基于电能参数搜索量测高精度物联智能电表分布式光储充放系统的制作方法

1.本发明属于物联网智能电网输配电领域，涉及一种基于电能参数搜索量测高精度物联智能电表的分布式光储充放系统。


背景技术：

2.环境、安全与可靠的合规性使传统发电的成本的优化，不具有可持续发展性，可再生能源、分布式发电成本的可变性、电能合规性使其具有可持续发展性，可再生能源分布式能源迎来了发展的春天。可再生能源分布式能源逐步替代大部分传统能源，在未来30年可再生能源与传统发电混联构成的物联网、互联、智能电网三网合一的绿色智能电网时代，光伏(风电)分布式发电是可再生能源最具有高性价比的绿色能源，随着光伏(风电)分布式发电在智能电网中扮演的角色越来越主要时，智能电网将依赖与使用于光伏(风电)分布式发电补偿传统主要电力的不足，成千上万的光伏(风电)分布式发电余电并网售电，现有技术面临以下几大难题不能解决：
3.(1)由于环境因素制约光伏(风电)分布式发电的不一致性、间接性，导致不能稳定，连续、可靠供电和售电；即时采用电池光储充放系统，也只能作为短时应急电，要做到科学预测发电、售电、用电的需求，使混合电力实现不断电，可靠稳定供电，面临多种发电、供电、用电和终端用户的电身份无法智能识别、电能数据的可靠性和准确性差，目前还没有可靠装置可以克服以上缺陷；
4.(2)大量低压低成本的光伏(风电)分布式发电余电上网，现有的智能电表与电能计量系统为电力公司(假定为售电部门)提供的是集成的售电供应信息和数据，这种集成分布式数据。在现有暴露式分布式能源通讯网络是不安全的，电力公司无法识别、分割数据信息及无法控制物联网下海量终端，不具保密性的数据，在利益的驱动下很容易篡改、伏(风电)分布式发电余电上网的数据更加分布。电力公司接受的售电数据无法判断数据的正确、准确和错误、这样造成的电能的调度、预测带来断电未供的事故。因此在实践中电力公司不能完全实现光伏(风电)分布式发电余电上网的业务，也造成光伏(风电)分布式发电的继续、大面积推广应用。
5.(3)现有物联网 智能电网中风光等新能源和新型负载的不断接入，不稳定型能源给电网带来更多是电流的高动态变化、传统非线性负载带来的稳态型谐波的畸变、带来大量冲击使电网三相平衡、谐波、间谐波、电压与电流剧变的复杂特性、直接影响了现有电能计量的准确性、使得采用基于正弦电路功率理论或传统非正弦电路功率理论设计的电能计量仪表，均不能真实反映其从电力系统吸收的电能。例如，基于正弦电路功率理论的电能计量仪表，理论上就不能计量冲击负载中的谐波、间谐波的有功和无功电能，因而总有功和无功电能出现很大误差，基于非正弦电路功率理论的电能计量仪表，理论上可计量谐波的有功电能和同次谐波无功电能、但仍然不能计量间谐波的有功电能和无功电能，不能计量不同频率的电压和电流之间的无功电能，总有功和无功电能也出现很大误差。
6.(4)对策可再生能源间歇性，采用储能补充不足电力是一个短时间有效的方法，但不能解决实时性和在线性计量智能电网电能问题，对策可再生能源例如风光储充放工程技术人员和学者研究了例如傅里叶变换，用于谐波和间谐波参数估计，无法避免频谱泄露和栅烂效应，对同步采样和频率分辨率要求较高。采用现有支持向量机和神经网络需要大量样本，计算量大，频率未知、实时性差问题。
7.智能电网作为全球能源互联网的基本单元，互联网、物联网与智能电网融合的想法显示出巨大的增长潜力，构建新能源为首的零碳排放并入新型电力系统，研发一款可实时、在线高精度计量和可识别不同负载和电能物联智能表，以满足可再生能源分布式光储充放系统友好接入智能电网、物联网、电能调度预测实现的要求，具有巨大经济效益。


技术实现要素：

8.本发明实施例的目的在于提供一种基于电能参数搜索量测高精度物联智能电表的分布式光储充放系统，以解决目前智能电网的分布式光储充放系统中电能类别和终端用户的电身份无法智能识别的问题，电能传输数据为集成计量数据、无法分割到具体发用电个体的问题，目前电力数据加密性差使得售电、用电、发电数据容易被篡改的问题，无法准确对分布式光储充放系统余电大批量上网的问题，电力公司无法控制终端用户、无法准确预测和调度余电到智能电网的其它地区的问题，现有智能电表无法计量谐波、间谐波的有功和无功电能以及无法计量不同频率的电压和电流之间的有功和无功电能的问题，现有智能电表的总有功和无功电能计量误差大，无法适应智能电网在线及时电能准确高精计量的问题。
9.本发明实施例所采用的第一个技术方案是：一种svm搜索合成器，包括：
10.正交信号发生器，用于输入的单相交流瞬态电压/电流进行正交分解，获得两个互相垂直的电压分量/电流分量；
11.第一编码器，用于对两个互相垂直的电压分量/电流分量进行正交编码；
12.第一测量滤波器，用于对正交编码后的两个互相垂直的电压分量/电流分量进行滤波和参数测量，获得两个互相垂直的电压分量/电流分量的幅值、相位和频率；
13.补偿模块，用于利用同频率的参考值对经第一测量滤波器滤波后的两个相互垂直的电压分量/电流分量进行补偿；
14.第一发射滤波器，用于对补偿模块输出的两个相互垂直的电压分量/电流分量进行发射滤波；
15.幅值相位检测判断模块，用于判断第一发射滤波器滤波输出的两个相互垂直的电压分量/电流分量的幅值和相位是否符合标准；
16.积分器，在幅值相位检测判断模块判断第一发射滤波器滤波输出的两个相互垂直的电压分量/电流分量的幅值和相位不符合标准时，用于将第一发射滤波器输出的两个相互垂直的电压分量/电流分量作为输入进行积分，使积分后获得的电压/电流的相位和幅值符合标准；
17.模数转换器，用于对积分器的输出电压/电流进行模数转换，并将转换所得数字信号分i路和q路两路输出；或对幅值相位检测判定模块输出的符合标准的两个相互垂直的电压分量/电流分量分别进行模数转换，并将转换所得两个数字信号定义为i路和q路两路输
出；
18.数字信号处理模块，用于对模数转换器的i路和q路输出进行信号处理后，对两路输出进行十四级内插拟合形成一个标准高精度正弦波；
19.频率幅值相位搜索模块，基于支持向量机与tls-esprit算法的间谐波参数估计方法，对数字信号处理模块输出的标准高精度正弦波进行频率、幅值和相位搜索，获得该标准高精度正弦波的频率、幅值和相位。
