[發(fā)明專利]一種光伏陣列狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信號重構(gòu)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410315862.3
• 申請日: 2014-07-03
• 公開（公告）號: CN104242946B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉振;傅質(zhì)馨;袁越;吳涵
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: H03M7/30
• 分類號: H03M7/30
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 李玉平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光伏陣列狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信號重構(gòu)方法，即基于無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的光伏陣列狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的信號重構(gòu)方法，適用于重構(gòu)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)氖茉肼暩蓴_的稀疏信號。

背景技術(shù)

光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運行是現(xiàn)代電網(wǎng)的重要特征，針對光伏發(fā)電的隨機(jī)間歇性特點，具有靈活監(jiān)測優(yōu)勢的無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可為其安全穩(wěn)定運行提供保障。光伏陣列狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點構(gòu)成，節(jié)點的通信能耗的高低關(guān)系到節(jié)點的工作壽命，最終影響到網(wǎng)絡(luò)的可靠性。減少節(jié)點的通信壓力可降低節(jié)點的能耗，因此，節(jié)點在傳輸信號之前，需要對其進(jìn)行壓縮得到稀疏信號，節(jié)點傳輸?shù)南∈栊盘栆资茉肼暩蓴_，如何利用受噪聲干擾的稀疏信號重構(gòu)原始信號，即稀疏信號重構(gòu)問題，是光伏陣列狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)實際運行時所要解決的重要問題。而目前尚缺少針對光伏陣列狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定的信號重構(gòu)算法，稀疏信號重構(gòu)算法可保證監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的高效運行，為信號重構(gòu)提供了新思路。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對光伏陣列狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信號重構(gòu)問題，本發(fā)明提供一種基于壓縮感知(Compressed Sensing，CS)理論的稀疏信號重構(gòu)方法。當(dāng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)對所采集的信息進(jìn)行傳輸時，節(jié)點獲取的信號為受噪聲干擾的稀疏信號，本發(fā)明提出的重構(gòu)方法能夠重構(gòu)受干擾的稀疏信號，有助于提高監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

技術(shù)方案：一種光伏陣列狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信號重構(gòu)方法，在光伏陣列狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中，部署著能夠采集光伏發(fā)電系統(tǒng)的溫度、光照強(qiáng)度、電壓、電流和功率信息的傳感器節(jié)點。各節(jié)點采用自組織方式形成無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，為減少監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的通信壓力，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)采用壓縮感知理論對各節(jié)點所采集的信息進(jìn)行壓縮。壓縮得到的信號為稀疏信號，稀疏信號在傳輸時，會受到噪聲的干擾，為保證監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)目煽啃?，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)需要合理有效的稀疏信號重構(gòu)方法。

本發(fā)明提出了光伏陣列狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信號重構(gòu)方法：基于梯度投影稀疏重構(gòu)(Gradient Projection Sparse Reconstruction，GPSR)的信號重構(gòu)方法，通過獲取監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)氖茉肼暩蓴_的稀疏信號，重構(gòu)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)采集的原始信息。同時通過連續(xù)正則因子提高梯度投影稀疏重構(gòu)算法的運算效率。

有益效果：本發(fā)明提供的光伏陣列狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信號重構(gòu)方法，適用于重構(gòu)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中受噪聲干擾的稀疏信號，通過減少噪聲的影響和增加稀疏信號的稀疏度，使得稀疏信號的重構(gòu)均方誤差(Mean Square Error，MSE)達(dá)到接近于零的效果，并且算法具有運行效率高的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信號的壓縮感知；

圖2為GPSR的重構(gòu)MSE；

圖3為GPSR-BB的重構(gòu)MSE；

圖4為GPSR-BB的稀疏信號重構(gòu)。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)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。

一、光伏陣列狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的壓縮感知模型

1、壓縮感知模型

光伏陣列狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中部署著能采集溫度、光照強(qiáng)度、電壓、電流、功率等信息的傳感器節(jié)點。壓縮感知理論的特點是在節(jié)點采集信號時直接對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行壓縮。

假設(shè)WSN中包含有N個傳感器節(jié)點，則節(jié)點采集的感知信號向量為：

式中：正交基通常為分析信號結(jié)構(gòu)得到的已知矩陣，取小波變換正交基；x代表長度為N的一維原始信號向量；s代表x在上的投影信號向量，包含K(K<<N)個非零元素的嚴(yán)格稀疏信號向量。

節(jié)點的采樣信號向量可表示為：

式中：θ∈R^M×N(M<<N)代表測量矩陣，本發(fā)明取θ為服從高斯分布的隨機(jī)矩陣；Θ代表CS矩陣。

式(2)代表基于壓縮感知理論的信息采樣的過程，y即為節(jié)點采樣得到的結(jié)果。由式(2)可見，高維信號x通過測量矩陣θ可投影到低維信號y。

將節(jié)點的原始感知信號x通過正交基投影到稀疏信號向量s上為信號壓縮感知的重要步驟之一。另一重要步驟為重構(gòu)稀疏信號向量，即為已知采樣信號向量y和測量矩陣θ求解稀疏信號向量s的過程，得到s后即可根據(jù)式(1)重構(gòu)原始信號向量x。信號的壓縮感知過程如圖1所示。

由圖1可見，節(jié)點的采樣信號為含有噪聲的信號。在含有測量噪聲n的情況下，采樣信號向量可表示為：

y＝Θs+n(3)

式中：n為加性高斯白噪聲。