• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      基于小波閾值去噪的直流充電樁電能計(jì)量數(shù)據(jù)去噪算法研究

      2022-06-08 14:26:50章江銘沈建良袁鍵潘權(quán)鋒顏加松李靜
      電測(cè)與儀表 2022年6期
      關(guān)鍵詞:紋波小波電能

      章江銘,沈建良,袁鍵,潘權(quán)鋒,顏加松,李靜

      (1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司營(yíng)銷服務(wù)中心,杭州 310000; 2.杭州意能電力技術(shù)有限公司,杭州 310000;3.哈爾濱電工儀表研究所有限公司,哈爾濱 150028)

      0 引 言

      隨著國(guó)家推動(dòng)綠色轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)積極發(fā)展,壯大節(jié)能環(huán)保、清潔能源,推動(dòng)低碳綠色交通、車輛電動(dòng)化等戰(zhàn)略實(shí)施[1]。到2020年,純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車生產(chǎn)能力達(dá)到200萬(wàn)輛,截至2019年年底,我國(guó)新能源汽車保有量已達(dá)到381萬(wàn)輛[2],全國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模達(dá)到120萬(wàn)個(gè)[3],新能源汽車因?yàn)槠淞己玫沫h(huán)保性能以及節(jié)約能源的特點(diǎn),能夠有效減弱對(duì)環(huán)境的危害,已成為汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)[4]。但與此同時(shí),與之配套的充電設(shè)施建設(shè)卻成為了制約新能源汽車快速發(fā)展的主要短板之一。目前,隨著直流充電站的建設(shè),直流快充由于其快速高效的特點(diǎn)正逐漸取代交流充電,成為充電站主流充電方式[5]。作為實(shí)施強(qiáng)制管理的計(jì)量器具,充電樁準(zhǔn)確的電能計(jì)量課確保電能交易公平公正[6]。但目前直流計(jì)量方法還不夠成熟,且電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)進(jìn)行充電后,由于其充電設(shè)備自身具有的非線性特性,將會(huì)引起充電樁輸出側(cè)產(chǎn)生紋波[7]。電動(dòng)汽車直流快充的充電電流和電壓的幅值及變化范圍都會(huì)比交流慢充更大,不能直接借鑒交流計(jì)量方法[8]?,F(xiàn)階段,國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者從不同方面對(duì)直流電能計(jì)量準(zhǔn)確度影響因素展開了深入的研究,尤其紋波產(chǎn)生的計(jì)量誤差已引起諸多關(guān)注。文獻(xiàn)[9]對(duì)高頻電源的紋波系數(shù)作了較詳細(xì)的討論。文獻(xiàn)[10]通過(guò)研究電能計(jì)量裝置在直流電能紋波、電源突變、暫降、中斷等情況下的工作特性,分析了不同幅度和不同頻率紋波對(duì)直流計(jì)量的影響。文獻(xiàn)[11]研究和分析了直流電能計(jì)量不同算法對(duì)帶有紋波的高功率直流計(jì)量時(shí)存在的誤差影響。并分析了紋波影響規(guī)律,在此基礎(chǔ)上定量確定高功率狀態(tài)下直流紋波對(duì)直流計(jì)量影響。上述文獻(xiàn)對(duì)于紋波造成的計(jì)量準(zhǔn)確度影響進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[12]從直流電能表專用心片和計(jì)量算法兩方面分析了紋波對(duì)直流電能計(jì)量的影響,并提出直流電能計(jì)量中對(duì)高、低頻紋波抑制的硬件措施。文獻(xiàn)[13]提出一種抑制直流大電流源紋波的新型方法,采用雙鐵芯磁平衡式電流傳感器,使得電感鐵心直流磁通近似為零,與傳統(tǒng)抑制紋波方法相比,具有低損耗、低成本、高效率和易控制等特點(diǎn)。文獻(xiàn)[14]通過(guò)研究整流性負(fù)載、開關(guān)充電設(shè)備以及快速動(dòng)態(tài)變化負(fù)荷的直流電能產(chǎn)生原理,結(jié)合電能表計(jì)量算法和實(shí)驗(yàn)闡述了計(jì)量過(guò)程中存在的誤差影響,提出了不同計(jì)量場(chǎng)合下減少計(jì)量誤差的算法參數(shù)優(yōu)化方法。論文將輔助上述文獻(xiàn)提出的紋波抑制措施,在算法方面提高計(jì)量準(zhǔn)確度。文獻(xiàn)[8]采用離散小波消噪法對(duì)對(duì)采樣電壓和采樣電流信號(hào)進(jìn)行濾波處理,進(jìn)而得到功率。但由于軟閾值處理之后的小波系數(shù)與小波系數(shù)總存在固定的偏差,上述文獻(xiàn)采用的小波軟閾值去噪法會(huì)造成去噪后的信號(hào)與電壓、電流基波信號(hào)之間存在偏差[15]。故本文采用改進(jìn)小波閾值函數(shù)法對(duì)信號(hào)進(jìn)行抑制紋波處理,解決傳統(tǒng)小波函數(shù)存在的信號(hào)震蕩、產(chǎn)生恒定偏差等問(wèn)題,將其應(yīng)用到直流濾波當(dāng)中,得到更加接近原始直流信號(hào)的濾波信號(hào),并與其它濾波方法進(jìn)行效果對(duì)比,分析本濾波方法的優(yōu)異之處,從算法方面來(lái)提高直流計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度,這對(duì)直流充電計(jì)費(fèi)以及檢定具有重大的意義。

