一种电表自动调节电压电流采样相序的方法与流程

本发明涉及光伏电网配套计量检测，具体为一种电表自动调节电压电流采样相序的方法。

背景技术：

1、目前智能电表已广泛应用于户用光伏电网的逆变系统，该类场景常采用插头直插的简易安装方式，且多由用户自行diy组装，电表安装过程中极易出现电压、电流相序接错的问题。现有智能电表及配套监测设备大多仅具备相序检测与故障报警功能，逆变器也仅能适配电网相序，无法修正电表侧的接线错误，相序异常后只能安排专业电工到场断电重新接线整改，不仅会产生额外的人工、差旅等运维成本，中断设备正常运行，整改流程烦琐、处置周期长，还存在触电、线路松动、短路等安全隐患，同时普通用户不具备自主纠错能力，现有技术容错性差，难以适配民用diy安装场景。

2、现有相序检测技术多采用过零检测、相位采样、对称分量、坐标变换等方式，不仅易受电网谐波、电磁噪声干扰，相序误判率高，特别是针对于具有双向功率流动；出力随光照剧烈波动，逆变器带来谐波、少量直流分量；多逆变器、多支路并存的光伏电网公况条件下，部分复杂算法还对采样电路、主控性能要求严苛，整体成本高、实现难度大；同时传统方案功能单一，无法同步识别电流流向，且多为独立检测模块，与逆变器集成度低、接线繁杂，加之运算耗时久，响应速度慢，难以实现实时在线校正。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种电表自动调节电压电流采样相序的方法，解决了户用光伏电网用逆变系统配套智能电表在diy安装时易出现电压、电流相序接错，且设备仅能报警、无法自主校正，需专业电工二次上门断电改线整改的弊端，解决了人工运维成本高、故障处置流程烦琐、设备运行中断、现场作业存在安全隐患，以及普通用户无法自行纠错、设备接线容错能力不足等技术问题，实现相序在线自适应识别与自动切换校正，无需改动物理接线、无需断电即可保障电表计量与逆变系统正常工作，适配民用自助安装场景，降低使用与运维成本，提升设备运行安全性与实用性。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种电表自动调节电压电流采样相序的方法，包括逆变器和智能电表，整体步骤分为确定电流相序、确定电压相序和确定电流方向，其中，所述定电流相序的方法步骤如下：

5、s1.将电流相序分为abc三相，相序判断之前智能电表将电压相序和电流相序恢复成默认的abc排序、电流方向恢复成正向；

6、s2.通过逆变器在abc三相中的其中一相，对客户现场的电网无功值进行周期性扰动，形成无功功率方波；

7、s3.逆变器控制该相扰动完成，智能电表对无功功率方波信号进行采样，分别读取在两个控制周期内的abc三相无功功率和电流数据；

8、s4.智能电表根据逆变器的扰动相，根据默认相序状态排序进行依次检测，判断三相无功功率中的哪一相存在与逆变器相同周期性的变化；

9、s5.判断成功后，逆变器停止对该相的扰动，转而控制另一相进行周期性扰动，进入下一相的判断；

10、s6.依次确定两个实际相序的周期扰动与默认相序的对应关系，自动得出第三相的对应关系；

11、s7.完成三相的判断之后，对最后一相重复上述步骤确认电流相序判断正确，智能电表将得到的电流相序写入电流配置参数中以实现电流相序的校正工作；

12、所述定电压相序和电流方向的方法步骤如下：

13、q1.在确定完电流相序之后，控制逆变器扰动其中一相输出一个固定无功值；

14、q2.计算在逆变器控制前后的智能电表在该相的计量无功的变化量，判断该变化量与逆变器输出无功值的数值关系为相同或一半；

15、q3.当判断该相变化量只有逆变器输出无功值一半时，则判断该相与实际相序不同，恢复逆变器不输出无功功率，智能电表切换电表电压相序，再控制逆变器输出，判断电表计量值符合逆变器输出直到判断成功；

16、q4.当判断该相变化量等于逆变器输出无功值时，确认该相与实际相序相同，判断该相电压相序成功后，通过无功值增大该定值或减小该定值来判断电流方向；

17、q5.逆变器输出一个无功功率的定值后，智能电表在该相计量无功功率时应增大一个数值相同的定值，如果该相实际为增大，说明电流正反向接入正确，实际减小说明电流正反向接入反向；

