一种变步长的谐波电流监测方法技术

一种变步长的谐波电流监测方法，其步骤主要是：A、信号采样；B、基波电流的估计；将基波向量x(n)通过自适应滤波器后得到基波电流当前采样时刻n的估计值y(n)，y(n)＝x

A variable step size harmonic current monitoring method

A variable step size harmonic current monitoring method, the main steps of which are: A. signal sampling; B. estimation of fundamental current; the estimation value Y (n), y (n) = x of current sampling time n of fundamental current is obtained by passing fundamental vector x (n) through adaptive filter

【技术实现步骤摘要】
一种变步长的谐波电流监测方法
本专利技术属于电力系统的谐波电流监测

技术介绍
近年来随着大量的电力电子器件在电网中的应用,电力电网谐波污染问题日益突出，严重影响着电网质量和用户设备的安全运行。有效治理谐波，对提高电能质量十分重要。有源电力滤波器(APF)基于对电网谐波的实时监测，而相应给电网注入一个反相的谐波电流，从而实现对电网的谐波污染的补偿、抑制。有源电力滤波器性能的好坏很大程度上取决于对谐波电流实时、精确的监测；因此，谐波电流监测方法至关重要。自适应滤波监测方法在谐波电流监测上取得了很好的效果。其优点在于作为一个闭环监测系统，对电网参数的变化具有自适应性且算法简单，对单相、三相系统具有通用性。自适应滤波监测方法的LMS(最小均方)算法以其简单、易于实现，已得到国内外研究者的广泛关注。基于LMS的自适应滤波电流监测原理是：滤波器抽头权向量W(n)在滤波器的输出y(n)与基波电流x1(n)的误差平方最小的条件下，使得滤波器的输出y(n)逼近基波电流x1(n)，进而监测输出逼近真实的谐波电流e(n)。因此，基于LMS算法的谐波电流监测的公式如下：y(n)＝xT(n)W(n)(2)e(n)＝iL(n)-y(n)(3)W(n+1)＝W(n)+μx(n)e(n)(4)其中：W(n)为n时刻的滤波器抽头权向量；μ被称作步长因子，其大小影响着算法的收敛速度和稳态误差；μ过大则收敛速度快但是稳态误差大，过小则稳态误差小但是收敛速度慢。同时，保证算法稳定的充分条件为：0＜μ＜2/λmax。其中，λmax为参考输入信号自相关矩阵x(n)xT(n)的最大特征值。由于上述固定步长LMS算法存在着收敛速度与稳态误差的固有矛盾，因此为了有效解决这一问题，采用变步长LMS算法是一种较好的选择。同时分析现有的文献资料表明，变步长LMS算法大多采用的是建立步长与反馈误差的某种函数关系。但现有的变步长LMS算法，大多存在两个问题：一、当负载电流在过零点附近的时候，该算法会出现数值计算的困难；二、对跃变系统的跟踪能力差。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的就是提供一种变步长的谐波电流监测方法。该方法对基波电流的监测精度高，实时性好；收敛速度也较快，对含有突变负载的系统具有较强的跟踪性能。本专利技术实现其专利技术目的所采用的技术方案是，一种变步长的谐波电流监测方法，其步骤如下：A、信号采样对负载电流iL(t)和其基波电流的有功参考信号x1(t)，x1(t)＝sin(ωt)，无功参考信号x2(t)，x2(t)＝cos(ωt)进行同步采样，分别得到当前采样时刻n的负载电流离散值iL(n)，基波有功信号离散值x1(n),x1(n)＝sin(ωnTs)和基波无功信号离散值x2(n),x2(n)＝cos(ωnTs)；其中，ω＝2πf，f＝50Hz，Ts是采样周期；B、基波电流的估计将当前采样时刻n的基波有功信号离散值x1(n)和基波无功信号离散值x2(n)，组成当前采样时刻n的基波向量x(n)，x(n)＝[x1(n),x2(n)]T；再将当前采样时刻n的基波向量x(n)输入自适应滤波器，得到当前采样时刻n的基波电流估计值y(n)，y(n)＝xT(n)W(n)；其中，T代表转置，W(n)＝[w1(n),w2(n)]T为自适应滤波器在当前采样时刻n的抽头权向量，其初始值为零向量；w1(n)为基波有功信号离散值x1(n)的抽头权系数，w2(n)为基波无功信号离散值x2(n)的抽头权系数；C、谐波电流的监测将A步中当前采样时刻n的负载电流离散值iL(n)减去当前采样时刻n的基波电流估计值y(n)，得到并输出当前采样时刻n的谐波电流监测值e(n)，也即当前采样时刻n的误差信号e(n)；e(n)＝iL(n)-y(n)D、向量构建将当前采样时刻n到前N-1个时刻之间的基波向量x(n),x(n-1),…,x(n-N+1)，构成当前采样时刻n的基波矩阵X(n)，X(n)＝[x(n),x(n-1),…,x(n-N+1)]；其中，N为仿射投影阶数，取值为2～8的整数；将当前采样时刻n到前N-1个时刻之间的误差信号e(n)，e(n-1),…,e(n-N+1)，构成当前采样时刻n的误差向量E(n)，E(n)＝[e(n)，e(n-1),…,e(n-N+1)]；将当前采样时刻n到前N-1个时刻之间的负载电流离散值iL(n)，iL(n-1),…,iL(n-N+1)，构成当前采样时刻n的负载电流向量IL(n),IL(n)＝[iL(n)，iL(n-1),…,iL(n-N+1)]；E、抽头权向量的更新如果当前采样时刻n的误差信号e(n)的绝对值小于设定的误差幅值γ，则自适应滤波器在下一采样时刻n+1的抽头权向量W(n+1)不变，即：W(n+1)＝W(n)；否则，自适应滤波器在下一采样时刻n+1的抽头权向量W(n+1)，由下式得出，W(n+1)＝W(n)+μ(n)X(n)(XT(n)X(n)+δI)-1E(n)其中，μ(n)为自适应滤波器在当前采样时刻n的步长；δ为正则化因子，其取值为0.0001-0.001，I为单位矩阵；F、步长的更新F1、自适应回馈向量的计算将当前采样时刻n的误差向量E(n)占当前采样时刻n的负载电流向量IL(n)的比例，得到当前采样时刻n的自适应回馈向量S(n)，S(n)＝E(n)/IL(n)；F2、步长控制因子的计算由当前采样时刻n的自适应回馈向量S(n)算出回馈向量的时间相干均值P(n)，P(n)＝βP(n-1)+(1-β)S(n)；回馈向量的时间相干均值P(n)的初始值为零向量，β为时间相干参数，其取值为0.98～0.99；进而得到当前采样时刻n的步长控制因子b(n)，b(n)＝PT(n)P(n)；F3、步长的更新根据当前采样时刻n的步长控制因子b(n)，计算出自适应滤波器在下一采样时刻n+1的初算步长μ'(n+1)，μ'(n+1)＝αμ(n)+ηb(n)，其中，α为时间平滑因子，其取值为0.98～0.99；η为步长因子调节参数，其取值为0.0001～0.001；再由下式得出自适应滤波器在下一采样时刻n+1的步长μ(n+1)，其中，μmin为自适应滤波器的步长下限值，其取值为0.001-0.01；μmax为自适应滤波器的步长上限值，其取值为0.1-0.2；G、迭代令n＝n+1,重复A、B、C、D、E的步骤，即可实时输出负载电流的谐波电流监测值e(n)。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：一、本专利技术采用了误差向量E(n)占负载电流向量IL(n)的比例作为变步长的步长更新的自适应回馈向量S(n)，即在低负载电流时，哪怕误差向量E(n)较小，但只要它明显高于负载电流向量IL(n)，实际上也应认定误差信号e(n)大，本专利技术方法得到的自适应回馈向量S(n)大，使得系统迅速收敛；相反，在高负载电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变步长的谐波电流监测方法，其步骤如下：/nA、信号采样/n对负载电流i

