基于压缩感知的电力系统谐波分析

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1、基于压缩感知的电力系统谐波分析HarmonicAnalysisinPowerSystemBasedonCompressedSensing学科专业：电气工程研究生：袁博指导教师：杨挺教授天津大学电气与自动化工程学院二零一四年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位

2、论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要电能质量信息采集和数据分析是保证供电质量、提升电网运行效率和建设未来智能电网的基础性支撑，其中谐波信息的采集和分析至关重要。高密度的信息采集使数据量呈爆炸式增长，因此该研究领域已试图将压缩感知引入谐波等数据的信息采

3、集，以克服传统Nyquist采样的缺陷和高密集信息采集的数据存储问题，更加适应电网监测环境。本文立足于研究现状，在研究探讨和仿真分析了谐波数据压缩采集和重构过程中稀疏基、测量矩阵和恢复算法选取的基础上，阐述和提出了一种“基于压缩感知的谐波分析方法”和一种“适用于电网谐波信号的压缩感知改进恢复算法”。首先，本文分析出谐波信号在DFT基下具有良好稀疏性，阐述了一种压缩感知谐波分析方法的实现框架，该框架在信号重构过程同时实现谐波分量检测功能。实验表明，本文提出的压缩感知谐波分析方法的检测结果能够满足国家标准的精度要求。特别地，当压缩比为30%时，该谐波分析框架可将频率、幅值

4、和相-3o位的检测误差保持在10、0.15%和0.1以内，满足国家标准较高精度的检测要求。其次，考虑到实际电网的谐波信号中，谐波分量的幅值能量远远低于基波分量，进一步分析出谐波信号的“基波分量稀疏度”性质。在此性质基础上，设计了一种适用于谐波信号的压缩感知恢复算法，通过滤除压缩信号中的基波分量实现算法对谐波分量的性能优化。实验表明，相比于SPG算法，该恢复算法对频率检测误差最多可降低0.001Hz，对幅值检测误差最多可降低约0.15个百分点，o对相位检测误差最多可降低约0.24，同时在重构性能上信噪比可提升2~8dB。这说明该恢复算法能够进一步提升检测和重构性能。关键

5、词：压缩感知,谐波分析,恢复算法,检测误差,电能质量ABSTRACTPowerqualityinformationcollectionanddataanalysisisthebasicsupporttoensurethequalityofpowersupply,improvetheefficiencyofgridoperationandbuildfuturesmartgrid.Collectionandanalysisofharmonicinformationisveryimportantamongallkindsofpowerquality.High-density

6、informationcollectionmaketheamountofdataexploding.ThisresearchareasattemptstointroducecompressedsensingtechnologyintoharmonicinformationcollectiontoovercomethedefectsofthedatacompressioninconventionalNyquistsamplingandtoovercomethedatastorageproblemsinhigh-densityinformationcollection,w

7、hichmoreadaptstotheharmonicmonitoringenvironmentinpowersystem.Afterstudying,exploring,simulatingandanalyzingtheselectionofsparsebase,measurementmatrixandrecoveryalgorithmincompressionacquisitionandreconstructionprocessofharmonicdata,thisarticleshowsa"harmonicanalysisframeworkba