一種牽引變電所供電臂的諧波電流檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種牽引變電所供電臂的諧波電流檢測(cè)方法，屬于牽引供電系統(tǒng)的諧 波電流檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)中，由于電力機(jī)車(chē)具有輸出功率大、速度及負(fù)載狀 況變化頻繁的特點(diǎn)，導(dǎo)致?tīng)恳娋W(wǎng)功率因數(shù)低、諧波含量高、負(fù)序電流大，這不但產(chǎn)生了 電能損耗，而且對(duì)公共電網(wǎng)及鐵路沿線設(shè)備帶來(lái)了嚴(yán)重的危害。作為一種有效地電能 質(zhì)量控制裝置，有源電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（APQC)得到了廣泛的關(guān)注，其工作原理為：通過(guò)對(duì) 牽引供電系統(tǒng)諧波電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)，控制逆變器產(chǎn)生一個(gè)大小相等、方向反相的諧波電 流并注入到牽引供電系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)牽引供電系統(tǒng)諧波污染的抑制。APQC諧波抑制 性能的好壞主要依賴于諧波電流檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和精確性，因此諧波電流檢測(cè)方法至關(guān) 重要。目前，研究人員提出了多種方法來(lái)檢測(cè)諧波電流。在眾多諧波電流檢測(cè)方法中， Fryze-Buchholz-Dpenbrock(FBD)法由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好，且不限于三相系統(tǒng)，得到 了廣泛的應(yīng)用。
[0003] FBD法根據(jù)負(fù)載電流與參考電壓獲取等效電導(dǎo)，從等效電導(dǎo)中分離出與基波有功 電流相關(guān)的線性等效電導(dǎo)，計(jì)算獲取基波有功電流，從負(fù)載電流中消去基波有功電流即得 到廣義諧波電流。
[0004] 傳統(tǒng)的FBD法見(jiàn)參考文獻(xiàn)"電氣化鐵路中諧波、無(wú)功、負(fù)序電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)方 法"（孫卓，姜新建，朱東起，電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003, 27 (15) : 53-57.)。該方法將FBD法 應(yīng)用于牽引供電系統(tǒng)中，并驗(yàn)證了其可行性。然而，傳統(tǒng)的FBD法檢測(cè)效果與低通濾波器 (LPF)的性能有很大關(guān)系。低通濾波器較小的截止頻率能夠獲得很好地穩(wěn)態(tài)檢測(cè)精度，但其 動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢；較大的截止頻率能夠獲得較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，但其穩(wěn)態(tài)檢測(cè)精度就 會(huì)變差。因此，傳統(tǒng)的FBD法在電流檢測(cè)過(guò)程中存在動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)檢測(cè)精度之間的 固有矛盾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的發(fā)明目的就是提供一種牽引變電所供電臂的諧波電流檢測(cè)方法，該方法 具有檢測(cè)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種牽引變電所供電臂的諧波電流 檢測(cè)方法，其步驟如下：
[0007] A、信號(hào)采樣
[0008] 對(duì)牽引變電所上、下行供電臂上的負(fù)載電流進(jìn)行采樣分別得到當(dāng)前時(shí)刻n的上、 下行供電臂的負(fù)載電流離散值ia(n)、％(!〇;通過(guò)鎖相環(huán)處理獲得與牽引變電所上、下行 供電臂實(shí)際電壓同相位的、當(dāng)前時(shí)刻n的上、下行供電臂的參考電壓離散值ua (n)、U{! (n); 其中下標(biāo)a、0分別為上、下行供電臂的標(biāo)號(hào)；
