一种在线自适应谐波电流检测系统技术方案

一种在线自适应谐波电流检测系统，其特征在于该系统是由信号预处理部分、参考正交信号产生部分、计算机软件的自适应滤波部分以及计算机分析和显示部分构成。本发明专利技术的优越性在于：本系统对信号中产生的无法补偿的延时和相移予以补偿，提高了检测系统的动态响应特性和精度；提出的了改进型自适应滤波算法，克服了传统的自适应检测方法存在着的固有局限性；系统可检测出基波的有功和无功分量，便于ＡＰＦ的无功电流补偿；采用锁相环产生参考电压的方法，可将电压信号的采样干扰降到最低，并产生正弦波形的参考电压；在积分器前串接低通滤波器的方法，提高了系统检测精度和动态响应特性；本系统同样适应于电压各分量的检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种谐波电流分量的快速检测系统，特别是一种在线 自适应谐波电流检测系统，用于电流信号处理
(二)
技术介绍
当前，有源电力滤波器在电力系统中的应用前景日益看好。它 所采用的谐波电流检测方法非常重要，决定了谐波电流的检测精度和 动态响应特性，因而直接影响谐波电流的补偿效果。能否快速而准确 实时地检测出系统中谐波和无功分量，是它成功应用的前提条件。基于瞬时无功功率理论检测法就是一种十分常见的方法，它的 检测补偿效果比较明显，但只能检测电流中的谐波分量，不能检测出 电压中的。且控制电路相对复杂，所需计算量也是较大的。所以在实 时性要求较高的系统中有明显的局限性。还有些采用人工神经元网络 (AM)的方法来检测谐波。它们采用了模拟并行谐波检测装置的基本 原理，但这种方法需要大量的时间来训练样本，也难以满足实时的要 求。另有已应用的传统的自适应检测方法，此类方法基于自适应噪声 对消原理，系统闭环检测，故鲁棒性好；实时计算量小，简洁快速； 工作特性不受硬件器件参数变化和电压波形畸变的影响，具有良好的 自适应能力。但该方法存在着固有的局限性。即电压不对称畸变时检 测精度不高甚至不能检测出来，而且动态响应速度和检测精度能存在 相互制约关系如果为保证谐波计算的高检测精度，则动态响应速度 很慢；如果提高动态响应速度则又会明显降低检测的精度。所以该方 法难以同时达到最佳的检测精度和动态响应速度。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在线自适应谐波电流检测系统，它结 合自适应滤波器的特殊性能和快速准确的监测技术，可获得高精度的 监测效果，大大地提高了自适应谐波电流检测系统的大大提高了系统 检测精度、动态响应特性、稳定性和可靠性，并从最大程度上减小网 损、提高系统稳定性、减小事故损失，提高供电质量。本专利技术的技术方案 一种在线自适应谐波电流检测系统，其特征 在于该系统是由信号预处理部分、参考正交信号产生部分、包含计算 机软件的自适应滤波部分以及计算机分析和显示部分构成；所说的信 号预处理部分输入端接输入电流信号，输出端接自适应滤波部分的输 入端；参考正交信号产生部分输入端接参考电压信号，输出端接入自 适应滤波部分的输入端；自适应滤波部分输出端接入计算机分析和显 示部分。上述所说的信号预处理部分是由耦合变压器或电抗器构成，将藕 合变压器或电抗器输出端的电流信号转化成适当滤波、放大的电压信 号。上述所说的参考正交信号产生部分是由包含带通滤波器和比较 器的信号预处理电路、包含CD4046芯片、计数/分频器的锁相倍频 电路以及正余弦计算电路构成；带通滤波器的输出端连接比较器的正 向输入端，传递滤波后的电网电压信号；比较器的输出端连接CD4046 芯片的信号输入端，传递同步方波信号，同时比较器的输出端为正余 弦计算电路提供过零触发信号；CD4046芯片的信号输出端分别为锁 相电路和正余弦计算电路提供电压同步信号，分频器输出的分频信号 连接到CD4046芯片的信号输入端。上述所说的参考正交信号产生部分中采用可以提高系统检测精 度和动态响应特性的锁相环电路产生参考电压，并在积分器前串接低 通滤波器。上述所说的自适应滤波部分是由乘法器、加法器、积分器、前置 低通滤波器以及自适应预测滤波器构成；信号预处理部分的输入端连 接需检测的输入电流，输出端连接一加法器；加法器输出端连接乘法 器，参考正交电路产生的两个信号分别接入此乘法器，乘法器输出端 依次经过低通滤波器，自适应预测滤波器，积分器相连后分别接入乘 法器；乘法器输出端回馈到加法器中作代数运算后得到需检测的谐 波。