一种基于数字滤波的电能表误差补偿方法、系统及电能表与流程

本发明涉及电能计量，更具体地说，本发明涉及一种基于数字滤波的电能表误差补偿方法、系统及电能表。

背景技术：

1、在电能表误差补偿处理中，现有方案多以抑制采样噪声、修正通道相位偏差和降低电能累加误差为目标，一般将电压、电流采样值经低通滤波、滑动滤波、谐波分解或误差表修正后送入功率计算环节；

2、但在分布式光伏逆变器、储能变流器、电动车充电机及变频负载集中接入的台区或充电结算场景中，电能表不能改变用户一次回路，不能要求接入负载输出标准波形，也不能借助外部标准源长期参与在线计量，只能依靠表内电压、电流采样通道及计量芯片完成实时测量；

3、在此情形下，逆变器和开关电源产生的高频脉冲会因采样频率和采样落点限制折入低频计量区间，经过数字滤波后呈现为与真实负荷变化相近的缓慢波动，现场能够核验到，同一类接入负载在采样落点发生微小变化时，低频波动的位置和幅值随之改变，而常规滤波仍会将这部分波动作为有效电流参与电能累加，或者在平滑处理中将其与真实工频分量一并削弱，导致混叠误差既难以按高频噪声剔除，也难以按正常负荷准确计量；

4、本技术要解决的技术问题是：如何在不改变一次回路且不外接标准源的条件下，识别并补偿高频脉冲混叠进入低频计量区间后引起的电能表数字滤波误差。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种基于数字滤波的电能表误差补偿方法、系统及电能表，通过在电能表测试或校准与在线计量共用采样链路中形成原始相位测量电变量串和半采样间隔偏移相位测量电变量串，并利用局部多项式傅里叶变换与交叉小波相干运算识别随采样节拍移动的混叠落点，再按混叠扣除份额修正原始滤波电流并递推累加计量结果，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于数字滤波的电能表误差补偿方法，包括：

3、s1、获取电能表测试或校准与在线计量共用链路的智能传感系统在计量轮次内形成的电压采样串及电流采样串，对相邻电压采样值作符号乘积，将乘积正负翻转位号写入工频半周边界表，并将同位号电压采样值与电流采样值绑定为测量电变量串；

4、s2、根据工频半周边界表，在单数半周按原始采样节拍采集测量电变量，在双数半周把原始采样节拍沿半周采样方向移动半个采样间隔后采集测量电变量，结束位回置采样节拍，输出原始与偏移相位测量电变量串；

5、s3、对于原始与偏移相位测量电变量串执行局部多项式傅里叶变换，以采样位号为中心沿原始节拍和偏移节拍映射读取中心前后测量电变量，按位号距离生成一次和二次相位补偿量，经复指数乘积求和输出两类局部频谱串；

6、s4、基于两类局部频谱串执行交叉小波相干运算，以半周边界后位号距离为配对索引生成复小波系数，经共轭乘积得互谱值，经模平方乘积得归一底量，由互谱值生成相干相位差和占用值；

7、s5、以相干相位差和占用值执行位号追踪，将相位位移量为半个采样间隔且相邻占用差值符号同向的位置写入混叠落点串，将相位位移量为零的位置写入工频保留位串。

8、在一个优选的实施方式中，还包括：

9、s6、根据混叠落点串回查随采样节拍移动的电流贡献，按复小波系数模值与原始滤波电流值乘积生成混叠电流扣除量，扣除后形成补偿电流串，将补偿电流串与同位号电压测量电变量相乘得到瞬时功率串，递推累加输出计量结果。

10、在一个优选的实施方式中，在s1中包括：

11、s11、获取智能传感系统在电能表测试或校准与在线计量共用链路中由采样时钟发生端逐拍输出的时钟沿，按时钟沿递增生成采样位号，在每一采样位号到达时读取电压采样端形成的电压采样值，并读取同一时钟沿锁存的电流采样端形成的电流采样值，输出位号对齐采样串；

12、s12、基于位号对齐采样串，取本采样位号对应的电压采样值与下一采样位号对应的电压采样值作乘积，将乘积符号相对上一乘积符号发生正负翻转时的下一采样位号写入工频半周边界表，并将两个相邻工频半周边界之间的采样位号写入同一半周位号段；

