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m序列伪随机动态测试信号建模与压缩检测方法

更新时间：2019-12-25 11:36:48 大小：1M 上传用户：zhiyao6查看TA发布的资源 标签：压缩检测 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

针对智能电网中动态负荷对电能计量的影响问题,建立了m序列伪随机动态测试信号的参数模型,并分析了该测试信号的统计特性;证明了该动态测试信号的频域稀疏性,采用压缩感知理论建立了伪随机动态测试信号的压缩感知检测系统模型,采用稳态优化方法构建了压缩感知测量矩阵;在此基础上,针对m序列伪随机动态测试信号,提出了电能量值的压缩感知测量方法;仿真分析了长度为255位、511位、1023位单周期和多周期m序列动态测试信号的相对误差,误差均小于10-12,可忽略不计,表明所提压缩感知测量方法能够准确测量伪随机动态测试信号的电能量值。


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m序列伪随机动态测试信号建模与压缩检测方法.pdf 1M

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第
卷第  
期
2
37  
Vol．37 No．2  
Feb. 2017  
电 力 自 动 化 设 备  
Electric Powꢀr Automation ꢁquipmꢀnt  
年
月
2
2017  
m 序列伪随机动态测试信号建模与压缩检测方法  
1
王学伟 董晓璇  
，
1
，
1
2
2
袁瑞铭 田海亭 姜振宇 王国兴  
， ， ， ，  
2
2
王
琳
北京化工大学 信息科学与技术学院 北京  
，
（
；
100029  
1.  
国网冀北电力有限公司电力科学研究院 北京  
，
）
100045  
2.  
摘要 针对智能电网中动态负荷对电能计量的影响问题 建立了 序列伪随机动态测试信号的参数模型 并  
： ， ，  
m
分析了该测试信号的统计特性 证明了该动态测试信号的频域稀疏性 采用压缩感知理论建立了伪随机动态  
； ，  
测试信号的压缩感知检测系统模型 采用稳态优化方法构建了压缩感知测量矩阵 在此基础上 针对 序列  
， ； ，  
m
伪随机动态测试信号 提出了电能量值的压缩感知测量方法 仿真分析了长度为  
， ；  
位
位
、
位单周  
1023  
、
255  
511  
-12  
，
10  
期和多周期 序列动态测试信号的相对误差 误差均小于  
，
m
可忽略不计 表明所提压缩感知测量方法能  
，
够准确测量伪随机动态测试信号的电能量值  
。
关键词 智能电网 动态负荷  
： ；  
序列 伪随机测试信号 测试信号模型 压缩检测模型 压缩感知测量  
； ； ； ；  
；
m
方法 电能测量方法  
；
中图分类号  
文献标识码  
：
：
：
DOI 10.16081 ／ j.issn.1006－6047.2017.02.022  
TP 391  
A
［
］
11-12  
算法  
但如何建立伪随机动态测试信号的电能  
。
引言  
0
量检测模型 是有待解决的科学问题  
，
。
随着智能电网的加速建设 风能 太阳能 潮汐  
， 、 、  
在随机信号检测方法方面 压 缩 感 知  
，
理
）
（
CS  
能等新能源的大量接入 电网中动态负荷以及具有  
，
［
13  
］
［
］
14-15  
论
与压缩检测  
方法  
）
的提出 为检测随机  
，
（
CM  
［
1-4  
］
非稳态特征的新型电源的输出普遍存在  
因此  
，
。
信号提供了新的解决思路 目前  
信号检测方法  
。
CM  
的研究均是从理论层面解决二元通信信号 有 和 无  
”
建立能够反映随机动态特征的测试信号模型 以及  
，
“
”
“
研究一种随机型动态测试信号电能量的测量方法  
，
［
］
16  
，
［
］
17-18  
。
的检测问题  
提出了针对通信信号的  
算法  
CM  
建立检测系统模型 已经成为电能计量领域亟待解  
，
但
算法的性能与测量矩阵的优越性相关 不能  
，
CM  
决的重要科学问题  
。
解决随机信号的电能量值的准确测量问题  
。
在测试信号的建模方面 近年来学者们均采用  
，
本文研究建立了 序列伪随机动态测试信号模  
m
确定周期信号建模的方法建立了确定型动态测试信  
号模型 文献 建立了正弦和梯形包络调幅的动态  
型 采用  
，
这一现代信号处理工具 建立伪随机动  
，
CS  
：
［ ］  
5
态测试信号的电能量  
系统模型 并针对该电力  
，
CM  
测试信号时域模型 文献  
；
建立了调相与调频的动  
［ ］  
6
动态测试信号 提出  
