本發(fā)明屬于直流信號(hào)測(cè)量領(lǐng)域，涉及一種基于壓縮感知的計(jì)及波形畸變直流信號(hào)紋波檢測(cè)方法、系統(tǒng)、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、由于直流輸電系統(tǒng)中存在大量非線(xiàn)性電力電子器件，會(huì)不可避免地產(chǎn)生紋波。紋波的存在不僅會(huì)影響直流配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，還會(huì)危及供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，所以有必要對(duì)直流系統(tǒng)中的紋波進(jìn)行精確地檢測(cè)分析。而現(xiàn)存的高密度環(huán)境會(huì)使得終端設(shè)備數(shù)量地急劇增加而導(dǎo)致巨大的數(shù)據(jù)量，產(chǎn)生數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)壓力。再者，現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于直流紋波的監(jiān)測(cè)都是先利用濾波電路將直流分量從非理想直流信號(hào)中去除，再檢測(cè)紋波，實(shí)時(shí)性較差且占用大量空間和硬件成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于壓縮感知的直流信號(hào)紋波檢測(cè)方法及系統(tǒng)，其可在較少的采樣數(shù)據(jù)下實(shí)現(xiàn)對(duì)直流分量和紋波分量的精確檢測(cè)，節(jié)約存儲(chǔ)空間。

2、為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

3、第一方面，本發(fā)明提供一種直流信號(hào)紋波檢測(cè)方法，其包括：

4、步驟1、采集非理想直流信號(hào)，構(gòu)造基于四項(xiàng)三階nuttal窗函數(shù)的高斯測(cè)量矩陣并以預(yù)設(shè)的壓縮比例對(duì)非理想直流信號(hào)進(jìn)行壓縮感知采樣，得到壓縮信號(hào)；

5、步驟2、選取dft稀疏基作為稀疏度自適應(yīng)重構(gòu)算法的稀疏基，對(duì)壓縮信號(hào)采用稀疏度自適應(yīng)重構(gòu)算法重構(gòu)得到重構(gòu)稀疏向量；

6、步驟3、用直流分量恢復(fù)算法與四譜線(xiàn)插值算法相結(jié)合的算法（dcar-qli算法）對(duì)所述的重構(gòu)稀疏向量計(jì)算，同時(shí)得到直流分量的幅值以及紋波分量的幅值、頻率和相位。

7、本發(fā)明解決了現(xiàn)有畸變模態(tài)直流信號(hào)中的直流分量和紋波分量精確分析困難的問(wèn)題，先用壓縮感知采樣，采用壓縮感知能極大降低采樣端對(duì)硬件的要求和存儲(chǔ)壓力；然后，對(duì)壓縮信號(hào)采用稀疏度自適應(yīng)重構(gòu)算法（samp算法）重構(gòu)出稀疏向量；最后，采用dcar-qli算法對(duì)所述的重構(gòu)稀疏向量計(jì)算，同時(shí)得到直流分量的幅值以及紋波分量的幅值、頻率以及相位。

8、進(jìn)一步地，所述步驟1中，非理想直流信號(hào)的離散序列表達(dá)式為：

9、，

10、其中，為非理想直流信號(hào)的直流分量，為非理想直流信號(hào)的紋波分量， h為紋波個(gè)數(shù)，為第個(gè)紋波分量的頻率，為第個(gè)紋波分量的初始相位；表示采樣頻率；為第個(gè)紋波分量的幅值；為離散序列的點(diǎn)數(shù)。

11、進(jìn)一步地，所述步驟1中，所述四項(xiàng)三階nuttal窗函數(shù)的時(shí)域表達(dá)式為：

12、，

13、式中， n為窗函數(shù)的長(zhǎng)度。

14、進(jìn)一步地，所述步驟1中，用窗函數(shù)對(duì)非理想直流信號(hào)的離散序列加窗截?cái)嗟谋磉_(dá)式如下：

15、，，

16、根據(jù)壓縮感知采樣框架，結(jié)合窗函數(shù)和隨機(jī)高斯測(cè)量矩陣的選擇，構(gòu)造加窗隨機(jī)高斯測(cè)量矩陣，并以預(yù)設(shè)的壓縮比例實(shí)現(xiàn)壓縮感知采樣，壓縮矩陣的表達(dá)式如下：

17、，

18、其中，和分別為隨機(jī)高斯測(cè)量矩陣和加窗隨機(jī)高斯測(cè)量矩陣，和均為維列向量；為維的壓縮采樣后得到的壓縮矩陣；是由窗函數(shù)w中的 n個(gè)元素組成的對(duì)角數(shù)組。

