基于自适应变分模态分解的组合模型风电功率预测

风电机组出力的高波动与随机性,影响电力系统安全稳定运行与风电预测精度,针对此提出结合风电功率波动特性研究的风电功率预测方法。首先从时间与机组规模尺度分析风电功率波动特性,并指导选取合适的风电数据用于风电功率预测;然后建立基于最小二乘支持向量机的风电机组短期功率预测模型,采用自适应变分模态分解实现风电数据分频,并采用改进粒子群优化最小二乘支持向量机模型中影响回归预测的模型参数。实验结果表明,预测模型自适应性较强,通过预测误差评价指标,可证明预测方法的有效性。

结合自适应噪声完备集合经验模态分解的深度学习模型在电离层闪烁预报中的研究

电离层闪烁可能导致通信系统误码率增加和GNSS定位精度下降。由于电离层闪烁的偶发性,闪烁预报非常困难。为了提高对电离层闪烁的预测精度,提出了一种综合多种方法的混合预测模型,利用电离层闪烁标签值(S4label)进行辅助,结合“分解-集成”思想的深度学习模型进行预测。首先采用CEEMDAN算法将原始数据分解为多个子信号,并基于样本熵指标,使用K-Means算法将这些子信号重构为高频、低频和趋势3种信号。后利用VMD法对高频信号进行二次分解,借助自注意力LSTM模型实现对高低频信号的逐步预测。实验结果表明,与传统的LSTM模型相比,混合模型预测精度明显提高。在地磁平静期,该模型的预测效果得到显著改善,R^(2)、RMSE、MAE、MAPE代表的精度分别提升了32.2%、58.7%、51.2%、44.7%。因此,该模型能更准确地预测电离层闪烁现象的发生,对电离层闪烁的预测研究具有很好的参考价值。

基于完全自适应噪声集合经验模态分解和互相关分析的核电厂信号降噪研究

针对在强噪声背景中提取核电厂信号有效成分的问题,本文提出一种将完全自适应噪声集合经验模态分解与互相关分析法相结合的降噪方法并进行验证。该方法的主要步骤如下。首先,通过完全自适应噪声集合经验模态分解法对电站信号进行有效分解,得到全部的本征模态分量。然后,根据互相关系数将上述分量进行筛选,得到有用信号主导的分量,将其叠加、重构成降噪后信号。最后,使用降噪指标对降噪效果进行评价。结果表明:与基于经验模态分解、集合经验模态分解的降噪方法相比,本文所提方法得到的降噪后信号信噪比更高、均方根误差更小、相关系数更大、平滑度更好,具有更优的降噪效果。

基于自适应投影多元经验模态分解的电力系统强迫振荡源定位

近年来,电力系统强迫振荡在电网中频繁发生,严重威胁到电网的安全稳定运行,快速、准确地定位强迫振荡源对抑制强迫振荡具有重要意义,但现有方法在分解具有高差异度多通道广域量测信息时难以准确提取强迫振荡模式分量,严重影响到强迫振荡源定位精度。为此,该文提出一种基于自适应投影多元经验模态分解(APIT-MEMD)的强迫振荡源定位方法。该方法首先采用APIT-MEMD通过构建自适应投影方向向量,实现对发电机多通道广域量测信息的同步分解,分离出表征不同振荡模式的固有模态函数(IMF)分量;然后,借助对数能量熵从众多IMF分量中提取出含强迫振荡模式的IMF分量;在此基础上,根据提取出的强迫振荡IMF分量,计算各发电机的耗散能量流,根据耗散能量流实现强迫振荡源定位;最后,通过WECC 179节点测试系统仿真数据和实际电网同步相量测量装置(PMU)实测数据对所提方法进行分析、验证,结果验证了所提方法的准确性和实用性。

两级自适应调频模式分解-同步提取变换的故障诊断方法

同步提取变换(Synchroextracting Transform,SET)处理强干扰信号分量时缺乏自适应性而易发生频率模糊,导致难以精确提取快速波动的瞬时频率。针对此问题,结合自适应调频模式分解(Adaptive Chirp Mode Decomposition,ACMD)的自适应先验信息和贪婪算法的优势,将ACMD引入到SET中,构造一种两级ACMD-SET故障诊断方法。在提出的方法中,将基于基尼指数(Gini Index,GI)最大化准则的分量选择重组算法和第一级ACMD结合,提取出强干扰下的多模态故障脉冲信号的模式。然后,利用SET对第二级ACMD分离出的时变频率故障特征进行高精度的时频表示。将此方法应用到仿真调频-调幅信号中,得到高分辨率的故障特征,方法的有效性得到验证。最后,将所提方法应用于航空发动机高速滚动轴承的振动信号分析中,结果表明,所提方法能有效地提取高速滚动轴承振动信号的时变故障特征频率,其结果明显优于SET方法。

