CN113406379A - 一种交流畸变系数检测改进算法 - Google Patents

一种交流畸变系数检测改进算法 Download PDF

Info

Publication number
CN113406379A
CN113406379A CN202110675491.XA CN202110675491A CN113406379A CN 113406379 A CN113406379 A CN 113406379A CN 202110675491 A CN202110675491 A CN 202110675491A CN 113406379 A CN113406379 A CN 113406379A
Authority
CN
China
Prior art keywords
value
max
calculate
calculating
theta
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110675491.XA
Other languages
English (en)
Inventor
徐开亮
曾渭平
郭惠静
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xi'an Run Xin Aviation Technology Co ltd
Original Assignee
Xi'an Run Xin Aviation Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xi'an Run Xin Aviation Technology Co ltd filed Critical Xi'an Run Xin Aviation Technology Co ltd
Priority to CN202110675491.XA priority Critical patent/CN113406379A/zh
Publication of CN113406379A publication Critical patent/CN113406379A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0046—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof characterised by a specific application or detail not covered by any other subgroup of G01R19/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于交流畸变系数检测改进算法，属于电气信号检测领域，包括将信号采样值与基波分量的误差平方和定义为基波分量幅值、相位的函数，为使该误差平方和最小，需获得每个采样点的基波信号值
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，进而计算出每个采样点的
Figure 813168DEST_PATH_IMAGE002
再计算
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。本发明能够从原始采样数据中获取更为准确的拟合出基波分量的幅值和相位的新型交流畸变值，从而提高交流畸变检测准确度。

