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單片機中最小二乘方濾波器的向量測量和功率計算

作者: 時間:2012-02-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

目前,以為基礎(chǔ)的數(shù)字式電氣測量、保護裝置已成為主流形式。交流信號直接采樣也已成為一種普通的方法??焖俑盗⑷~算法是其中的主要算法,而算法,計算量很大,特別是在的處理能力有限的情況下,既要保證實時性,又要保證計算速度,不經(jīng)過精心設(shè)計和程序優(yōu)化,很難保證二者的統(tǒng)一。

通過減少采樣次數(shù)、使用每周濾四個采樣點擬合的和一套優(yōu)化措施,使該算法計算速度大大提高,可以勝任工頻的實時測量,因而可以用于過流、速斷、方向保護等多個方面。本文分析了中的相位關(guān)系,同時給出了以此為基礎(chǔ)的兩線制計算舉例。該方法已通過實際應(yīng)用檢驗。

1 的構(gòu)造

根據(jù)文獻[1~3]的研究結(jié)果,對每一路信號,輸入電壓函數(shù)可表示為:

式中:

P0——直流分量值

Pk——第K次諧波分量的幅值 K=1,…,N

θk——第K次諧波的相對起始相角 K=1,…,N

ω——基波角頻率,ω=2πf,f=50Hz

λ——常數(shù),等于直流分量衰減時間常數(shù)

在一般測量、保護應(yīng)用中,只關(guān)心基波成分。為減少計算量,應(yīng)最大限度地減少采樣次數(shù)。根據(jù)采樣定理,一個正弦函數(shù)的離散采樣次數(shù)量少每周波3次。為方便起見,將每周波采樣次數(shù)定為4次,即采樣周期為5ms。則公式(1)中只能包含直流和工頻分量。將直流分量按泰勒級數(shù)展開并取其前兩項,則(1)式成為:

u(t)=P0-P0λt+P1sin(ωt)cos(θ1)+P1cos(ωt)sin(θ1) (2)

其中,P0為直流分量值,P1為基波峰-峰值,θ1為基波分量在采樣時刻相對于零點的相位角。

若以最近連續(xù)4次采樣值為樣本,可得到4個采樣方程。如將P0、-P0λ、P1cos(θ1)P1sin(θ1)作為待測未知數(shù),可將4個采樣方程表示成如下矩陣:

若分別用符號A表示系數(shù)矩陣,X表示未知參數(shù),U表示采樣值,則:

X=A -1U (3)

其中A-1表示A的逆矩陣,亦即向量X的濾波器。根據(jù)文獻[3],這個濾波器為:

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