【技术特征摘要】
1.一种变步长的谐波电流监测方法，其步骤如下：
A、信号采样
对负载电流iL(t)和其基波电流的有功参考信号x1(t)，x1(t)＝sin(ωt)，无功参考信号x2(t)，x2(t)＝cos(ωt)进行同步采样，分别得到当前采样时刻n的负载电流离散值iL(n)，基波有功信号离散值x1(n),x1(n)＝sin(ωnTs)和基波无功信号离散值x2(n),x2(n)＝cos(ωnTs)；其中，ω＝2πf，f＝50Hz，Ts是采样周期；
B、基波电流的估计
将当前采样时刻n的基波有功信号离散值x1(n)和基波无功信号离散值x2(n)，组成当前采样时刻n的基波向量x(n)，x(n)＝[x1(n),x2(n)]T；再将当前采样时刻n的基波向量x(n)输入自适应滤波器，得到当前采样时刻n的基波电流估计值y(n)，y(n)＝xT(n)W(n)；其中，T代表转置，W(n)＝[w1(n),w2(n)]T为自适应滤波器在当前采样时刻n的抽头权向量，其初始值为零向量；w1(n)为基波有功信号离散值x1(n)的抽头权系数，w2(n)为基波无功信号离散值x2(n)的抽头权系数；
C、谐波电流的监测
将A步中当前采样时刻n的负载电流离散值iL(n)减去当前采样时刻n的基波电流估计值y(n)，得到并输出当前采样时刻n的谐波电流监测值e(n)，也即当前采样时刻n的误差信号e(n)；
e(n)＝iL(n)-y(n)
D、向量构建
将当前采样时刻n到前N-1个时刻之间的基波向量x(n),x(n-1),…,x(n-N+1)，构成当前采样时刻n的基波矩阵X(n)，X(n)＝[x(n),x(n-1),…,x(n-N+1)]；其中，N为仿射投影阶数，取值为2～8的整数；
将当前采样时刻n到前N-1个时刻之间的误差信号e(n)，e(n-1),…,e(n-N+1)，构成当前采样时刻n的误差向量E(n)，E(n)＝[e(n)，e(n-1),…,e(n-N+1)]；
将当前采样时刻n到前N-1个时刻之间的负载电流离散值iL(n)，iL(n-1),…,iL(n-N...

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