Optimal Construction Method for Advanced Metering Infrastructure of Power Grid Based on Multi-dimensional Compressed Sensing

YUAN Bo; LIU Hong; GE Shaoyun

doi:10.7500/AEPS20240105004

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Optimal Construction Method for Advanced Metering Infrastructure of Power Grid Based on Multi-dimensional Compressed Sensing

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Optimal Construction Method for Advanced Metering Infrastructure of Power Grid Based on Multi-dimensional Compressed Sensing
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 23, Pages: 167-176(2024)
- 作者机构：
  
  1.天津大学电气自动化与信息工程学院，天津市 300072
  2.国网河北省电力有限公司经济技术研究院，河北省石家庄市 050021
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Tianjin Municipal Natural Science Foundation of China(22JCZDJC00820)
- DOI：10.7500/AEPS20240105004
  CLC：
- Received：05 January 2024，
  
  Revised：2024-04-06，
  
  Published Online：10 July 2024，
  
  Published：10 December 2024
- 稿件说明：
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袁博,刘洪,葛少云.基于多维压缩感知的电网高级量测体系优化构建方法[J].电力系统自动化,2024,48(23):167-176.

YUAN Bo,LIU Hong,GE Shaoyun.Optimal Construction Method for Advanced Metering Infrastructure of Power Grid Based on Multi-dimensional Compressed Sensing[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(23):167-176.
袁博,刘洪,葛少云.基于多维压缩感知的电网高级量测体系优化构建方法[J].电力系统自动化,2024,48(23):167-176. DOI： 10.7500/AEPS20240105004.

YUAN Bo,LIU Hong,GE Shaoyun.Optimal Construction Method for Advanced Metering Infrastructure of Power Grid Based on Multi-dimensional Compressed Sensing[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(23):167-176. DOI： 10.7500/AEPS20240105004.

摘要

压缩感知（CS）应用于高级量测体系（AMI）时需解决重构精度低的难题。为此，文中深入探索了一种基于多维CS的AMI（AMI-mdCS）优化构建方法，利用多个智能电表间的数据相关性提高重构精度。首先，根据AMI的结构特征，分析了AMI-mdCS的基本原理；然后，以提升模型对AMI的适应性为目标，分别基于克罗内克CS（KCS）和多测量向量（MMV）构建高维AMI-KCS模型和二维AMI-MMV模型，并给出了两个模型的具体流程；最后，针对模型中关键要素的设计，提出了一种基于奇异值分解的稀疏基和测量矩阵联合训练（JTSM-SVD）算法。相比于一维模型，AMI-KCS模型和AMI-MMV模型可显著提升重构信噪比且前者模型的提升效果更优。相比于传统训练算法，JTSM-SVD算法亦可进一步优化重构效果。

Abstract

When compressed sensing (CS) is applied to advanced metering infrastructure (AMI) systems

it is necessary to solve the problem of low reconstruction accuracy. Therefore

an optimal construction method for AMI based on multi-dimensional CS (AMI-mdCS) is deeply explored in this paper

and the data correlation among multiple smart meters is used to improve the reconstruction accuracy. Firstly

the basic principle of AMI-mdCS is analyzed according to the structural characteristics of AMI. Then

in order to improve the adaptability of the model to AMI

based on Kronecker CS (KCS) and multiple measurement vectors (MMV)

a high-dimensional AMI-KCS model and a two-dimensional AMI-MMV model are constructed

and the specific processes of the two models are given. Finally

a joint training for sparse-basis and measurement-matrix based on singular value decomposition (JTSM-SVD) algorithm is proposed for the design of key elements in the model. Compared with one-dimensional model

AMI-KCS model and AMI-MMV model can significantly improve the reconstruction signal-to-noise ratio

and the former model has better improvement effect. Compared with the traditional training algorithm

JTSM-SVD algorithm can further optimize the reconstruction effect.

关键词

Keywords

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