20.进一步的，所述补偿模块包括：
21.第一比较器，用于对经第一测量滤波器滤波后的其中一个电压分量/电流分量，和与其同频率的参考值cos 2πft进行比较，对第一测量滤波器输出的该电压分量/电流分量进行补偿；
22.第二比较器，用于对第一测量滤波器输出的另一个电压分量/电流分量，和与其同频率的参考值-sin2πft进行比较，对第一测量滤波器输出的该电压分量/电流分量进行补偿；
23.第一合成器，用于对第一比较器和第二比较器的输出进行合成，获得合成电压/电流；
24.第二编码器，用于对第一合成器的输出即合成电压/电流进行编码；
25.第二正交信号发生器，用于对编码后的合成电压/电流进行正交分解，获得与第一正交信号发生器的输出对应的两个相互垂直的电压分量/电流分量；
26.第三比较器，用于对第二正交信号发生器输出的其中一个电压分量/电流分量，和与其同频率的参考值cos 2πft进行比较，对第二正交信号发生器输出的其中一个电压分量/电流分量进行补偿；
27.第四比较器，用于对第二正交信号发生器输出的另一个电压分量/电流分量，和与其同频率的参考值cos 2πft进行比较，对第二正交信号发生器输出的另一个电压分量/电流分量进行补偿。
28.进一步的，所述数字信号处理模块包括：
29.相位震荡寄存器，用于对模数转换器adc的i路和q路输出进行相位校正并寄存；
30.01寄存器，用于对相位震荡寄存器通过相位校正后的数字信号进行01寄存；
31.高通滤波器hpf，用于对01寄存器的i路和q路输出进行高通滤波；
32.低通滤波器lpf，用于对高通滤波器hpf的i路和q路输出进行低通滤波；
33.i路寄存器，用于对i路的低通滤波器lpf的输出进行寄存；
34.q路寄存器，用于对q路的低通滤波器lpf的输出进行寄存；
35.i路映射模块，用于将i路寄存器寄存的由0和1组成的数字信号中的0用空格表示、1用单位脉冲表示，得到i路映射波形；
36.q路映射模块，用于将q路寄存器寄存的由0和1组成的信号中的0用空格表示、1用单位脉冲表示，得到q路映射波形；
37.0值填充模块，用于对i路映射波形和q路映射波形进行0值填充，获得i路0值填充波形和q路0值填充波形；
38.第二发射滤波器，用于对i路0值填充波形和q路0值填充波形进行发射滤波；
39.第一采样滤波器，用于对i路0值填充波形和q路0值填充波进行十四级内插，获得
稠密状态的i路内插十四级离散正弦波和q路内插十四级离散正弦波；
40.第二测量滤波器，用于对输入的i路内插十四级离散正弦波和q路内插十四级离散正弦波进行测量滤波；
41.第二采样滤波器，用于对第二测量滤波器输出的i路内插十四级离散正弦波和q路内插十四级离散正弦波进行十四级内插拟合，形成标准高精度正弦波。
42.进一步的，所述的一种svm搜索合成器，还包括：
43.加密模块，用于对第二采样滤波器输出的标准高精度正弦信号进行14级阶梯加密；
44.svm发波模块，用于根据频率幅值相位搜索模块输出的频率、幅值和相位进行发波，获得高斯窗函数高精度正弦波及其脉冲数。
45.本发明实施例所采用的第二个技术方案是：一种电能参数搜索量测高精度物联智能电表，包括：
46.高频晶振和石英晶振，用于在不同频率需求时为系统提供实时时钟；
47.四个结构相同的识别计量电路，用于一一对应从电网的a相线、b相线、c相线、中线上取电后进行电能识别和电能计量；
48.其中，每个识别计量电路包括：
49.电压传感器和补偿电路，用于准确测量三相电的单相交流瞬态电压；
50.电流传感器，用于准确测量三相电的单相交流瞬态电流；
51.svm搜索合成器，用于分别对测量的单相交流瞬态电压和单相交流瞬态电流进行处理，得到测量的单相交流瞬态电压和单相交流瞬态电流的高斯窗函数高精度正弦波及其脉冲数；
52.比差校准单元，用于利用单相交流瞬态电压和单相交流瞬态电流的高斯窗函数高精度正弦波，与各种类别电能的单相交流瞬态电压和单相交流瞬态电流的标准正弦波进行对应比较，将最小比较误差对应的电能类别作为当前计量的电能类别，实现计量电能的类别识别，并根据该最小比较误差，对单相交流瞬态电压和单相交流瞬态电流的高斯窗函数高精度正弦波进行校准，使其更接近识别的当前计量的电能对应类别的标准正弦波；
53.高通滤波器，用于对比差校准单元输出的单相交流瞬态电压和单相交流瞬态电流的正弦波进行高通滤波；
54.电能计量单元，用于利用高通滤波器的输出进行电能计量；
55.发生cf脉冲单元，用于判断svm搜索合成器输出的脉冲数即电能计量单元的cf端led灯闪烁频率与监测电能计量用脉冲是否一致；
56.校表参数单元，与比差校准单元、电能计量单元以及发生cf脉冲单元互通信息，用于对电能计量单元的计量精度、表差校准单元以及发生cf脉冲单元的参数进行校准；
57.功率、有效值计量单元，用于对比差校准单元、电能计量单元以及发生cf脉冲单元校准前的电能进行重新计量；
58.数据存储器，用于存储电能计量单元、发生cf脉冲单元以及功率、有效值计量单元的输出数据，并与微处理器的分布式io接口连接。
59.进一步的，所述的一种电能参数搜索量测高精度物联智能电表，还包括：
60.小波变换模块，用于对比差校准单元输出的正弦电压信号进行小波变换，识别谐
波和间谐波，得到谐波以及间谐波的电压信号和电流信号；
61.频率排序单元，用于对小波变换模块输出的谐波以及间谐波的电压信号和电流信号进行频率排序后求平均值，获得谐波以及间谐波的电压信号和电流信号的平均值，并将其输出送至高通滤波器进行高通滤波，经高通滤波器滤波后输入电能计量模块进行谐波以及间谐波的电能计量，与比差校准单元输出的正弦电压信号和电流信号经高通滤波器在电能计量模块计算的电能求和，得到计量的总电能。
62.进一步的，所述的一种电能参数搜索量测高精度物联智能电表，还包括：
63.备用功能测量通道，备用功能测量通道的一路输出与温度传感器的输出合并输出到dsp等微处理器的分布式io接口，以便在使用该备用功能测量通道时进行温度控制，使得该备用功能测量通道的启用不影响电能参数搜索量测高精度物联智能电表的正常运行；备用功能测量通道的另一路输出到比较器，比较器输出到调制器，调制器与锁相环pll输出连接，比较器和调制器用于对备用功能测试通道输入的信号进行调制；