Description

一种交流畸变系数检测改进算法
技术领域
本发明属于电气信号检测领域，尤其涉及一种交流畸变系数检测改进算法。
背景技术
在理想情况下，交流电中仅包含固定频率的基波分量，其波形应当是仅包含一个固定基波频率的正弦波。但是在电力传输和电力使用过程中，用电设备往往会引入高次谐波分量，导致交流电波形发生改变，称之为交流畸变。这种波形改变会降低供电质量，影响用电设备性能指标，因此，国军标(GJB 181B-2012、GJB 5189-2003)、航天行业标准(QJ_3233-2005)等均提出，要求对交流畸变进行检测。交流畸变检测已有的标准算法为：
按设定采样率对待测交流信号进行采样，采样所得信号记做ui，一共获得n 个采样值。
设在每个采样点上，交流基波分量信号真实值为：
Figure RE-GDA0003163441010000011
其中Δt为采样时间间隔，频率f为固定已知的交流基波频率，A为交流基波分量信号幅值，θ为交流基波分量信号相位。A和θ未知，需要从原始采样数据中求得。
计算每个采样点上的交流畸变值
Figure RE-GDA0003163441010000012
计算交流信号的畸变值
Figure RE-GDA0003163441010000013
其中T是总采样时间，Δt是采样周期时间。
交流畸变值检测计算精度的核心，在于从原始采样信号中准确获得基波分量，从而准确计算每个采样点的差值uJJi和交流畸变值UJJ。交流基波分量的频率固定且已知，但是其幅值和相位未知，需要从原始采样信号中计算获得。传统方法通常通过均值滤波等方式计算幅值，通过过零点计算相位，致使交流基波信号计算误差相对较大，进而影响交流畸变值的检测。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供一种基于非线性优化的基波分量计算方法，能够从原始采样数据中更为准确的拟合出基波分量的幅值和相位的新型交流畸变值计算方法。
本发明所述交流畸变系数检测改进算法，其特征在于：将信号采样值与基波分量的误差平方和定义为基波分量幅值、相位的函数：
Figure RE-GDA0003163441010000021
基波分量应当使该误差平方和最小，可以将求解交流基波分量幅值相位的问题转换为以下的优化问题：
Figure RE-GDA0003163441010000022
采用单纯型下降法求解该优化问题，计算(A,θ)带入公式(1)、公式(2)，获得每个采样点的基波信号值
Figure RE-GDA0003163441010000023
进而计算出每个采样点的
Figure RE-GDA0003163441010000024
再由公式(3) 计算UJJ。
进一步，本发明所述交流畸变系数检测改进算法，所述采用单纯型下降法求解该优化问题，计算(A,θ)的求解过程为：
1)计算交流基波信号幅值初始值A0：
Figure RE-GDA0003163441010000025
2)通过过零法计算交流基波信号相位初始值θ0，即，从采样信号中找出第一个采样点i0，使
Figure RE-GDA0003163441010000026
且
Figure RE-GDA0003163441010000027
令θ0＝2πfΔti0；
3)构造三个初始解，分别为x1＝(A0,θ0)，x2＝(1.01A0,θ0)，
Figure RE-GDA0003163441010000028
Figure RE-GDA0003163441010000029
将总采样误差平方和看作x的函数E(x)，将x1、x2、x3带入公式(4)，计算相应的误差值E(x1)、E(x2)、E(x3)；
4)选取E(x1)、E(x2)、E(x3)中最大值所对应的解和最小值所对应的解，将其分别记做xmax和xmin，剩余一个解记作xnorm；
计算中心解
Figure RE-GDA00031634410100000210
xmax相对于
Figure RE-GDA00031634410100000211
的对称点为
Figure RE-GDA00031634410100000212
其中t是实数；
5)令t＝1，计算对称点
Figure RE-GDA00031634410100000213
以及误差
Figure RE-GDA00031634410100000214
在步骤5)中需考虑以下情况：
f)如果
Figure RE-GDA0003163441010000031
则接受该对称点并用它更新xmax，即
Figure RE-GDA0003163441010000032
g)如果
Figure RE-GDA0003163441010000033
则令t＝2，计算对称点
Figure RE-GDA0003163441010000034
如果
Figure RE-GDA0003163441010000035
Figure RE-GDA0003163441010000036
则令
Figure RE-GDA00031634410100000325
否则令
Figure RE-GDA0003163441010000037
h)如果
Figure RE-GDA0003163441010000038
则令t＝0.5，计算对称点
Figure RE-GDA0003163441010000039
如果
Figure RE-GDA00031634410100000310
则令
Figure RE-GDA00031634410100000311
否则进入步骤e；
i)如果
Figure RE-GDA00031634410100000312
则令t＝-0.5，计算对称点
Figure RE-GDA00031634410100000313
如果
Figure RE-GDA00031634410100000326
则令
Figure RE-GDA00031634410100000314
否则进入步骤e；
j)令xmax和xnorm朝向xmin收缩，即
Figure RE-GDA00031634410100000315
即
Figure RE-GDA00031634410100000316
6)完成步骤5)的计算和更新后，如果E(xmax)-E(xmin)<∈，其中∈为计算精度阈值，则停止迭代计算，将xmin中的幅值A和相位θ作为优化问题(5)的解；
否则，令x1＝xmax，x2＝xmax，x3＝xnorm，重复步骤4)；
7)将计算所得(A,θ)带入公式(1)、公式(2)，获得每个采样点的基波信号值
Figure RE-GDA00031634410100000317
进而计算出每个采样点的
Figure RE-GDA00031634410100000318
再由公式3)计算UJJ，所得即为交流畸变值。
本发明所述交流畸变系数检测改进算法，以非线性优化为基础从采样数据中拟合求解交流基波分量，进而以此为基础计算交流畸变值。由于以非线性优化为基础的交流基波分量拟合方法具有更高的理论计算精度，因此该方法是对交流畸变值检测计算方法的有效改进算法，可以更为精确地计算交流畸变值，从而提高交流畸变检测准确度。
附图说明
图1为本发明所述单纯型下降法过程示意图；其中a为xmax更新为
Figure RE-GDA00031634410100000319
