CN105223403A - 一种并网逆变器网侧谐振电流信息的小波包提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种并网逆变器网侧谐振电流信息的小波包提取方法，该方法基于db4小波包的小波树优化分解与重构算法，提出了一种基于小波包变换的最大谐振电流成分实时提取技术，本发明方法在每一层分解后采用阈值判据判定小波频段、保持频段和置零频段，下一层分解时仅对小波段进行分解，具有分解运算量小和小波分解精度高的优点。与现有谐振电流信息提取方法对比，本方法考虑了数字处理器的运算量限制，可降低谐振信息提取过程中分解重构过程的运算量且不损失最大谐振电流信息量，更具有工程实用性，具有谐振信息提取精度高的优点。

Description

一种并网逆变器网侧谐振电流信息的小波包提取方法

技术领域

本发明属于电能质量检测技术领域。，尤其涉及一种并网逆变器网侧谐振电流信息的小波包提取方法。

背景技术

基于电压源型并网逆变器的可再生能源规模化接入电网的应用日益广泛，如我国西部的大型光伏电站集中并网、欧洲国家的大量户用光伏并网逆变器在配网末端接入电网等。在这些应用中，多个并网逆变器的输出端在电网的公共端(PointofCommonCoupling，PCC)并接，由各并网逆变器开关动作激发并网滤波器产生的谐振在PCC汇合，导致各并网支路和PCC的电流谐振加剧，从而危及并网逆变器和电网的运行安全。

传统上采用有源阻尼进行滤波器谐振抑制，其满足单机并入理想电网应用，但多个单机在PCC并联，原来各自的谐振源相互作用，以及考虑附近的容性负荷，将产生更复杂的谐振现象。使得带阻尼措施的单机在规模化应用中仍然存在谐振，现有技术中一般基于“检测-反馈-补偿”的思路对谐振进行抑制，鉴于规模化并网逆变器谐振电流的复杂多变性，一般采用小波包完全分解算法进行谐振信息提取，其运算量大，数字处理器资源消耗大，工程实用性较低。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术缺陷，公开一种基于小波包分解算法的并网逆变器网侧谐振电流信息提取方法。

本发明技术方案如下：

一种并网逆变器网侧谐振电流信息的小波包提取方法，包括以下步骤：

(1)检测小波分解层数：对当前的小波分解层数j进行检测，判断当前小波分解是否已达到设定的最高分解层数，若判断当前小波分解未达到设定的最高分解层数，则进入步骤(2)，否则，停止分解，并将最低频段标识为置零频段；

(2)对上一层小波分解系数进行小波变换后得当前层的小波分解系数其中为第j-1层小波分解系数，为第j层的小波分解系数，j为小波分解层数，,N为采样数据总长度，m为第j层分解的频段序号；

(3)计算第j层各频段谐振能量因子F^j,m：基于公式(1)计算得到第j层各个频段的谐振能量因子F^j,m；

$F^{j,m}=\sqrt{2^j}*\sqrt{{\left(c_0^{j,m}\right)}^2+{\left(c_1^{j,m}\right)}^2+...+{\left(c_k^{j,m}\right)}^2}=\sqrt{2^j}*\sqrt{{\left(c_0^{j,m}\right)}^2+{\left(c_1^{j,m}\right)}^2+...+{\left(c_{\frac{N}{2^j}-1}^{j,m}\right)}^2}---\left(1\right);$

(4)寻找第j层各个频段中次大的谐振能量因子

设第j层小波分解系数是否需要在下一层继续分解的指示函数为S^j,m，若谐振能量因子则S^j,m置位为1，否则，置位为0；

$S^{j,m}=\left\{\begin{array}{c}1,F^{j,m}\&GreaterEqual;F_{\sec ond}^{j,m}\\ 0,F^{j,m}<F_{\sec ond}^{j,m}\end{array}\right.---\left(2\right);$

为了平衡误分解(不该分解的频段被分解)和未分解(应该分解的频段未被分解)带来的计算量增加和误差，本方法在谐振能量因子中引入反比于层数j的比例因子k，使得当层数j较小时减少未分解，层数j较大时减少误分解。

