n)减去基波电流当前采样时刻的估计值与y(n)，得到当前采样时刻的谐波电流ih(n)的误差值，误差信号为e(n)，e(n)＝iL(n)-y(n)；S6：计算下一采样时刻的自适应滤波器权系数矩阵W(n+1)，W(n+1)＝W(n)+2μ(n)e(n)X(n)其中μ为自适应滤波器在当前采样时刻的步长，μ需要满足一定的收敛条件，0<μ<1/λmax，λmax为输入信号自相关矩阵的最大特征值，X(n)为当前采样时刻的基波离散值矩阵的自相关矩阵的特征值；S7：步长的更新1)用信号在原始输入信iL(n)中所占比例的相关平均估计作为回馈量，μ(n+1)＝αμ(n)+γP2(n)其中，P(n)为原始输入信号中所占比例的相关平均估计；β为遗忘因子，0<β<1；α为固定值；γ为固定参数，γ＞0；2)由P(n)得到β(n)＝γβ(n-1)+η|P(n)|，γ和η为固定参数，共同约束β(n)的变化；3)由P(n)代替额e(n)作为回馈量，建立步长与回馈量的类sigmoid函数关系；4)令n＝n+1，重复以上步骤S3至S7即可实现对负载电流中的谐波电流的实时检测。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤S7中的步骤3)具体包括：由P(n)代替额e(n)作为回馈量，建立步长与回馈量的类sigmoid函数关系，μ(n)＝β(n)(1-exp(-α(n)|P(n)|2))，其中α(n)为当前与上一步的系统跟踪误差比。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述α(n)的取值范围为作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步长的限幅为本专利技术的有益效果：1、由稳态电力谐波均值为零原理为依据，由误差的相干平均估计P(n)来代替误差e(n)作为算法的回馈量，消除了谐波分量ξ(n)对步长变化的影响；其次利用类Sigmoid函数的压缩映射作用，建立步长与回馈量的函数关系来动态调整步长的变化，并将固定参数α和β变为变量α(n)和β(n)来动态调整步长的变化，使得算法有较快的初始收敛速度，跃变时较好的动态跟踪效果和稳态时较高的收敛精度；2、α(n)为当前与上一步的系统跟踪误差比，用于约束步长变化速度，具体表现为当误差变大时，α(n)变大，步长系数的增大得到较快收敛速度；当误差变小时，α(n)减小，步长系数值减小可以得到较小的稳态误差；γ和η为固定参数，共同约束β(n)的变化，不同于β为定值造成的当P(n)趋近于零时，所带来的陡然变化，动态的约束β(n)使得边长可以缓慢变化，从而避免算法在稳态或接近稳态时因β值固定所造成的较大稳态误差。附图说明图1为传统的定步长自适应算法在不同步长时基波的实际输出波形与理想输出波形的对比图，其中a图为步长为u＝0.1，图b为步长u＝0.04；图2为建立步长与均方误差之间的类Sigmoid函数关系的算法的基波电流图与本专利技术实施例中的算法的基波电流图，其中a图为类Sigmoid函数关系的算法，b图为本专利技术实施例中的算法；图3为权值更新变化曲线，其中a图为类Sigmoid函数关系的算法，b图为本专利技术实施例中的算法；图4为负载电流跃变时的基波电流变化曲线图，其中a图为类Sigmoid函数关系的算法，b图为本专利技术实施例中的算法的基波电流图；图5为负载电流跃变时的权值变化曲线图，其中a图为类Sigmoid函数关系的算法，b图为本专利技术实施例中的算法。具体实施方式：实施例一种变步长LMS自适应谐波电流检测方法，包括以下步骤：步骤一、在电网系统每一相上分别安装电压传感器或电流传感器,以监测每相的负载电流iL(t)和系统电压us(t),下标L代表负载,S代表系统,变量t为时间；步骤二、对周期性非正弦的负载电流iL(t)和其基波电流的有功参考信号x1,x1＝sin(ωt),无功参考信号x2,x2＝cos(ωt)进行同步采样,分别得到当前采样时刻n的负载电流的离散值iL(n)、参考信号的基波有功离散值x1(n)和基波无功离散值x2(n)；其中x1为标准基波电压，x2为其移相90°后的值，ω为基波交频率；步骤三、将当前采样时刻的基波有功离散值x1(n)和基波无功离散值x2(n)组成当前采样时刻的基波离散值矩阵X(n)＝[x1(n),x2(n)].