[0009] B、計(jì)算等效電導(dǎo)
[0010] 根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻n的上、下行供電臂的負(fù)載電流離散值ia (n)、％ (n)和參考電壓離 散值ua (n)、up (n)，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻n牽引變電所供電臂的等效電導(dǎo)Gp(n)，
[0011] Gp(n) =ia (n)ua (n)+ip (n)up (n)
[0012] C、獲取線性等效電導(dǎo)
[0013] 將電流值為1的直流信號(hào)作為參考輸入信號(hào)，通過(guò)最小均方算法的自適應(yīng)濾波器 得到線性等效電導(dǎo)G(n)，G(n) =w(n) *1，其中，w(n)為自適應(yīng)濾波器在當(dāng)前時(shí)刻n的權(quán)系 數(shù)，其初始值為零；
[0014] D、計(jì)算基波有功電流
[0015] 根據(jù)步驟C1中獲取的線性等效電導(dǎo)G(n)，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻n的牽引變電所上、下行 供電臂上的基波有功電流ipla (n)，iplp (n)，
[0016]ipia(n) =G(n)ua (n)
[0017]ipip(n) =G(n)up (n)
[0018] E、獲取諧波電流
[0019] 將步驟A中獲取的牽引變電所上、下行供電臂上的負(fù)載電流ia(n)、i^n)分別 減去基波有功電流ipla (n)，iplf!(n)，得到牽引變電所上、下行供電臂上的廣義諧波電流 ica (n)、icP (n)，
[0020] ica (n) =ia (n)-ipla (n)
[0021] icP (n) =ip (n)-ipl{! (n)
[0022] F、自適應(yīng)濾波器權(quán)系數(shù)更新
[0023]FI、計(jì)算自適應(yīng)濾波器的殘差信號(hào)
[0024] 將步驟B中獲取的當(dāng)前時(shí)刻n牽引變電所供電臂的等效電導(dǎo)G>)減去C1步的線 性等效電導(dǎo)G(n)，得到自適應(yīng)濾波器的當(dāng)前時(shí)刻n的殘差信號(hào)e(n)，e(n) =Gp(n)-G(n);
[0025] F2、計(jì)算自適應(yīng)濾波器的步長(zhǎng)因子
[0026] 對(duì)殘差信號(hào)e(n)用牽引變電所供電臂等效電導(dǎo)Gp(n)的絕對(duì)值進(jìn)行歸一化處理， 得到當(dāng)前時(shí)刻n的歸一化殘差信號(hào)s (n)，s (n)=e (n)/ |Gp (n)|;
[0027] 迭代計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻n的歸一化殘差信號(hào)s(n)與前一時(shí)刻n-1的歸一化殘差信 號(hào)s (n-1)的自相關(guān)估計(jì)p (n)，
[0028] p (n) = 0 p (n-1) + (1-0 ) s (n) s (n-1)
[0029] 其中，P為自相關(guān)估計(jì)遺忘因子，其取值范圍為0.800~0.999 ;p(n)的初始值為 〇 ;
[0030]根據(jù)自相關(guān)估計(jì)p (n)的平方p2 (n)，迭代計(jì)算出自適應(yīng)濾波器在當(dāng)前時(shí)刻n的步 長(zhǎng)因子y(n)，
[0031] y (n) = a y (n-l) + yp2(n)
[0032] 其中，a為步長(zhǎng)遺忘因子，其取值范圍為0.800~0.999 ;y為步長(zhǎng)調(diào)整參數(shù)，其 取值范圍為〇? 001~〇? 050;y(n)的初始值為0;
[0033] F3、步長(zhǎng)因子的修正
[0034]對(duì)自適應(yīng)濾波器在當(dāng)前時(shí)刻n的步長(zhǎng)因子y (n)進(jìn)行修正，得到修正后的步長(zhǎng)因 子，，(/?)，
[0035]
[0036] 其中，ynax為步長(zhǎng)因子y(n)的上限值，其取值范圍為0. 1~1，y_為步長(zhǎng)因子 y(n)的下限值，其取值范圍為0? 001~0? 010;
[0037] F4、自適應(yīng)濾波器權(quán)系數(shù)更新
[0038] 計(jì)算下一時(shí)刻n+1的自適應(yīng)濾波器的權(quán)系數(shù)w(n+1)，