(5)依据指示函数S^j,m的取值判断小波段是否需要进行下一层小波分解：

S^j,m标识为0的小波段在下一层小波分解时停止分解，并标识为保持频段；标识为1的小波段则从步骤(1)继续进行小波分解，并标识为小波频段。

本发明基于谐振电流信号的聚拢、频移特性，确定合适的谐振能量表征量，按该表征量对上一层分解结果判定哪一频段应进一步细分出它的高频部分与低频部分(为小波频段)，哪些频段无需继续细分(为保持频段或置零频段)，从而得到的小波包对应的频带结构是与欲被分解的含最大谐振幅值信号相匹配的频带结构。

与现有技术相比，本发明包括以下有益效果：

本发明根据分解得到当前最大谐振电流幅值所在频段的谐振电流，并保持抑制力的积累，循环执行，进行全频段的谐振电流的抑制；降低了每次谐振电流信息提取的运算量，提高了谐振信息提取速度。

本发明提供了一种并网逆变器网侧谐振电流信息的小波包提取方法，实时提取谐振电流中最大谐振分量，降低分解重构过程的运算量且不损失最大谐振电流信息量，集合了小波分解运算量小和小波包分解精度高的特点，不仅能对时域进行定位，而且能够动态调整频率适应范围，运算速度快，精确度高，运算量小，数字处理器资源消耗小，工程实用性强。

附图说明

图1为本发明一种并网逆变器网侧谐振电流信息的小波包提取方法流程图；

图2为进网电流含单一800Hz谐波成分时的电流采样信号和谐振电流信息提取波形；

图3(a)为进网电流含800Hz和2000Hz谐波成分时的电流采样信号和谐振电流信息提取波形；

图3(b)为进网电流含800Hz和2000Hz谐波成分时波形展开细节图；

图4(a)为进网电流含800Hz，2000Hz，2700Hz和3600Hz谐波成分时的电流采样信号和谐振电流信息提取波形；

图4(b)为进网电流含800Hz，2000Hz，2700Hz和3600Hz谐波成分时波形展开细节图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种并网逆变器网侧谐振电流信息的小波包提取方法，包括以下步骤：

(1)检测小波分解层数：对当前小波段的小波分解层数j进行检测，判断当前小波分解是否已达到设定的最高分解层数(本实施例最高分解层数为4)，若判断当前小波分解未达到设定的最高分解层数，则进入步骤(2)，否则，停止分解，并将最低频段标识为置零频段；

(2)对上一层(j-1层)小波分解系数进行小波变换后得当前层j的小波分解系数其中为第j-1层小波分解系数，为第j层的小波分解系数，j为小波分解层数，,N为采样数据总长度，m为第j层分解的频段序号；

(3)计算第j层各频段谐振能量因子基于公式(1)计算得到第j层各个频段的谐振能量因子F^j,m；

$F^{j,m}=\sqrt{2^j}*\sqrt{{\left(c_0^{j,m}\right)}^2+{\left(c_1^{j,m}\right)}^2+...+{\left(c_k^{j,m}\right)}^2}=\sqrt{2^j}*\sqrt{{\left(c_0^{j,m}\right)}^2+{\left(c_1^{j,m}\right)}^2+...+{\left(c_{\frac{N}{2^j}-1}^{j,m}\right)}^2}---\left(1\right);$

(4)寻找第j层各个频段中次大的谐振能量因子设第层小波分解系数是否需要在下一层继续分解的指示函数为S^j,m，若谐振能量因子则S^j,m置位为1，否则，置位为0；

$S^{j,m}=\left\{\begin{array}{c}1,F^{j,m}\&GreaterEqual;F_{\sec ond}^{j,m}\\ 0,F^{j,m}<F_{\sec ond}^{j,m}\end{array}\right.---\left(2\right);$

为了平衡误分解(不该分解的频段被分解)和未分解(应该分解的频段未被分解)带来的计算量增加和误差，本方法在谐振能量因子中引入反比于层数j的比例因子k，使得当层数j较小时减少未分解，层数j较大时减少误分解。