64.锁相环pll，用于对高频晶振或石英晶振提供的实时时钟、每个识别计量电路中的svm搜索合成器的输出以及调制器的输出进行锁相。
65.本发明实施例所采用的第三个技术方案是：一种基于电能参数搜索量测高精度物联智能电表的分布式光储充放系统，包括：
66.分布式光伏逆变发电系统，用于进行光伏发电；
67.bms-电池管理系统，bms-电池管理系统用于对电池组进行智能化管理及维护，并利用电池组进行充放电，通过依次连接的电池组以及ac/dc pcs子系统与第一变压器连接，第一变压器与智能电网连接；
68.光储充放直流柜，用于对分布式光伏逆变发电系统的直流输出进行汇流、防雷处理，在智能控制管理器的控制下对bms-电池管理系统的电池组进行充电；
69.智能控制管理器，用于进行bms-电池管理系统的电池组的充放电管理控制；
70.计量防雷总配电箱，用于对分布式光伏逆变发电系统输出的进行过压欠压保护、防雷保护以及电能计量，计量防雷总配电箱的输出端接入三相四线市电；
71.第二智能电表，采用如上所述的电能参数搜索量测高精度物联智能电表，设置在计量防雷总配电箱接入市电的接入点的网侧，用于准确计量智能电网向负载供电电能。
72.进一步的，所述计量防雷总配电箱包括第三断路器、过/欠压保护电路、电路器、浪涌保护电路、刀闸开关、接线端子、第一智能电表，其中：
73.所述第一智能电表，采用如上所述的电能参数搜索量测高精度物联智能电表；
74.所述第三断路器一端与分布式光伏逆变发电系统的交流输出端连接，第三断路器另一端与过欠压保护电路一端连接；过欠压保护电路另一端分两路连接，其中一路与电路器一端连接，电路器另一端与浪涌保护电路连接，另一路与刀闸开关一端连接，刀闸开关另一端经连接端子连接第一智能电表；
75.所述第一智能电表经三相复合开关接入三相四线市电，接入点负载侧经三相开关连接三相负载；
76.所述第二智能电表经第二变压器与智能电网连接。
77.进一步的，所述的一种基于电能参数搜索量测高精度物联智能电表的分布式光储充放系统，还包括：
78.防逆流控制器，用于对电网进行检测，以判断在分布式光伏逆变发电系统发电时，是否有逆电流发生，并在逆电流超出要求后进行系统控制使得逆电流符合要求；
79.所述智能控制管理器，包括：
80.ems监控管理主机保护系统，用于对多个bms电池管理系统进行监控管理；
81.mppt控制器，用于进行最大功率跟踪控制；
82.pwm控制器，用于控制每个bms-电池管理系统中与电池组连接的ac/dc pcs子系统中的变流器逆变或整流；
83.每个bms-电池管理系统还与温度监控系统、消防系统连接，其中：
84.所述温度监控系统，用于进行电池组的温度监控；
85.所述消防系统，用于预防bms-电池管理系统的电池组起火、爆炸；
86.所述光储充放直流柜，包括：
87.汇流箱，用于对分布式光伏逆变发电系统的直流输出进行汇流；
88.第一断路器，用于对汇流箱的输出进行开关控制；
89.防雷器，用于对汇流箱与智能管理器之间的总电流进行防雷控制；
90.电流表和电压表，用于对汇流箱与智能管理器之间的总电流进行电压和电流检测；
91.第二断路器，用于对光储充放直流柜和智能管理器之间的总电流进行开关控制。
92.本发明实施例的有益效果是：
93.1、在智能电网与电力物联网及从电力生产、输配电到终端用户电力配送与多碳减排计量、追踪交易的交互上，设计了低功耗数字电力智能电碳传感识别器(svm搜索合成器)，形成电能参数搜索量测高精度物联智能电表，由于不同负载产生的谐波和间谐波不同，在负荷开关上采用该电能参数搜索量测高精度物联智能电表，电能参数搜索量测高精度物联智能电表识别不同负载产生的谐波和间谐波，进而识别负载身份或负载编码，结合智能电表、集中器、负荷开关实现终端设备(负载)的身份识别和信息自动配对。电能参数搜索量测高精度物联智能电表采用svm搜索合成器，根据频率、幅值和相位识别电能类别(发电、供电、售电、用电的电身份)，有效解决目前智能电网的分布式光储充放系统中电能类别和终端用户的电身份无法智能识别的问题。
94.2、在每个发用电个体与智能电网之间使用电能参数搜索量测高精度物联智能电表，实现每个发用电个体的发用电数据独立统计，解决了电能传输数据为集成计量数据、无法分割到具体个体的问题。每个发用电个体使用电能参数搜索量测高精度物联智能电表后，能够实现每个发用电个体的身份识别，可以准确对多个分布式光储充放系统余电大批量上网，可以准确控制终端用户，准确预测和调度余电到智能电网的其它地区，解决了目前无法准确对分布式光储充放系统余电大批量上网，电力公司无法控制终端用户、无法准确预测和调度余电到智能电网的其它地区的问题。
95.3、采用svm搜索合成器对实际电力数据进行处理，进行微电合成、传输，外力无法准确预估实际电力数据，使得实际电力数据不容易被篡改，解决了目前电力数据加密性差使得售电、用电、发电数据容易被篡改的问题；采用svm搜索合成器结合小波变换，实现谐波、间谐波的有功和无功电能，在高斯函数窗内进行不同频率电压和电能自适应，进而使得电能参数搜索量测高精度物联智能电表能够计量不同频率的电压和电流之间的有功和无
功电能，解决了现有智能电表无法计量谐波、间谐波的有功和无功电能的问题以及无法计量不同频率的电压和电流之间的有功和无功电能的问题；采用svm搜索合成器生成高斯窗函数高精度正弦波，初步实现电能高精度计量，采用svm搜索合成器结合小波变换，实现谐波、间谐波的有功和无功电能，进一步提高电能计量精度，满足智能电网在线及时电能准确高精计量的要求，解决了总有功和无功电能计量误差大，无法适应智能电网在线及时电能准确高精计量的问题。