基于快速自适应经验模态分解的高速经编机振动分析

针对某型高速经编机在高转速下结构振动过大以及机构运动信号与结构振动信号相混叠,故障特征难以分离的问题,提出基于快速自适应经验模态分解(FAEMD)算法的经编机振动故障诊断方法。首先运用FAEMD算法将原始振动信号分解成有限个本征模态函数(IMF),然后计算各IMF分量与原信号的相关性,结合经编机运动特点,判断其中相关性最大的本征模态函数为机构运动分量并去除,最后将剩余分量重组实现结构振动信号的提取。将该方法应用于经编机振动故障诊断中,对动态振动数据进行处理,结合静态固有频率测试,成功提取出与实际故障现象相同的信号频率特征,判断出经编机在高转速下振动过大的原因,为后续经编机振动优化提供了参考。

自适应模态总数变分模态分解方法及其性能评估

VMD方法目前广泛应用于转子系统故障诊断以及二维图像分解等领域,但传统VMD算法需要预先给出模态总数,且VMD对信号能量较弱的非中心频段存在重构效果差,含噪声下提取能力差,容易遗漏故障特征等问题;基于上述问题对VMD修改了信号的约束准则,并引入信号未处理以及残差信号的多元约束目标,使模态总数可通过收敛得到;对模拟内圈轴承信号和试验信号的时频域重构分析以及分解模态信号的分析,对比三种算法的在非中心频段的重构效果以及特征提取能力的优劣。

基于自适应噪声完全集合经验模态分解算法和Hurst指数的地震数据去噪方法

在地震观测中,地震数据中普遍包含有噪声信号。由于噪声信号的干扰,地震分析的效率会受到不同程度的影响。传统的去噪方法通常需要噪声的先验知识,并且滤波时会造成部分有效信号丢失。针对这一问题,本文提出一种将自适应噪声完全集合经验模态分解(CEEMDAN)算法与Hurst指数相结合的地震数据去噪方法。首先通过CEEMDAN方法将信号分解为一系列本征模函数(IMF),然后利用Hurst指数对滤波后的IMF分量进行识别,最后对地震数据IMF分量进行重构,从而实现数据去噪。与传统方法的去噪效果对比表明,本文方法可将低信噪比波形的去噪效果提高32%,将高信噪比波形的去噪效果提高6倍。同时对地磁数据的去噪结果表明,本文方法能够较完整地将地铁噪声从地磁信号波形中滤除。

基于二次模态分解的LSTM短期电力负荷预测

为进一步提高短期电力负荷的预测精度,需要更深层次发掘负荷数据中隐藏的非线性关系。提出一种基于信号分解技术的二次模态分解的长短期记忆神经网络(long short-term memory network, LSTM)用于电力负荷的短期预测。所提算法先对原始负荷序列进行自适应噪声的完全集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise, CEEMDAN),再将CEEMDAN分解后分量中的强非平稳分量进行变分模态分解(variational mode decomposition, VMD),同时用中心频率法对VMD分解个数进行优化,然后将两次分解后得到的负荷子序列送入LSTM中进行预测,并将所得分量预测结果进行叠加。结果表明,本文所提方法对短期电力负荷预测结果精度和模型性能都有较大提升。

基于自适应变分模态分解的电力系统机电振荡特征提取

针对电力系统非线性、非平稳机电振荡信号特征参数提取困难的问题,提出了一种基于自适应变分模态分解(adaptive variational mode decomposition,AVMD)和Hilbert变换的电力系统机电振荡特征参数提取方法。自适应变分模态分解方法是一种非递归式算法,通过约束变分模型的构建及求解,从而获取频率成分固定的振荡分量,且抗噪性能较好。首先根据窗口傅立叶变换频谱分布确定变分模态分解算法的分解模态数,然后利用自适应变分模态分解算法获取各有限带宽固有模态分量,最后通过Hilbert变换提取振荡特征参数。仿真分析及实测数据计算结果表明了所提方法的可行性及有效性。