19、更進(jìn)一步地，預(yù)設(shè)的壓縮比例為：。

20、進(jìn)一步地，所述的步驟2，具體包括：

21、步驟2.1，選取dft稀疏基作為稀疏度自適應(yīng)重構(gòu)算法的稀疏基，具體表達(dá)式：

22、，

23、其中，k稀疏度的稀疏向量的維數(shù)為，稀疏基的維數(shù)為，傳感矩陣，此時(shí)：

24、；

25、步驟2.2，基于步驟2.1所選取的dft稀疏基以及步驟1構(gòu)造的加窗隨機(jī)高斯測(cè)量矩陣，采用稀疏度自適應(yīng)重構(gòu)算法對(duì)壓縮矩陣y進(jìn)行重構(gòu)，得到下一步所需要的重構(gòu)稀疏向量。

26、進(jìn)一步地，所述的步驟3，具體包括：

27、步驟3.1，搜尋重構(gòu)稀疏向量的零頻率譜線(xiàn)，利用預(yù)先求出的四項(xiàng)三階nuttal窗直流分量恢復(fù)系數(shù)對(duì)直流分量的幅值進(jìn)行恢復(fù)，直流分量的幅值 d恢復(fù)公式為：

28、；

29、步驟3.2，利用四譜線(xiàn)插值算法對(duì)重構(gòu)稀疏向量的紋波分量參數(shù)修正。

30、第二方面，本發(fā)明提供一種直流信號(hào)紋波檢測(cè)系統(tǒng)，其包括：

31、壓縮信號(hào)獲取單元：采集非理想直流信號(hào)，構(gòu)造基于四項(xiàng)三階nuttal窗函數(shù)的高斯測(cè)量矩陣并以預(yù)設(shè)的壓縮比例對(duì)非理想直流信號(hào)進(jìn)行壓縮感知采樣，得到壓縮信號(hào)；

32、稀疏向量重構(gòu)單元：選取dft稀疏基作為稀疏度自適應(yīng)重構(gòu)算法的稀疏基，對(duì)壓縮信號(hào)采用稀疏度自適應(yīng)重構(gòu)算法重構(gòu)得到重構(gòu)稀疏向量；

33、分量參數(shù)獲取單元：用直流分量恢復(fù)算法與四譜線(xiàn)插值算法相結(jié)合的算法對(duì)所述的重構(gòu)稀疏向量計(jì)算，同時(shí)得到直流分量的幅值以及紋波分量的幅值、頻率和相位。

34、第三方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)所述直流信號(hào)紋波檢測(cè)方法的步驟。

35、第四方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述直流信號(hào)紋波檢測(cè)方法的步驟。

36、本發(fā)明具有的有益效果如下：本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流分量和紋波分量的精確檢測(cè)，且實(shí)現(xiàn)了對(duì)非理想直流信號(hào)的壓縮采樣的同步，能大大減少采樣端的存儲(chǔ)空間和硬件的壓力。

技術(shù)特征：

1.一種直流信號(hào)紋波檢測(cè)方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流信號(hào)紋波檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟1中，非理想直流信號(hào)的離散序列表達(dá)式為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流信號(hào)紋波檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟1中，所述四項(xiàng)三階nuttal窗函數(shù)的時(shí)域表達(dá)式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流信號(hào)紋波檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟1中，用窗函數(shù)對(duì)非理想直流信號(hào)的離散序列加窗截?cái)嗟谋磉_(dá)式如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流信號(hào)紋波檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟1中，預(yù)設(shè)的壓縮比例為：。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流信號(hào)紋波檢測(cè)方法，其特征在于，所述的步驟2，具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的直流信號(hào)紋波檢測(cè)方法，其特征在于，所述的步驟3，具體包括：

8.一種直流信號(hào)紋波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種直流信號(hào)紋波檢測(cè)方法、系統(tǒng)、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。本發(fā)明的直流信號(hào)紋波檢測(cè)方法，包括：采集非理想直流信號(hào)，構(gòu)造基于四項(xiàng)三階Nuttal窗函數(shù)的高斯測(cè)量矩陣，并以預(yù)設(shè)的壓縮比例對(duì)非理想直流信號(hào)進(jìn)行壓縮感知采樣，得到壓縮信號(hào)；選取DFT稀疏基作為稀疏度自適應(yīng)重構(gòu)算法的稀疏基，對(duì)壓縮信號(hào)采用稀疏度自適應(yīng)重構(gòu)算法重構(gòu)得到重構(gòu)稀疏向量；用直流分量恢復(fù)算法與四譜線(xiàn)插值算法相結(jié)合的算法對(duì)所述的重構(gòu)稀疏向量計(jì)算，同時(shí)得到直流分量的幅值以及紋波分量的幅值、頻率和相位。本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流分量和紋波分量的精確檢測(cè)，而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)非理想直流信號(hào)的壓縮采樣的同步，能大大減少采樣端的存儲(chǔ)空間和硬件的壓力。

技術(shù)研發(fā)人員：劉思,陳歡軍,徐韜,楊思潔,徐開(kāi),楊依睿,周佑,謝澤楠,陸艷,葉莘
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23