96.4、通过iot系统站，由svm搜索合成器对集中器、电能参数搜索量测高精度物联智能电表、负荷开关、用电设备、风电、太阳能发电、生物质能、水能、核能与火力发电的电能与多碳进行身份识别与资产编码，可实现从发电、输配电、终端用户用电、智能电网、电力物联网、国际能源互联网全过程电力电能与多碳的电能供应计量与多碳资产管理，替代了可再生能源、物联网与智能电网中大量的电流传感器和计量装置，提高了电能计量的精度，可通过5g无线网络配合实现对智能工厂与智能制造中的用电设备的无线自动开关，节约了智能制造中的用电设备控制器、plc，芯片及配电系统中的负荷开关。实现了电力全过程各个用户实现发电容量通常与需求的在线及时匹配、提供实时信息和即时的供需平衡、生产商、配送用户及终端用户能源消耗信息问题的建议，账单和经济费用。
97.5、任何监控变量故障的在线更新，提高能源的利用率和节能减排多碳的量价供应。通过分析负荷的时间数据，根据消费者行为预测未来需求、改善能源供应交付的预测能源管理。
附图说明
98.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
99.图1是本发明实施例的基于电能参数搜索量测高精度物联智能电表的分布式光储充放系统的结构示意图。
100.图2是本发明实施例的电能参数搜索量测高精度物联智能电表的结构示意图。
101.图3是本发明实施例的svm搜索合成器的阶梯加密发波图。
102.图4是本发明实施例的电能参数搜索量测高精算法tls-esprit自相关矩阵特征频率估计值仿真图。
103.图5是本发明实施例的电能参数搜索量测高精算法tls-esprit频率搜索值仿真图。
104.图6是本发明实施例的包含小波变换识别的谐波和间谐波的正弦波以及高斯窗函数高精度正弦波以及频率排序单元输出的正弦波，其中，(a)是小波变换识别的谐波、间谐波的电压波形图，(b)是单相交流瞬态电压/电流的高斯窗函数高精度正弦波信号与谐波、间谐波的电压/电流信号的的复合信号波形图。
具体实施方式
105.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
106.实施例1
107.本发明实施例提出一种svm正交矢量搜索频率相位幅值锁相器，如图3所示，包括：
108.正交信号发生器，用于对输入的单相交流瞬态电压(v
in
)/电流进行正交分解，获得两个互相垂直的电压分量(v
α
和v
β
)/电流分量，单相交流瞬态电压(v
in
)/电流由三相交流电的a相、b相、c相的单相逆变单元对应输出；
109.第一编码器，第一编码器采用正交编码器，用于对两个互相垂直的电压分量(v
α
和v
β
)/电流分量进行正交编码；
110.第一测量滤波器，用于对正交编码后的两个互相垂直的电压分量(v
α
和v
β
)/电流分量进行滤波和参数测量，获得两个互相垂直的电压分量(v
α
和v
β
)/电流分量的幅值、相位和频率；
111.补偿模块，用于利用同频率的参考值对经第一测量滤波器滤波后的两个相互垂直的电压分量/电流分量进行补偿；
112.第一发射滤波器，用于对补偿模块输出的两个相互垂直的电压分量/电流分量进行发射滤波；
113.幅值相位检测判断模块，用于判断第一发射滤波器滤波输出的两个相互垂直的电压分量/电流分量的幅值和相位是否符合标准(参考值，可进行波形比对，通过重合率判断是否复合标准)，如果不符合，对其进行积分处理，如果符合，直接进行adc转换；
114.积分器，在幅值相位检测判断模块判断第一发射滤波器滤波输出的两个相互垂直的电压分量/电流分量的幅值和相位不符合标准时，用于将第一发射滤波器输出的两个相互垂直的电压分量/电流分量作为输入进行积分，使积分后获得的电压/电流的相位和幅值符合标准(参考值)；
115.模数转换器，用于对积分器的输出电压/电流进行模数转换，并将转换所得数字信号分i路和q路两路输出；或对幅值相位检测判定模块输出的符合标准的两个相互垂直的电压分量/电流分量分别进行模数转换，并将转换所得两个数字信号定义为i路和q路两路输出；
116.数字信号处理模块，用于对模数转换器的i路和q路输出进行信号处理后，对两路输出进行十四级内插拟合形成一个标准高精度正弦波；
117.频率幅值相位搜索模块，基于支持向量机与tls-esprit算法的间谐波参数估计方法，对数字信号处理模块输出的标准高精度正弦波进行频率、幅值和相位搜索，获得该标准高精度正弦波的频率、幅值和相位。
118.具体的，所述补偿模块包括：
119.第一比较器，用于对经第一测量滤波器滤波后的其中一个电压分量(v
α
)/电流分量，和与其同频率的参考值cos2πft进行比较，对第一测量滤波器滤波输出的该电压分量(v
α
)/电流分量进行补偿，避免经第一测量滤波器滤波的该电压分量(v
α
)/电流分量有缺陷影响后续识别；
120.第二比较器，用于对经第一测量滤波器滤波的另一个电压分量(v
β
)/电流分量，和
与其同频率的参考值-sin2πft进行比较，对经第一测量滤波器滤波的该电压分量(v
β
)/电流分量进行补偿，避免经第一测量滤波器滤波的该电压分量(v
β
)/电流分量有缺陷影响后续识别；
121.第一合成器，用于对第一比较器和第二比较器的输出进行合成，获得合成电压/电流；
122.第二编码器，用于对第一合成器的输出即合成电压/电流进行编码；
123.第二正交信号发生器(图中未表达)，用于对编码后的合成电压/电流进行正交分解，获得与第一正交信号发生器的输出对应的两个相互垂直的电压分量/电流分量；
124.第三比较器，用于对第二正交信号发生器输出的其中一个电压分量/电流分量，和与其同频率的参考值cos2πft进行比较，对第二正交信号发生器输出的其中一个电压分量/电流分量进行补偿，避免第二正交信号发生器输出的其中一个电压分量/电流分量有缺陷影响后续识别；
125.第四比较器，用于对第二正交信号发生器输出的另一个电压分量/电流分量，和与其同频率的参考值cos2πft进行比较，对第二正交信号发生器输出的另一个电压分量/电流分量进行补偿，避免第二正交信号发生器输出的另一个电压分量/电流分量有缺陷影响后续识别。
126.具体的，所述数字信号处理模块包括：
127.相位震荡寄存器，用于对模数转换器adc的i路和q路输出进行相位校正并寄存；
128.01寄存器，用于对相位震荡寄存器通过相位校正后的数字信号进行01寄存；
129.高通滤波器hpf，用于对01寄存器的i路和q路输出进行高通滤波；
130.低通滤波器lpf，用于对高通滤波器hpf的i路和q路输出进行低通滤波；
