一种基于压缩传感技术的电网实时控制方法技术

本发明专利技术公开一种基于压缩传感技术的电网实时控制方法，以低于奈奎斯特频率的频率采集电网的原始状态信号，建立滑动数据窗；采用克罗内克稀疏基对滑动数据窗进行稀疏表示；设计压缩传感量测矩阵，进行压缩传感编码；进一步完成压缩传感数据传输和解码。本发明专利技术考虑了在反馈信道中的实时压缩数据传输，采用了有效的控制方法和实时的压缩传感技术，使传输信号在采样的同时进行压缩再传输，在接收器端进行精确的重构与恢复原始信号。本发明专利技术在不丢失原始信号所需信息的情况下，用远低于奈圭斯特采样频率的要求来采样信号，实现信号的降维处理，即直接对信号进行较少采样得到信号的压缩表示，减轻信道的传输压力，使有限带宽网络能够传输更多的有用信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电网控制领域，更具体地，涉及一种基于压缩传感技术的电网实时控制方法。
技术介绍
信息技术飞速发展使得人们对信息的需求量剧增。现实世界的模拟化和信号处理工具的数字化决定了信号采样是从模拟信源获取数字信息的必经之路，奈圭斯特采样定理则是指导如何采样的重要理论基础，它指出，采样速率必须达到信号频率的两倍以上才能精确重构信号。然而人们对信息需求量增加，携带信息的信号的带宽也越来越宽，以此为基础的信号处理框架要求的采样速率和处理速度也越来越高，因而对带宽信号处理的困难在与日俱增。随着国民经济的发展，工业、商业、居民、电动汽车对用电的需求稳定迅速增长，电力部门必须开始加大对火电、水电以及核电等大型集中电源和超高压远距离输电网的建设力度。而传统的电力系统是采用集中供电的形式，通过长距离传输线到分散的终端用户。随着电网规模的不断扩大，扩大就需要传送大量的信息，其巨量数据传输和存储就是一个艰难的工作。在实际应用中，为了降低数据存储、处理和传输的成本，人们常采用压缩的方式以较少的比特数表示信号，大量的非常重要的数据被抛弃。这种高速采样再压缩的过程浪费了大量的采样资源。于是很自然的引出了一个问题：能否利用其它的变换空间描述信号，建立新的信号描述和处理的理论框架，使得在保证信息不损失的情况下，用远低于奈圭斯特采样定理要求的速率采样信号，同时又可以完全恢复信号？早几年出现了新的方法表明这是可能的，这就是压缩传感。它对降低信号处理时间和计算成本有重大意义。早几年比较多的是将压缩传感应用到静态系统，比如图像的压缩传输，有大量文献表明这个的研究已经非常的成熟，因为静态系统的延迟非常大，需要将整个信息存入压缩采样才传输，所以这在实时性控制要求高的工程上应用并不广泛，在本专利技术中考虑的是实时信号的传输，即传即恢复，且能保证较高的恢复精确度。目前已知的有关压缩传感处理实时信号的研究文献有：[1]M.Leinonen,M.Codreanu,andM.Juntti,“Sequentialcompressedsensingwithprogressivesignalreconstructioninwirelesssensornetworks,”IEEETrans.WirelessCommun.,14(3):1622–1635,2015.[2]M.DuarteandR.Baraniuk,“Kroneckercompressivesensing,”IEEETrans.ImageProcess.,vol.21,no.2,pp.494–504,Feb.2012.[3]M.Nagahara,D.Quevedo,andJ.Ostergaard,“Sparsepacketizedpredictivecontrolfornetworkedcontrolovererasurechannels,”IEEETrans.Automat.Control,59(7):1899–1905,2014.[4]C.Caione,D.Brunelli,andL.Benini,“CompressivesensingoptimizationforsignalensemblesinWSNs,”IEEETrans.Ind.Informat.,vol.10,no.1,pp.382–392,Feb.2014.[5]G.Quer,R.Masiero,G.Pillonetto,M.Rossi,andM.Zorzi,“Sensing,compression,recoveryforWSNs:Sparsesignalmodelingandmonitoringframework,”IEEETrans.WirelessCommun.,vol.11,no.10,pp.3447–3461,Oct.2012.[6]L.Jacques,andF.Horlin,“OnTheExactRecoveryConditionofSimultaneousOrthogonalMatchingPursuit,”IEEETrans.SignalProcessingLetters.,vol.23,no.1,Jan.2016.