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一種光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號采樣及重構(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)目能采集電壓信號的傳感器節(jié)點，各節(jié)點通過無線通信方式自組織形成監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)采用壓縮感知法對采樣信號進行壓縮得到電壓稀疏信號。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，首先提供光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的各傳感器節(jié)點的安設(shè)方法，然后提出基于迭代收縮閾值法的電壓稀疏信號重構(gòu)方法，當節(jié)點從其它節(jié)點處獲取的信號受噪聲干擾時，通過該方法，重構(gòu)原始電壓稀疏信號，從而保證監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信號傳輸?shù)目煽啃浴?br> 【專利說明】一種光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號采樣及重構(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)電壓信號采樣及重構(gòu)方法，適用于確定光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中電壓傳感器節(jié)點的布設(shè)方法，以及確定在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)采樣信號受到噪聲干擾情況下的電壓稀疏信號的重構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運行已成為現(xiàn)代電網(wǎng)的重要特征，無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可為其安全穩(wěn)定運行提供保障。監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點攜帶有限的能量，而布設(shè)于光伏陣列上的節(jié)點傳輸采集到的光伏電壓數(shù)據(jù)信息時，耗能顯著，因此，節(jié)點在傳輸數(shù)據(jù)之前，需要對其進行壓縮，同時只有采用運行效率高的算法，才能減輕監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的通信壓力，延長監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的生命周期。光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)信息傳輸時，會受噪聲干擾，因此，針對壓縮而成的電壓稀疏信號，提出穩(wěn)定的、運行效率高的含有噪聲的信號重構(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:針對光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號采樣問題，本發(fā)明提供一種傳感器節(jié)點的布設(shè)方法，各節(jié)點以自組織方式形成光伏發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點負責采集光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓信號，在傳輸電壓信號給其它節(jié)點時對信號進行壓縮，如此，節(jié)點間傳輸?shù)男盘枮殡妷合∈栊盘?，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點在處理所獲取到的電壓稀疏信號之前，本發(fā)明方法可重構(gòu)電壓稀疏信號。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，在信號傳輸時，通過重構(gòu)壓縮而成的稀疏信號，有助于重構(gòu)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點所采集的原始信號。
[0004]技術(shù)方案:一種光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓信號米樣及重構(gòu)方法，在光伏陣列上布設(shè)能夠采集電壓信號的傳感器節(jié)點，各節(jié)點采用無線通信的方式進行電壓信號的傳輸與處理。監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點為同構(gòu)節(jié)點，每個節(jié)點的感知半徑Rs值相同，節(jié)點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。
[0005]本發(fā)明提出了光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓傳感器節(jié)點的布設(shè)方法和電壓稀疏信號的重構(gòu)方法:
[0006]傳感器節(jié)點布設(shè)方法:節(jié)點規(guī)則地布設(shè)在光伏陣列上，對光伏陣列進行全面感知覆蓋，保證能夠全面采集光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓信號；
[0007]稀疏信號重構(gòu)方法:基于迭代收縮閾值法的電壓稀疏信號重構(gòu)方法，具體為將含有噪聲的信號重構(gòu)問題，轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃問題，采用估計值序列進行原始信號的重構(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)電壓信號的傳感器節(jié)點的布設(shè)方法，節(jié)點利用率高；采用迭代收縮閾值法的電壓稀疏信號重構(gòu)方法，能夠有效降低信號的重構(gòu)均方誤差，保證監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信號傳輸?shù)目煽啃?br> 【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為三角形節(jié)點布設(shè)圖；
[0010]圖2為光伏發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；
[0011]圖3為電壓稀疏信號的重構(gòu)均方誤差曲線圖；
[0012]圖4為電壓稀疏信號的重構(gòu)效果圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(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)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(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)點布設(shè)方法
[0015]結(jié)合光伏陣列通常具有方形形狀的特點，網(wǎng)格傳感器節(jié)點布設(shè)法簡單易行。網(wǎng)格節(jié)點布設(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，顧名思義，三個傳感器節(jié)點的連線構(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)電壓信號采樣及重構(gòu)方法，其特征在于:包括傳感器節(jié)點的布設(shè)方法和電壓稀疏信號的重構(gòu)方法； 傳感器節(jié)點布設(shè)方法:節(jié)點規(guī)則地布設(shè)在光伏陣列上，各節(jié)點連線構(gòu)成網(wǎng)格形狀，節(jié)點皆具有相同的感知半徑Rs，節(jié)點的感知范圍為以節(jié)點為圓心Rs為半徑的圓面，所有節(jié)點以自組織方式形成監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)夥嚵羞M行全面覆蓋監(jiān)測，保證能夠全面采集光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓信號； 電壓稀疏信號重構(gòu)方法:傳感器節(jié)點傳輸給其它節(jié)點的電壓稀疏信號為節(jié)點的電壓采樣信號的壓縮信號，該稀疏信號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重構(gòu)方法，能夠降低信號的噪聲干擾，取得重構(gòu)均方誤差小的信號重構(gòu)效果，保證監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信號傳輸?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)電壓信號采樣及重構(gòu)方法，其特征在于:測量電壓信號的傳感器節(jié)點都規(guī)則地布設(shè)在光伏陣列上，每個節(jié)點負責感知范圍為以Rs為半徑的圓面區(qū)域，所有節(jié)點的連線構(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)電壓信號米樣及重構(gòu)方法,其特征在于:相互鄰近的三個節(jié)點的連線構(gòu)成正三角形，三個節(jié)點以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)電壓信號采樣及重構(gòu)方法，其特征在于:迭代收縮閾值法的運算需要估計值序列: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)電壓信號采樣及重構(gòu)方法，其特征在于:迭代收縮閾值法的運算的收斂性需要梯度算法來控制；與式(4)相比，式(7)只需求解函數(shù)f (s)的梯度值^ f (s)，計算量得到了降低；式(7)可寫成更為簡潔的等級形式:
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】G01R19/00GK104034939SQ201410250719
【公開日】2014年9月10日 申請日期: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 申請人:河海大學