131.i路寄存器，用于对i路的低通滤波器lpf的输出进行寄存；
132.q路寄存器，用于对q路的低通滤波器lpf的输出进行寄存；
133.i路映射模块，用于将i路寄存器寄存的由0和1组成的数字信号中的0用空格表示、1用单位脉冲表示，得到i路映射波形，如图3所示；
134.q路映射模块，用于将q路寄存器寄存的由0和1组成的信号中的0用空格表示、1用单位脉冲表示，得到q路映射波形，如图3所示；
135.0值填充模块，用于对i路映射波形和q路映射波形进行0值填充，获得i路0值填充波形和q路0值填充波形，如图3所示；
136.第二发射滤波器，用于对i路0值填充波形和q路0值填充波形进行发射滤波；
137.第一采样滤波器(图中未表达)，用于对i路0值填充波形和q路0值填充波进行十四级内插，获得稠密状态的i路内插十四级离散正弦波和q路内插十四级离散正弦波；
138.第二测量滤波器，用于对输入的i路内插十四级离散正弦波和q路内插十四级离散正弦波进行测量滤波；
139.第二采样滤波器(图中未表达)，用于对第二测量滤波器输出的i路内插十四级离散正弦波和q路内插十四级离散正弦波进行十四级内插拟合，形成标准高精度正弦波；依靠测量滤波和采样滤波抑制内插十四级波形内带宽的干扰，经量测滤波内插波形的误差后，再经采样滤波的多层滤波提高波形精度，合成标准高精度的正弦波。
140.所述svm搜索合成器，还包括：
141.加密模块，用于对第二采样滤波器输出的标准高精度正弦信号进行14级阶梯加密，并将加密后信号发送至频率幅值相位搜索模块，如图3所示，具体操作如下：
142.对第二采样滤波器输出的标准高精度正弦信号，49.80-62.25的第一段上升波，采用矢量011加密；62.25-74.70的第二段上升波，采用矢量010加密；74.70-87.15的第三段上升波，采用矢量001加密；87.15-99.60的第四段上升波和下降波，采用矢量000加密；87.15-74.7的第五段下降波，采用矢量001加密；74.70-62.25的第五段下降波，采用矢量010加密；62.25-49.8的第六段下降波，采用矢量011加密；49.8-37.35的第七段下降波，采用矢量100加密；37.35-24.9的第八段下降波，采用矢量101加密；24.9-12.45的第十段下降波，采用矢量110加密；12.45-0的第十一段下降波和上升波，采用矢量111加密；12.45-24.9的第十二段下上升波，采用矢量110加密；24.9-37.35的第十三段上升波，采用矢量101加密；37.35-49.8的第十四段上升波，采用矢量100加密。
143.svm(空间矢量调制)发波模块，用于根据频率幅值相位搜索模块输出的频率、幅值和相位进行发波，获得高斯窗函数高精度正弦波及其脉冲数，svm发波模块发出的每个脉冲为一个正弦波，svm发波模块连续发波获得高斯窗函数高精度正弦波。
144.交流瞬态电压v
in
到v
α
的传递函数gd(s)为：
[0145][0146]
式(1)中，ω＝θ为单相交流瞬态电压v
in
的谐振频率；
[0147]
交流瞬态电压v
in
到v
β
的传递函数g
β
(s)为：
[0148][0149]
当0≤k≤2时，gd(s)和gq(s)为谐振滤波器，可以提取单相交流瞬态电压v
in
中的谐振频率ω的分量，vq与v
in
有相同的幅值，相角有90
°
的滞后。当频率偏离ω，|gd|和|gq|响应减少，减少的速度与增益k有关，因此，当基波分量可顺利通过正交发生器，小的增益k可带来更好的选择性和对其它频率分量的抑制，使得tls-esprit频率估计方法搜索到等于ω的频率f快速稳定得到，极短时间进入稳态时段，且当s＝j*ω，gd＝1，gq＝-1，则v
α
＝v
in
。
[0150]
实施例2
[0151]
本发明实施例提供一种电能参数搜索量测高精度物联智能电表，如图2所示，包括：
[0152]
高频晶振和石英晶振，不限于例如4.096mhz、osc型32768hz，高频晶振和石英晶振用于在不同频率需求时为系统提供实时时钟；
[0153]
锁相环pll，用于对高频晶振或石英晶振提供的实时时钟，调制器以及svm搜索合成器的输出进行锁相，锁相环pll的输出到时序管理，时序管理输出到定时管理和芯片mcu；
[0154]
四个结构相同的识别计量电路，用于一一对应从智能电网的a相线、b相线、c相线、中线上取电后进行电能识别和电能计量，图2中，中线的识别计量电路未表达，每个识别计量电路包括：
[0155]
电压传感器和补偿电路，用于准确测量三相电的单相交流瞬态电压；
[0156]
电流传感器，用于准确测量三相电的单相交流瞬态电流；
[0157]
svm搜索合成器，用于分别对测量的单相交流瞬态电压和单相交流瞬态电流进行处理，得到单相交流瞬态电压和单相交流瞬态电流的高斯窗函数高精度正弦波；
[0158]
比差校准单元，用于利用单相交流瞬态电压和单相交流瞬态电流的高斯窗函数高精度正弦波，与各种类别电能的单相交流瞬态电压和单相交流瞬态电流的标准正弦波进行对应比较，将最小比较误差对应的电能类别作为当前计量的电能类别，实现计量电能的类别识别，并根据该最小比较误差，对单相交流瞬态电压和单相交流瞬态电流的高斯窗函数高精度正弦波进行校准，使其更接近识别的当前计量的电能对应类别的标准正弦波；
[0159]
小波变换模块，用于对比差校准单元的输出进行小波变换，获得谐波和间谐波的电压和电流信号，其谐波、间谐波的电压/电流信号波形图如图6的(a)所示，单相交流瞬态电压/电流的高斯窗函数高精度正弦波信号，与谐波、间谐波的电压/电流信号的复合信号的波形如图6的(b)所示；
[0160]
频率排序单元，用于对小波变换模块输出的谐波以及间谐波的电压信号和电流信号进行频率排序后求平均值，获得谐波以及间谐波的电压信号和电流信号的平均值，并将其输出送至高通滤波器进行高通滤波，经高通滤波器滤波后输入电能计量模块进行谐波以及间谐波的电能计量，与比差校准单元输出的正弦电压信号和电流信号经高通滤波器在电能计量模块计算的电能求和，得到计量的总电能；
[0161]