13、s13、依据半周位号段逐位读取位号对齐采样串，以采样位号作为绑定键，将绑定键对应的电压采样值写入电压位，将绑定键对应的电流采样值写入电流位，将绑定键所属半周位号段写入归属位，输出测量电变量串。

14、在一个优选的实施方式中，在s2中包括：

15、s21、根据工频半周边界表读取本半周起始边界位号和结束边界位号，将结束边界位号减去起始边界位号后再减一得到半周有效位号数，将半周有效位号数除以原始采样间隔位号数所得商写为半周采样数，并从起始边界后一位号开始按原始采样间隔位号数递增生成与半周采样数相同数量的原始采样节拍，输出半周节拍表；

16、s22、基于半周节拍表，对单数半周保留原始采样节拍，对双数半周将原始采样节拍加半个原始采样间隔生成偏移采样节拍，并将偏移采样节拍的半周内顺序号减去半周采样数所得差值写为越界位数，越界位数为零时保留偏移采样节拍，越界位数为一时把下一半周起始边界后一位号写入回置校正位，输出双相节拍表；

17、s23、依据双相节拍表驱动电测量链路采集测量电变量，将原始采样节拍取得的测量电变量写入原始相位测量电变量串，将偏移采样节拍取得的测量电变量写入偏移相位测量电变量串；同一半周相位位置对应两个偏移采样节拍时，按偏移采样节拍生成顺序写入映射序号，保留映射序号为一的偏移采样节拍对应的测量电变量，输出原始相位测量电变量串与偏移相位测量电变量串。

18、在一个优选的实施方式中，在s3中包括：

19、s31、依据原始相位测量电变量串与偏移相位测量电变量串读取同一采样位号，将采样位号作为局部运算中心，沿原始节拍读取左侧相邻测量电变量与右侧相邻测量电变量，并沿偏移节拍映射读取左侧映射测量电变量与右侧映射测量电变量，按各测量电变量至局部运算中心的位号差输出局部位号段；

20、s32、基于局部位号段执行局部多项式傅里叶变换，将各测量电变量对应的位号差写入一次相位项，将位号差自乘结果写入二次相位项，并用一次相位项抵消原始节拍与偏移节拍之间的半采样间隔平移，用二次相位项抵消半周内采样落点弯曲，输出相位补偿测量电变量串；

21、s33、对于相位补偿测量电变量串，将每一相位补偿测量电变量与对应工频相位位置的复指数核相乘后按局部运算中心归并求和，得到原始局部频谱值与偏移局部频谱值，并按采样位号顺序输出原始局部频谱串与偏移局部频谱串。

22、在一个优选的实施方式中，在s4中包括：

23、s41、基于由测量电变量生成的两类局部频谱串和工频半周边界表，将局部频谱值对应采样位号减去所在半周起始边界位号得到半周内位号距离，以半周内位号距离相同作为配对约束绑定原始局部频谱值和偏移局部频谱值，输出配对频谱串；

24、s42、对于配对频谱串执行交叉小波相干运算，以半周内位号距离作为小波中心，从同一半周内读取小波中心前后的配对频谱值，并以工频周期采样位号数生成复母小波尺度，将原始局部频谱值与复母小波共轭值乘积求和生成原始复小波系数，将偏移局部频谱值与同一复母小波共轭值乘积求和生成偏移复小波系数，输出复小波系数串；

25、s43、根据复小波系数串，将原始复小波系数乘以偏移复小波系数共轭值得到互谱值，将两路复小波系数模平方相乘得到归一底量，归一底量为零时写入零占用值和零相位差，归一底量不为零时由互谱值模平方除以归一底量得到相干占用值，并由互谱值虚部与实部执行四象限反正切得到相干相位差，按配对索引输出相干相位差串与相干占用串。

26、在一个优选的实施方式中，在s5中包括：

27、s51、依据相干相位差串读取每一配对索引对应的相干相位差，将相干相位差除以单位采样间隔对应工频相位增量得到位移格数，并把位移格数乘以采样间隔生成相位位移量，输出相位位移量串；

28、s52、基于相干占用串，对同一工频半周内后一配对索引的相干占用值减去当前配对索引的相干占用值生成后向占用差值，对当前配对索引的相干占用值减去前一配对索引的相干占用值生成前向占用差值，并将后向占用差值符号与前向占用差值符号写入占用传递符号串；

29、s53、以相位位移量串和占用传递符号串对电测量链路中的测量电变量执行位号追踪，将相位位移量为半个采样间隔且后向占用差值符号与前向占用差值符号一致的配对索引写入混叠落点串，将相位位移量为零的配对索引写入工频保留位串。

30、在一个优选的实施方式中，在s6中包括：

31、s61、根据混叠落点串读取同一配对索引下的原始复小波系数和偏移复小波系数，将原始复小波系数模值减去偏移复小波系数模值所得差值的绝对值写为移动模值，将原始复小波系数模值与偏移复小波系数模值之和写为归一模值，归一模值为零时写入零扣除份额，归一模值非零时以移动模值除以归一模值得到混叠扣除份额，输出扣除份额串；

32、s62、基于扣除份额串和原始滤波电流串，对写入混叠落点串的采样位号执行原始滤波电流值与混叠扣除份额乘积运算得到混叠电流扣除量，对写入工频保留位串的采样位号写入零扣除量，并由原始滤波电流值减去同位号混叠电流扣除量生成补偿电流串；

33、s63、依据补偿电流串逐位读取同位号电压测量电变量，将补偿电流值与电压测量电变量相乘得到瞬时功率值，将上一采样位号电能累加值加上瞬时功率值与采样间隔的乘积得到本采样位号电能累加值，输出电能表误差补偿后的计量结果。

34、一种基于数字滤波的电能表误差补偿系统，所述系统包括采样绑定模块、节拍偏移模块、频谱生成模块、相干运算模块、位号追踪模块和补偿累加模块：

35、采样绑定模块，用于获取电能表测试或校准与在线计量共用链路的智能传感系统在计量轮次内形成的电压采样串及电流采样串，对相邻电压采样值作符号乘积，将乘积正负翻转位号写入工频半周边界表，并将同位号电压采样值与电流采样值绑定为测量电变量串；

36、节拍偏移模块，用于根据工频半周边界表，在单数半周按原始采样节拍采集测量电变量，在双数半周把原始采样节拍沿半周采样方向移动半个采样间隔后采集测量电变量，结束位回置采样节拍，输出原始与偏移相位测量电变量串；

37、频谱生成模块，用于对于原始与偏移相位测量电变量串执行局部多项式傅里叶变换，以采样位号为中心沿原始节拍和偏移节拍映射读取中心前后测量电变量，按位号距离生成一次和二次相位补偿量，经复指数乘积求和输出两类局部频谱串；

38、相干运算模块，基于两类局部频谱串执行交叉小波相干运算，以半周边界后位号距离为配对索引生成复小波系数，经共轭乘积得互谱值，经模平方乘积得归一底量，由互谱值生成相干相位差和占用值；

39、位号追踪模块，用于以相干相位差和占用值执行位号追踪，将相位位移量为半个采样间隔且相邻占用差值符号同向的位置写入混叠落点串，将相位位移量为零的位置写入工频保留位串；

40、补偿累加模块，用于根据混叠落点串回查随采样节拍移动的电流贡献，按复小波系数模值与原始滤波电流值乘积生成混叠电流扣除量，扣除后形成补偿电流串，将补偿电流串与同位号电压测量电变量相乘得到瞬时功率串，递推累加输出计量结果。

41、一种电能表，包括：

42、电能表，以及与电能表相连接的存储器；存储器用于存储计算机程序；电能表用于调用并执行存储器中的计算机程序，以执行所述方法。

43、本发明的技术效果和优点：

44、本方案通过半采样间隔偏移与相干位号追踪，区分随采样节拍移动的混叠分量，从而补偿高频脉冲折入低频计量引起的误差；

45、将测试校准与在线计量置于共用采样链路中形成两类相位测量电变量串，使误差补偿依据来源于同源采样结果，降低外接标准源依赖；

46、对工频半周边界表和二倍位号坐标执行节拍生成，使半采样间隔偏移和回置位置具有位号依据，缓解节拍错配对计量的影响；

47、在局部多项式傅里叶变换中引入一次相位项和二次相位项，使采样相位平移与半周采样落点弯曲进入运算，改善混叠位置识别；

48、以交叉小波相干运算生成相干相位差和相干占用值，使混叠落点与工频保留位分离，减少真实工频电流被扣除的情况；

49、基于混叠扣除份额修正原始滤波电流，并与同位号电压测量电变量递推累加，降低混叠电流进入计量结果的影响。