步骤四、将基波离散矩阵X(n)与当前采样时刻的权系数矩阵W(n)相乘得采样信号的估计值，即滤波器输出y(n)，y(n)＝X(n)WT(n),其初始值为0，W(n)＝[w本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变步长LMS自适应谐波电流检测方法，其特征在于，包括步骤：S1：在电网系统每一相上分别安装电压传感器或电流传感器，以监测每相的负载电流iL(t)和系统电压us(t)，其中，L代表负载，S代表系统，变量t为时间；S2：对周期性非正弦的负载电流iL(t)和其基波电流的有功参考信号x1，x1＝sin(ωt)，无功参考信号x2，x2＝cos(ωt)进行同步采样，分别得到当前采样时刻n的负载电流的离散值iL(n)、参考信号的基波有功离散值x1(n)和基波无功离散值x2(n)，其中，x1为标准基波电压，x2为其移相90°后的值，ω为基波交频率；S3：将当前采样时刻的基波有功离散值x1(n)和基波无功离散值x2(n)组成当前采样时刻的基波离散值矩阵X(n)＝[x1(n)，x2(n)]；S4：将基波离散矩阵X(n)与当前采样时刻的权系数矩阵W(n)相乘得采样信号的估计值，滤波器输出y(n)，y(n)＝X(n)WT(n)，其初始值为0，W(n)＝[w1(n)，w2(n)]，x1(n)对应为基波有功离散值x1(n)的权值，x2(n)对应为基波无功离散值x2(n)的权值；S5：将当前时刻负载电流的离散值iL(n)减去基波电流当前采样时刻的估计值与y(n)，得到当前采样时刻的谐波电流ih(n)的误差值，误差信号为e(n)，e(n)＝iL(n)‑y(n)；S6：计算下一采样时刻的自适应滤波器权系数矩阵W(n+1)，W(n+1)＝W(n)+2μ(n)e(n)X(n)其中μ为自适应滤波器在当前采样时刻的步长，μ需要满足一定的收敛条件，0...

【技术特征摘要】
1.一种变步长LMS自适应谐波电流检测方法，其特征在于，包括步骤：S1：在电网系统每一相上分别安装电压传感器或电流传感器，以监测每相的负载电流iL(t)和系统电压us(t)，其中，L代表负载，S代表系统，变量t为时间；S2：对周期性非正弦的负载电流iL(t)和其基波电流的有功参考信号x1，x1＝sin(ωt)，无功参考信号x2，x2＝cos(ωt)进行同步采样，分别得到当前采样时刻n的负载电流的离散值iL(n)、参考信号的基波有功离散值x1(n)和基波无功离散值x2(n)，其中，x1为标准基波电压，x2为其移相90°后的值，ω为基波交频率；S3：将当前采样时刻的基波有功离散值x1(n)和基波无功离散值x2(n)组成当前采样时刻的基波离散值矩阵X(n)＝[x1(n)，x2(n)]；S4：将基波离散矩阵X(n)与当前采样时刻的权系数矩阵W(n)相乘得采样信号的估计值，滤波器输出y(n)，y(n)＝X(n)WT(n)，其初始值为0，W(n)＝[w1(n)，w2(n)]，x1(n)对应为基波有功离散值x1(n)的权值，x2(n)对应为基波无功离散值x2(n)的权值；S5：将当前时刻负载电流的离散值iL(n)减去基波电流当前采样时刻的估计值与y(n)，得到当前采样时刻的谐波电流ih(n)的误差值，误差信号为e(n)，e(n)＝iL(n)-y(n)；S6：计算下一采样时刻的自适应滤波器权系数矩阵W(n+1)，W(n+1)＝W(n)+2μ(n)e...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡福年，朱娜，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32