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一種基于人工神經元實時諧波電流數字檢測方法
更新時間:2020-02-11 發布:www.wgnlge.live

摘要:本文基于人工神經網絡理論,提出了人工神經元自順應諧波和無功電流、諧波電流數字檢測新方式,實驗成效證實了所提出的方式的準確性及實時性。
關頭詞:諧波無功電流數字檢測方式實時實現  諧波對電網和用電裝備的有很年夜的風險[1、2],由諧波污染引發的問題很嚴重,必需進行合理地治理。裝設抵償裝配,進行諧波和無功功率的抵償,采用濾波器對畸變電流進行濾波和抵償是解決電網諧波和無功干擾的重要手段,也是消除諧波電流對電網影響的最終措施。有源電力濾波器原理圖如圖1.1所示,有源濾波器向電網注進與負載諧波電流幅值相等的反相諧波電流ic以抵消原有諧波電流,使電源電流is近似為正弦波。諧波檢測電路檢測的成效是控制電路的輸進,從而決議控制電路的輸出,而控制電路的輸出又決議了有源電力濾波器的輸出抵償電流ic,所以有源電力濾波器抵償電流年夜小、標的目的、相位及精度很年夜水平取決于諧波的檢測電路。若是檢測電路具有實時性好、精度高、誤差小等優點,有源電力濾波器的抵償就會較好。否則,有源電力濾波器抵償電流ic要末年夜于諧波電流,泛起過抵償,從而成為又一諧波源;要末ic小于諧波電流,泛起欠抵償。諧波檢測對有源電力濾波器抵償起很年夜的決議性作用,若是要求有源電力濾波器的抵償效果好,必需使諧波檢測電路檢測電路具有實時性好、精度高、誤差小等優點,實時性和接連性均有賴于無功電流的檢測的實時性和精度,所以有需要深進研究諧波丈量電路。    傳統的檢測方式有Fryze時域分化、槽形濾波器、基于頻域的FFT變換法、用于不服衡三相系統的同步檢測法,這些方式主要的錯誤謬誤是1)時延較年夜;2)難以實現,如槽形濾波器法;3)當電壓畸變時將帶來較年夜的誤差。近來提出的P-Q法[3]的錯誤謬誤是在電源畸變年夜時,含有畸變的電壓,使計較的iaf、ibf、icf也含有諧波,而由各次諧波電流成份組成,因而該法在諧波較年夜的情況下誤差較年夜。  1基于自順應干擾對消原理的諧波檢測方式  自順應干擾對消理論技術是近年來獲得普遍使用的旌旗燈號處置技術[4、5、6]。由于它能夠經由過程不竭的自我學習和自我調整使系統處于最好狀態,所以在分歧的領域獲得運用。  自順應干擾對消原理是:系統有兩個輸進端——原始輸進和參考輸進端(原理圖參見圖2)。系統的原始輸進是旌旗燈號S和加性噪聲N0,S和N0不相關。系統的參考輸進端是噪聲N1與N0相關但與S不相關。N1經過自順應濾波器處置后與原始輸進旌旗燈號相減,系統經過自順應算法的調整,使系統平均輸出功率最小,也就是使N1迫近N0,然后減往原始輸進中的N0成份,以到達抵消干擾的目的。可以證實:此時系統的輸出ε是旌旗燈號S在最小均方準則下的最好估量[7]。  諧波檢測的目的為了實時地提取畸變電流中的諧波和無功電流。若是把基波電壓作為參考輸進,而非線性負荷電流作為原始輸進。與上述情況相似,經由過程自順應濾波器出來后的參考輸進,最終被迫在幅度和相位上迫近電壓原始輸進中的基波旌旗燈號,然后從負載電流中減往這基波份量,成效為系統的輸出—所有諧波份量和無功之和,就到達檢測諧波和無功的目的了。同理,將基波及與基波的正交函數作為輸進,就到達檢測諧波電流的目的了。    2基于人工神經元自順應的諧波檢測方式  2.1無時延的人工神經元諧波和無功檢測方式  單小我工神經元有一定的處置、計較及映照能力,具有自順應和自學習能力,所以上述的自順應濾波器實現的檢測系統,也能夠用神經元取代,若是性能較好、學習算法簡單,由于神經元結構簡單,就能到達快速檢測諧波的目的。  無時延的諧波檢測方式可以檢測廣義無功電流ib(也就是諧波電流ih及無功電流i1q之和)。無時延自順應神經元諧波及無功電流檢測方式的框圖見圖3。  