[发明专利]基于遗传算法自适应谐波检测方法

说明书

技术领域

一种检测方法，具体为一种用于谐波检测的方法。 

背景技术

近些年来随着电力电子器件在生产使用中的广泛应用，导致了大量变流型负荷，造成了电网谐波污染，从而降低了电力系统的供电质量，对用户设备的安全运行构成威胁。APF (Active Power Filter, 有源电力滤波器)能有效的抑制电力系统中由于非线性负荷而引起的谐波污染，是一种主动式的谐波补偿装置。由于谐波电流实时、精确的检测决定了APF性能的好坏，因此APF所采用的谐波电流检测方法具有决定性的作用。 

目前的谐波电流检测方法主要有：快速傅立叶变换法、瞬时无功功率理论、小波变换以及自适应谐波检测方法等。其中，快速傅立叶变换法因其明确的物理意义而得到广泛关注，但计算量较大，对于实时性要求很高的谐波检测有其局限性。瞬时无功理论是一种根据参考信号进行谐波检测的方法，具有计算量小、受外界条件变化影响小等优点，但实现电路相对复杂为其实现和调试带来困难。小波变换主要用于短时间谐波，电压闪变的检测，存在频带混叠现象，从而发生小波混叠现象，影响谐波检测的精度。自适应谐波检测方法是一种自适应噪声对消法，该方法作为闭环检测系统，将其应用于谐波电流检测，相对于瞬时无功理论更适合三相系统而言，算法对于单相、三相系统具有通用性，并且对电网参数变化不敏感，具有较强的自适应能力，而且计算量相对较小，是一种性能较好，检测精度较高的一种检测方法。 

基于自适应噪声对消技术的谐波检测方法，将误差作为权值调整的反馈量，当均方误差达到最小值时权值不再调整，此时算法完全收敛。采用定步长LMS (Least Means Square, LMS)算法，设定一恒值作为调整权值的步长量，但该算法跟踪精度与收敛速度之间存在明显的矛盾，使得两者难以兼得。因此，在此基础上假设某一时刻后系统进入稳态阶段，此时可以通过计算得出最佳权系数以加快算法收敛速度，但是仍然存在如何判断稳态阶段开始的问题。在保证跟踪精度的基础上为了提高定步长LMS算法的收敛速度，提出了变步长LMS (Variable Step Size Least Mean Square, VSSLMS)算法。该算法在收敛过程中，当权系数远离最佳权系数时，权值调整的步长较大，以加快动态响应速度和对时变系统的跟踪能力；当权系数接近最佳权系数时，权值调整的步长较小，以获得较高的跟踪精度和较小的稳态误差。其中，采用时变步长代替定步长，以与瞬时均方误差建立一定函数关系的瞬时误差时间均值为依据，同时对步长因子的最大值进行实时调整，从而增强跟踪精度及保证算法稳定性。但将该算法用于APF谐波检测中，由于瞬时误差极易受到环境噪声(电网中即谐波电流)的干扰，导致改善的效果并不明显。为此，通过瞬时误差在相邻迭代时刻的自相关值作为权值调整依据，消除了谐波电流的干扰，减小了稳态失调。在继承变步长LMS算法优点的同时，提出了变步长动量项LMS (Momentum Least Mean Square, MLMS)算法，即在权值迭代公式中引入了动量项以进一步加快权值的收敛速度。但MLMS算法在低信噪比及加大其响应速度的情况下其跟踪的基波会产生一定的稳态失调，特别是当负载突变情况下，会造成跟踪精度降低。 

发明内容

为了解决动态响应速度速度和跟踪精度的矛盾，本发明提出了一种遗传算法自适应谐波检测算法。在保证跟踪精度的前提下，极大地加快了动态响应速度，同时提高了抗干扰性。 

本发明所提出的基于遗传算法的自适应谐波检测方法，基于自适应噪声对消技术基础，包括步骤： 

（1）定义：信号i_L(n)为滤波器输入非线性负载电流的采样值；

x₁(n)、x₂(n) 分别为标准正弦u^*(t)及经90°移相的余弦离散值；

w₁(n)、w₂(n) 分别表示参考输入x₁(n)、x₂(n)的权值；

y(n)为自适应滤波器的输出；

e(n)为用于权值调节的误差反馈信号；