CN107834678A - 一元线性回归测频算法在直流充电机中的应用 - Google Patents
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Abstract
一元线性回归测频算法在直流充电机中的应用，具体为：检测信号过零点位置，将过零点附近的信号值进行一元线性回归分析，得到该信号在时间轴坐标上的截距，作为该信号过零点时刻值。应用一元线性回归测频方法避免了传统过零点检测方法受到电力系统谐波、噪声与干扰等原因导致的滤波时间较长测量结果不稳定的现象，提高频率计算精度；并且对实际信号的过零点位置准确性不敏感，简化算法检测过程；本发明设计的一体式直流充电机可根据电网输入源的频率波动而实时调整输出功率，达到调整电网负载的效果，对发电与负载的稳定平衡有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于直流充电机领域，具体涉及一元线性回归测频算法在直流充电机中的应用。
背景技术
目前市场的非车载式直流充电机均具有充电功率大效率高的特点，常见的一体式直流充电机功率从30kW～210kW不等，而直流快充站的充电机数量多功率大且集中，如果多台充电机同时工作会造成电网负荷增加，会造成系统有功功率不足，结果导致发电机转速下降，电网频率降低；相反，如果电网负荷减小，则会造成系统有功功率过剩，结果导致发电机转速上升，电网频率增高。此时若想使电网频率恢复为额定频率运行，发电机原动机需要增加或减少输入功率，即充电机具有根据电网频率波特变动输出功率的能力。
电网频率作为重要性能参数，目前已有很多检测方法，其中过零检测法是一种简单实用、应用非常广泛的频率测量方法。其原理为通过判断正弦信号两过零点的时间差来得到频率。但是实际在应用中，由于信号含有谐波，受到环境噪声干扰等原因，导致测得实际信号过零点附近波动，使得实际计算的频率误差偏大，限制了该方法的应用。
目前市场上多数直流充电机在频率波动时均不会改变输出功率，本发明的充电机在充电输出时根据电网输入频率波动实时快速调整输出功率，做到负载与发电实时平衡的趋势。
发明内容
1、要解决的技术问题
为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一元线性回归测频算法在直流充电机中的应用的技术方案。
2、技术方案
本发明的目的主要通过以下的技术方案来实现。
一元线性回归测频算法在直流充电机中的应用，具体为：检测信号过零点位置，将过零点附近的信号值进行一元线性回归分析，得到该信号在时间轴坐标上的截距，作为该信号过零点时刻值，具体通过以下公式得出：
其中：t为被检测信号、Um为电压、f为频率、为相位
上述公式简化为由两部分叠加而成，即一部分由时间t的线性函数引起，记为agt；另一部分是由随机因素引起的，记为ε，得出以下公式：
其中，参数a、b由信号的电压、频率、相位三者随机变量的数学期望值决定；将模拟信号u(t)通过模数转换采样为离散数字信号，根据统计学中数据回归分析的思想，将被检信号零点附近的n个采样值作为独立观察样本(ti,ui)，i＝1,2,…,n，进行一元线性回归分析，得到参数a、b的最佳估计值
其中，
且
当可得：
即为当前信号过零点的最佳估计过零时刻值。
以及，一体式直流充电机，通过上述一元线性回归测频算法获取当前信号过零点的最佳估计过零时刻值，从而根据电网输入源的频率波动实时调整输出功率。
3、有益效果：
与现有技术相比，本发明的一元线性回归测频算法在直流充电机中的应用的有益效果在于：
(1)应用一元线性回归测频方法避免了传统过零点检测方法受到电力系统谐波、噪声与干扰等原因导致的滤波时间较长测量结果不稳定的现象，提高频率计算精度；并且对实际信号的过零点位置准确性不敏感，简化算法检测过程；
(2)本发明设计的一体式直流充电机可根据电网输入源的频率波动而实时调整输出功率，达到调整电网负载的效果，对发电与负载的稳定平衡有重要意义。