2.2正交函數輸進的神經元自順應諧波檢測方式  這類方式現實上是有時延的神經元諧波檢測方式的特例,也就是將時延設定為-T/4,將m設定為1,而形成兩個正交的函數作為參考輸進,在實現時把這類方式的時延設定為-T/4,它的實現可以取保留在內存的現在時刻之前四分之一周期的電壓采樣作為余弦函數。若是在電壓頻率較恒定的情況下(一般電壓畸變很小),可以先計較出采樣數目差,然后用現時刻的采樣電壓和保留在內存的現在時刻之前計較出的采樣電壓作為參考輸進,那末,參考輸進向量為:  X(k)=[u(k),u(k T/4)](1)  在電壓頻率變化不年夜,在這里只要憑據采樣的頻率和基波平移900相角所需要時間來計較現時刻之前的時刻:  T/4¸T′=1/(50´4)¸(1/2000)=10(2)  式中T為頻率固定的電壓的周期,T′為采樣周期。圖4為正交函數輸進的電壓頻率固定的神經元自順應諧波檢測方式的框圖。  2.3基于人工神經元自順應的諧波檢測方式的實現  在這里,神經元為離散型輸進,這里權值w為模擬量,在區間[-1,1]之間取隨機值,采樣周期取2000HZ,初始閥值為零,學習率先選h=0.11,以后再憑據實驗成效進行調整,慣性系數為a=0.1。  其中數組x(120),y(120)劃分為電壓、電流采樣后保留在PC機內存的數值。  3實驗成效  本實驗將Pentium的CPU、主頻率為100MHz、內存為8MB的PC兼容機,作為數據計較的硬件,將PCL-818L多功能卡作為集數據采樣、A/D轉換、數據傳輸硬件。由于單元方波具有代表性,本文使用單元方波非線性負載電流做實驗。  3.1無時延的人工神經元諧波和無功檢測方式實驗成效  3.1.1單元方波非線性負載電流的實驗成效  經由過程年夜量地實驗研究,發現對于分歧的h值,計較的成效與實驗成效的誤差分歧,當h=0.04,a=0.01時,ir趨近i1p,id迫近ic,誤差也很小,詳見圖5。圖5是初始權值為在-1到1的隨機值,初始閥值為零。哄騙電源電壓作為參考輸進,采樣頻率為2000Hz(下面實驗都為2000Hz)對幅值為1的方波非線性負載電流計較它的諧波及無功電流的實驗成效。為了領會及驗證實驗的成效,在圖中同時畫了ic(檢測值)和i1p(由理論計較獲得的)的波形,圖5.b為從圖5.a中分    離出來的有功電流,諧波及無功電流的波形示于圖5.c中,圖5.d為檢測出的諧波及無功電流與理論值之間的誤差。由圖5可以較著地看出在第一個周期內不管是有功電流仍是諧波及無功電流都與理論值有一定的差異,年夜約在第二個周期它們的差異就不太年夜了,計較有功電流ir迫近其理論值i1p、而計較諧波及無功電流id趨近于理論廣義無功電流ic,它們的誤差在第二周期以后僅僅在0.1A以下,約占總電流的5%左右,從上述兩種成效可以看出,神經元的學習率h合理選擇對神經元的學習收斂具有較年夜的影響,合理的學習率h選擇可以加速收斂。  3.1.2頻率變化的方波非線性負載電流的實驗成效  詳見圖6。該成效是在h=0.04,a=0.01條件下,重新啟動系統,在第三個周期改變負載電流的頻率,從50Hz變為55Hz。從圖6.b、6.c及6.d中可以清晰地看出:頻率對無延遲神經元諧波檢測系統來說影響不年夜,也就是說,該方式對頻率的變化有較強的順應性,能夠幾近完全追隨頻率的變化,有功電流、諧波及無功電流都能隨著頻率的變化而變化,誤差率沒有由于頻率改變而變化。      圖5h=0.04時無時延諧波檢測實驗成效      圖6頻率變化時無時延諧波檢測成效  3.2正交函數輸進的神經元自順應諧波檢測方式  3.2.2負載電流變化的方波檢測成效  成效詳見圖7。從圖7.b和圖7.c中可以看出,當負載電流從1A突變到0.5A時,年夜約經過一個周期的順應,計較基波電流ir和諧波電流id迫近它們的理論值i1、ih,說明這類方式對負載電流變化的追隨性也比力好。從誤差曲線圖7.d看,在負載電流變化的第二周期,誤差就小于0.1A了。  