基于TLS-PRONY的电网电压波形多维参数估计方法技术

发明专利技术公开了基于TLS

【技术实现步骤摘要】
基于TLS
‑
PRONY的电网电压波形多维参数估计方法


[0001]本专利技术涉及一种基于TLS (Total Least Squares)
‑
PRONY的电网电压波形多维参数估计方法，用于对电网电压波形多维参数进行估计，属于电力系统运行与控制


技术介绍

[0002]电网电压的稳定性对电网能源的高效利用，以及电网负载的安全性都有重要影响。光伏、风力发电等新能源通过场站内的集电线路汇集到电场并网点并连接到外部电网的过程，都会对电网电压的稳定性造成影响。同时，在电网技术中，常需要检测三相电网中每相电压的频率、幅值和相角，以确定各相电压的运行状态。目前电网电压稳定性分析经常采用的是基于PRONY的电网电压多维参量估计方法。PRONY方法（用一组指数项的线性组合来拟合等间距采样数据的方法）采用特征值分解与最小二乘方法估计电网电压的幅度、频率、衰减因子与初始相位等多维参量，当电网电压波动较小时，PRONY方法多维参量估计精度高且波形拟合效果好。
[0003]但是，当电网电压波动较大时，PRONY方法多维参量估计精度高与波形拟合效果会明显下降。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于TLS
‑
PRONY的电网电压波形多维参数估计方法，利用总体最小二乘算法对电网电压波动的抑制能力，设计TLS
‑
PRONY方法，使其具有比PRONY方法更小的电网电压的幅度、频率、衰减因子与初始相位等多维参量的估计误差，使估计值构成拟合波形更贴近真实数据。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：基于TLS
‑
PRONY的电网电压波形多维参数估计方法：针对稳态单频电网电压信号，根据奈圭斯特采样定理采个数据构造为向量，再对做自相关运算，并构造其Toeplitz矩阵；然后对矩阵做奇异值分解，并建立多项式估计电网电压频率与电压衰减因子；接着利用采样数据，估计的电网电压频率电压衰减因子，构造矩阵，并对做奇异值分解估计电压幅度与初始相位。
[0006]相对于PRONY方法，TLS
‑
PRONY将总体最小二乘算法引入到PRONY方法中，利用总体最小二乘算法对电网电压波动更强的抑制能力，相比PRONY方法提高了电网电压波形多维参数估计精度。
[0007]具体包括以下步骤：步骤1，对单频电网电压信号按照奈圭斯特采样定理进行采样，得到采样序列，其中，代表采样序列向量，代表第个顺序采样数据，代表总的采样数据个数；步骤2，对采样序列向量进行自相关运算，获得自相关向量，的表达式为：
其中，代表对取共轭，代表自相关向量的长度，代表自相关向量的第个元素；步骤3，根据给定的自相关向量，将改写为维的Toeplitz矩阵形式，设为，对进行奇异值分解，表达式为：其中，、和分别对应的是信号子空间的左奇异向量、奇异值和右奇异向量；、和分别对应的是噪声子空间的右奇异向量、奇异值和右奇异向量；步骤4，对于单频电网电压信号，为维矩阵，设，令为：其中，，与分别代表的第一行第列，第二行第列与第三行第列的值；步骤5，根据建立多项式，表达式为：对多项式求解，设为实部与虚部皆为正值的解，则电网频率估计值即为，衰减因子为；其中，代表对取虚部，代表对取实部，代表反正切函数，代表对取绝对值，代表获取采样序列时的采样频率；步骤6，设，为的共轭，分别定义与为：为：步骤7，令，代表对取转置，对进行奇异值分解，表达式为：其中，、和分别对应的是的左奇异向量、奇异值和右奇异向量；设，设为中实部与虚部皆为正值的解，则电网幅度估计值，电网电压采样的初始相位估计值，其中，代表对取虚部，代表对取实部，代表对取绝对值。
[0008]本专利技术方法能够在电网电压波动较大时更准确地估计出电网电压的幅度、频率、衰减因子与初始相位等多维参量。产生该优点的原因是本专利技术利用总体最小二乘技术替换了PRONY方法中的最小二乘技术。与现有技术相比，本专利技术提出的基于TLS
‑
PRONY的电网电压波形多维参数估计方法能够在更大的电压波动变化范围内给出精确的多维参数估计值，能够有效提高对电网电压波形的拟合效果。