附图说明
图1为本发明的一体式直流充电机的结构框图；
图2为本发明的50Hz计算的频率波形图；
图3为本发明的电流下降速率显示图。
具体实施方式
如图1示出了本发明的一体式直流充电机的结构，其通过引入一元线性回归测频算法对直流充电机输入源频率进行测量。一元线性回归测频方法基于正弦信号在过零点附近可近似线性化的基本原理，在粗略检测到信号过零位置后，将过零点附近的信号值进行一元线性回归分析，得到该信号在时间轴坐标上的截距，即为该信号过零点时刻，一元线性回归分析是对零点附近信号进行统计分析，同时分析结果又基于最小二乘法原理的信号统计分析方法，即它所计算出来的结果满足误差平方和最小关系。是一种新颖、实用、稳定、准确的新方法。
正弦信号零点线性化
正弦函数可分解成幂级数的形式：当信号零点附近x取值很小时，可忽略高次项式近似为sinx≈x。若近似式与真值相对误差要求小于或等于0.1％，则x的弧度取值范围为x∈[-0.0774,0.0774]。
线性回归分析
电力系统中，电压宏观看，系统电压波形、幅值与时间变量t为正弦函数关系，大体上属于确定性关系，并且在零点附近可局部线性化；但由于电气噪声与系统干扰的影响，该正弦函数的参数电压Um、频率f与相位都是服从一定分布函数的随机变量，导致系统在过零点时间等局部特征呈现一定随机性。因此，我们可以把被检测信号(t)在零点附近的观察结果看成由两部分叠加而成的：一部分由时间t的线性函数引起，记为agt；另一部分是由随机因素引起的，记为ε，则：
式中参数a与b主要是由信号的电压、频率、相位三者随机变量的数学期望值决定；对于随机变量ε，它是引起信号过零点抖动，甚至重复过零的主要因素。
在数字检测系统中，通常将模拟信号u(t)通过模数转换采样为离散数字信号。借用统计学中数据回归分析的思想，将被检信号零点附近的n个采样值作为独立观察样本(ti,ui)，i＝1,2,…,n，进行一元线性回归分析，得到式子参数a、b的最佳估计值
式中：
且由式(2)，若可得：
即为当前信号过零点的最佳估计过零时刻值。
电网信号每周波采样点数80点，一元线性回归测频计算所用点数n可为奇数可为偶数。具体计算公式如下：
一元线性回归点数n为偶数点的线性回归测频计算公式为：
一元线性回归点数n为奇数点的线性回归测频计算公式为：
实际应用中采取n为偶数点便于程序编程实现。
下面是采用一元线性回归点数为偶数点得到的仿真结果。观察线性回归测频得到的信号不同频率(40Hz～60Hz)的测量结果和精度。主要记录偏离信号真实频率左右最大的误差。
80点采样点数：
50Hz计算的频率波形如图2所示。
输出功率变化按照频率波动采用频率编程0.5Hz功率下降10％，如图3示出了充电机电流下降在1s内完成的情况。
Claims (2)
1.一元线性回归测频算法在直流充电机中的应用，其特征在于，所述应用为：检测信号过零点位置，将过零点附近的信号值进行一元线性回归分析，得到该信号在时间轴坐标上的截距，作为该信号过零点时刻值，具体通过以下公式得出：
其中：t为被检测信号、Um为电压、f为频率、为相位
上述公式简化为由两部分叠加而成，即一部分由时间t的线性函数引起，记为agt；另一部分是由随机因素引起的，记为ε，得出以下公式：
其中，参数a、b由信号的电压、频率、相位三者随机变量的数学期望值决定；将模拟信号u(t)通过模数转换采样为离散数字信号，根据统计学中数据回归分析的思想，将被检信号零点附近的n个采样值作为独立观察样本(ti,ui)，i＝1,2,…,n，进行一元线性回归分析，得到参数a、b的最佳估计值
其中，
且
当可得：
即为当前信号过零点的最佳估计过零时刻值。
2.一体式直流充电机，其特征在于，通过如权利要求1所述的一元线性回归测频算法获取当前信号过零点的最佳估计过零时刻值，从而根据电网输入源的频率波动实时调整输出功率。
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