原子稀疏分解算法在电力系统扰动信号分析中的应用

针对目前电力系统扰动信号分析中的一些不足,提出了一种基于原子分解的扰动信号分析方法。该方法根据电力系统信号特点,采用衰减正弦量模型构建原子库。以原子稀疏分解的基本理论为指导,应用匹配追踪算法进行迭代求解,得到相关原子参量。将所述方法应用于电力系统扰动信号分析中,能够自适应地从过完备原子库中建立信号的稀疏解析表示,克服了固定基信号分解模式的缺陷。典型算例仿真结果证明了算法的有效性和优越性。     

应用原子分解的电能质量扰动信号特征提取方法

提出一种应用原子分解实现的电能质量扰动信号特征提取方法.该方法以Gabor原子库和匹配追踪算法为基础,从扰动信号中迭代求取Gabor原子成分,再将Gabor原子转化为衰减正弦量原子,获得电能质量信号中各种扰动成分参量化的原子解析表示.用初始残余能量的阈值作为原子分解迭代终止条件,以改善特征提取效果.该方法可准确定量地提取各扰动成分的起止时刻、幅值、频率和变化规律等扰动特征,适用于暂态扰动、稳态扰动和多重扰动.算例分析验证了所提出的方法的有效性.     

电能质量扰动信号时频原子分解的进化匹配追踪算法

时频原子分解对电能质量扰动信号具有良好的分析效果,但其常用的匹配追踪(MP)算法,存在计算量大、参数空间离散化影响原子匹配性能等不足。基于差分进化,研究了电能质量扰动信号原子分解的进化匹配追踪(EMP)算法,给出了算法流程。针对几种电能质量扰动信号,通过Gabor和衰减正弦量原子分解的30次独立仿真实验,分析了信号长度、噪声等对性能的影响。结果表明,EMP算法与MP相比大大减少了计算耗时且不受信号长度的影响,进一步提高了原子的全局匹配能力,具有很好的抗噪声能力。最后,给出了下一步工作的展望。     

采用快速原子分解的电能质量扰动信号参数辨识

采用原子分解能够准确提取电能质量扰动信号的幅值、频率、相位以及扰动起止时刻等特征量。但在原子分解过程中需要作大量的计算,计算速度缓慢。针对这一问题,根据信号的特点采用快速原子分解方法将Gabor原子库分为5层,简化每一层的索引参数。首先利用快速傅里叶变换测出信号的主要频率点和通过小波变换粗提取扰动起止采样点序列,然后将信号依次通过Gabor原子库每一层,从每一层中搜索到对应的最佳匹配原子,并采用伪牛顿法对最佳匹配原子进行优化,最后转化为衰减正弦量原子,以残余正弦信号的能量作为判断终止条件。算例仿真结果表明,该方法能够准确对电能质量参数进行辨识,并且运算速度有较大提高,验证了所提方法的有效性和实时性。     

原子分解快速算法在电能质量扰动分析中的应用

提出一种原子分解的快速算法,并应用于电能质量扰动信号的分析中。该方法构建相关原子库,并将原子离散的参数连续化,能减少重构信号所需的原子数并使分解结果更准确;针对频率范围较大的谐波、衰减振荡等信号,采用快速傅里叶变换对最优原子频率进行预求解,从而降低原子库规模;采用粒子群优化的匹配追踪算法选出反映电能质量扰动信号特征的最优原子。仿真算例表明,该方法可快速准确地提取电能质量信号的扰动特征,且有较好的抗噪性能。     

应用HS改进原子分解的电能质量扰动辨识分析

结合原子分解与和声搜索算法,提出了一种电能质量扰动信号自适应分解及特征参数辨识方法。针对Gabor原子分解匹配追踪算法计算量大、实时性差的问题,首先利用傅里叶变换进行频谱分析,估计出扰动信号频率、幅值等参数,并以估计值作为搜索的初始解,加快算法的收敛速度;然后根据电能质量扰动信号特点将Gabor原子库分解为类基波库、脉冲库、谐波库、振荡库4个子库,依次搜索各子库,降低搜索的复杂度;再次,利用和声搜索算法快速、准确的全局搜索和协同搜索的特点对匹配追踪算法进行改进,加快了搜索速度;最后,依据获得Gabor原子索引参数实现电能质量扰动信号参数辨识。算例仿真表明,所提方法在保留匹配追踪算法优良重构性能的前提下,计算复杂度显著降低,搜索效率和收敛速度加快,扰动参数辨识精度得到提高。     

