CN110244123A - 一种基于线变关系识别装置的降阶广义积分器谐振点检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于线变关系识别装置的降阶广义积分器谐振点检测方法，该方法通过线变关系识别设备主动向电网发送指定频次的载波信号，首先，采集线变关系识别设备接入点处的电网电压和电流信号；然后，根据提取到的电压和电流信号数据，利用降阶广义积分器计算公式，提取注入频次的谐波电压和谐波电流信号；进而，利用余弦相似度公式，计算所提取的注入频次谐波信号的余弦相似系数；最后，通过计算的相似系数判断谐振频率范围，并通过更改注入频率，重复上述步骤进一步缩小范围，该方案计算量小，能够实时检测电网谐振频率范围。

Description

一种基于线变关系识别装置的降阶广义积分器谐振点检测 方法

技术领域

本发明涉及公开了一种线变关系识别装置的谐振点检测方案，具体是一种基于降阶广义积分器的谐振频率检测方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展以及大量非线性装置的普及应用，电网电压谐波问题越来越严重，这将引发电网各种故障问题，因此谐波的治理问题受到广泛的关注。目前治理谐波的装置主要有无源滤波装置和有源电力滤波装置两种，其中无源滤波器结构简单，但是灵活性差，易与电网产生谐振，效果不理想。而有源电力滤波装置工作与电网参数无关，并且能够同时补偿多个谐波频率，因此应用更加的广泛。

有源电力滤波装置在补偿容性负载时，若补偿频率在电网谐振频率附近，这将导致电网电压产生畸变，过大的谐振电流会引起设备的损害。这类设备在工作前需要事先检测当前电网的谐振点，因此，对于电网谐振点的实时在线检测方案研究具有实际意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决电网谐振频率实时在线检测的方案，该方法基于线变识别设备进行指定频次载波电流的注入，采集电网的电压和电流，利用降阶广义积分器进行该注入频次信号的提取，并根据余弦相似度公式计算相似系数，最后利用相似系数的幅值进行谐振频率范围的判断。

为实现上述目的，本发明将采用的技术方案如下所示：

一种基于线变关系识别装置的降阶广义积分器谐振点检测方法，包括以下步骤，

步骤一，将线变关系识别设备接入电网低压侧，向电网发送指定频次和幅值的载波电流信号；

步骤二，利用线变关系识别设备采集接入点的电压和电流信号u，i，利用降阶广义积分器提取采集到电压电流信号的注入频次谐波电压、电流；

步骤三，根据提取出的注入频次谐波电压、电流信号，利用余弦相似度公式，计算该频次的谐波电压和谐波电流的相似系数；

步骤四，根据计算的该频次谐波电压和谐波电流的相似系数，判断电网谐振频率范围，更改线变关系识别装置的发送频率，重复上述步骤。

所述的指定频次和幅值的载波电流信号，幅值范围为5A～15A，频率范围为 500Hz～5KHz；

所述的降阶广义积分器提取指定频次谐波电压、电流原理如下所示：

二阶广义积分器传递函数可以表示为：

其中K表示为传递函数的增益，w_n表示为第n次谐波角频率。

根据上式进而可得降阶广义积分器的传递函数如下：

那么，基于降阶广义积分器的谐波提取公式可以表示为：

I_n(s)＝G_r(s)×I(s)

U_n(s)＝G_r(s)×U(s)

其中，I(s)采集电流的傅里叶变换，U(s)为采集电压的傅里叶变换；I_n(s)为第n次谐波电流的傅里叶变换，U_n(s)为第n次谐波电压的傅里叶变换。

所述的计算提取谐波电压和电流余弦相似系数的原理如下所示：

余弦相关系数公式如下：

其中，N为采集的电压和电流数据点数，ρ_n为第n次谐波电压和电流的相似系数。

所述的电网谐振频率范围判断方法，其原理如下所示：

根据计算的注入频次电压和电流余弦相关系数ρ_n判断谐振频率范围，其中0≤ρ_n≤1，理论上当ρ_n＝1时，所注入的载波频率即为当前时刻电网谐振频率，并且ρ_n越小，所注入的载波频率越远离电网谐振频率。

本发明的有益效果：提供了一种基于线变关系识别设备的降阶广义积分器谐振频率检测方案，本发明是一种实时在线的谐波频率检测方案，通过线变关系识别设备注入指定频次电流信号，在线采集和提取所注入频次的谐波电压和电流信号，所用的降阶广义积分提取方案与传统的二阶广义积分方案相比，阶次更低，计算量小，解决了谐波信号的在线提取和谐振点的实时检测问题。