高通滤波器，用于对频率排序单元输出的单相交流瞬态电压和单相交流瞬态电流的正弦波，以及频率排序单元输出的谐波、间谐波的电压信号和电流信号，进行高通滤波；
[0162]
电能计量单元，用于利用高通滤波器的输出进行电能计量，计量的总电能为谐波以及间谐波的电能与比差校准单元的输出的电能之和；
[0163]
发生cf脉冲单元，用于监测电能计量用脉冲与电能计量单元的cf端led灯闪烁频率是否一致；
[0164]
校表参数单元，与比差校准单元、电能计量单元以及发生cf脉冲单元互通信息，用于对电能计量单元的计量精度、表差校准单元以及发生cf脉冲单元的参数进行校准；
[0165]
功率、有效值计量单元，用于对比差校准单元、电能计量单元以及发生cf脉冲单元校准前的电能进行重新计量；
[0166]
数据存储器，用于存储电能计量单元、发生cf脉冲单元以及功率、有效值计量单元的输出数据，并与dsp等微处理器的分布式io接口连接。
[0167]
本发明实施例的电能参数搜索量测高精度物联智能电表，还包括时序管理单元、定时管理单元、温度传感器、系统控制单元、报警显示wdt、时钟芯片rtc、静态随机储存器sram、输出输入口gpio/双向二线制同步串行总线i2c、红外调制单元、串口通讯uart(串口通讯uart与无线模块连接)单元、液晶显示lcd、闪存flash、jtag通讯接口调试单元、参考电压单元、电源管理单元、日历时钟单元、高能电池、稳压器、保电检测和上电复位单元。系统控制单元用于进行电表的系统控制，采用高级控制器/微处理器实现，参考电压单元用于生成svm搜索合成器的svm发波模块发波用参考电压以及智能电网公共点处的三相参考电压。
[0168]
svm搜索合成器、比差校准单元、高通滤波器、校表参数单元以及功率、有效值计量单元通过dsp等微处理器软件实现，电能计量单元采用电能计量芯片实现，发生cf脉冲单元通过在电能计量芯片的cf端设置lde脉冲显示实现，时序管理单元、定时管理单元、电源管理单元、日历时钟单元、高能电池、稳压器、保电检测和上电复位单元通过mcu芯片软件实
现，mcu芯片和电能计量芯片接入dsp等微处理器以及系统控制单元的分布式io接口，dsp等微处理器接入系统控制单元的分布式io接口，系统控制单元、报警显示wdt、输出输入口gpio/双向二线制同步串行总线i2c、红外调制单元、串口通讯uart(串口通讯uart与无线模块连接)单元、液晶显示lcd、闪存flash、jtag通讯接口调试单元、参考电压单元通过系统控制单元实现。
[0169]
校表参数单元与芯片mcu、系统控制单元、报警显示wdt、时钟芯片rtc、静态随机储存器sram、通用输出输入口gpio/双向二线制同步串行总线i2c、红外调制单元、串口通讯uart(串口通讯uart与无线模块连接)单元、液晶显示lcd、闪存flash、jtag通讯接口调试单元、参考电压单元、电源管理单元、保电检测和上电复位单元互通信息，温度传感器和数据存储器输出信息参数到芯片mcu、系统控制单元、报警显示wdt、时钟芯片rtc，静态随机储存器sram、通用输出输入口gpio/双向二线制同步串行总线i2c、红外调制、串口通讯uart(串口通讯uart与无线模块连接)、液晶显示lcd、闪存flash、jtag通讯接口调试单元、参考电压单元、电源管理单元、保电检测和上电复位单元。
[0170]
电源管理单元采用低功耗电源管理单元，电源管理单元接入稳压器和高能电池，高能电池为日历时钟供电，日历时钟为mcu芯片供电。
[0171]
所述svm搜索合成器除与分布式光储充放系统的svm发波模块连接，高精度和快速驱动独立结构的a相、b相、c相的单相逆变单元对应多组开关，逆变转换分布式光储系统的光伏电外，还可将由svm搜索合成器输出的高斯窗函数的标准带识别频率的正弦波经比差校准、高通滤波后输入小波变换单元进行小波变换，小波变换后依次输入频率排序单元和积分器求积分电流，频率排序单元和积分器在mcu中通过软件实现，利用积分电流获得谐波和间谐波合成有功电能计量和无功电能计量，完成正向功发(卖)电量、反向功用(买)电量计量。
[0172]
增设一个自适应变动时间-频率的高斯函数窗，svm搜索合成器对接小波变换模块，对策大规模可再生能源及风光储接入智能电网(10％以下的可再生能源及风光储接入智能电网，svm搜索合成器的优点不变；超过则变)，使智能电网电力谐波和间谐波复杂多变，特别是电力谐波和间谐波在时域、频域出现的瞬时突变、白噪声干扰等突变和不平稳信号，导致原svm搜索合成器幅频突变畸变及原有高斯窗函数不能自适应调整的缺点，导致电能计量错误和光储充放系统的波动。
[0173]
小波变换过程如下：
[0174]
对svm搜索合成器输出的电压/电流f(t)进行正交小波分解：
[0175]
p
j-1
f(t)＝pjf(t) djf(t)；(3)
[0176]
其中，pj是f(t)的第j层尺度系数，p
j-1
是f(t)的第j-1层尺度系数，dj是f(t)的第j层小波系数，且且是f(t)的第j层尺度分解系数，是f(t)的第j-1层尺度分解系数，是f(t)的第j层小波分解系数，是f(t)的第j-1层小波分解系数，为尺度函数，ψ
j,k
(t)为小波基函数，h
0(n-2k)
为小波包的低通滤波单元，h
1(n-2k)
为小波包的高通滤波单元；
[0177]
小波包分解与重构：
[0178][0179]
其中，为小波包重构系数，和为小波包分解系数，g
0(l-2k)
为小波包重构的低通滤波单元，g
1(l-2k)
为小波包重构的高通滤波单元，l为重构后的谐波序号；
[0180]
在采样周期内，谐波的电压信号为：
[0181][0182]
其中，k＝0,i＝0仅表示求和计算的初值为0；
[0183]
在采样周期内，谐波的电流信号为：
[0184][0185]
其中，为尺度空间函数；为小波母函数；为重构电压信号中刻度函数的系数，为重构电流信号中刻度函数的系数；为重构电流信号中刻度函数的系数；为重构电压信号中的小波包变换系数；为重构电流信号中的小波包变换系数。
[0186]
带入有功计算式功率p的表达式为：
[0187][0188]
有功电能则可表达为：
[0189][0190]