(5)依据指示函数S^j,m的取值判断小波段是否需要进行下一层小波分解：

S^j,m标识为0的小波段在下一层小波分解时停止分解，并标识为保持频段；标识为1的小波段则从步骤(1)继续进行小波分解，并标识为小波频段。

本发明基于谐振电流信号的聚拢、频移特性，确定合适的谐振能量表征量，按该表征量对上一层分解结果判定哪一频段应进一步细分出它的高频部分与低频部分(为小波频段)，哪些频段无需继续细分(为保持频段或置零频段)，从而得到的小波包对应的频带结构是与欲被分解的含最大谐振幅值信号相匹配的频带结构。

本发明根据分解得到当前最大谐振电流幅值所在频段的谐振电流，并保持抑制力的积累，循环执行，进行全频段的谐振电流的抑制；降低了每次谐振电流信息提取的运算量，提高了谐振信息提取速度。

本发明的具体实例采用小波分解参数为：采样频率Fs＝8kHz、小波分解层数j＝4、采样数据总长度(采样点数)N＝512，并选取db4小波作为小波包基，对不同谐振情况下谐振电流信息进行提取。

图2为本发明在工况为进网电流含单一800Hz谐波成分时的电流采样信号和谐振电流信息提取波形，可以看出，本发明算法能较快速和平稳地跟踪谐振电流信息。

图3(a)为本发明在工况为进网电流含800Hz和2000Hz谐波成分时的电流采样信号和谐振电流信息提取波形，此时，设置的2000Hz谐波成分幅值为800Hz谐波幅值2倍；图3(b)进网电流含800Hz和2000Hz谐波成分时为波形展开细节图，本发明算法能准确的提取幅值最大的谐波电流信息，提取结果的波形频率为2000Hz。

图4(a)为本发明在工况为进网电流含800Hz，2000Hz，2700Hz和3600Hz谐波成分时的电流采样信号和谐振电流信息提取波形，此时，设置800Hz谐波幅值最大；图4(b)为进网电流含800Hz，2000Hz，2700Hz和3600Hz谐波成分时波形展开细节图，可以看出提取结果的波形频率主要为800Hz，本发明算法在多频段谐振电流中能有效的进行多分解频段谐振信息的提取。

本领域内的技术人员可以对本发明进行改动或变型的设计但不脱离本发明的思想和范围。因此，如果本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同的技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种并网逆变器网侧谐振电流信息的小波包提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)检测小波分解层数：对当前的小波分解层数j进行检测，判断当前小波分解是否已达到设定的最高分解层数，若当前小波分解未达到设定的最高分解层数，则进入步骤(2)，否则，停止分解，并将最低频段标识为置零频段；

(2)对上一层小波分解系数进行小波变换后得当前层的小波分解系数其中为第j-1层小波分解系数，为第j层的小波分解系数，j为小波分解层数，N为采样数据总长度，m为第j层分解的频段序号；

(3)计算第j层各频段谐振能量因子F^j,m：基于公式(1)计算得到第j层各个频段的谐振能量因子F^j,m；

$F^{j,m}=\sqrt{2^j}*\sqrt{{\left(c_0^{j,m}\right)}^2+{\left(c_1^{j,m}\right)}^2+...+{\left(c_k^{j,m}\right)}^2}=\sqrt{2^j}*\sqrt{{\left(c_0^{j,m}\right)}^2+{\left(c_1^{j,m}\right)}^2+...+{\left(c_{\frac{N}{2^j}-1}^{j,m}\right)}^2}---\left(1\right);$

(4)寻找第j层各个频段中次大的谐振能量因子

设第j层小波分解系数是否需要在下一层继续分解的指示函数为S^j,m，若谐振能量因子则S^j,m置位为1，否则，置位为0；

$S^{j,m}=\left\{\begin{array}{c}1,F^{j,m}\&GreaterEqual;F_{\sec ond}^{j,m}\\ 0,F^{j,m}<F_{\sec ond}^{j,m}\end{array}\right.---\left(2\right);$

(5)依据指示函数S^j,m的取值判断小波段是否进行下一层小波分解：

S^j,m标识为0的小波段在下一层小波分解时停止分解，并标识为保持频段；标识为1的小波段从步骤(1)继续进行小波分解，并标识为小波频段。