[發(fā)明專利]基于壓縮感知理論的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)自適應(yīng)重構(gòu)解壓縮方法

有效

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• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN102938649A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉慧;劉國海;沈躍;陳兆嶺;張浩;趙文祥;白雪;蔣彥
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: H03M7/38
• 分類號: H03M7/38
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，尤其是一種基于的壓縮感知理論的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)自適應(yīng)重構(gòu)解壓縮方法。

背景技術(shù)

隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大、電氣信息化的發(fā)展，大批新型自動監(jiān)測和保護(hù)裝置應(yīng)用與電力系統(tǒng)，一方面提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的自動化和信息化水平，另一方面大量的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)給電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊和存儲造成很大的負(fù)擔(dān)。研究和應(yīng)用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)對減少數(shù)據(jù)存儲的負(fù)擔(dān)，提高電力通訊的實(shí)時性，加快信息化的發(fā)展，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行管理水平具有重要意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)壓縮方法如傅里葉變換和離散小波變換等方法具有集中系數(shù)的能力，信號在變換域集中于少量系數(shù)上，通過閾值處理后可以將大量系數(shù)置零，大大減少存儲量，從而達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的，近年來在電能質(zhì)量擾動數(shù)據(jù)壓縮方面得到了廣泛的應(yīng)用。然而該類方法基于先采樣后壓縮的框架模式，即在數(shù)據(jù)被壓縮之前仍需大量的存儲空間保存原始數(shù)據(jù)，無法根本解決在線監(jiān)測數(shù)據(jù)量巨大的問題。

目前的重構(gòu)算法主要有三大類：貪婪算法、凸優(yōu)化算法和組合算法等。其中貪婪算法應(yīng)用最為廣泛，主要思想是通過迭代計算選擇局部最優(yōu)解來逐步逼近原始信號。包括匹配追蹤算法(MP)和正交匹配追蹤算法(OMP)、分段正交匹配追蹤算法(StOMP)、正則化正交匹配追蹤算法(ROMP)、壓縮采樣匹配追蹤算法(CoSaMP)和快速貝葉斯匹配追蹤(FBMP)等。但上述算法都要求已知信號的稀疏度，給實(shí)際應(yīng)用帶來很大不便。

壓縮感知理論采用非自適應(yīng)線性投影來保持信號的原始結(jié)構(gòu)，對可壓縮的信號能以隨機(jī)采樣的方式通過遠(yuǎn)低于耐奎斯特頻率的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，采集的數(shù)據(jù)即是壓縮的數(shù)據(jù)。在稀疏度未知的情況下，通過設(shè)置一個可變步長稀疏自適應(yīng)匹配追蹤，逐步對信號稀疏度進(jìn)行評估，最終達(dá)到信號重構(gòu)的目的。該方法稀疏度自適應(yīng)檢測，信號重構(gòu)效果好，重建速度快，非常適合電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號的壓縮及解壓縮重建的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種基于壓縮感知理論的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)自適應(yīng)重構(gòu)解壓縮方法，它能以隨機(jī)采樣的方式通過遠(yuǎn)低于耐奎斯特頻率的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。該方法受自適應(yīng)的思想和正則化思想的啟發(fā)，通過設(shè)置一個可變步長稀疏自適應(yīng)匹配追蹤，逐步對信號稀疏度進(jìn)行評估，因此可以在稀疏度未知的情況下獲得較好的重建效果。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括如下步驟：

(1)?采用高斯分布白噪聲生成隨機(jī)測量的電能質(zhì)量信號壓縮感知觀測矩陣???????????????????????????????????????????????，選擇測量維數(shù)M，采用傅里葉變換基對電能質(zhì)量信號進(jìn)行稀疏表示，確定維的稀疏變換基矩陣，重建原始稀疏信號，設(shè)初始余量，設(shè)定初始步長為step_size，階段stage=1，迭代次數(shù)t=1，索引值集合為空集，;??

(2)?若當(dāng)前余量r的能量小于控制迭代次數(shù)閾值，則停止迭代，利用得到的原子進(jìn)行信號重構(gòu)；否則進(jìn)入步驟(3);

(3)?計算當(dāng)前余量r與維的壓縮感知矩陣各個列向量的相關(guān)系數(shù)，并從中尋找step_size個最大值對應(yīng)的索引值存入J中；?

(4)?對J中索引值對應(yīng)原子的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行正則化，并將正則化結(jié)果保存在集合J₀中；

(5)?更新支撐集，其中；

(6)?應(yīng)用得到的原子進(jìn)行信號重構(gòu)，得到稀疏信號的重構(gòu)值，并進(jìn)行冗余值更新；

(7)?若，是控制階段轉(zhuǎn)換閾值，則令stage=stage+1，step_size=step_size+1，轉(zhuǎn)到步驟(3);否則令，迭代次數(shù)t=t+1，轉(zhuǎn)到步驟(2)。