b 为xmax更新为
Figure RE-GDA00031634410100000320
c为xmax更新为
Figure RE-GDA00031634410100000321
d为xmax更新为
Figure RE-GDA00031634410100000322
e为xmax,xnorm分别收缩为
Figure RE-GDA00031634410100000323
和
Figure RE-GDA00031634410100000324
图2为本发明实施例所述电压采样值示意图。
具体实施方式
本发明所述交流畸变系数检测改进算法，将信号采样值与基波分量的误差平方和定义为基波分量幅值、相位的函数：
Figure RE-GDA0003163441010000041
基波分量应当使该误差平方和最小，可以将求解交流基波分量幅值相位的问题转换为以下的优化问题：
Figure RE-GDA0003163441010000042
采用单纯型下降法求解该优化问题，计算(A,θ)的求解过程为：
1)计算交流基波信号幅值初始值A0：
Figure RE-GDA0003163441010000043
2)通过过零法计算交流基波信号相位初始值θ0，即，从采样信号中找出第一个采样点i0，使
Figure RE-GDA0003163441010000044
且
Figure RE-GDA0003163441010000045
令θ0＝2πfΔti0；
3)构造三个初始解，分别为x1＝(A0,θ0)，x2＝(1.01A0,θ0)，
Figure RE-GDA0003163441010000046
Figure RE-GDA0003163441010000047
将总采样误差平方和看作x的函数E(x)，将x1、x2、x3带入公式(4)，计算相应的误差值E(x1)、E(x2)、E(x3)；
4)选取E(x1)、E(x2)、E(x3)中最大值所对应的解和最小值所对应的解，将其分别记做xmax和xmin，剩余一个解记作xnorm；
计算中心解
Figure RE-GDA0003163441010000048
xmax相对于
Figure RE-GDA0003163441010000049
的对称点为
Figure RE-GDA00031634410100000410
其中t是实数；
5)令t＝1，计算对称点
Figure RE-GDA00031634410100000411
以及误差
Figure RE-GDA00031634410100000412
在步骤5)中需考虑以下情况：
k)如果
Figure RE-GDA00031634410100000413
则接受该对称点并用它更新xmax，即
Figure RE-GDA00031634410100000414
如图1中a所示；
l)如果
Figure RE-GDA00031634410100000415
则令t＝2，计算对称点
Figure RE-GDA00031634410100000416
如果
Figure RE-GDA00031634410100000417
Figure RE-GDA00031634410100000418
则令
Figure RE-GDA00031634410100000419
如图1中b所示，否则令
Figure RE-GDA00031634410100000420
m)如果
Figure RE-GDA0003163441010000051
则令t＝0.5，计算对称点
Figure RE-GDA0003163441010000052
如果
Figure RE-GDA0003163441010000053
则令
Figure RE-GDA0003163441010000054
如图1中c所示，否则进入步骤e；
n)如果
Figure RE-GDA0003163441010000055
则令t＝-0.5，计算对称点
Figure RE-GDA0003163441010000056
如果
Figure RE-GDA0003163441010000057
则令
Figure RE-GDA0003163441010000058
如图1中d所示，否则进入步骤e；
o)令xmax和xnorm朝向xmin收缩，即
Figure RE-GDA0003163441010000059
即
Figure RE-GDA00031634410100000510
如图1中e所示；
6)完成步骤5)的计算和更新后，如果E(xmax)-E(xmin)<∈，其中∈为计算精度阈值，则停止迭代计算，将xmin中的幅值A和相位θ作为优化问题(5)的解；
否则，令x1＝xmax，x2＝xmax，x3＝xnorm，重复步骤4)；
7)将计算所得(A,θ)带入公式(1)、公式(2)，获得每个采样点的基波信号值
Figure RE-GDA00031634410100000511
进而计算出每个采样点的
Figure RE-GDA00031634410100000512
再由公式3)计算UJJ，所得即为交流畸变值。
在本实施例中，待测交流电为400Hz机载中频交流电，幅值115V，叠加了 -10V～10V之间的白噪音。以1MHz采样率对其持续采样1s，采样过程中，基波分量的真实相位为40°。如图2所示显示了交流信号的最初两个周期；
采用本发明所述交流畸变系数检测改进算法计算过程如下：
1)计算幅值和相位初始值：由公式(6)计算交流基波幅值初始值为A0＝ 115.28。通过搜索第一个正向过零点，计算出相位初始值为θ0＝38.02。
2)建立初始解单纯形：x1＝(115.28,38.02)，x2＝(116.43,38.02)，x3＝ (115.28,56.02)。
3)计算单纯形每个顶点的误差为E(x1)＝4543.55，E(x2)＝4602.45， E(x3)＝16556.01。
由于x3具有最大误差，因此计算该解相对于(x1+x2)/2的对称点。令t＝1，该对称点为
Figure RE-GDA00031634410100000513
误差为
Figure RE-GDA00031634410100000514
由于
Figure RE-GDA00031634410100000515
Figure RE-GDA00031634410100000516
因此令t＝-0.5，计算对称点为
Figure RE-GDA00031634410100000517
误差为
Figure RE-GDA0003163441010000061
由于
Figure RE-GDA0003163441010000062
接受该解，令 x3＝(115.56,47.02)。
4)设∈＝10-6。由于E（x3）-E（x1）>∈，因此继续迭代计算，直至满足精度要求为止。对于本实施例，迭代计算结束后，计算所得幅值A＝114.984，相位θ＝39.995，与真实值高度接近。
5)将（A,θ）＝(114.984,39.995)代入公式(1)、公式(2)，获得每个采样点的基波信号值
Figure RE-GDA0003163441010000063
进而计算出每个采样点的
Figure RE-GDA0003163441010000064
再由公式(3)计算UJJ＝7.31，所得即为本示例中交流信号的交流畸变值。

