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A High-Ratio Renewable-Energy Power System Time–Frequency Domain-Cooperative Harmonic Detection Method Based on Enhanced Variational Modal Decomposition and the Prony Algorithm

算法 情态动词 谐波 数学 拓扑(电路) 计算机科学 模态分析 电力系统 拓扑优化 均方误差 噪音(视频) 系统标识 控制理论(社会学) 最大化 熵(时间箭头) 数学优化 惩罚法 变分分析 谐波分析 最优化问题 均方根 自适应算法 调和平均 功率(物理) 能量(信号处理) 振幅
作者
Yao Zhong,Guangrun Yang,Jiaqi Qi,Cheng Guo,Dongyan Chen,Qihao Jin
出处
期刊:Symmetry [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:18 (1): 13-13
标识
DOI:10.3390/sym18010013
摘要

Accurate identification of harmonic components is a prerequisite for addressing resonance risks in new energy power stations. Traditional Variational Modal decomposition (VMD) is susceptible to the influence of the modal decomposition order K and the penalty factor α when decomposing harmonic signals. This paper proposes an adaptive parameter selection method for VMD based on an improved Triangular Topology Aggregation Optimization (TTAO) algorithm. Firstly, the pre-set parameters of variational modal decomposition—modal order K and penalty factor α—exhibit strong coupling. Conventional optimization algorithms cannot effectively coordinate adjustments to both parameters. This paper employs an enhanced TTAO algorithm, whose triangular topology unit structure and dual aggregation mechanism enable simultaneous adjustment of modal order K and penalty factor α, effectively resolving their coupled optimization challenge. Using minimum envelope entropy as the fitness function, the algorithm obtains an optimized parameter combination for VMD to decompose the signal. Subsequently, dominant modal components are selected based on Pearson’s correlation coefficients for reconstruction, with harmonic parameters precisely identified using the Prony algorithm. Simulation results demonstrate that under a 20 dB noise environment, the proposed method achieves a signal-to-noise ratio (SNR) of 25.6952 for steady-state harmonics, with a root mean square error (RMSE) of 0.4889. The mean errors for frequency and amplitude identification are 0.055% and 3.085%, respectively, significantly outperforming methods such as PSO-VMD and EMD. Moreover, the runtime of our model is markedly shorter than that of the PSO-VMD algorithm, effectively resolving the symmetric trade-off between recognition accuracy and runtime inherent in variational modal decomposition.

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