[发明专利]基于S函数的变步长LMS谐波电流检测方法

摘要

基于S函数的变步长LMS谐波电流检测方法，步骤主要是：A、信号采样：B、将基波离散值矩阵x(n)通过LMS自适应滤波器得到基波电流时刻n的估计值y(n)，y(n)＝x(n)w^T(n)；C、得到采样时刻n的谐波电流i_h(n)的估计值e(n)，即误差信号e(n)；D、计算时刻n+1的LMS自适应滤波器权系数矩阵w(n+1)：E、步长的更新:算出误差时间互相关均值k(n)，k(n)＝ρk(n‑1)+K(1‑ρ)e(n)e(n‑1)；得出控制因子β(n)，β(n)＝γβ(n‑1)+η|k(n)|，得到时刻n+1的步长μ(n+1)，μ(n+1)＝β(n)(1‑exp(‑α(n)|k(n)|²))；F、令n＝n+1,重复B、C、D、E的步骤，实现对负载电流中的谐波电流的实时动态检测。该方法对谐波电流的检测精度高，收敛速度快，实时性好；对含有突变负载的系统具有较强的跟踪性能。

主权项

1.一种基于S函数的变步长LMS谐波电流检测方法，其步骤如下：A、信号采样：对周期性非正弦的负载电流i(t)和其基波电流的有功参考信号x₁，x₁＝sin(ωt)，无功参考信号x₂，x₂＝cos(ωt)进行同步采样，分别得到当前采样时刻n的负载电流i(t)的离散值i(n)、参考信号的基波有功离散值x₁(n)和基波无功离散值x₂(n)；其中,ω是基波的角频率，t为时间；B、将得到的当前采样时刻n的参考信号的基波有功离散值x₁(n)和基波无功离散值x₂(n)，组成当前采样时刻n的基波离散值矩阵x(n)，x(n)＝[x₁(n)，x₂(n)]，再将基波离散值矩阵x(n)通过LMS自适应滤波器后得到基波电流当前采样时刻n的估计值y(n)，y(n)＝x(n)w^T(n)；其中，w(n)为LMS自适应滤波器在当前采样时刻n的权系数矩阵w(n)，w(n)＝[w₁(n)，w₂(n)],其初值为0；w₁(n)为对应于基波有功离散值x₁(n)的权系数；w₂(n)对应为基波无功离散值x₂(n)的权系数；T代表矩阵的转置；C、将A步中当前采样时刻n的负载电流的离散值i(n)减去基波电流当前采样时刻n的估计值y(n)，得到当前采样时刻n的谐波电流i_h(n)的估计值e(n)，也即当前采样时刻n的误差信号e(n)，即：e(n)＝i(n)‑y(n)D、计算下一采样时刻n+1的LMS自适应滤波器权系数矩阵w(n+1)：w(n+1)＝w(n)+μ(n)e(n)x(n)其中：μ(n)为LMS自适应滤波器在当前采样时刻n的步长，其取值范围为0<μ<2/λ_max，而λ_max为当前采样时刻n的基波离散值矩阵x(n)的自相关矩阵x^T(n)x(n)的特征值；E、步长的更新:E1、根据当前采样时刻n的误差e(n)和前一采样时刻n‑1的误差e(n‑1)，得到误差时间互相关均值k(n)，k(n)＝ρk(n‑1)+K(1‑ρ)e(n)e(n‑1)；其中，ρ为遗忘因子，取值范围为：M为负载电流在一个周期内的采样点个数；K为加速因子,取值范围为1到2之间；误差时间互相关均值k(n)的初值为0即k(1)＝0；E2、根据误差时间互相关均值k(n)得出控制S函数形状的控制因子β(n)，β(n)＝γβ(n‑1)+η|k(n)|，且其中，γ为活性因子参数，取值范围为0.98～0.99；η为稳定因子参数，取值范围为0.01～0.1；其中β_max为控制因子最大值、β_max＝(0.1‑0.3)*2/λ_max，β_min为控制因子最小值、β_min＝β_max/100；E3、由以下的S函数得到LMS自适应滤波器在下一采样时刻n+1的步长μ(n+1)，μ(n+1)＝β(n)(1‑exp(‑α(n)|k(n)|²))其中α(n)为误差变化率平方，α(n)＝|e(n‑1)/e(n)|²，exp表示指数函数运算；F、令n＝n+1,重复B、C、D、E的步骤，即可实现对负载电流中的谐波电流的实时动态检测。