基于正交优化时频原子分解算法的电能质量扰动匹配特征分析

针对电能质量扰动信号时频局部化信息量较广难以简洁、灵活提取有效细微特征以及匹配追踪收敛速度较差的问题,提出一种应用于电能质量扰动分解重构及扰动特征参量提取的匹配时频原子框架及其改进方法。在Gabor时频原子库离散优化基础上,通过匹配追踪算法对扰动信号进行自适应分解,同时对搜寻的最佳时频原子进行正交变换,减小冗余分量,设定迭代次数或残差阈值作为终止条件,从而获得一系列匹配扰动信号波形特征的正交时频原子及其参量化形式。仿真结果表明,该框架能有效分解提取电能质量扰动信号时频特征参量,相对基于匹配追踪的稀疏分解,改进算法单一扰动匹配特征重构信噪比高达55dB,多重扰动达35dB,均方误差数量级为0.001,匹配扰动特征精度及收敛性能进一步提高,满足电能质量分析要求。     

基于Gabor原子的活立木茎体水分信号MP分解与重构

针对活立木茎体水分时域信号呈现的非平稳、信息冗余特性,提出了一种基于Gabor原子的活立木茎体水分信号MP分解与重构方法。试验结果表明活立木茎体水分信号可以用Gabor原子库稀疏表示,靠前的原子反映信号的主要特征,靠后的原子反映信号的细微特征,原子数越多,稀疏信号越能更好地描述原始时域信号的特征。稀疏信号对比于原始时域信号,数据量明显减少,避免了信息冗余,达到了数据压缩的目的,为大量数据的存储节省了物理空间。在Gabor原子库过冗余的情况下,稀疏信号可以高质量的重构出原始时域信号,在主要特征数据点处重构误差较小,在细微特征数据点处重构误差较大。     

树形原子分解在电能质量扰动信号中的应用

针对原子分解算法仅仅保留当前最佳解,而忽略其对以后步骤影响的问题,提出一种树状型的改进原子分解算法,利用树状图从所有可能的向量组合中,选择逼近误差最小的核函数组合作为最佳字典向量,每次保留多个局部极值作为候选项,找到传统原子分解和全局最优解之间的折衷.仿真电能质量扰动录波数据表明,新方法能够有效地应用到电能质量扰动信号中,可以对电能质量仿真数据进行可行性分析,结果证明了所提方法的良好性能.     

基于稀疏分解和复合熵编码的电能质量扰动数据高效压缩算法

对于电能质量扰动信号压缩问题,压缩比和重构误差是一对互相矛盾的指标。传统的压缩算法难以同时满足高压缩比和低重构误差的要求。为了同时提高压缩比和减小重构误差,该文提出了一种基于稀疏分解、哈夫曼编码和行程编码的混合压缩算法。首先,使用基于联合字典的稀疏分解算法,将电能质量扰动信号中的暂态分量和稳态分量进行分离;其次,对暂态分量使用小波分析、哈夫曼编码、行程编码算法进行编码压缩,对稳态分量,即基波和谐波分量,则保留其大于设定阈值的部分,进而完成对信号的压缩;最后,仿真信号和实测信号的实验结果表明该算法较对比算法具有更高的压缩比和更低的重构误差,同时证明了其对采样频率和高斯白噪声具有较强的抗干扰能力。     

基于原子稀疏分解理论的短期风电功率滑动预测

采用一种具有很强的非平稳信号跟踪、预测能力的原子稀疏分解(ASD)法,作为人工神经网络(ANN)的前置分解方法,将风电功率序列分解为原子分量和残差分量,对原子分量进行自预测,残差分量进行ANN预测,再通过追加最新的风电功率实时数据来更新ASD的结果,进而滑动预测下一个时刻的风电功率。以实际风电场数据进行验证,结果证明了该模型可以有效地处理风电功率非平稳性,产生更为稀疏的分解效果,显著地降低了绝对平均误差、均方根误差计算值的统计区间。     

局部均值分解在电力系统间谐波和谐波失真信号检测中的应用

将局部均值分解LMD(Local Mean Decomposition)法应用于电能质量扰动检测,选取电力系统中典型间谐波扰动信号、短时谐波信号、暂态谐波信号、时变谐波信号和变压器中的实际多频谐波信号,应用LMD对其进行分析.间谐波信号的仿真结果表明LMD方法在求取的瞬时特征参数波动幅度、端部效果、检测精度和运行时间方面都优于Hilbert-Huang变换(HHT)方法;谐波失真信号的仿真结果表明该方法可以准确检测扰动信号的频率、幅值以及扰动发生与恢复的时刻.对某500kV变电站35kV侧投运电容器时引起的35kV侧B相电压下降和畸变的信号分析结果进一步证明了所提方法的正确性.     