，
电能测量新方法  
。
CS  
态测试信号时域模型 文献  
；
建立了通断键控  
］
［
7 - 8  
调幅动态测试信号的时域和频域模型 电力  
。
（
）
序列调制的伪随机动态测试信号模型  
OOK  
1 m  
系统动态负荷的重要特征是其具有随机性 确定型  
，
序列调制的伪随机动态测试信号参数模型  
本文采用将稳态信号转换为动态信号的方法  
1.1  
m
动态测试信号模型不能测试动态负荷的随机特性  
，
对电能表动态误差的影响 因此建立伪随机动态测  
。
建立 序列调制的伪随机动态测试信号参数模型  
m
试信号模型 进而研究得到相应的动态误差测试方  
，
以下简称为 序列动态测试信号模型 如图  
），  
m
所
1
（
法十分重要 然而 通过对国内外的文献检索表明  
。 ， ，  
示
该方法利用 序列二元波形函数  
m
对稳态  
（ ）  
m t  
。
目前尚未见随机型动态测试信号建模的文献报道  
。
工频电流信号  
进行调制 建立具有伪随机动态  
，
（ ）  
is t  
在动态测试信号电能量检测方法方面 国内外  
，
序列动态测试  
m
学者针对稳态测试信号提出了时域电能量值测量算  
稳态电流信号  
电流信号  
id（t）  
（ ）  
is t  
［
9
］
法
频域基于快速傅里叶变换  
的电能测量算  
）
、
（
FFT  
调制器  
［
］
10  
以及在时频域中基于小波变换的电能量值测量  
法
（ ）  
m t  
收稿日期  
修回日期  
：
2016－ 12－25  
：
；
2016－03－17  
序列二元波形  
m
基金项目 国家自然科学基金资助项目  
：
国网冀北  
）；  
51577006  
（
电力有限公司电力科学研究项目  
（
）
序列二元波形产生器  
m
8KE000M15006  
Project supported by the National Natural Science Foundation  
图
序列动态测试信号建模方法  
1 m  
（ ）  
of China 51577006 and Research Program of State Grid Jibei  
， （  
Electric Power Co. Ltd. 8KE000M15006  
）
Fig.1 Modeling of m-sequence dynamic test signal  
第
卷
37  
电 力 自 动 化 设 备  
特性的测试电流信号  
模型 测试电压信号模型  
，
可由稳态电压信号  
式
（ ）、 （ ）  
us t  
和式  
给出 其模型  
（ ） ，  
6
（ ）  
id t  
5
由稳态正弦电压信号  
给出 动态测试功率信号  
，
（ ）  
us t  
参数由  
决定  
。
（ ， ，…， ）、 、 、 、  
Ci i=1 2 n ꢁ U Ω1 φ  
模型由  
与
相乘得到 建模过程如下  
（ ） 。 。  
id t  
（ ）  
us t  
图
展示了 序列动态测试信号参数模型给出  
m
3
设稳态电压信号和稳态电流信号分别为  
：
的
序列动态测试信号的波形图  
。
m
（ ） （ ）  
us t =Usin Ω1 t+φ  
（ ）  
1
（ ）  
m t  
（ ） （ ）  
is t =Isin Ω1 t  
1
其中  
分别为电压 电流幅值  
、
为电压初相位  
； ；  
φ
， 、  
U I  
ꢀ
为角频率  
为工频频率  
。
π
Ω1 =2 f1  
，
f1  
t
序列控制信号  
（ ）  
a
（ ）  
m t  
m
二元波形函数  
采用数值 序列  
m
与矩  
（ ）  
m t  
（ ）  
m k  
形窗函数的乘积表示  
（ ）  
is t  
：
N
ꢀ
（ ）  
2
（ ） ∑ （ ） （  
m t = m k g t-kT  
）
O
k＝1  
t
t
t
t
稳态电流信号  
（ ）  
b
（ ）  
is t  
［ ，（ ） ］  
t∈ kT k+1 T  
1
｛
0
（ ）  
g t-kT =  
其他  
序列的级数  
（ ）  
us t  
ꢀ
n
，
N =2 -1 n  
其中  
为
为窗函  
； （ ）  
g t-kT  
，
m
O
数
为二元波形函数  
的码元宽度 也为  
（ ） ，  
m t  
，
T=1 ／ f1  
稳态电压信号  
（ ）  
c
（ ）  
us t  
稳态工频电流信号  
的周期  
（ ）  
is t  
。
（ ）  
t
id  
由
对
进行幅度调制得到  
为
（ ） ：  
id t  
（ ）  
m t  
（ ）  
is t  
ꢀ
ꢀ
O
（ ） （ ） （ ） ∑［ （ ） （ ）］ （ ） （ ）  