附图说明
[0009]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0010]图1为基于TLS
‑
PRONY的电网电压波形多维参数估计方法流程图。
[0011]图2为信噪比从10dB到20dB时的各参数估计误差比较图。
[0012]图3为信噪比从10dB到20dB时总体估计误差比较图。
[0013]图4为信噪比为20dB时电压多维参数估计后的拟合效果比较。
具体实施方式
[0014]基于TLS
‑
PRONY的电网电压波形多维参数估计方法，如图1
‑
4所示，针对稳态单频电网电压信号，根据奈圭斯特采样定理采个数据构造为向量，再对做自相关运算，并构造其Toeplitz矩阵；然后对矩阵做奇异值分解，并建立多项式估计电网电压频率与电压衰减因子；接着利用采样数据，估计的电网电压频率电压衰减因子，构造矩阵，并对做奇异值分解估计电压幅度与初始相位。
[0015]如图1所示，具体包括以下步骤：1、顺序选取一段采样序列对单频电网电压信号按照奈圭斯特采样定理进行采样，得到采样序列，其中，代表采样序列向量，代表第个顺序采样数据，代表总的采样数据个数。
[0016]2、获得自相关向量对采样序列做自相关运算，获得自相关向量对采样序列向量进行自相关运算，获得自相关向量，的表达式为：其中，代表对取共轭，代表自相关向量的长度，代表自相关向量的第个元素。
[0017]3、对Toeplitz矩阵做奇异值分解并建立参数估计多项式将改写为维的Toeplitz矩阵形式，设为。对进行奇异值分解，表达式为：其中，、和分别对应的是信号子空间的左奇异向量、奇异值和右奇异向量；、和分别对应的是噪声子空间的右奇异向量、奇异值和右奇异向量。
[0018]对于单频电网电压信号，为维矩阵，设，令为：
其中，，与分别代表的第一行第列，第二行第列与第三行第列的值。根据建立多项式，表达式为：4、估计电网电压频率与衰减因子对多项式求解，设为实部与虚部皆为正值的解，则电网频率估计值即为，衰减因子为。其中，代表对取虚部，代表对取实部，代表反正切函数，代表对取绝对值，代表获取采样序列时的采样频率。
[0019]5、构造新矩阵，并估计电压幅度与初始相位设，为的共轭，分别定义与为：为：令，代表对取转置，对进行奇异值分解，表达式为：其中，、和分别对应的是的左奇异向量、奇异值和右奇异向量。设，设为中实部与虚部皆为正值的解，则电网幅度估计值，电网电压采样的初始相位估计值。其中，代表对取虚部，代表对取实部，代表对取绝对值。
[0020]仿真结果：本专利技术针对基于TLS
‑
PRONY的电网电压波形多维参数估计方法仿真。仿真中，设，,，幅度为伏特，衰减因子，频率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于TLS
‑
PRONY的电网电压波形多维参数估计方法，其特征在于：针对稳态单频电网电压信号，根据奈圭斯特采样定理采个数据构造为向量，再对做自相关运算，并构造其Toeplitz矩阵；然后对矩阵做奇异值分解，并建立多项式估计电网电压频率与电压衰减因子；接着利用采样数据，估计的电网电压频率电压衰减因子，构造矩阵，并对做奇异值分解估计电压幅度与初始相位。2.根据权利要求1所述的基于TLS
‑
PRONY的电网电压波形多维参数估计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，对单频电网电压信号按照奈圭斯特采样定理进行采样，得到采样序列，其中，代表采样序列向量，代表第个顺序采样数据，代表总的采样数据个数；步骤2，对采样序列向量进行自相关运算，获得自相关向量，的表达式为：其中，代表对取共轭，代表自相关向量的长度，代表自相关向量的第个元素；步骤3，根据给定的自相关向量，将改...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊长，罗耀强，
申请(专利权)人：南京易司拓电力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：