基于谐波能量重构的电能表计量误差抑制方法及系统与流程

本发明涉及电力计量，具体涉及基于谐波能量重构的电能表计量误差抑制方法及系统。

背景技术：

1、在电力系统中，随着非线性负荷的大量接入，电网谐波污染日益严重，导致电能表在谐波环境下的计量准确性显著下降。传统的电能表计量原理基于理想正弦波假设，仅考虑基波功率，而实际电能计量中谐波分量产生的有功功率会被错误计入或遗漏，造成正向或反向计量偏差。

2、现有的误差抑制方法主要依赖硬件滤波器或简单的数字补偿算法，难以动态适应复杂多变的谐波工况，且无法对不同谐波次数的贡献进行精细化校正。此外，谐波分量之间存在相互耦合效应，单纯依靠线性模型无法准确刻画其对计量结果的综合影响。

3、因此，亟需一种能够实时感知谐波频谱特性、自适应学习谐波间关联关系并动态修正计量误差的智能方法，以提高电能表在谐波环境下的计量精度和可靠性。

技术实现思路

1、针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供基于谐波能量重构的电能表计量误差抑制方法及系统，解决现有技术中谐波干扰导致电能表计量偏差难以有效抑制的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供基于谐波能量重构的电能表计量误差抑制方法，所述方法包括：

4、步骤s1、对电压模拟信号与电流模拟信号作等间隔同步采样，对两路采样序列分别执行离散傅里叶变换，提取基波及各整数次谐波的电压复幅值序列与电流复幅值序列；

5、步骤s2、将同一谐波次数下的电压复幅值实部、电压复幅值虚部、电流复幅值实部、电流复幅值虚部拼接为该次谐波的图节点特征，按谐波次数递增顺序建立相邻节点间的边连接，构建谐波频谱图结构，将谐波频谱图结构输入多头图注意力网络，由节点级输出映射为各次谐波的计量偏差权重因子；

6、步骤s3、由每一谐波次数下的电压复幅值与电流复幅值的共轭乘积的实部确定该次谐波的有功功率分量，结合计量偏差权重因子生成重构谐波能量流序列；

7、步骤s4、读取表计计量寄存器内原始累积脉冲计数并按预设的脉冲当量换算得到初始电能值，计算重构谐波能量流序列在相同累积时间区间内的积分值，将积分值与初始电能值的偏差量作为修正量叠加至初始电能值，得到修正后的电能值并写入电能输出通道。

8、优选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述步骤s1中等间隔同步采样按照同一采样时钟对电压模拟信号与电流模拟信号分别得到电压采样序列与电流采样序列；

9、采样时钟由锁相环跟踪电网基波频率后分频得到，使采样窗口长度等于基波周期的整数倍；

10、电压采样序列与电流采样序列具有相同采样点数及相同采样时刻索引；

11、离散傅里叶变换对各采样序列在预设分析窗长内逐点滑移得到帧序列，对每一帧执行变换后按整数次谐波索引提取对应谱线复数值，并将同一谐波次数下的电压谱线复数值定义为电压复幅值，电流谱线复数值定义为电流复幅值；

12、输出按谐波次数索引排列的电压复幅值序列与电流复幅值序列。

13、优选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，分析窗长的端点处施加选定窗函数，窗函数作用后的帧序列在变换前完成直流偏置剔除，直流偏置剔除按照该帧序列的均值计算并从各采样点减去该均值执行；

14、整数次谐波的索引集合自基波序号起始，按步长为1遍历至预设最高谐波次数序号为止，每一序号唯一对应一组电压复幅值与电流复幅值，且电压复幅值序列与电流复幅值序列的索引顺序一致。

15、优选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述步骤s2中图节点特征的拼接过程包括：

16、按谐波次数索引建立节点集合，第k个节点的特征向量由四个标量依次排成固定维度向量；

17、四个标量的来源分别为第k次谐波电压复幅值的实部、第k次谐波电压复幅值的虚部、第k次谐波电流复幅值的实部、第k次谐波电流复幅值的虚部；

18、相邻节点间的边连接按照谐波次数索引的相邻关系建立，边存在于第k个节点与第k+1节点之间，边的属性取两端节点所对应的谐波次数之差以及两端节点的谐波次数构成的二维向量，其余非相邻索引节点间不建立边。

19、优选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述多头图注意力网络对每个节点特征分别作多组线性投影得到多组查询与键值表示，每组内按所建立的边计算归一化注意力系数；

