一种数字电源电流相位角实时估计方法技术

本发明专利技术涉及数字电源技术领域，涉及一种数字电源电流相位角实时估计方法，其包括以下步骤：步骤1：利用传感器检测数字电源电流值；步骤2：建立数字电源电流解析模型：步骤3：建立扩展性卡尔曼滤波器的状态方程和量测方程；步骤4：采用扩展型卡尔曼滤波器对电流初始相位进行实时估计，并计算电流的实时相位角。本发明专利技术计算简单，抗干扰能力更强，精度和实时性更高，有效提高了数字电源电流相位角的解算精度。有效提高了数字电源电流相位角的解算精度。有效提高了数字电源电流相位角的解算精度。

【技术实现步骤摘要】
一种数字电源电流相位角实时估计方法


[0001]本专利技术涉及数字电源
，具体地说，涉及一种数字电源电流相位角实时估计方法。

技术介绍

[0002]交流电路中，不同电源的交流电电流波形可能存在相位差，这会导致电路中的电流幅值和功率的变化，从而影响电路的电力品质，因此需要估计、匹配各个电源之间电流的相位角。目前对交流电电流相位角的测量方法主要采用反正弦函数计算法：这种方法是通过测量电流采样值与电源额定电流幅度比的反正弦函数来计算电流的相位角。具体来说，可以使用电流互感器、电流变送器等传感器将电流信号转换为电压信号，然后通过计算电压信号与电源电压之间的相位差，进而计算电流的相位角，即sin
‑1(a
t
/A)，其中a
t
表示t时刻测量得到的电流值，A表示电源额定电流幅度。反正弦函数计算法对电流测量中的噪声非常敏感，会导致相位角计算剧烈波动。因为反正弦函数本身是一个非线性函数，它的导数在某些点会非常大，因此即使输入信号的微小变化也可能导致输出结果的显著变化。这种情况在存在噪声的情况下尤为明显，因为噪声会引入额外的随机变化，进一步增加了反正弦函数的敏感性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的内容是提供一种数字电源电流相位角实时估计方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
[0004]根据本专利技术的一种数字电源电流相位角实时估计方法，其包括以下步骤：
[0005]步骤1：利用传感器检测数字电源电流值；
[0006]步骤2：建立数字电源电流解析模型：
[0007]步骤3：建立扩展性卡尔曼滤波器的状态方程和量测方程；
[0008]步骤4：采用扩展型卡尔曼滤波器对电流初始相位进行实时估计，并计算电流的实时相位角。
[0009]作为优选，步骤2中，数字电源电流模型为：A(t)＝Asin(ωt+θ)；
[0010]其解析模型为：A(t)＝Ae
jsin(ωt+θ)
；
[0011]式中：t表示时间，A(t)表示数字电源电流随时间变化，A表示电源额定电流幅度常值，ω表示电流变化频率，θ表示电流初始相位。
[0012]作为优选，步骤3中，令变量x表示电流初始相位θ，由于初始相位为常值，所以k时刻的值与k+1时刻的值一致：
[0013]x
k+1
＝x
k
[0014]对于初始相位θ，在任意k+1时刻，应该使电流解析模型计算值与电流表测量值误差最小；即模型计算值与测量值的差，关于θ的导数为0：
[0015][0016]式中，x
k+1
表示k+1时刻对初始相位的估计值；A
k+1
表示k+1时刻电流测量值；H(A
k+1
)表示k+1时刻对电流测量值进行希尔伯特变换；
[0017]展开式4可得到扩展性卡尔曼滤波器的量测方程：
[0018]h(x
k+1
)＝A
k+1
cos(ωt
k+1
+x
k+1
)
‑
H(A
k+1
)sin(ωt
k+1
+x
k+1
)＝0。
[0019]作为优选，步骤4中，计算公式为：
[0020][0021][0022]P
k+1
＝(I
‑
K
k+1
H
k+1
)P
k+1/k
[0023][0024][0025]其中：
[0026]F
k
＝1
[0027][0028]R
k+1
＝γ,γ∈R
+
[0029]表示k+1时刻对状态x的估计值、表示状态x的一步转移、K
k+1
表示k+1时刻的增益矩阵、y
k+1
表示k+1时刻的电流量测值、表示量测方程；P
k+1/k
表示一步转移协方差矩阵、H
k+1
表示量测方程导数、R
k+1
表示量测误差协方差矩阵，P
k+1
