中自网

热门搜索:PID  plc  传感器  电机  变频器  工业以太网  无线通讯  低压 

当前位置:首页>>应用案例首页>>专业论文>>正文

基于改进的自适应谐波电流检测方法

发布日期:2021-02-04   来源:《变频器世界》20-11期   作者:王禹博(Wang Yubo) 赵闻蕾(Zhao Wenlei)   浏览次数:13368
分享到:
【摘   要】:针对有源电力滤波器(APF)的滤波特性,借鉴已有文献的自适应谐波检测算法,基于自适应噪声对消技术,提出基于Sigmoid函数与双曲正切函数的切换变步长自适应谐波检测算法。针对步长与权值更新的反馈误差来自于受谐波污染的瞬时误差问题,利用瞬时误差的均值估计代替反馈误差来消除谐波影响。并为了进一步提高系统收敛速度,对权值进行两次迭代更新。该算法具有较高的检测精度的同时还有较快的响应速度。Matlab/Simulink 的仿真结果证明了该算法用于谐波电流检测具有很好的效果。


关键词:有源滤波器;谐波检测;切换变步长;自适应

Abstract: Aiming at the filtering characteristics of active power filter (APF), the adaptive harmonic detection algorithm based on the existing literature is used. Based on the adaptive noise cancellation technique, a switching step-variable adaptive harmonic based on Sigmoid function and hyperbolic tangent function is proposed. Wave detection algorithm. The feedback error for step size and weight update comes from the instantaneous error problem of harmonic pollution, and the mean value of the instantaneous error is used instead of the feedback error to eliminate the harmonic influence. In order to further improve the system convergence speed, performing two iterative updates on weights. The algorithm has higher detection accuracy and faster response speed. The simulation results of Matlab/Simulink show that the algorithm has a good effect on harmonic current detection.

Key words: Active filter; Harmonic detection; Switching variable step size; Adaptive

1  引言


伴随着科学技术的发展,大量非线性负荷被投入使用。这导致更多的谐波污染事故的发生,谐波的危害越来越多。另外,由于各类复杂、精密用电设备的不断普及,为确保设备能正常稳定工作,对电力系统供电质量也提出了越来越高的要求。因此,电力系统谐波污染问题也受到越来越广泛的关注。有源电力滤波器APF是电力系统谐波治理的有效手段之一,它的优点是能够快速地动态跟踪补偿谐波和无功功率,其谐波检测环节的性能好坏直接影响着整个系统的补偿效果。

目前,常用的谐波检测方法有:傅里叶变换的谐波检测、瞬时无功功率理论谐波检测(p-q法和ip-iq法)和神经网络的谐波检测方法等,这些算法都较为传统,不具备自适应能力。不同于上述算法,由于自适应滤波算法是闭环系统,能够根据系统变化自动调整滤波器的参数,进而实现滤波。其具备自适应能力强、鲁棒性好、算法简单且易于实现的特点,被广泛应用于APF的谐波检测。

自适应谐波电流检测模型有两种,分别是基于自适应噪声对消技术ANCT)和基于自适应线性神经元(Adaline)的谐波电流检测模型[1]。基于Adaline模型的谐波检测理论上可以检测到任意次谐波电流的幅值和相位并且稳态误差为零,但计算量比较大。考虑到在级联APF治理电气化铁路谐波这样的场合,只需检测到待补偿电流的总和即可,并且应尽可能减少系统资源消耗,所以选择ANCT模型更为适合。

2  自适应谐波检测原理

2.1  自适应噪声对消技术原理

2.2  基于ANCT的自适应谐波电流检测原理

ANCT运用在谐波电流检测,原理如图2所示。

 

 

3  改进的自适应谐波电流检测算法

针对定步长LMS算法收敛速度与稳态精度存在矛盾的这一问题,已有学者提出变步长LMS算法。目前常用的变步长算法主要有Sigmoid函数[2]、类Sigmoid函数[3]、箕舌线函数[4]、双曲正割函数[5]以及双曲正切函数[6]的步长更新算法。

其中基于双曲正切函数可以通过调节系数h获得平滑的底部曲线,使其具有较好的稳态精度Sigmoid函数变化速率最大,但是在误差较小时,算法仍然具有较大的步长,稳态精度较差;基于双曲正割函数具有较好的收敛速度与稳态精度,但算法复杂;基于类Sigmoid函数和基于箕舌线函数具有近似相同的底部平滑程度,但类Sigmoid函数初始收敛速度更快