快速自适应经验模态分解方法及轴承故障诊断

提出一种快速自适应经验模态分解(fast and adaptive empirical mode decomposition,简称FAEMD),其算法结构和本征模态函数的特点与经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)类似。采用顺序统计滤波器代替三次样条来拟合曲线,简易的终止准则使耗机时间大幅减小。该方法可以快速、有效、准确地分解信号,能够避免终止准则和端点效应问题,改善模态混叠和耗时问题。在滚动轴承故障诊断的应用中,效果表现良好。

自适应噪声均值优选集成经验模态分解及其在滚动轴承故障诊断中的应用

为了提高自适应噪声完备经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise, CEEMDAN)的分解能力和分解精度,解决CEEMDAN方法中噪声残留等问题,提出了一种改进的CEEMDAN方法——自适应噪声均值优选集成经验模态分解(mean-optimized ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise, MEEMDAN)。MEEMDAN在迭代筛分过程中引入不同的权重,以正交性指标最小为依据,从不同权重下的分解结果中选取最优模态函数(IMF),确保了每一阶的IMF分量都是整体最优。通过仿真分析验证了MEEMDAN方法在分解能力和分解精度方面优于CEEMDAN方法。同时,将MEEMDAN和最大相关峭度反褶积相结合,并应用于滚动轴承仿真数据和实测数据分析,结果表明,与现有方法相比,所提方法能够更为准确地提取出故障特征频率,且在分解能力和抑制干扰频率方面更具有优越性。

改进的自适应噪声总体集合经验模态分解在光谱信号去噪中的应用

针对近红外无创血糖检测过程中噪声对血糖浓度模型精度和稳定性的影响,提出用自适应噪声总体集合经验模态分解方法实现近红外光谱信号的去噪;同时,根据原始信号曲率和分解后本征模态函数(IMFs)曲率间的离散弗雷歇距离选择相关模态。首先,将自适应噪声的总体集合经验模态分解方法引入近红外光谱去噪过程,介绍了经验模态分解、集合经验模态分解、互补集合经验模态分解及自适应噪声总体集合经验模态分解的基本原理及具体实现过程。然后,应用基于曲率和离散弗雷歇距离的自适应噪声总体集合经验模态分解改进算法对仿真信号和光谱信号进行去噪,并将其标准差和信噪比作为评价指标。实验结果表明:应用提出的方法得到的血糖浓度近红外光谱数据其标准差为0.179 4,信噪比为19.117 5dB,实现了信号与噪声的分离,改善了重构信号质量,具有良好的自适应性,可以有效识别并提取有用信息。

基于自适应噪声完整聚合经验模态分解-极限学习机的短期血糖预测

糖尿病患者的血糖浓度时间序列具有时变、非线性和非平稳的特点,为提高血糖预测精度,提出一种自适应噪声的完整聚合经验模态分解(CEEMDAN)与极限学习机(ELM)相结合的短期血糖预测模型。首先,利用CEEMDAN方法将患者的血糖浓度时间序列进行分解,得到不同频段的血糖分量IMF(本征模态函数)和残余分量,以降低血糖时间序列的非平稳性;然后对各血糖分量IMF和残余分量分别构建极限学习机,并将各极限学习机的预测结果融合,获得患者未来血糖浓度的预测值,提高预测精度;在此基础上,进行低血糖预警。利用从河南省人民医院内分泌科采集的56例患者的数据进行模型检验,结果表明:与ELM模型和EMD-ELM模型相比,CEEMDAN-ELM短期血糖预测模型提前45 min的预测仍可达到较高预测水平(RMSE=0.205 1,MAPE=2.116 4%);低血糖预警虚警率和漏警率分别为0.97%和7.55%。血糖预测时间的延长,可以为医生和患者提供充足时间进行血糖浓度控制,提高糖尿病治疗的效果。

基于自适应噪声完备经验模态分解−样本熵−长短期记忆神经网络和核密度估计的短期电力负荷区间预测

短期电力负荷具有较强的随机性和波动性,其预测的准确性对于提升供电可靠性、电力系统运行经济性至关重要。针对传统确定性预测不能反映未来负荷波动的弊端,基于“点预测+区间估计”的思路提出了一种短期负荷区间预测方法。首先基于自适应噪声完备经验模态分解方法将负荷序列分解为多个模态分量,并根据不同序列样本熵的计算结果将序列进行重构以降低运算量。在此基础上,针对每一个分量分别构建长短期记忆神经网络预测模型,得到未来负荷点预测值。基于此利用核密度估计方法对预测误差的分布进行估计,进而结合点预测结果实现未来短期负荷的区间预测。通过将此模型与其他模型进行对比,结果表明此模型能够实现更低的点预测误差,同时在区间预测中也表现出更好的综合性能。