表示状态协方差矩阵，I表示单位矩阵；F
k
表示状态矩阵、表示k时刻的状态x估计值，γ表示常数。
[0030]本专利技术利用数字电流实时采样值，通过对电流的频率和初始相位角建立解析模型，并用扩展型卡尔曼滤波器对其进行实时估算。相比现有技术，该方法计算简单，抗干扰能力更强，精度和实时性更高，有效提高了数字电源电流相位角的解算精度。
附图说明
[0031]图1为实施例中一种数字电源电流相位角实时估计方法的流程图。
具体实施方式
[0032]为进一步了解本专利技术的内容，结合附图和实施例对本专利技术作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本专利技术进行解释而并非限定。
[0033]实施例
[0034]如图1所示，本实施例提供了一种数字电源电流相位角实时估计方法，其包括以下步骤：
[0035]步骤1：利用传感器检测数字电源电流值；
[0036]步骤2：建立数字电源电流解析模型：
[0037]设数字电源电流模型为：A(t)＝Asin(ωt+θ)
[0038]其解析模型为：A(t)＝Ae
jsin(ωt+θ)
[0039]式中：t表示时间，A(t)表示数字电源电流随时间变化，A表示电源额定电流幅度常值，ω表示电流变化频率，θ表示电流初始相位；
[0040]步骤3：建立扩展性卡尔曼滤波器的状态方程和量测方程；
[0041]由数字电源额定功率和额定电压可知电流幅度A，如3000W/220V，电流角频率与工频一致为50/60Hz。因此仅需要计算电流初始相位角即可得到电流实时相位。令变量x表示电流初始相位θ。由于初始相位为常值，所以k时刻的值与k+1时刻的值一致：
[0042]x
k+1
＝x
k
[0043]对于初始相位θ，在任意k+1时刻，应该使电流解析模型计算值与电流表测量值误差最小。即模型计算值与测量值的差，关于θ的导数为0：
[0044][0045]式中，x
k+1
表示k+1时刻对初始相位的估计值；A
k+1
表示k+1时刻电流测量值；H(A
k+1
)表示k+1时刻对电流测量值进行希尔伯特变换。
[0046]展开上式可得到扩展性卡尔曼滤波器的量测方程：
[0047]h(x
k+1
)＝A
k+1
cos(ωt
k+1
+x
k+1
)
‑
H(A
k+1
)sin(ωt
k+1
+x
k+1
)＝0
[0048]步骤4：采用扩展型卡尔曼滤波器对电流初始相位进行实时估计，并计算电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字电源电流相位角实时估计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：利用传感器检测数字电源电流值；步骤2：建立数字电源电流解析模型：步骤3：建立扩展性卡尔曼滤波器的状态方程和量测方程；步骤4：采用扩展型卡尔曼滤波器对电流初始相位进行实时估计，并计算电流的实时相位角。2.根据权利要求1所述的一种数字电源电流相位角实时估计方法，其特征在于：步骤2中，数字电源电流模型为：A(t)＝Asin(ωt+θ)；其解析模型为：A(t)＝Ae
jsin(ωt+θ)
；式中：t表示时间，A(t)表示数字电源电流随时间变化，A表示电源额定电流幅度常值，ω表示电流变化频率，θ表示电流初始相位，j表示虚数单位。3.根据权利要求2所述的一种数字电源电流相位角实时估计方法，其特征在于：步骤3中，令变量x表示电流初始相位θ，由于初始相位为常值，所以k时刻的值与k+1时刻的值一致：x
k+1
＝x
k
对于初始相位θ，在任意k+1时刻，应该使电流解析模型计算值与电流表测量值误差最小；即模型计算值与测量值的差，关于θ的导数为0：式中，x
k+1
表示k+1时刻对初始相位的估计值；A
k+1
表示k+1时刻电流测量值；H(A
k+1
)表示k+1时刻对电流测量值进行希尔伯特变换；展开式4可得到扩展性卡尔曼滤波器的量测方程：h(x
k+1

【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，冯晓斌，何琮锐，
申请(专利权)人：常州西博亿新能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：