阅读说明：本技术 一种基于电力谐波状态控制的电机装置 (motor device based on electric power harmonic state control ) 是由 袁愈亮 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：一种基于电力谐波状态控制的电机装置,包括：电源模块、无线接收模块、通讯接口、控制器、驱动电路和谐波检测模块；用于检测无线接收模块输出谐波含量的谐波检测模块通过通讯接口与控制器相连,无线模块输出信号到所述控制器,电源模块与通讯接口、控制器和驱动电路相连。本发明在检测方法中的状态估计矩阵中选择一列向量,使其能够最好的反映谐波分量,使得多个测量量仅一次计算,控制方法简单,降低了系统成本；此外,本发明还利用小波去噪,对去噪后的信号重构,从而消除残留的噪声,使得谐波状态评估的准确性大大提高。(An electric machine apparatus based on power harmonic state control, comprising: the device comprises a power supply module, a wireless receiving module, a communication interface, a controller, a driving circuit and a harmonic detection module; the harmonic detection module for detecting the harmonic content output by the wireless receiving module is connected with the controller through the communication interface, the wireless module outputs a signal to the controller, and the power supply module is connected with the communication interface, the controller and the driving circuit. According to the invention, a column of vectors is selected from the state estimation matrix in the detection method, so that the harmonic component can be reflected best, a plurality of measurement quantities are calculated only once, the control method is simple, and the system cost is reduced; in addition, the invention also utilizes wavelet denoising to reconstruct the denoised signal, thereby eliminating residual noise and greatly improving the accuracy of harmonic state evaluation.)

一种基于电力谐波状态控制的电机装置

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种基于电力谐波状态控制的电机装置。

背景技术

随着现代电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通等各种领域得到广泛应用，但由于电力电子装置是一种非线性时变拓扑负荷，其产生的谐波和无功注入电网，会使设备容量和线路损耗增加，造成发配电设备利用率的下降，影响供电质量，对电力系统的安全稳定运行构成潜在威胁。目前，谐波污染、电磁干扰和功率因子降低已成为电力系统的三大公害，因此，研究和分析谐波产生的原因，为抑制电力系统的谐波干扰提供好的检测方法，对提高电网运行质量满足用户需求具有重要的实际意义。

由于电力系统的谐波受到随机性、非平稳性、分布性等多方面因素影响，要进行实时准确的检测并不容易。现有的检测方法对实时性不好，采样过程不够准确，对器件要求高，控制方法复杂。

此外，在现有技术的谐波向量数据传输中常采用的时域均衡技术进行多径抵消，会导致抽头系数过多，实现复杂度过高的问题，通常，OFDM(正交频分复用)也可以有效地对抗多径干扰，但是由于其采用多载波调制方式，峰均比较高，并且对频偏比较敏感，这两个缺点成为限制OFDM在短波通信中应用的主要因素。常用的信道估计准则有LS(最小二乘)准则和MMSE(最小均方误差)准则等。MMSE算法利用信道的相关特性，估计精度高，但是运算过于复杂，并且短波信道是实时变化的，很难得到信道的相关特性，实际工程中并不实用。LS算法结构简单，计算量小，不需要预先知道信道信息，比较实用，但是未考虑噪声的影响。

因此，如何解决谐波及其噪声对电机装置的影响，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供了一种基于电力谐波状态的电机装置包括：电源模块、无线接收模块、通讯接口、控制器、驱动电路和谐波检测模块；

用于检测无线接收模块输出谐波含量的所述谐波检测模块通过所述通讯接口与所述控制器相连，所述无线模块输出信号到所述控制器，所述电源模块与所述通讯接口、所述控制器和所述驱动电路相连。

谐波检测模块的检测方法包括以下步骤：

步骤(1)，预设测量数据的状态向量的最大维度D，使得状态向量的维度d＝2,3……，D；

步骤(2)，根据i，d⁽ⁱ⁾获得测量数据的状态向量x⁽ⁱ⁾，其中测量数据代表系统的电流和电压；

步骤(3)，根据状态估计量和测量数据的状态向量获得状态估计矩阵W⁽ⁱ⁾；

步骤(4)，在状态估计矩阵W⁽ⁱ⁾中选择一列向量w⁽ⁱ⁾，使其能够最好的反映谐波分量；

步骤(5)中的对向量w⁽ⁱ⁾进行小波去噪，包括：

对向量数据w⁽ⁱ⁾进行分块，并在数据块间周期性地***导频，在接收端提取导频位置处的信息，采用LS算法估计出导频序列处的信道频率响应，利用导频位置处的信息进行信道估计得到估计值；

对所述估计值做IDFT逆离散傅立叶变换变换到时域，在小波域根据Mallat算法对其进行分解，采用阈值去噪法滤除噪声，并对消噪后的信号重构；

对重构后的信号进行插值补零，并对其做DFT变换到频域，从而得到整个信道的频率响应，完成信道估计。

步骤(6)，根据得到的向量计算谐波分量；

步骤(7)，计算步骤(6)得到的谐波分量与原始谐波分量之间的贴近度；

步骤(8)，对于d⁽ⁱ⁾＜D，使得i＝i+1，然后返回步骤(2)；

步骤(9)，对于d⁽ⁱ⁾＝D，选择贴近度最好的w_c作为最终的校正向量。

步骤(2)中的测量数据的状态向量x⁽ⁱ⁾为：

x⁽ⁱ⁾[n]＝[x_i[n],[x_i[n-1],…,[x_i[n-D+1]]^T

其中，x[n]是连续信号x(t)的离散化后的状态向量，T代表矩阵的转置。

步骤(3)中的状态估计矩阵W⁽ⁱ⁾是由下面公式获得：

y⁽ⁱ⁾[n]＝W⁽ⁱ⁾x⁽ⁱ⁾[n]

其中，y⁽ⁱ⁾[n]为状态估计量。

步骤(4)中的在状态估计矩阵W⁽ⁱ⁾中选择一列向量w⁽ⁱ⁾，使其能够最好的反映谐波分量具体为：

计算偏差值，选择偏差值最小的列向量w⁽ⁱ⁾，其中偏差值为得到的谐波分量与原始谐波分量之间的差值。

步骤(4)中的计算偏差值的公式为：

其中，P_i代表原始谐波分量，为得到的谐波分量。

步骤(6)中的根据得到的向量计算谐波分量具体为：

步骤(7)中的计算得到的谐波分量与原始谐波分量之间的贴近度是通过计算得到的谐波分量与原始谐波分量之间的均方差得到的。

驱动电路包括人机界面、电源供电子电路、功率驱动子电路、驱动信号处理子电路、控制信号处理子电路和直流无刷电机；

所述控制信号处理子电路的一端与所述人机界面相连，所述控制信号处理子电路的另一端经光耦与所述驱动信号处理子电路的一端相连，所述驱动信号子电路的另一端与所述功率驱动子电路的一端相连，所述功率驱动电路的另一端与所述直流无刷电机连接，所述电源供电电路为所述直流无刷电机驱动电路提供工作电压。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明在检测方法中的状态估计矩阵中选择一列向量，使其能够最好的反映谐波分量，使得多个测量量仅一次计算，控制方法简单，降低了系统成本；此外，本发明还利用小波去噪，对去噪后的信号重构，从而消除残留的噪声，使得谐波状态评估的准确性大大提高。

附图说明

图1是本发明的整体架构图；

图2为本发明控制框图；

图3为本发明基于电力谐波检测的状态估计方法流程图；

图4为本发明电机装置中的驱动电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。

如图1所示的电机装置，包括电源模块、无线接收模块、通讯接口、控制器、驱动电路和谐波检测模块；

用于检测无线接收模块输出谐波含量的谐波检测模块通过通讯接口与控制器相连，无线模块输出信号到控制器，电源模块与通讯接口、控制器和驱动电路相连。

参照图2的控制框图和图3的状态估计方法流程图，其控制步骤为：

步骤(1)，预设定测量数据的状态向量的最大维度D，使得状态向量的维度d＝2,3……，D。其中，D的选取与系统的控制准确度有很大的关系。如果D选取过小，则最终选取能够最好的反映谐波分量的列向量的过程中选择过小，降低了系统的准确度。但如果D选取过大，会给控制系统带来过大的负担，增加计算量，不必要的增加了系统复杂程度。因此对D的选取尽量采取适中的手段，如D＝64或D＝128。

步骤(2)，根据i，d⁽ⁱ⁾获得测量量的状态向量x⁽ⁱ⁾，其中测量量代表系统的电流和电压。

步骤(2)中的测量量的状态向量x⁽ⁱ⁾表示为：

x⁽ⁱ⁾[n]＝[x_i[n],[x_i[n-1],…,[x_i[n-D+1]]^T

其中，x[n]是连续信号x(t)的离散化后的状态向量，T代表矩阵的转置。

步骤(3)，根据状态估计量和测量数据的状态向量获得状态估计矩阵W⁽ⁱ⁾。状态估计矩阵W⁽ⁱ⁾是由下面公式获得：

y⁽ⁱ⁾[n]＝W⁽ⁱ⁾x⁽ⁱ⁾[n]

其中，y⁽ⁱ⁾[n]为状态估计量。

步骤(4)，在状态估计矩阵W⁽ⁱ⁾中选择一列向量w⁽ⁱ⁾，使其能够最好的反映谐波分量。具体为：

计算偏差值，选择偏差值最小的列向量w⁽ⁱ⁾，其中偏差值为得到的谐波分量与原始谐波分量之间的差值。

步骤(4)中的计算偏差值的公式为：

其中，P_i代表原始谐波分量，为得到的谐波分量。

步骤(5)，对向量w⁽ⁱ⁾进行小波去噪，得到向量具体包括：

对发送的数据进行分块，并在数据块间周期性地***导频，在接收端提取导频位置处的信息，采用LS算法估计出导频序列处的信道频率响应，利用导频位置处的信息进行信道估计得到估计值；

对得到的估计值做IDFT(逆离散傅立叶变换)变换到时域，在小波域根据Mallat算法对其进行分解，采用阈值去噪法滤除噪声，并对消噪后的信号重构；

对重构后的信号进行插值补零，并对其做DFT(离散傅立叶变换)变换到频域，从而得到整个信道的频率响应，完成信道估计，得到向量

步骤(6)，根据得到的向量计算谐波分量；具体为：

步骤(7)，计算步骤(6)得到的谐波分量与原始谐波分量之间的贴近度。步骤(7)中的计算得到的谐波分量与原始谐波分量之间的贴近度是通过计算得到的谐波分量与原始谐波分量之间的均方差得到的。

步骤(8)，对于d⁽ⁱ⁾＜D，使得i＝i+1，然后返回步骤(2)；

步骤(9)，对于d⁽ⁱ⁾＝D，选择贴近度最好的w_c作为最终的校正向量。

在实际应用中，本领域技术人员可以基于上述基于电力谐波检测的状态估计方法，通过输出的谐波含量，与阈值进行比较，判断谐波是否出现，或是否超过预定限度。通过上述方法，使得谐波状态评估的准确性大大提高，多个测量数据可以一次计算，控制方法简单，因此降低了系统成本。

如图4所示的驱动电路，其包括人机界面、功率驱动子电路、驱动信号处理子电路、控制信号处理子电路、直流无刷电机。

控制信号处理子电路与人机界面连接，控制信号处理子电路的串口通信接口通过光耦与驱动信号处理子电路的串口通信接口连接，驱动信号子电路还与功率驱动子电路连接，功率驱动子电路与直流无刷电机连接。电源供电子电路包括电源模块输入端口、整流滤波子电路，市电输入端口与整流滤波电路连接。

其中，人机界面包括显示器、控制按键，显示器、控制按键分别与驱动信号处理子电路连接。该显示器采用LCD显示屏。该驱动信号处理子电路还设有外来信号输入端口。

本实施例的驱动信号处理子电路、控制信号处理子电路的处理芯片可为单片机。

本实施例的工作原理如下：

接入电源后，经滤波整流电路转换为直流电，为各工作电路提供工作电压。驱动信号处理子电路负责处理由直流无刷电机传送过来的电机换向信号以及从外来信号输入端口或控制信号处理电路送过来的信息，驱动信号处理子电路还可以向显示器输出直流无刷电机的转速、温度以及工作状态信息；控制信号处理子电路负责外来控制信号或本机的控制信号。控制器可根据PWM或模拟电压来调整输出速度。

驱动信号处理子电路与控制信号处理子电路之间通过串口通信接口及光耦实现隔离效果，光耦一侧的电路是安全的冷地电路，可以直接连接电脑控制或其它控制单元，不会造成用电器的损坏或触电危险，十分的安全。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。