基于改进自适应变分模态分解的滚动轴承微弱故障诊断

滚动轴承早期故障信息微弱,且混有大量背景噪声,难以提取其故障特征。提出了一种改进的自适应变分模态分解(AVMD)与Teager能量谱的微弱故障诊断方法。将最小平均包络熵(MMEE)作为目标函数,自动搜寻影响参数最佳值,确保变分模态分解(VMD)实现最优分解,并提出加权峭度指标(WK)用于选择有效模态分量进行信号重构,对重构信号进行Teager能量谱分析,从而识别故障特征频率。对轴承微弱故障振动信号的研究表明,所提方法改进了传统VMD算法分解精度受参数影响较大,导致信号出现过分解或欠分解的问题;与集合经验模态分解和局部均值分解算法相比所提方法具有更强的噪声鲁棒性和故障信息提取能力。

快速自适应经验模态分解方法的基本原理及其性能评估

经验模态分解是一种有效的信号分解方法,尤其是针对非平稳非线性信号。然而,随着研究的深入,学者们发现该方法中存在着诸多弊端。根据Bhuiyan的研究,提出了一种针对一维信号的快速自适应经验模态分解方法。通过大量的数值仿真,证明这种方法不但能克服传统方法的弊端、得到高质量的分解结果,还能大幅度地提高计算效率。

基于自适应变分模态分解和包络谐噪比的滚动轴承早期退化检测

针对滚动轴承微弱故障特征易受噪声干扰且退化起始点难以确定的问题,提出了一种基于自适应变分模态分解和包络谐噪比的滚动轴承早期退化检测方法。首先,采用灰狼优化算法自适应地选择变分模态分解的分解层数和二次惩罚因子,以最小平均包络熵为目标函数获得最佳参数组合。其次,通过引入有效加权稀疏峭度指数实现了有效模态分量和噪声模态分量的分离,使重构后的信号滤除了干扰而保留了故障信息。最后,计算了重构信号的包络谐噪比,利用其对周期性故障冲击的敏感性实现了滚动轴承早期退化起始点的检测。实验验证结果表明,该方法不仅解决了轴承运行初期的误报警问题,还能较早地识别出轴承退化过程的起始点,兼具鲁棒性和敏感性,为滚动轴承的早期故障诊断和剩余寿命预测提供参考依据。

基于自适应时序分解的空气污染物浓度预测

为准确、有效地预测空气污染物浓度,建立了基于自适应完整集成经验模态分解(CEEMDAN)和排列熵(PE)的门控循环单元(GRU)空气污染物预测模型。首先利用CEEMDAN算法对非线性信号的自适应分解能力将原始序列分解为一组不同频率、复杂度的固有模态函数(IMF)和一个残差分量(REC),其次根据PE算法将复杂度相近的IMF分量和REC一起进行重新组合,最后将重组后的子序列分别使用GRU模型进行预测,并将子序列预测结果相加得到最终预测结果。实验结果表明,基于CEEMDAN-PE-GRU模型预测的误差明显低于其他模型,验证了该模型对空气污染物浓度预测的有效性。

采用自适应变分模态分解的混合储能平滑光伏出力波动控制策略

光伏出力的随机波动性对电网稳定运行产生一定影响,针对这一问题,提出了基于自适应变分模态分解的混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)平滑光伏出力波动方法。首先,针对典型光伏出力场景,结合光伏功率波动标准及储能元件特性,对光伏原始功率自适应的进行变分模态分解,从而实现功率初级分配;其次,在储能系统内部,监测超级电容荷电状态,通过模糊控制对储能元件初级功率进行二次修正。研究结果表明:所提控制策略能够自适应地实现光伏出力的最佳分解及合理分配,在有效减少光伏出力波动的同时避免了储能元件出现冗余容量;基于模糊控制的初级功率优化修正,使储能元件在荷电状态(state of charge,SOC)安全范围内工作,极大延长了储能元件的经济寿命。研究结果为变分模态分解算法的广泛应用提供了坚实基础,同时为实现大规模光伏电站的可靠并网及进一步开展光伏功率在线控制提供了一定的理论依据。