附图说明

图1为本发明基于线变关系识别设备的谐振频率检测原理框图；

图2为本发明线变关系装置注入11次谐波时采集的低压侧A相电压、电流波形；

图3为本发明线变关系装置注入22次谐波时采集的低压侧A相电压、电流波形；

图4为本发明线变关系装置注入25次谐波时采集的低压侧A相电压、电流波形；

图5为本发明线变关系装置注入59次谐波时采集的低压侧A相电压、电流波形；

图6为本发明提取的低压侧A相电压、电流的11次谐波波形；

图7为本发明提取的低压侧A相电压、电流的22次谐波波形；

图8为本发明提取的低压侧A相电压、电流的25次谐波波形；

图9为本发明提取的低压侧A相电压、电流的59次谐波波形；

具体实施方式

下面结合说明书附图1-9，对本发明具体实施方式进行完整、详细的描述。

如图1所示为基于线变关系识别设备谐振频率检测原理框图，该方法通过采集电网的电压和电流，利用降阶广义积分器进行该注入频次信号的提取，并根据余弦相似度公式计算相似系数，最后利用相似系数的幅值进行谐振频率范围的判断，实现步骤如下所示：

步骤一，将线变关系识别设备接入电网低压侧，向电网发送指定频次为11次，22次， 25次，59次，幅值为10A的载波电流信号；

步骤二，利用线变关系识别设备采集接入点的电压和电流信号u，i，利用降阶广义积分器提取采集到电压、电流信号的注入频次谐波电压电流；

降阶广义积分器提取指定频次谐波电压电流原理如下所示：

二阶广义积分器传递函数可以表示为：

其中K表示为传递函数的增益，w_n表示为第11次，22次，25次，59次谐波角频率。根据上式进而可得降阶后广义积分器的传递函数如下：

那么，基于降阶广义积分器的谐波提取公式可以表示为：

I_n(s)＝G_r(s)×I(s)

U_n(s)＝G_r(s)×U(s)

其中，I(s)采集电流的傅里叶变换，U(s)为采集电压的傅里叶变换；I_n(s)为第11次， 22次，25次，59次谐波电流的傅里叶变换，U_n(s)为第11次，22次，25次，59次谐波电压的傅里叶变换。

步骤三，根据提取出的注入频次谐波电压电流信号，利用余弦相似度公式，计算该频次的谐波电压和谐波电流的相似系数，

余弦相关系数公式如下：

其中，N为采集的电压和电流数据点数，ρ_n为第11次，22次，25次，59次的谐波电压和谐波电流相似系数，分别为0.4868，0.8998，0.8617，0.0649。

步骤四，根据计算的该频次谐波电压和谐波电流的相似系数，判断电网谐振频率范围，从步骤三可以看出第22次谐波附近电压和电流相似系数最高，远离22次时，相似系数逐渐减小，其中第59次谐波时电压和电流相似系数最小，因此可以判断电网谐振频率在1100Hz附近。

Claims (4)

1.一种基于线变关系识别装置的降阶广义积分器谐振点检测方法，其特征在于：利用线变识别设备进行指定频次载波的注入，采集电网的电压和电流，利用降阶广义积分器进行该注入频次信号的提取，并根据余弦相似度公式计算相似系数，最后根据相似系数的幅值进行谐振频率范围的判断；具体步骤如下：

步骤一，将线变关系识别设备接入电网低压侧，测试发送有效幅值范围为5A～15A，频率范围为500Hz～5KHz的载波电流信号；

步骤二，利用线变关系识别设备采集接入点的电压和电流信号u，i，利用降阶广义积分器提取采集到电压、电流信号的注入频次谐波电压电流；

步骤三，根据提取出的注入频次谐波电压电流信号，利用余弦相似度公式，计算该频次谐波电压和谐波电流的相似系数；

步骤四，根据计算的该频次谐波电压和谐波电流相似系数，判断电网谐振频率范围，更改线变关系识别装置的发送电流频率，重复上述步骤。

2.根据权利要求1所述的基于线变关系识别装置的降阶广义积分器谐振点检测方法，其特征在于：

降阶广义积分器原理如下：

二阶广义积分器传递函数可以表示为：

其中K表示为传递函数的增益，w_n表示为第n次谐波角频率。

根据上式进而可得降阶广义积分器的传递函数如下：

那么，基于降阶广义积分器的谐波提取公式可以表示为：

I_n(s)＝G_r(s)×I(s)

U_n(s)＝G_r(s)×U(s)

其中，I(s)采集电流的傅里叶变换，U(s)为采集电压的傅里叶变换；I_n(s)为第n次谐波电流的傅里叶变换，U_n(s)为第n次谐波电压的傅里叶变换。

3.根据权利要求1所述的提取的注入频次谐波电压电流信号余弦相似系数，其特征在于：余弦相关系数公式如下：

其中，N为采集的电压和电流数据点数，ρ_n为第n次谐波电压和电流的相似系数。

4.根据权利要求1所述的电网谐振频率范围判断方法，其特征在于：根据步骤三计算的注入频次电压和电流余弦相关系数ρ_n判断谐振频率范围，其中0≤ρ_n≤1，理论上当ρ_n＝1时，当前时刻所注入的载波频率即为电网谐振频率，并且ρ_n越小，所注入的载波频率离电网谐振频率越远。