[7]ZC.Li,YL.Xu,andH.Huang,andS.Misra,“SparseControlandCompressedSensinginNetworkedSwitchedSystems,”Nov.2015.(已接收)其中，文献【1】运用了一个基于滑动窗模型的连续框架，使得接收器能从一系列被传送过来的压缩传感量测值来有效地重构当前传感器的数据。文献【2】介绍了在某个域中获得稀疏信号或者可压缩信号的一个新的方法，这个方法使得压缩传感不仅可以运用在一维二维，还可以运用于比较常见的多维信号。文献【3】提出了一种缓冲技术来防止控制向量在接收器与控制系统之间丢失。缓冲器的存在提高了系统的鲁棒性与稳定性。文献【4】比较了分散式的压缩传感和Kronecker压缩传感，说明了分散式的压缩传感是怎样减小了功率的消耗并且提高信道的使用效率。文献【5】解决了压缩大量的数据，通过无线传感器网络然后恢复他们通过收集到的小数量的采样数据的问题。该文献利用了PCA原理得到了实时信号空间和时间的特征，提供了一个精确的实时数据的稀疏表示。将CS与PCA整合到一个新颖的框架中，这样新的方法可以有效的自适应信号数据传输中不可预测的改变。文献【6】提出了一些能确保正交匹配追踪精确恢复的标准，设计了一个多量测数据同时正交匹配追踪算法，它能同时处理几个量测矢量从而得到稀疏信号的支撑集。文献【7】研究了转换控制系统中的稀疏控制和数据传输的问题。然而现有技术在最大幅度减小传输的数据量上还不够成熟。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于压缩传感技术的电网实时控制方法，将稀疏信号或者可压缩信号实时地进行降维处理，减小传输的数据量，通过不可靠网络之后也能有效精确的恢复。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种基于压缩传感技术的电网实时控制方法，包括以下步骤：S1：通过传感器以低于奈奎斯特频率的频率采集电网的原始状态信号，所述原始状态信号包括N个信号，即原始状态信号是N维的，每个信号取W个时刻的数据，根据原始状态信号建立滑动数据窗X(t)；S2：采用克罗内克稀疏基对滑动数据窗X(t)进行稀疏表示；S3：设计压缩传感量测矩阵Φ，量测矩阵Φ的设计目的是采样得到M个量测值，M＜N；S4：压缩传感编码；S5：压缩传感数据传输；S6：压缩传感解码。所述电网的原始状态信号包括：Δf：电网频率偏差；ΔPD：电网有功平衡偏差；ΔXg1,ΔXg2,…,ΔXgm：调速器阀门大小；ΔPg1,ΔPg2,…,ΔPgm：电机功率输出；ACE：区域控制误差。；ΔPC1,ΔPC2,…,ΔPCm：积分控制误差；R1,R2,…,Rm：下垂控制系数；TG：调速器机电常数；Tt：叶轮机械常数；TP：电网系统惯量常数；KB：频差调节系数；KP：电网系统增益；u：控制信号。(1)步骤S1中，建立滑动数据窗的具体方法为：假定X(t)∈RN×W为时间点t的一个滑动数据窗模型：它由N个传感器在{t-W+1,…t本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压缩传感技术的电网实时控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：通过传感器以低于奈奎斯特频率的频率采集电网的原始状态信号，所述原始状态信号包括N个信号，即原始状态信号是N维的，每个信号取W个时刻的数据，根据原始状态信号建立滑动数据窗X(t)；S2：采用克罗内克稀疏基对滑动数据窗X(t)进行稀疏表示；S3：设计压缩传感量测矩阵Φ，量测矩阵Φ的设计目的是采样得到M个量测值，M＜N；S4：压缩传感编码；S5：压缩传感数据传输；S6：压缩传感解码。

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩传感技术的电网实时控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：通过传感器以低于奈奎斯特频率的频率采集电网的原始状态信号，所述原始状态信号包括N个信号，即原始状态信号是N维的，每个信号取W个时刻的数据，根据原始状态信号建立滑动数据窗X(t)；S2：采用克罗内克稀疏基对滑动数据窗X(t)进行稀疏表示；S3：设计压缩传感量测矩阵Φ，量测矩阵Φ的设计目的是采样得到M个量测值，M＜N；S4：压缩传感编码；S5：压缩传感数据传输；S6：压缩传感解码。2.根据权利要求1所述的基于压缩传感技术的电网实时控制方法，其特征在于，步骤S1中，电网的原始状态信号包括：Δf：电...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐慧，许银亮，李志成，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44