基于PSO的原子分解法在间谐波分析中的应用

间谐波是非整数倍基波频率的信号,对电能质量会造成严重污染,并降低电力系统可靠性。因此,准确地检测分析间谐波的特征对电力系统安全稳定具有重要意义。首次将基于粒子群优化算法的原子分解法应用于电力系统间谐波检测分析,能够克服传统的匹配追踪算法计算时间过长的缺点。该方法将粒子群优化算法应用于原子分解的迭代优化过程中,通过比较粒子的最佳适应度值,选取最能反应信号特征的最佳匹配原子,完成各次谐波和间谐波分量的提取,而且可以得到时频分辨率很高,且不受交叉项影响的时频分布图,最终完成整个电力系统谐波的准确分析。通过两个仿真算例表明,所提方法准确有效,具有较好的自适应性和抗噪性能,为电力系统间谐波分析提供一种新的途径和方法。     

基于稀疏分解的复合电能质量扰动分类

针对复合电能质量扰动分类问题,提出了一种基于稀疏分解的分类新方法。该方法通过构建正余弦字典、脉冲字典将电能质量扰动信号分解为近似部分和细节部分,并从中提取了8个特征量。将特征向量输入改进支持向量机中可实现30种复合扰动的准确分类。基于MATLAB生成数据和真实电网数据的仿真结果表明:针对稀疏分解得到的特征向量,改进支持向量机的分类精度高于BP网络和极限学习机;文中方法对单一扰动及复合扰动均有较强的分类能力,且具有一定的抗噪声能力。     

广义内插小波在电能质量扰动信号分析中应用

广义内插小波(GIW)具有对称性、紧支撑性、双正交性、内插性和高阶消失矩等优点,并消除了分解初始化时的Mallat误差。介绍了GIW的基本概念和分解、重构算法。将GIW应用于电能质量扰动信号的分析,对电压骤升、电压骤降、局部跌落、瞬时断电、频率漂移和局部振荡进行了仿真,并比较了GIW、Bior 3.7、Coif3、Db 4等4种小波在电压骤升、局部跌落、局部振荡时的信号定位性能,结果表明:虽然选取的GIW的滤波器长度要大于其他3种小波,但其对突变信号定位的幅值和偏移点数等参数仍优于其他三者;检测突变信号时,选用紧支撑对偶、具有高阶消失矩的小波可以更精确地检测突变点。分析可知,GIW具有很好的综合性能指标,可以有效地检测出各种微小扰动。     

基于小波变换的电力系统短路故障分析

介绍小波变换应用在信号奇异性检测方面的基本原理,提出了基于小波变换的电力系统故障信号分析方法,既充分利用了小波变换在故障信号分析中的优点,又克服了传统傅里叶变换方法的不足.最后通过一个实例进行验证.     

雷电信息分析显示终端在电力系统的应用

雷电信息分析显示终端（LIADS）是雷电定位系统的三个组成部分之一。根据雷电信息分析显示终端的特点，探讨了雷电定位分析显示终端在电力系统中的应用，提出了在电力系统中一些新的应用范围。这对充分发挥雷电信息分析显示终端的作用，提高电力系统的安全，经济，可靠运行水平，具有重要意义。     

Electromechanical distance measure for decomposition of power systems

A concept of electromechanical distance measure which reflects the interaction among the machines during a transient is presented. This measure is then used as a criterion for decomposing the power system into regions, each requiring different levels of model complexity. The complexity of models for regions decreases progressively away from the point of fault. Grouping of coherent generators within each region can also be done using the results of this analysis. The analysis takes into account the fault location, magnitude of disturbance, and changes in boundary between the study area and the external system.     

Application of catastrophe theory to power systems

In recent publications dealing with nonlinear systems, nonlinearities existing in the systems under study have drawn much attention. Studies on the effects of nonlinearities in power systems are becoming an increasingly important part of the research on system stability. It is probable that heretofore undiscovered phenomena caused by the nonlinearities involved in load flow equations, generator swing equations and characteristics of control equipments and loads, etc., may be found. This paper presents a new Catastrophe Theory application to nonlinear power systems. Making use of the concept of Duffing's equation, it is shown that a Catastrophe Theory analogy can be used to interpret unstable phenomena caused by system nonlinearities from the viewpoint of oscillations. When considering system nonlinearities due to poor combinations of system parameters and periodic disturbances, there may exist the characteristic “jumps” in system ates that correspond to slow (quasi-dynamic) changes of the frequencies of periodic disturbances. With this Catastrophe Theory approach, a system bifurcation set can be identified to assess the unstable phenomena of power systems.