3.2.3頻率變化的方波非線性負載電流檢測成效  從圖8中可以清晰地看出,正交函數作為參考輸進的神經元自順應諧波檢測系統對頻率變化不“敏感”,在頻率變化時,不會發生突變,能夠迅速追隨頻率變化,在圖8.b、8.c入彀算基波電流ir和諧波電流id與慎密地隨著它們的理論電流i1、ic變化而變化。是以,系統始終具有對被檢測的負載電流頻率自動追隨能力。      圖7方波非線性負載變化時檢測成效      圖8頻率變化方波負載電流檢測成效  4結論  綜上所述,實驗成效證實了所提出的無時延的神經元自順應諧波和無功電流檢測方式和正交輸進神經元自順應諧波電流檢測方式的準確性,所提出的方式對負載電流的頻率變化及幅值變化具有自順應性,證實了所提出的方式具有優秀的實時性。從而本文所提出的方式確實可行。  參考文獻:  [1]JosephS.Subjaketal.,Harmonics-causes,effects,measurements,andanalysis;AnUpdate,IEEETrans.onInd.April,VOL.26,NO.6,1034-1042,Nov./Dec.1990  [2]D.V.Bose,Harmonicsanalysisandsuppressionforelectricalsystemsupplyingstaticconverterandothernonlinearloads,IEEETrans.onInd.April,vol.15,NO.5,1979  [3]湯紅誠張曉清馮璞喬,諧波及無功電流實時檢測方式的現狀和展看,后勤工程學院學報,VOL.14,NO.3,48-53,1998  [4]羅世國,有源電力濾波器的研究,博士學位論文,重慶年夜學,1~2,1993  [5]JohnR.Glover,AdaptiveNoiseCancelingAppliedtoSinusoidalInterference,IEEETrans.onAccost,Speech,andSignalProcessing,  Vol.ASSP-25,484-491,Dec.1977  [6]C.F.N.CowanandP.M.Grant,AdaptiveFilters,Prentice-Hall,Inc.,1985  [7]湯紅誠,諧波電流數字檢測方式的研究及實現,碩士學位論文,后勤工程學院,18-20,1999  Real-timeapproachofharmoniccurrentdigitaldetectingmethodbasedontheANN  TangHongcheng,WuJianlin,LiZhuxin,ZhangXiaoqing,FengPuqiao  LogisticengineeringuniversityChongqing400016  Abstract:BasedonthetheoryoftheANN,anadaptiveharmonicandreactivecurrentdigitaldetectingapproachisproposed,soisanadaptiveharmoniccurrentdigitaldetectingapproach.Theexperimentresultsverifytheeffectivenessoftheproposedmethodsandtheircharacteristicsofrealtime.  Keywords:Harmonic,Reactioncurrent,Digitaldetectingmethod,Real-timeapproach.  作者簡介:  湯紅誠,32歲,博士研究生,工程師,主要研究標的目的:電力電子、自動控制。  伍建林,博士研究生。  李著信,后勤工程學院博士研究生導師,教授。  張曉清,后勤工程學院碩士研究生導師,高工。  馮璞喬,后勤工程學院碩士研究生導師,教授。  聯系人:湯紅誠,重慶長江二路174號后勤工程學院研究生隊,400016,電話:023-68570774

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