[0039] vr(/? +1} =win)+/Li{n)e{n)
[0040] G、令n=n+l，重復(fù)A至F步的操作，即可實(shí)時(shí)檢測(cè)出牽引變電所上、下行供電臂 上的廣義諧波電流。
[0041] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0042] 本發(fā)明采用自適應(yīng)濾波器來(lái)替代傳統(tǒng)FBD法原有的低通濾波器，通過(guò)采用變步長(zhǎng) 的最小均方（LMS)算法控制的自適應(yīng)濾波器，根據(jù)誤差信號(hào)的自相關(guān)估計(jì)調(diào)整LMS算法步 長(zhǎng)大小，在動(dòng)態(tài)響應(yīng)階段，誤差信號(hào)較大，根據(jù)變步長(zhǎng)算法將產(chǎn)生較大的步長(zhǎng)因子，加快了 檢測(cè)方法的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度；在穩(wěn)態(tài)響應(yīng)階段，誤差信號(hào)較小，根據(jù)變步長(zhǎng)算法將產(chǎn)生較小的 步長(zhǎng)因子，提高了穩(wěn)態(tài)檢測(cè)精度。因此，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)的FBD法在電流檢測(cè)過(guò)程中存在 的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)檢測(cè)精度之間的固有矛盾，能夠同時(shí)獲得較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和較 高的穩(wěn)態(tài)檢測(cè)精度，表現(xiàn)出了比傳統(tǒng)的FBD法更好的檢測(cè)效果。
[0043] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0044] 圖1是仿真實(shí)驗(yàn)中的負(fù)載電流波形。
[0045] 圖2是傳統(tǒng)FBD法在低通濾波器截止頻率f= 20Hz時(shí)檢測(cè)出的基波有功電流。
[0046] 圖3是傳統(tǒng)FBD法在低通濾波器截止頻率f= 80Hz時(shí)檢測(cè)出的基波有功電流。
[0047]圖4是本發(fā)明檢測(cè)出的基波有功電流。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】是：一種牽引變電所供電臂的諧波電流檢測(cè)方法，其 步驟如下：
[0049] A、信號(hào)采樣
[0050] 對(duì)牽引變電所上、下行供電臂上的負(fù)載電流進(jìn)行采樣分別得到當(dāng)前時(shí)刻n的上、 下行供電臂的負(fù)載電流離散值ia(n)、％(!〇;通過(guò)鎖相環(huán)處理獲得與牽引變電所上、下行 供電臂實(shí)際電壓同相位的、當(dāng)前時(shí)刻n的上、下行供電臂的參考電壓離散值ua (n)、U{! (n); 其中下標(biāo)a、0分別為上、下行供電臂的標(biāo)號(hào)；
[0051] B、計(jì)算等效電導(dǎo)
[0052]根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻n的上、下行供電臂的負(fù)載電流離散值ia (n)、ip (n)和參考電壓離 散值ua (n)、up (n)，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻n牽引變電所供電臂的等效電導(dǎo)Gp(n)，
[0053]Gp(n) =ia (n)ua (n)+ip (n)up (n)
[0054] C、獲取線性等效電導(dǎo)
[0055] 將電流值為1的直流信號(hào)作為參考輸入信號(hào)，通過(guò)最小均方算法的自適應(yīng)濾波器 得到線性等效電導(dǎo)G(n)，G(n) =w(n) *1，其中，w(n)為自適應(yīng)濾波器在當(dāng)前時(shí)刻n的權(quán)系 數(shù)，其初始值為零；
[0056] D、計(jì)算基波有功電流
[0057] 根據(jù)步驟C1中獲取的線性等效電導(dǎo)G(n)，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻n的牽引變電所上、下行 供電臂上的基波有功電流ipla (n)，iplp (n)，
[0058]ipia(n) =G(n)ua (n)
[0059]ipip(n) =G(n)u