Claims (2)

1.一种交流畸变系数检测改进算法，其特征在于：将信号采样值与基波分量的误差平方和定义为基波分量幅值、相位的函数：
Figure FDA0003120472070000011
基波分量应当使该误差平方和最小，可以将求解交流基波分量幅值相位的问题转换为以下的优化问题：
Figure FDA0003120472070000012
采用单纯型下降法求解该优化问题，计算(A,θ)带入公式(1)、公式(2)，获得每个采样点的基波信号值
Figure FDA0003120472070000013
进而计算出每个采样点的
Figure FDA0003120472070000014
再由公式(3)计算UJJ。
2.根据权利要求1所述交流畸变系数检测改进算法，其特征在于：所述采用单纯型下降法求解该优化问题，计算(A,θ)的求解过程为：
1)计算交流基波信号幅值初始值A0：
Figure FDA0003120472070000015
2)通过过零法计算交流基波信号相位初始值θ0，即，从采样信号中找出第一个采样点i0，使
Figure FDA0003120472070000016
且
Figure FDA0003120472070000017
令θ0＝2πfΔti0；
3)构造三个初始解，分别为
Figure FDA0003120472070000018
将总采样误差平方和看作x的函数E(x)，将x1、x2、x3带入公式(4)，计算相应的误差值E(x1)、E(x2)、E(x3)；
4)选取E(x1)、E(x2)、E(x3)中最大值所对应的解和最小值所对应的解，将其分别记做xmax和xmin，剩余一个解记作xnorm；
计算中心解
Figure FDA0003120472070000019
xmax相对于
Figure FDA00031204720700000115
的对称点为
Figure FDA00031204720700000110
其中t是实数；
5)令t＝1，计算对称点
Figure FDA00031204720700000111
以及误差
Figure FDA00031204720700000112
在步骤5)中需考虑以下情况：
a)如果
Figure FDA00031204720700000113
则接受该对称点并用它更新xmax，即
Figure FDA00031204720700000114
b)如果
Figure FDA0003120472070000021
则令t＝2，计算对称点
Figure FDA0003120472070000022
如果
Figure FDA0003120472070000023
Figure FDA0003120472070000024
则令
Figure FDA0003120472070000025
否则令
Figure FDA0003120472070000026
c)如果
Figure FDA0003120472070000027
则令t＝0.5，计算对称点
Figure FDA0003120472070000028
如果
Figure FDA0003120472070000029
则令
Figure FDA00031204720700000210
否则进入步骤e；
d)如果
Figure FDA00031204720700000211
则令t＝-0.5，计算对称点
Figure FDA00031204720700000212
如果
Figure FDA00031204720700000213
则令
Figure FDA00031204720700000214
否则进入步骤e；
e)令xmax和xnorm朝向xmin收缩，即
Figure FDA00031204720700000215
即
Figure FDA00031204720700000216
Figure FDA00031204720700000217
6)完成步骤5)的计算和更新后，如果E(xmax)-E(xmin)<∈，其中∈为计算精度阈值，则停止迭代计算，将xmin中的幅值A和相位θ作为优化问题(5)的解；否则，令x1＝xmax，x2＝xmax，x3＝xnorm，重复步骤4)；
7)将计算所得(A,θ)带入公式(1)、公式(2)，获得每个采样点的基波信号值
Figure FDA00031204720700000219
进而计算出每个采样点的
Figure FDA00031204720700000218
再由公式(3)计算UJJ，所得即为交流畸变值。
CN202110675491.XA 2021-06-17 2021-06-17 一种交流畸变系数检测改进算法 Pending CN113406379A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110675491.XA CN113406379A (zh) 2021-06-17 2021-06-17 一种交流畸变系数检测改进算法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110675491.XA CN113406379A (zh) 2021-06-17 2021-06-17 一种交流畸变系数检测改进算法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113406379A true CN113406379A (zh) 2021-09-17