id t =m t is t =I m k g t-kT sin Ω1 t 3  
k＝1  
动态测试电流信号  
（ ）  
d
（ ）  
t
id  
ꢀ
其中  
为动态电流的幅度变化  
；
， ∑ ［ （ ） （  
I m k g t-kT  
）］  
pd（t）  
k＝1  
（ ）  
m t ≤1  
。
O
对于式  
所示 序列动态测试电流信号 本  
，
m
（ ）  
3
动态测试功率信号  
（ ）  
e
（ ）  
pd t  
文采用如图 所示的方案来实现  
2
。
图
序列动态测试信号波形  
3 m  
序列动态测试电流信号  
（ ）  
id t  
稳态电流信号  
（ ）  
is t  
m
×
Fig.3 m-sequence dynamic test signal waveforms  
序列  
（ ）  
m t  
m
序列动态测试信号模型的统计特性  
1.2  
m
本文建立的 序列伪随机信号模型 给出了  
，
m
图
序列动态测试信号实现方案  
2 m  
Fig.2 Implementation scheme of m-sequence  
dynamic test signal  
一种长周期信号 比如  
（
级
序列 其长度为  
，
N =  
：
17  
m
位
若观察测试时间大于一个周期 则是确  
，
），  
131ꢀ71  
根据 序列的生成原理  
m
可以由其递推方  
， （ ）  
m k  
定性周期信号 并显示出它的非随机特性 若观察测  
， ；  
［
］
2ꢀ  
。
程式表示如下  
：
试时间小于一个周期 则是真实的随机二进制信号  
，
（ ） （ ） （ ） … （ ）  
m k =C1 m k-1 ⊕C2 m k-2 ⊕ ⊕Cn m k-n =  
以下将针对本文 序列动态测试电流信号模  
m
n
型 在测试信号的一个周期  
，
内分析其统计特性  
。
Tm  
∑Ci m（k-i）（mod 2）  
（4）  
序列系数 将式  
。
i＝1  
序列  
和与其对应的二元波形  
是同  
（ ）  
m k  
（ ）  
m t  
m
其中  
或
为
（ ， ，…， ）  
1 i=1 2 n m  
，
Ci =ꢀ  
［
2ꢀ  
］
一事物的 种不同描述方法  
2
故
与
具
（ ）  
m t  
，
（ ）  
m k  
代入式  
可得 序列动态测试电流信号的参  
（ ）  
3
（ ）  
4
m
有相同的统计特性 以下由  
。
的函数  
（ ） （ ） （ ）  
id t = m t is t  
数模型 见式  
，
其模型参数由  
共同决定  
、 、 。  
Ci ꢁ Ω1  
（ ），  
5
关系 推导 序列动态测试电流信号  
，
m
的数学期  
（ ）  
id t  
ꢀ
n
望
方差  
自相关函数  
［ （ ）］、  
Var id t Rd  
T
（ ）：  
［ （ ）］、  
E id t  
（ ）  
id t =ꢁ  
∑
（
）（  
）
∑C m k-i mod 2 g t-kT sin Ω t  
1
）
（
） （  
｛［  
］
｝
i
k＝1  
i＝1  
［ （ ）］ （ ） ［ （ ）］ （ ） ［ （ ）］  
E id t =is t E m t =is t E m k  
=
（ ）  
5
（ ） ［ （ ）］  
ꢁ sin Ω1 t E m k  
（ ）  
7
序列动态测试功率信号参数模型可由稳态电  
m
2
［ （ ）］ （ ） ［ （ ）］  
Var id t =Var m t is t =is t Var m k =  
［ （ ） （ ）］  
压信号  
与式  
相乘并化简得出  
（ ） ：  
5
（ ）  
us t  
2 2  
ꢁ sin Ω1 t Var m k  
（
）
［ （ ）］  
（ ）  
8
N
n
（ ）  
pd t =pꢀ  
∑
）
×
｝
∑C m k-i mod 2 g t-kT  
（ ）（ ）  
（
］
｛［  
i＝1  
i
ꢀ
ꢁ
）］  
=
（ ） ［ （ ） （  
=E id t id tꢁ  
Rd  
k＝1  
ꢂ
ꢃ
）］  
=
［ （ ） （ ） （  
） （  
E m t is t m t+ is t+  
（ ）  
6
［
（
cosφ-cos 2Ω1 t+φ  
）］  
ꢄ
ꢅ
）］  
=
（ ） （  
） ［ （ ） （  
is t is t+ E m t m t+  
pꢀ =Uꢁ ／ 2  
综上所述  
ꢆ
（ ） （ ）  
is t is t+ Rm  
ꢇ
（ ）  
（ ）  
9
序列动态测试信号的参数模型  
，
m

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