20、归一化过程对同一节点出发的所有邻接边采用沿邻接维度的归一化处理，得到每组注意力加权聚合结果后再经逐头拼接并经输出线性映射得到节点级输出；

21、计量偏差权重因子由该节点级输出经激活映射及尺度约束映射得到，输出维度为每个谐波节点对应单一标量权重因子，所有节点输出的标量按谐波次数索引重排形成与谐波次数索引对应的计量偏差权重因子序列。

22、优选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述多头图注意力网络采用标注样本集进行训练，标注样本集的每个样本由历史电压复幅值序列与电流复幅值序列及对应工况下的表计计量偏差真值构成；

23、损失函数按照权重因子序列与各次谐波参考偏差之间的均方误差构造。

24、优选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述步骤s3中有功功率分量确定过程包括：

25、取该次谐波的电压复幅值与电流复幅值的共轭乘积，对共轭乘积取实部作为该次谐波的有功功率分量，所有谐波次数索引下的有功功率分量按索引排列形成有功功率分量序列；

26、重构谐波能量流序列按照有功功率分量序列与各次谐波的计量偏差权重因子逐索引相乘得到逐次修正后的谐波能量流分量，再对所有谐波次数索引的谐波能量流分量求和得到每一帧对应的重构谐波能量流瞬时值，沿帧滑动方向形成重构谐波能量流序列。

27、优选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述逐索引相乘之前，计量偏差权重因子序列先经过限幅映射，限幅映射将每一标量限制于由下限值与上限值界定的闭区间内，下限值与上限值关于单位1对称；

28、重构谐波能量流序列的积分值按照帧移量与采样间隔构成的累积时间基准对重构谐波能量流瞬时值累加得到，积分输出的物理量维度与电能寄存器输出的初始电能值相同。

29、优选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述步骤s4中将修正后的电能值写入电能输出通道具体为：

30、将修正后的电能值写入电能输出寄存器，使电能输出寄存器对外呈现的累计值反映经谐波能量重构修正后的计量结果，同时保留原始累积脉冲计数不被覆写。

31、第二方面，本发明提供基于谐波能量重构的电能表计量误差抑制系统，所述系统包括：

32、采样与谐波提取模块，对电压模拟信号与电流模拟信号作等间隔同步采样，对两路采样序列分别执行离散傅里叶变换，提取基波及各整数次谐波的电压复幅值序列与电流复幅值序列；

33、图注意力权重估计模块，将同一谐波次数下的电压复幅值实部、电压复幅值虚部、电流复幅值实部、电流复幅值虚部拼接为该次谐波的图节点特征，按谐波次数递增顺序建立相邻节点间的边连接，构建谐波频谱图结构，将谐波频谱图结构输入多头图注意力网络，由节点级输出映射为各次谐波的计量偏差权重因子；

34、能量流重构模块，由每一谐波次数下的电压复幅值与电流复幅值的共轭乘积的实部确定该次谐波的有功功率分量，结合计量偏差权重因子生成重构谐波能量流序列；

35、电能输出修正模块，读取表计计量寄存器内原始累积脉冲计数并按预设的脉冲当量换算得到初始电能值，计算重构谐波能量流序列在相同累积时间区间内的积分值，将积分值与初始电能值的偏差量作为修正量叠加至初始电能值，得到修正后的电能值并写入电能输出通道。

36、本发明的有益效果在于：本发明通过构建谐波频谱图结构并引入多头图注意力网络，实现了对各次谐波计量偏差权重的自适应学习与动态估计，显著提升了谐波误差抑制的灵活性和准确性。

37、无需增加额外硬件成本，仅通过软件算法即可完成对电能表计量结果的实时修正，具有良好的经济性和可部署性。

38、通过对电压电流信号的同步采样与离散傅里叶变换，能够精确提取各次谐波的复幅值信息，为后续的能量重构提供可靠的数据基础。

39、结合图注意力网络输出的权重因子对谐波能量流进行重构，有效消除了谐波分量对基波计量的干扰，避免了传统方法中因谐波相位耦合导致的补偿失准问题。

40、最终通过将重构能量流积分值与原始脉冲计数值进行偏差修正，既保证了修正后的电能值准确反映真实用电量，又保留了原始计量数据的可追溯性。

41、该方法适用于各类谐波畸变场景，尤其适用于工业现场和非线性负载密集区域，具有广泛的应用前景和推广价值。