根据已有的自适应谐波检测算法,提出基于Sigmoid函数与双曲正切函数的切换变步长自适应谐波检测算法。 

该方法的基本原理是设定一个误差临界值e0,其值大小可通过反馈误差的大小或根据负载电流调试获得。在反馈误差绝对值大于等于误差临界值时,采用基于Sigmoid函数的变步长算法,此时系统有较快的变化速率和较大的步长,并且在最大步长下也能保证系统收敛,此时获得较快的收敛速度,继而可以使反馈误差迅速变小;反馈误差绝对值减小到小于误差临界值时,采用基于双曲正切函数的变步长算法,此时系统有较小的初始步长与平滑的底部曲线,并且在较小初始步长下也能保证系统的收敛速度。双曲正切函数平滑的底部曲线使得系统变化速率很小而且收敛后使步长接近系统具有较高的稳态精度。切换变步长算法不仅可以获得较快的收敛速度与较高的稳态精度,并且在负载电流发生突变时也能很快重新收敛到稳态,获得较好的谐波检测性能。

变步长算法中,为了保证系统运行稳定性,避免算法出现不收敛的情况,需要对步长进行限幅,即:

 

 

4  自适应谐波电流检测算法的仿真实验

设置畸变的负载电流的突变时刻是0.2s,则负载电流如图4所示。

                

                                         图4  负载电流 

5为采用定步长LMS自适应检测算法、单独采用基于Sigmoid函数的变步长算法基于双曲正切函数的变步长算法采用改进后的切换变步长自适应谐波检测算法提取的基波电流。对比可看出,改进的算法能快速的跟上实际波形,动态响应性能优异,而且稳态精度良好。而Sigmoid函数算法稳态精度较差,双曲正切函数算法跟踪效果较差。

 

6为各算法输出波形的频谱,由图可知,改进的算法输出的波形的THD%0.55%,基波幅值为119.5A;步长等于0.005的自适应算法波形的THD%10.07%,基波幅值为119.9Asigmoid函数算法输出的波形的THD%2.31%,基波幅值为121.3A;双曲正切函数算法输出的波形的THD%1.42%,基波幅值为120.5A。由此可知,改进的算法的检测精度很好,而其它三种算法的检测结果谐波含量依旧很高。

 

 

5  结论

通过对比上述几种自适应谐波检测算法仿真结果可以发现,传统的定步长的算法如果获得较好的收敛速度则稳态精度较低,是几种算法中最低的;基于Sigmoid函数的变步长算法收敛速度快但稳态精度低,基于双曲正切函数的变步长算法稳态精度高但收敛速度慢,与之前理论分析一致。改进的自适应谐波检测算法可以兼顾收敛速度与稳态精度,获得比传统算法更好的谐波检测与提取效果,验证了本文所提改进的自适应变步长算法的正确性与有效性。

 

参考文献:

[1]喻翌,赵海全,何正友. 基于ANCT和Adaline两种自适应谐波电流检测模型的分析[J]. 电力系统保护与控制,2013,41(16):71-77.

[2]张盈盈. 自适应滤波器的研究及其在齿轮箱特征提取中的应用[D]. 中北大学,2010.

[3]高鹰谢胜利一种变步长LMS自适应滤波算法及分析[J]电子学报200129(8):1094-1097.

[4]宋志雄,喻翌,赵海全. 基于箕舌线函数的变步长自适应谐波电流检测算法[J]. 电力系统自动化,2013,37(22):54-59.

[5]王蒙,赵建平,张炳婷. 一种基于双曲正割函数的变步长LMS算法[J]. 通信技术,2016,49(06):668-672.

[6]张中华张端金一种新的变步长LMS自适应滤波算法及性能分析[J]系统工程与电子技术200931(9):2238-2241.

[7]刘颖. 有源电力滤波器的谐波检测及控制方法的研究[D]. 江苏大学,2010.

 

作者简介:

王禹博(1995-) 男 电气信息工程学院 硕士研究生在读 大连交通大学

研究方向为电力系统电能质量相关技术

 

 
 
[ 应用案例搜索 ]  [ ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]  [ 返回顶部 ]

0条 [查看全部]  网友评论