当svm搜索合成器对接小波变换组合，提供了一个在线及时可以变动的时间-频率窗，当出现高频信号时，高斯函数正弦波的时间窗会自动变窄，当出现低频信号时，高斯函数正弦波的时间窗会自动变宽，改变了具有局部高斯函数正弦波窗不变的特性，消除了局部高斯函数正弦波窗无法体现谐波和间谐波信号突发变化，使小波变换的难以精确获取各次谐波和间谐波的幅值、频率和相位的问题。高斯函数正弦波的时间窗会自动适应不同情况带来的变化，且反映了表征信号的奇异性在不同的尺度上的极大值，能反映谐波和间谐波信号突发变化和时变跟踪畸变，通过信号的重构，消除了由于数据压缩造成的台阶化效应，通过小波包分解系数重构各子频带内的时域信号，实现各个频带内的电力谐波、间谐波参数的快速检测、测量、分析、分辨、跟踪，且小波包重构低波和高波滤波组合实现保留了高
斯函数正弦波窗局部信号时频原有标准的精度和细节，根据有功电能计算公式得出高精度的在线及时电能。
[0191]
根据svm搜索合成器对接小波变换，频率排序和求积分电流，可轻易在线获取谐波、间歇的有功、无功电能的计量，频率、相位、幅值的在线分辨、分析、检测、计量和跟踪。通过跟踪排序频率，自动识别不同的源侧发电以及网侧、荷侧的电能的频率，识别其源侧发电、网侧、荷侧的电身份，及荷侧的负载身份。可接入无线网络，实现无线网络表、在线虚拟智能电表的电能、账单、碳排放和碳综合量的获取，可实现高精度的电能计量。
[0192]
备用功能测量通道，备用功能测量通道的一路输出与温度传感器的输出合并输出到dsp等微处理器的分布式io接口，以便在使用该备用功能测量通道时进行温度控制，使得该备用功能测量通道的启用不影响电能参数搜索量测高精度物联智能电表的正常运行；备用功能测量通道的另一路输出到比较器，比较器输出到调制器，调制器与锁相环pll输出连接，比较器和调制器用于对备用功能测试通道输入的信号进行调制，调制后输入至锁相环pll进行锁相。
[0193]
在电能参数搜索量测高精度物联智能电表的实施例中，所述调制器不限于采用二阶∑
‑△
型调制，实现不限于对系统温度检测的多功能检测调制以及不限于对系统直流电压检测的调制。不限于采用四阶∑
‑△
型调制，不限于对系统直流电流检测调制，结合数字滤波 高通滤波实现直流正向功发(卖)电量，反向功用(买)电量的计量。不限于采用三阶∑
‑△
型调制，不限于对系统温度检测的多功能检测调制，不限于对系统交流电压检测的调制，不限于对系统交流电流检测调制，结合数字滤波 高通滤波实现交流正向功发(卖)电量，反向功用(买)电量的计量；不限于三阶∑
‑△
型调制分别接入分布式光伏逆变发电系统的逆变器的输出a相、b相、c相及中线，不限于3khz信号带宽提供67db信噪比采用分流型三阶∑
‑△
型电流调制，不限于3khz信号带宽提供72db信噪比采用分压型三阶∑
‑△
型电压调制，分布式光伏逆变发电系统向负载用户供电定义为正向1，分布式光伏逆变发电系统向电网供电定义为正向2，分布式光伏逆变发电系统向bms-电池系统(bms电池组)供电定义为正向3，bms-电池系统向负载用户供电(图中未表达)定义为正向4，bms-电池系统向电网放电定义为正向5，bms-电池系统向分布式光伏逆变发电系统及控制系统(如温控系统、消防系统)供电定义为正向6，bms-电池系统向分布式光伏逆变发电系统供电需要接对应的反接系统实现(图1中未表达)；电网向分布式光伏逆变发电系统供电(需要接对应的反接系统，图1未表达)定义为负向1，电网向负载用户供电定义为负向2，电网向bms-电池系统供电定义为负向3；分压型三阶∑
‑△
型电压调制与分流型三阶∑
‑△
型电压调制分别提供的正向(反向)电压、电流，均提供到电能计量单元的乘法器中运算，计算出正反向有功电能、组合有功电能、多象限无功电能、组合无功电能、视在电能、分相电能及分费率电能。电能计量单元、实时买卖电量、实时时钟通过mcu芯片(计量芯片)控制实现，mcu芯片输出的频率均通过spi接口连接到dsp等微处理器，围绕mcu设置lcd显示，红外通讯、rs485通讯、蓝牙通讯、载波通讯、模块通讯、数据储存、报警输出、按键输入、磁场检测、实时检测、低功耗电源管理、继电器控制及控制模块的功能设置组成。
[0194]
实施例3
[0195]
本发明实施例提出一种支持向量机与tls-esprit算法的间谐波参数估计方法，求解单相交流电的相位、幅值与频率，具体过程如下：
[0196]
电网电碳的采样实信号表达式为：
[0197][0198]
其中，x(n)为第n个采样点的电网采样实信号，p为电网采样实信号的谐波成分数，efk为第k次碳排放系数，αk为电网采样实信号的第k次谐波和间谐波分量的幅值，ωk为电网采样实信号的第k次谐波和间谐波分量的角频率，为电网采样实信号的第k次谐波和间谐波分量的相位，ω(n)为第n个采样点的电网采样实信号的噪声分量。
[0199]
基于tls-esprit求解电网频率，将公式(9)经欧拉变换即公式(10)变换为采样复信号：
[0200][0201]
其中，α
′k为采样复信号的第k次谐波和间谐波分量的幅值，ω
′k为采样复信号的第k次谐波和间谐波分量的角频率，为采样复信号的第k次谐波和间谐波分量的相位。
[0202]
定义一个l
×
1(l＞＞2p)维信号量：
[0203]
x(n)＝[x(n)，x(n 1)，
…
，x(n l-1)]
t
；(11)
[0204]
利用公式(10)将公式(11)描述为：
[0205][0206]
式中，a＝[α(ω
′1)，α(ω
′2)，
…
，α(ω
′
2p
)]，)]，w(n)＝[w(n)，w(n 1)，
…
，w(n l-1)]
t
；
[0207]
公式(12)中，当1≤k≤p时，
[0208]
当p≤k≤2p时，ω
′k＝-ω
k-p
,a
k-p
为电网采样实信号的第k-p次谐波和间谐波分量的幅值，ω
k-p
为电网采样实信号的第k-p次谐波和间谐波分量的频率，为电网采样实信号的第k-p次谐波和间谐波分量的初相角；
[0209]
去掉第一行s(n)和最后一行，利用垂直分解法分别得到互相交错的矢量s1和s2：
[0210][0211]
设信号的频率信息完全包含在旋转因子矩阵中。
[0212]