      1 直流電能表電能計(jì)量理論分析

      1.1 直流電能計(jì)量

      直流電能的測(cè)量采用電壓、電流有效值相乘得出直流功率后再計(jì)算電能值[16],或使用瞬時(shí)功率積分計(jì)算電能值[17]。充電樁內(nèi)置直流計(jì)量模塊使用的是電子式智能電能表,計(jì)量準(zhǔn)確度主要取決于乘法器。實(shí)際測(cè)量電能時(shí),由于直流信號(hào)夾雜著包含著紋波以及各種脈動(dòng)的噪聲信號(hào),并不能達(dá)到理想的計(jì)量結(jié)果,所以將分析紋波含量對(duì)電能計(jì)量算法的影響。目前主要的直流電能計(jì)量算法有三種[11]:

      (1)電壓、電流平均值法。

      W1=P1·Δ=U0I0·Δ

      (1)

      式中U0、I0分別為Δ時(shí)間內(nèi)平均直流電壓和電流。

      (2)電壓、電流有效值法。

      W2=P2Δt=UIΔt

      (2)

      式中U、I分別為Δ時(shí)間內(nèi)平均直流電壓和電流。

      (3)瞬時(shí)功率積分計(jì)算直流電能。

      (3)

      式中T表示單位周期;u(t)、i(t)分別為T時(shí)間內(nèi)隨時(shí)間變化的電壓函數(shù)與電流函數(shù);u0(t)、i0(t)分別為電壓直流分量函數(shù)與電流直流分量函數(shù);uk(t)、ik(t)分別為k次諧波電壓分量函數(shù)與k次諧波電流分量函數(shù);U0為電壓直流分量;I0為電流直流分量;Uk為k次諧波電壓有效值;Ik為k次諧波電流有效值;αk為k次電壓諧波分量初始相位;βk為k次電流諧波分量初始相位。

      (4)

      式中W3表示在單位周期T內(nèi)瞬時(shí)電壓和電流的積分電能。

      但在實(shí)際電能計(jì)量中,對(duì)瞬時(shí)功率的采集并不是嚴(yán)格連續(xù)的,通常需要設(shè)定采樣間隔Δ,在單位周期T內(nèi),采集次數(shù)為N,當(dāng)Δ的數(shù)值足夠小,采集次數(shù)足夠多,瞬時(shí)功率積分法的電能計(jì)算表達(dá)式可化為:

      (5)

      在理想狀態(tài)下,三種計(jì)算方案的結(jié)果都是準(zhǔn)確一致的,但現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的直流信號(hào)往往攜帶紋波信號(hào),需要進(jìn)行紋波環(huán)境下的電能計(jì)量誤差運(yùn)算分析。

      1.2 充電樁輸出紋波分析

      直流紋波系數(shù)反應(yīng)了直流信號(hào)中的紋波含量,在電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)電能計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)中,直流紋波系數(shù)可表征為紋波有效值系數(shù)和紋波峰值系數(shù)[18]。紋波有效值系數(shù)定義為輸出交流分量有效值與該直流輸出電壓平均值之比,紋波峰值系數(shù)定義為輸出交流分量峰峰值與該直流輸出電壓平均值之比。其運(yùn)算如式(6)、式(7)所示:

      (6)

      (7)

      式中UDC為直流輸出電壓平均值;Ums、Xms分別為輸出交流分量有效值和紋波有效值系數(shù);UPP、XPP分別為直流輸出交流分量的峰峰值和紋波峰值系數(shù)。根據(jù)國(guó)標(biāo),電源輸出紋波有效值系數(shù)Xms不應(yīng)超過(guò)1%,紋波峰值系數(shù)XPP不應(yīng)超過(guò)0.5%。

      電壓、電流平均值計(jì)算直流功率P1和“有功”功率P3的相對(duì)誤差為:

      (8)

      (9)

      故當(dāng)0≤a、b≤0.5%,0<θ≤360°時(shí),通過(guò)MATLAB對(duì)于直流輸出平均值功率P1仿真,ε31分布如圖1所示。

      圖1 平均值法計(jì)算直流電能誤差ε31分布圖

      電壓、電流平均值計(jì)算直流功率P2和“有功”功率P3的相對(duì)誤差為:

      (10)

      當(dāng)0≤a、b≤0.5%,0<θ≤360°時(shí),通過(guò)MATLAB仿真,ε32分布如圖2所示。

      圖2 有效值法計(jì)算直流電能誤差ε32分布圖

      通過(guò)仿真可以看到,計(jì)量法所產(chǎn)生的誤差都與直流電量中紋波分量a成正相關(guān),并且a所占百分比越大,誤差越大。接下來(lái)對(duì)直流充電計(jì)量數(shù)據(jù)濾波算法進(jìn)行優(yōu)化,提高計(jì)量準(zhǔn)確度。

      2 電能計(jì)量用數(shù)據(jù)處理算法

      因?yàn)槌潆姍C(jī)輸出的直流信號(hào)中會(huì)含有各種噪聲,為了濾掉信號(hào)的干擾,采用數(shù)字濾波器進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)處理。

      2.1 經(jīng)典濾波算法

      平均值法適用于濾除隨機(jī)干擾,加權(quán)平均值法速度慢計(jì)算量大[19]。如圖3所示,采用中值濾波法、限幅濾波法、滑動(dòng)平均值法對(duì)直流信號(hào)進(jìn)行濾波處理。

      從仿真圖3中可以看出,中值濾波對(duì)于處理偶發(fā)性波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差所引起的脈沖干擾比較有效,但對(duì)快速變化的直流電壓信號(hào)處理效果不佳。

      圖3 采用中位值濾波法對(duì)直流信號(hào)處理

      從圖4仿真結(jié)果中可以看出,限幅濾波法對(duì)偶發(fā)性干擾抑制效果好,對(duì)周期性的干擾抑制效果差。

      圖4 采用限幅濾波法對(duì)直流信號(hào)處理

      從滑動(dòng)平均值濾波法的圖5仿真結(jié)果中可以看出,對(duì)周期性干擾滑動(dòng)平均值法抑制效果較好,對(duì)偶發(fā)性干擾抑制效果較差。

      圖5 采用滑動(dòng)平均值濾波法對(duì)直流信號(hào)處理

      綜上,直流充電樁輸出的直流電壓原始信號(hào)中含有較多的脈動(dòng)量,紋波波形淹沒在這些脈動(dòng)量中,在圖中無(wú)法觀測(cè)。對(duì)比三幅子圖,可看出采用滑動(dòng)平均值濾波法處理后的信號(hào)波形更為平滑,抖動(dòng)幅度相對(duì)較小,比前兩種方法的濾波效果要好。直流充電樁輸出直流電流原始信號(hào)脈動(dòng)量比電壓信號(hào)少,脈動(dòng)量基本是一個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波形。對(duì)比三幅子圖,可看出采用中位值濾波法處理后的信號(hào)失真較為嚴(yán)重,采用限幅濾波法處理后的信號(hào)波形抖動(dòng)較大,濾波效果不佳。采用滑動(dòng)平均值濾波法處理后的信號(hào)波形比較平滑,抖動(dòng)相對(duì)較少,濾波效果更佳。但濾除了過(guò)多的直流脈動(dòng)量,會(huì)對(duì)電能計(jì)量產(chǎn)生誤差,去噪后信號(hào)比較簡(jiǎn)單。

      所以對(duì)比經(jīng)典去噪算法,文中引入了現(xiàn)代濾波法中的小波閾值去噪法對(duì)直流信號(hào)進(jìn)行濾波處理。小波變換有可在整個(gè)頻率范圍內(nèi)進(jìn)行濾波的特點(diǎn)[8],已成為用于電能質(zhì)量信號(hào)檢測(cè)與分析最多的去噪方法[20-21]。

      2.2 小波閾值去噪

      小波閾值函數(shù)是能否對(duì)直流信號(hào)準(zhǔn)確進(jìn)行去噪的關(guān)鍵,選擇一個(gè)合適的閾值可以提高去噪質(zhì)量,提高計(jì)量的精確度。閾值過(guò)大,可能導(dǎo)致信號(hào)過(guò)于平滑,濾掉信號(hào)的細(xì)節(jié)分量;閾值過(guò)小,濾波效果較差,仍存在較多的噪聲。所以本文分別采用不同的閾值進(jìn)行濾波處理,并通過(guò)MATLAB進(jìn)行仿真,對(duì)比仿真結(jié)果,觀察濾波處理前后信號(hào)的變化。

      直流充電樁電能計(jì)量數(shù)據(jù)小波閾值去噪法的數(shù)據(jù)處理步驟如下:

      (1)首先選擇合適的小波基和分解層數(shù)對(duì)含噪的直流信號(hào)進(jìn)行小波變換,得到各分解層對(duì)應(yīng)的小波系數(shù);

      (2)再選取門限閾值和閾值函數(shù),計(jì)算出閾值,對(duì)各層小波系數(shù)進(jìn)行量化;

      (3)最后對(duì)量化后的小波系數(shù)進(jìn)行重構(gòu),從而得到輸出的去噪直流信號(hào)。

      傳統(tǒng)的閾值去噪的方法分為硬閾值去噪法、軟閾值去噪法。硬閾值函數(shù)的表達(dá)式為:

      (11)

      式中y為處理后的輸出函數(shù);ωj,k為分解后的小波系數(shù);Tj為設(shè)定閾值。

      軟閾值函數(shù)的表達(dá)式為:

      (12)

      軟閾值去噪法雖然連續(xù)性好,但是會(huì)損失很多有用的信號(hào)能量,重構(gòu)后出現(xiàn)誤差,信噪比較低。

      傳統(tǒng)的小波閾值選取規(guī)則主要包括以下四種:

      (a)無(wú)偏風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)準(zhǔn)則(rigrsure):即一種基于Stein的無(wú)偏似然估計(jì)原理的自適應(yīng)閾值選擇方法。具體方法如下:

      (1)把信號(hào)種得每一個(gè)元素取絕對(duì)值,再由小到大排序,然后將各個(gè)元素取平方,從而得到新的信號(hào)序列。

      (2)若取閾值為新序列的第k個(gè)元素的平方根,即

      (13)

      式中λk為平方根,f(k)為得到的新序列,k=0,1,……,n-1

      則閾值產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)為:

      (14)

      (3)根據(jù)所得到的風(fēng)險(xiǎn)曲線Rish(k),得其最小風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的值為kmin,則rigrsure閾值定義為:

      (15)

      (b)固定閾值準(zhǔn)則(sqtwolog):表達(dá)式為:

      (16)

      式中n為信號(hào)長(zhǎng)度。

      (c)混合準(zhǔn)則(heursure),它是rigrsure和sqtwolog準(zhǔn)則的混合,信噪比較大時(shí),heursure 自適應(yīng)選擇rigrsure,相反情況下自動(dòng)調(diào)整為sqtwolog模式。

      (d)極小極大準(zhǔn)則(minimaxi):也是一種固定閾值選擇形式。表達(dá)式為:

      (17)

      相比于固定閾值,自適應(yīng)閾值可在小波分解層的每個(gè)方向?qū)ふ乙粋€(gè)閾值最匹配的閾值來(lái)進(jìn)行去噪,故本文采用rigrsure準(zhǔn)則與heursure準(zhǔn)則選取閾值進(jìn)行小波閾值濾波處理。

      圖6為直流充電樁充電實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),現(xiàn)對(duì)圖6進(jìn)行小波閾值去噪,取用小波基 ,分解層數(shù) ,處理效果如圖6所示。

      圖6 直流充電樁充電實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

      圖7為rigrsure規(guī)則計(jì)算的軟閾值小波去噪算法數(shù)值仿真結(jié)果,電壓、電流的數(shù)據(jù)誤差要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于經(jīng)典濾波法,能直觀的看出數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)處理后更加的平穩(wěn)和準(zhǔn)確,濾波效果較好,有助于提高下一步電能計(jì)量的精度。

      圖8為采用heursure規(guī)則確定的軟閾值小波去噪算法數(shù)值仿真結(jié)果,通過(guò)圖6、圖7的仿真曲線可看出,相比與rigrsure規(guī)則計(jì)算的軟閾值,采用heursure規(guī)則確定的軟閾值對(duì)原始直流信號(hào)濾波效果更好,幅值范圍減小且不存在硬閾值間斷點(diǎn)導(dǎo)致的信號(hào)振蕩問(wèn)題,但軟閾值去噪后的信號(hào)與純凈信號(hào)之間的恒定偏差又會(huì)引入新的誤差,影響直流輸出計(jì)量的準(zhǔn)確性。

      圖7 采用rigrsure軟閾值濾波法對(duì)直流

      圖8 采用heursure軟閾值濾波法對(duì)直流

      3 改進(jìn)小波閾值去噪

      (18)

      式中y為硬閾值處理之后的小波系數(shù);ωj,k是第j尺度上的第k個(gè)小波系數(shù),

      證明閾值函數(shù)的連續(xù)性:

      (19)

      (20)

      證明閾值函數(shù)的偏差性:

      當(dāng)ωj,k→∞時(shí),

      (21)

      改進(jìn)閾值函數(shù)的漸近性:

      當(dāng)ωj,k→∞時(shí),

      (22)

      圖9 采用改進(jìn)閾值函數(shù)對(duì)直流電壓信號(hào)處理

      圖10 采用改進(jìn)閾值函數(shù)對(duì)直流電流信號(hào)處理

      通過(guò)對(duì)比仿真波形圖8~圖10可以看出,相比于傳統(tǒng)閾值函數(shù)的小波去噪方法,經(jīng)本文改進(jìn)的小波去噪方法處理后的直流電壓、電流信號(hào)的濾波效果更好,波形相對(duì)更為平穩(wěn),幅值變化范圍更小,數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確,且不存在信號(hào)震蕩與恒定偏差問(wèn)題,得證所提方法能夠更加有效的濾除直流充電樁輸出信號(hào)中的紋波,保留原信號(hào)的充電特性,提高直流電能計(jì)量精度。接下來(lái)再通過(guò)信噪比(SNR)與均方根誤差(RMSE)來(lái)衡量各閾值去噪方式的降噪效果,如表1所示。

      表1 不同去噪方式的SNR與RMSE對(duì)比

      從表1中可以看出,對(duì)比三種去噪方式的SNR,文章提出的改進(jìn)閾值函數(shù)明顯要高于rigrsure規(guī)則計(jì)算的軟閾值與heursure規(guī)則確定的軟閾值,高出10~15左右。同時(shí),對(duì)比三種去噪方式的RSME,本文提出的改進(jìn)閾值函數(shù)要明顯遠(yuǎn)低于其它兩種,表明去噪后的信號(hào)在提高信噪比的同時(shí)更加穩(wěn)定,能更好地反映電能信號(hào)的真實(shí)情況。故在實(shí)測(cè)直流充電樁數(shù)據(jù)的去噪處理中,本文改進(jìn)的小波閾值函數(shù)去噪法信噪比較大,均方根誤差較小,降噪效果優(yōu)于其他兩種算法。

      綜上所述,通過(guò)分析仿真結(jié)果以及表1的對(duì)比分析,文中采用的改進(jìn)閾值去噪法對(duì)直流充電樁輸出直流電信號(hào)中的紋波濾除效果最好,在最大程度上接近原始信號(hào)的電能的計(jì)量。

      4 結(jié)束語(yǔ)

      文章在分析直流計(jì)量算法的基礎(chǔ)上,針對(duì)直流充電樁為電動(dòng)汽車充電過(guò)程中產(chǎn)生的紋波影響電能計(jì)量準(zhǔn)確性的問(wèn)題,引入了改進(jìn)小波閾值消噪算法,用此方法對(duì)充電電壓、電流數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理,并對(duì)提出的濾波算法進(jìn)行了數(shù)值仿真,驗(yàn)證了運(yùn)用改進(jìn)小波閾值消噪算法能在保留原信號(hào)的充電特性的同時(shí),有效濾除直流充電樁輸出信號(hào)中的紋波,能夠大幅度提高直流充電樁電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。

      猜你喜歡
      紋波小波電能
      構(gòu)造Daubechies小波的一些注記
      蘋果皮可以產(chǎn)生電能
      基于MATLAB的小波降噪研究
      電子制作(2019年13期)2020-01-14 03:15:32
      電能的生產(chǎn)和運(yùn)輸
      海風(fēng)吹來(lái)的電能
      紋波電流對(duì)不同芯片尺寸的LED光源可靠性的影響
      光源與照明(2019年4期)2019-05-20 09:18:18
      澎湃電能 助力“四大攻堅(jiān)”
      基于改進(jìn)的G-SVS LMS 與冗余提升小波的滾動(dòng)軸承故障診斷
      裝飾性鍍鉻用低紋波可調(diào)控高頻開關(guān)電源設(shè)計(jì)
      基于MAX16832長(zhǎng)壽命低紋波LED路燈電源的設(shè)計(jì)
      電子器件(2015年5期)2015-12-29 08:43:41
      辰溪县| 府谷县| 乐亭县| 汉寿县| 泰和县| 鄂伦春自治旗| 万州区| 舟山市| 若尔盖县| 宣恩县| 鄂托克旗| 财经| 双辽市| 营口市| 怀来县| 南郑县| 甘肃省| 郴州市| 澄江县| 灵台县| 宜黄县| 武冈市| 丰镇市| 鹤峰县| 称多县| 宝丰县| 乐都县| 邹城市| 炎陵县| 金塔县| 济阳县| 肃宁县| 凭祥市| 偃师市| 伊金霍洛旗| 宜川县| 松江区| 宁南县| 潞城市| 延吉市| 始兴县|