18、q6.电流方向判断完成后，重复上述步骤进入下一相的电压相序和电流方向调节；

19、q7.调节完下一相后，对最后一相重复上述步骤，确定相序正确。

20、优选的，为读取两个控制周期的三相无功功率和电流数据，首先需要判断电表三相无功功率中的哪一相存在与逆变器相同周期性的变化，详细判断逻辑为：

21、z1.对候选信号进行去基准值处理，通过计算采样序列平均值，并从每个采样点中减去该平均值，获得消除基准偏移后的信号；

22、z2.由于实际采样过程中无法预先确定方波信号的起始相位，采用多相位参考模板生成机制，对不同相位状态下的方波信号进行匹配；

23、z3.在完成参考模板生成后，对去除基准值后的采样信号进行非线性变换符号增强处理；

24、z4.通过上一步骤的非线性变换，可在保持信号正负极性关系的基础上，将输入幅值压缩到有限范围内，当输入信号幅值较大时，输出结果逐渐接近正负单位值，从而突出方波高低电平之间的符号变化特征，当输入信号幅值较小时，输出结果接近零，可以有效降低低幅噪声对匹配结果的影响，因此，该处理方式相比传统二值化判断方法具有更好的连续性和抗干扰能力；在这一基础上，为进一步提高有效信号区域在匹配过程中的贡献程度，可再根据采样幅值生成动态权重系数；该权重能够根据信号幅值自动调整不同采样点的重要程度。对于方波有效区域，由于幅值较大，对应权重较高，在相关计算中具有更大的贡献；对于随机噪声区域，由于幅值较低，对应权重较小，从而降低噪声对最终判定结果的影响；

25、z5.在完成信号增强和权重计算后，将增强后的信号、动态权重以及不同相位下的方波参考模板进行加权相关计算和评分，当输入信号与参考模板具有相同周期、相同极性以及正确相位关系时，增强信号与参考模板乘积为正，相关累加值不断增加；当输入信号与参考模板不匹配时，乘积正负随机变化，累加结果降低，因此，通过相关评分能够有效反映输入信号与目标方波结构之间的一致性；

26、z6.针对所有可能的相位位置，分别计算对应的相关评分，并搜索最大相关结果，最大相关值对应的相位位置即为当前输入信号的最佳匹配相位；

27、z7.当最大相关评分满足设定条件时，判定输入信号为目标方波信号。

28、优选的，所述步骤z1中，设去除基准值后的采样信号为y(i）、任意采样点 i 和待搜索相位 p，则去基准值处理公式为

29、

30、经过处理后的信号不再包含基准值，仅保留方波变化过程中的周期性特征和极性变化信息，有利于提高后续相关匹配的稳定性。

31、优选的，所述步骤z2中，多相位参考模板生成机制为：根据预设方波周期长度，构造周期为 t 的标准方波参考序列，对于任意采样点 i 和待搜索相位 p生成对应k点

32、

33、并根据该点在周期中的位置生成参考模板：

34、

35、通过改变相位参数 p，可以生成覆盖完整周期范围内不同起始位置的多个方波参考模板，无需预先同步输入信号相位，可自动寻找与输入信号最匹配的周期位置，提高了对异步采样信号的适应能力。

36、优选的，所述步骤z3中，对y(i）的非线性变换符号增强处理采用如下映射关系：

37、

38、其中，为调节参数。

39、优选的，所述步骤z4中，设动态权重系数为，则生成公式为

40、

41、其中，

42、为防止权重为零的微小常数。

43、优选的，所述步骤z5中，相关评分计算公式如下：

44、

45、其中，表示在相位 p下输入信号与参考方波模板之间的匹配程度。

46、优选的，所述步骤z6中，针对所有可能的相位位置，分别计算对应的相关评分，并搜索最大相关结果：

47、

48、当1相以上或0相的scoremax大于设定门限时，说明判断失败，再从三相电流判断是否有该周期性变化，如果都无法判断，则重新采样两个周期，直至判断成功，进入下一相判断。在进入下一相判断之前，结束当前相的无功周期扰动。

49、（三）有益效果

50、本发明提供了一种电表自动调节电压电流采样相序的方法。具备以下有益效果：

51、1、本发明通过现有的智能电表和逆变器硬件，采用方波识别结合无功扰动的检测方式，可准确地识别确定户用光伏电网的接入电压电流采样相序，有效抵御电网谐波、电磁干扰，相序与电流流向识别准确率远优于传统检测方案；工况容错能力强，集成度高，产品通用适配率接近 100%，完美适配民用光伏电网diy 安装场景；同时可保证逆变系统始终处于最优工作状态，减少电能损耗，兼具实用性、经济性与节能效果。

52、2、本发明通过半周期延迟差分实现对方波周期跳变特征的快速提取，通过多相位模板搜索解决采样不同步问题，通过非线性符号增强保留信号极性的同时降低噪声影响，并结合幅值自适应权重提高有效信号区域的贡献度，最终利用加权相关匹配完成方波识别。相比传统固定阈值检测方法，本方案不依赖单一幅值判断，而是综合利用周期结构、相位关系、极性特征以及幅值信息进行联合判决，因此具有更强的抗干扰能力和环境适应能力，完全适用于条件较为恶劣的光伏电网系统。