上述所说的自适应滤波部分的计算机软件组成涉及自适应滤波 部分中自适应算法的改进，其步骤为①基于动态系统平均原理，依 据最小方差原理得出算法数学公式；②增加"""2环节，"""2表示自适应预测滤波器的LMS算法的学习效率，它决定算法的收敛速度；③对 信号中产生的无法补偿的延时和相移予以补偿；④通过适当的调节" 改善系统的动态响应。上述所说的计算机分析和显示部分是由信号接收装置以及计算 机构成；信号接收装置接收检测系统输出信号，其分析显示波形和所 需数据由计算机输出。本专利技术的工作原理与工作过程",通过锁相环电路产生两个正交 的参考输入量及sin^和及cosW。由于输出电流/。(/)中含有基波、谐波 分量，因而将其与两正交参考输入量i sinwf和/ cosM^相乘后，通过由 前置低通滤波器和自适应预测滤波器组成自适应滤波器部分，通过改 进的自适应滤波LMS算法的学习和分析，对信号中产生的延时和相移 提前进行预测后予以补偿。周期积分环节得到基波的有功和无功的平 均电流/,和/,，其余频率成分信号经周期釈分后为0 。平均电流o和 /9再分别与及sinw和i cos ^相乘后的得到瞬时基波有功和无功 Z9W 。通过加法器实现^ = i,、、，即谐波分量。自适应滤波部分工作过程为了补偿低通滤波器所引起的延时， 自适应滤波器必须提前进行预测。我们采用2个单位的滞后单元和无 相位移FIR滤波器串联,基于自适应有限脉冲响应(FIR)的预测滤波器, 能在负载发生变化时，自动调整参数，保证预测的精度。自适应预测滤 波器"的中心频率为参考信号的频率w。。参考频率同输入以,采样， 获得离散形式。滤波器经过同步采样后采用LMS算法和自适应学习迭 代过程来完成谐波检测。低通滤波器的主要工作是给自适应算法提供 一个标准信号，如果低通滤波器提供的信号混有谐波成份或干扰，则 自适应滤波器输出信号必然含有较大的谐波成份。因此，低通滤波器 的性能直接影响整个系统检测的效果。系统要求采用动态响应速度 快、静态检测误差小、阶数低的滤波器。本专利技术的优越性在于(1)此系统基于自适应干扰对消原理， 采用最小方差理论和平均原理对自适应滤波算法进行分析，对信号中 产生的无法补偿的延时和相移予以补偿.提高了检测系统的动态响应 特性和精度；(2)提出的了改进型自适应滤波算法，克服了传统的 自适应检测方法存在着的固有局限性，即动态响应速度慢，在输入不对称畸变时检测谐波的精度差的缺点。此法加快了 LMS算法的收敛速 度"，改善了系统的响应速度。而且经过理论上的证明系统是稳定的， 具有较强的自适应性,不受检测波形变化影响。在系统电流严重畸变 时能实时高精度地检测出谐波分量；(3)系统也可同时检测出基波 的有功和无功分量，便于APF的无功电流补偿；(4)采用锁相环产 生参考电压的方法，不但可以将电压信号的采样干扰降到最低，而且 所产生的参考电压还是非常完美的正弦波形，避免了参考电压波形畸 变对检测结果的影响；(5)在积分器前串接低通滤波器的方法，大 大提高了系统检测精度和动态响应特性；(6 )此系统同样适应于电 压各分量的检测。(四) 附图说明附图1为本专利技术所涉一种在线自适应谐波电流检测系统总体结 构框图。附图2为本专利技术所涉一种在线自适应谐波电流检测系统的参考 正交信号产生部分电路结构示意图。附图3为本专利技术所涉一种在线自适应谐波电流检测系统的自适 应滤波部分的电路结构示意图。附图4为本专利技术所涉一种在线自适应谐波电流检测系统的自适 应滤波部分自适应改进算法的结构示意图。附图5为本专利技术所涉一种在线自适应谐波电流检本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线自适应谐波电流检测系统，其特征在于该系统是由信号预处理部分、参考正交信号产生部分、包含计算机软件的自适应滤波部分以及计算机分析和显示部分构成；所说的信号预处理部分输入端接输入电流信号，输出端接自适应滤波部分的输入端；参考正交信号产生部分输入端接参考电压信号，输出端接入自适应滤波部分的输入端；自适应滤波部分输出端接入计算机分析和显示部分。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周雪松，周永兵，马幼捷，龚娟，何杰，侯明，王辉，张智勇，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]