Family

ID=77685066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110675491.XA Pending CN113406379A (zh) 2021-06-17 2021-06-17 一种交流畸变系数检测改进算法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113406379A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08221387A (ja) * 1995-02-17 1996-08-30 Meidensha Corp 固定サンプリングによる高調波検出方法
CN108535529A (zh) * 2018-04-25 2018-09-14 中国人民解放军陆军工程大学 考虑基波频率变化的交流微电网电压畸变程度评价方法
CN111190043A (zh) * 2020-01-09 2020-05-22 北京机械设备研究所 获取交流信号参数的方法和装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08221387A (ja) * 1995-02-17 1996-08-30 Meidensha Corp 固定サンプリングによる高調波検出方法
CN108535529A (zh) * 2018-04-25 2018-09-14 中国人民解放军陆军工程大学 考虑基波频率变化的交流微电网电压畸变程度评价方法
CN111190043A (zh) * 2020-01-09 2020-05-22 北京机械设备研究所 获取交流信号参数的方法和装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郑先成 等: "飞机供电系统交流电压畸变测试方法", 《哈尔滨工业大学学报》, no. 10, 28 October 2006 (2006-10-28), pages 1750 - 1753 *
郭慧娟 等: "航空交流电源畸变系数测试方法研究", 《电子设计工程》, vol. 22, no. 10, 31 May 2014 (2014-05-31), pages 141 - 143 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Su et al. Power harmonic and interharmonic detection method in renewable power based on Nuttall double‐window all‐phase FFT algorithm
WO2019174462A1 (zh) 基于插值法的电容式电压互感器谐波电压精准测量方法
CN103809023B (zh) 基于二分搜索的电网同步谐波相量测量方法
CN116955995B (zh) 一种三相直流无刷电机逆变器故障诊断方法
CN101576586B (zh) 一种基于自适应滤波的相位检测方法
CN107565559B (zh) 一种配电网负荷谐波贡献评估的分段有界约束优化方法
CN103399213B (zh) 一种基于基波频率修正的高压设备介质损耗因数计算方法
WO2019105486A1 (zh) 差动保护的判断方法
CN102435849A (zh) 使用数字滤波器提高频率测量精度的方法
CN114152840B (zh) 一种lcc-mmc混合直流输电线路故障测距方法及系统
CN110967658B (zh) 一种基于数字微差法的模拟量输入合并单元校验仪溯源的方法
CN104237832B (zh) 一种复阻抗标准器的校准方法及装置
CN113406379A (zh) 一种交流畸变系数检测改进算法
CN107167658B (zh) 一种高精度抗干扰的电力系统基波频率及相位测量方法
CN109471026B (zh) 一种实心转子大型调相机多阻尼回路动态参数辨识方法
CN107748300A (zh) 一种基于改进s变换的三相不平衡度检测方法
CN109557367B (zh) 一种高频分辨率谐波和间谐波Prony方法及装置
CN115825546A (zh) 一种直流暂态电流宽频数字标准器实现方法
CN112034285B (zh) 一种计及幅值谱和相位谱的高频阻抗参数提取方法
CN113675883A (zh) 一种并网逆变器控制延时参数辨识的方法
CN110007129B (zh) 一种应用于动态电能计量的三相电压实时估计方法
Yu et al. Modified VMD Algorithm based Fault Location Method for Overhead-Cable Hybrid Transmission Line in MTDC System
CN111796141A (zh) 高压系统中的电压测量补偿
CN111751604B (zh) 一种直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法及系统
JP2001091552A (ja) 回路素子測定器の位相誤差補正方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination