一種光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)采樣及重構(gòu)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)采樣及重構(gòu)方法，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，有若干數(shù)目能采集電壓信號(hào)的傳感器節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信方式自組織形成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)采用壓縮感知法對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行壓縮得到電壓稀疏信號(hào)。本發(fā)明適用于重構(gòu)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的電壓稀疏信號(hào)，首先提供光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的各傳感器節(jié)點(diǎn)的安設(shè)方法，然后提出基于迭代收縮閾值法的電壓稀疏信號(hào)重構(gòu)方法，當(dāng)節(jié)點(diǎn)從其它節(jié)點(diǎn)處獲取的信號(hào)受噪聲干擾時(shí)，通過(guò)該方法，重構(gòu)原始電壓稀疏信號(hào)，從而保證監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?br> 【專利說(shuō)明】一種光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)采樣及重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)采樣及重構(gòu)方法，即基于壓縮感知理論的光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)采樣及重構(gòu)方法，適用于確定光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中電壓傳感器節(jié)點(diǎn)的布設(shè)方法，以及確定在監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)采樣信號(hào)受到噪聲干擾情況下的電壓稀疏信號(hào)的重構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行已成為現(xiàn)代電網(wǎng)的重要特征，無(wú)線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可為其安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)攜帶有限的能量，而布設(shè)于光伏陣列上的節(jié)點(diǎn)傳輸采集到的光伏電壓數(shù)據(jù)信息時(shí)，耗能顯著，因此，節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)之前，需要對(duì)其進(jìn)行壓縮，同時(shí)只有采用運(yùn)行效率高的算法，才能減輕監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的通信壓力，延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸時(shí)，會(huì)受噪聲干擾，因此，針對(duì)壓縮而成的電壓稀疏信號(hào)，提出穩(wěn)定的、運(yùn)行效率高的含有噪聲的信號(hào)重構(gòu)算法是壓縮理論得以應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)采樣問題，本發(fā)明提供一種傳感器節(jié)點(diǎn)的布設(shè)方法，各節(jié)點(diǎn)以自組織方式形成光伏發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓信號(hào)，在傳輸電壓信號(hào)給其它節(jié)點(diǎn)時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行壓縮，如此，節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)男盘?hào)為電壓稀疏信號(hào)，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在處理所獲取到的電壓稀疏信號(hào)之前，本發(fā)明方法可重構(gòu)電壓稀疏信號(hào)。本發(fā)明提出的方法有助于獲取光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓信號(hào)，在信號(hào)傳輸時(shí)，通過(guò)重構(gòu)壓縮而成的稀疏信號(hào)，有助于重構(gòu)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)所采集的原始信號(hào)。
[0004]技術(shù)方案:一種光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)米樣及重構(gòu)方法，在光伏陣列上布設(shè)能夠采集電壓信號(hào)的傳感器節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)采用無(wú)線通信的方式進(jìn)行電壓信號(hào)的傳輸與處理。監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)為同構(gòu)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知半徑Rs值相同，節(jié)點(diǎn)能夠獲取光伏陣列上以Rs為半徑的圓面區(qū)域內(nèi)的電壓信號(hào)。
[0005]本發(fā)明提出了光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓傳感器節(jié)點(diǎn)的布設(shè)方法和電壓稀疏信號(hào)的重構(gòu)方法:
[0006]傳感器節(jié)點(diǎn)布設(shè)方法:節(jié)點(diǎn)規(guī)則地布設(shè)在光伏陣列上，對(duì)光伏陣列進(jìn)行全面感知覆蓋，保證能夠全面采集光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓信號(hào)；
[0007]稀疏信號(hào)重構(gòu)方法:基于迭代收縮閾值法的電壓稀疏信號(hào)重構(gòu)方法，具體為將含有噪聲的信號(hào)重構(gòu)問題，轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃問題，采用估計(jì)值序列進(jìn)行原始信號(hào)的重構(gòu)，可降低噪聲的干擾。
[0008]有益效果:本發(fā)明提供的光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)重構(gòu)方法，提供了能夠全面采集光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)的傳感器節(jié)點(diǎn)的布設(shè)方法，節(jié)點(diǎn)利用率高；采用迭代收縮閾值法的電壓稀疏信號(hào)重構(gòu)方法，能夠有效降低信號(hào)的重構(gòu)均方誤差，保證監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?br> 【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為三角形節(jié)點(diǎn)布設(shè)圖；
[0010]圖2為光伏發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)；
[0011]圖3為電壓稀疏信號(hào)的重構(gòu)均方誤差曲線圖；
[0012]圖4為電壓稀疏信號(hào)的重構(gòu)效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0014]一、光伏發(fā)電系統(tǒng)傳感器節(jié)點(diǎn)布設(shè)方法
[0015]結(jié)合光伏陣列通常具有方形形狀的特點(diǎn)，網(wǎng)格傳感器節(jié)點(diǎn)布設(shè)法簡(jiǎn)單易行。網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)布設(shè)法包括三角形布設(shè)法、正方形布設(shè)法和正六邊形布設(shè)法。三角形節(jié)點(diǎn)，顧名思義，三個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的連線構(gòu)成三角形網(wǎng)格(如圖1所示)。
[0016]圖中陰影部分面積為:
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)采樣及重構(gòu)方法，其特征在于:包括傳感器節(jié)點(diǎn)的布設(shè)方法和電壓稀疏信號(hào)的重構(gòu)方法； 傳感器節(jié)點(diǎn)布設(shè)方法:節(jié)點(diǎn)規(guī)則地布設(shè)在光伏陣列上，各節(jié)點(diǎn)連線構(gòu)成網(wǎng)格形狀，節(jié)點(diǎn)皆具有相同的感知半徑Rs，節(jié)點(diǎn)的感知范圍為以節(jié)點(diǎn)為圓心Rs為半徑的圓面，所有節(jié)點(diǎn)以自組織方式形成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)夥嚵羞M(jìn)行全面覆蓋監(jiān)測(cè)，保證能夠全面采集光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓信號(hào)； 電壓稀疏信號(hào)重構(gòu)方法:傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸給其它節(jié)點(diǎn)的電壓稀疏信號(hào)為節(jié)點(diǎn)的電壓采樣信號(hào)的壓縮信號(hào)，該稀疏信號(hào)受到諸如散粒噪聲等噪聲的干擾，基于迭代收縮閾值法的電壓稀疏信號(hào)重構(gòu)方法，能夠降低信號(hào)的噪聲干擾，取得重構(gòu)均方誤差小的信號(hào)重構(gòu)效果，保證監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?br> 2.如權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)采樣及重構(gòu)方法，其特征在于:測(cè)量電壓信號(hào)的傳感器節(jié)點(diǎn)都規(guī)則地布設(shè)在光伏陣列上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)感知范圍為以Rs為半徑的圓面區(qū)域，所有節(jié)點(diǎn)的連線構(gòu)成的網(wǎng)格為正三角形網(wǎng)格。
3.如權(quán)利要求2所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)米樣及重構(gòu)方法,其特征在于:相互鄰近的三個(gè)節(jié)點(diǎn)的連線構(gòu)成正三角形，三個(gè)節(jié)點(diǎn)以Rs為半徑的圓面區(qū)域有重合的部分，重合區(qū)域的面積為:
4.如權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)采樣及重構(gòu)方法，其特征在于:光伏發(fā)電系統(tǒng)的含噪聲稀疏信號(hào)重構(gòu)問題可以表示為帶約束的二次規(guī)劃問題:
5.如權(quán)利要求4所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)采樣及重構(gòu)方法，其特征在于:基于二次規(guī)劃的優(yōu)化問題可以轉(zhuǎn)化為次優(yōu)化問題，并且可利用迭代收縮閾值法求解該類問題；||?ν-Θ.?|丨是s的二次函數(shù),為凸函數(shù)；顯然τ I I Sll1也為凸函數(shù)； 根據(jù)迭代收縮閾值法，式(4)可表示為:
minsF(s) = f (s) + τ c (s) (5)
式中:
6.如權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)采樣及重構(gòu)方法，其特征在于:迭代收縮閾值法的運(yùn)算需要估計(jì)值序列:s(i+1)，i =0,1,…，N:
7.如權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)采樣及重構(gòu)方法，其特征在于:迭代收縮閾值法的運(yùn)算的收斂性需要梯度算法來(lái)控制；與式(4)相比，式(7)只需求解函數(shù)f (s)的梯度值^ f (s)，計(jì)算量得到了降低；式(7)可寫成更為簡(jiǎn)潔的等級(jí)形式:
8.如權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號(hào)采樣及重構(gòu)方法，其特征在于:基于迭代收縮閾值法的光伏發(fā)電系統(tǒng)稀疏信號(hào)重構(gòu)算法的基本步驟如下: 1)確定ai值，a i e [ a min, a max];為選擇合理的值a i;可利用Barzila1-Borwein方法計(jì)算它；根據(jù)該方法，a J近似等于▽ (2)f (S)，即: a Js⑴-S(H))~V f(s⑴)-V 作卜1)) (11) a i按照如下方程進(jìn)行更新:
a,= argmina |卜(,丨—11 卜(▽/(,.1)-Vf(s<J "))||;(12) 式(12)的閉合解為:
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK104034939SQ201410250719
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】劉振, 傅質(zhì)馨, 袁越, 包江民 申請(qǐng)人:河海大學(xué)