采样数据形成时间序列：
[0213]
基于总体均方误差最小的约束，估计间谐波的频率参数，其过程如下
[0214]
(1)用采样数据构造hankel矩阵：
[0215][0216]
其中，m是阵元数，m》l》》2p，m l-1＝n；
[0217]
(2)对矩阵x进行奇异值分解：
[0218][0219]
式中，l为左奇异矢量矩阵，uh为右奇异矢量矩阵；∑为降序排列奇异值对角矩阵；ls为最大奇异值对应的左奇异矢量矩阵，ln为最小奇异值对应的左奇异矢量矩阵；为2p个最大奇异值对应的右奇异值矢量矩阵，∑s是的张成信号子空间；为l-2p个最小奇异值对应的右奇异值矢量矩阵，∑n是的张成噪声子空间。
[0220]
(3)去掉的第一行和最后一行，利用垂直分解法分别得到两个相互交错的矢量u1和u2，令u1＝ψu1，利用最小二乘思想对矩阵[u1,u2]进行奇异值分解：
[0221][0222]
(4)将矩阵分解成4个2p
×
2p的方块矩阵：
[0223][0224]
则有：
[0225][0226]
(5)对ψ
tls
进行特征值分解，得到特征值λk，特征值λk即为旋转因子矩阵的对角元素，由此估计出信号的频率参数：
[0227][0228]
基于支持向量机的幅值和相位搜索：
[0229]
将公式(9)变形，得到：
[0230][0231]
式中，噪声分量ω(n)为第n个信号采样点的模型误差en，则信号的幅值αk和相位可由ck和dk求得：
[0232][0233]
令w＝[c1，
…cp
，d1，
…dp
]，选用二次ε不敏感损失函数，对优化问题引入lagrange函数，可以得到仅与w有关的标准迭代变权最小二乘法格式：
[0234][0235]
式中，lw是对w的极小值点，λn＝2αn(e
n-ε)，为lagrange乘子，可由kkt条件求得；由求得：
[0236][0237]
式中，为对角元素为的对角矩阵，为对角元素为的
对角矩阵；x为采样数据组成的列向量，yn＝[cosω1n，
…
，cosω
p
n，-sinω1n，
…
，-sinω
p
n]，ε为元素均为ε的列向量。
[0238]
求得w后，信号的幅值和相位可由ck和dk根据公式(21)求得。避免了在很大范围内对频率、幅值和相位的搜索，减少了支持向量机算法的计算量。
[0239]
实施验证：
[0240]
1.对tls-esprit频率搜索仿真(与传统自相关矩阵特征频率估计对比)
[0241]
采样频率1000hz，采样数1000点，c＝0.5；ε＝0.01；ω为snr＝20db的高斯白噪声。
[0242]
由图4给出自相关矩阵特征频率估计分别为50.00048；8546954；150.0358，图5给出tls-esprit频率搜索值：50.0000；85.0001，图4和图5比较得出：在低信噪比情况，tls-esprit频率搜索间谐波频率的精度高于自相关矩阵特征频率估计，且tls-esprit频率搜索减少了相关计算。
[0243]
表1 tls-esprit频率搜索值仿真信号参数估计结果
[0244]
项目频率/hz幅值/v相角/(
°
)145.000492.5000019.9852250.098799.6659930.004983115.00011.99159839.94794149.99993.9890960.098095175.000011.4959844.9759
[0245]
从表1的tls-esprit频率搜索值仿真信号参数估计结果可知，tls-esprit频率搜索在低信噪比的情况下，可以精确的搜索估计出基波频率发生偏移的含有多次谐波和间谐波成分的智能电网的信号参数。
[0246]
2.对支持向量机相位幅值搜索仿真(与最小二乘法ls估计对比)
[0247]
表2 ls与支持向量机搜索算法估计结果比较
[0248][0249]
从表2对比可知，在高信噪比下，支持向量机算法和最小二乘法ls都具有良好的幅值和相位参数的估计性能；但在低信噪比下，支持向量机算法体现出更优越的估计性能，具
有较好的稳定性。
[0250]
本发明实施例结合了tls-esprit搜索频率 支持向量机相位幅值估算 小波变换的优点，解决了单独采用一种算法计算量偏大且精度不高，可再生能源包括风光储大规模接入智能电网引发的谐波、间谐波的突变和畸变，芯片解析耗时长，无法满足智能电网入网标准的要求的问题。特别是在低信噪比下，精度比现有方法高出2个等级，达到10-5
～10-3
量级。tls-esprit对智能电网信号空间进行了准确的划分，屏蔽了噪声对频率的影响，经tls-esprit和支持向量机相位幅值 小波变换比现有技术算法具有更高的计算精度。
[0251]
实施例4
[0252]
如图1所示，用于智能电网与物联网的基于电能参数搜索量测高精度物联智能电表的分布式光储充放系统，包括：
[0253]
分布式光伏逆变发电系统，用于进行光伏发电；
[0254]
bms-电池管理系统，bms-电池管理系统用于对电池组进行智能化管理及维护，通过依次连接的电池组以及ac/dc pcs子系统与第一变压器(10kv/0.4kv电力变压器)连接，第一变压器与智能电网连接，bms-电池管理系统利用电池组进行充放电，并实现智能电网调频、调压、紧急功率支撑、调峰；
[0255]
光储充放直流柜，用于对分布式光伏逆变发电系统的直流输出进行汇流、防雷处理后，在智能控制管理器的控制下对bms-电池管理系统的电池组进行充电；
[0256]
如图1所示，所述光储充放直流柜包括：
[0257]
汇流箱，用于对分布式光伏逆变发电系统的直流输出进行汇流；
[0258]
第一断路器，用于对汇流箱的输出进行开关控制；
[0259]
防雷器，用于对汇流箱与智能管理器之间的总电流进行防雷控制；
[0260]
电流表和电压表，用于对汇流箱与智能管理器之间的总电流进行电压和电流检测；
[0261]
第二断路器，用于对光储充放直流柜和智能管理器之间的总电流进行开关控制。
[0262]
基于电能参数搜索量测高精度物联智能电表的分布式光储充放系统，还包括：
[0263]
智能控制管理器，智能控制管理器包括：
[0264]
ems监控管理主机保护系统，用于对多个bms电池管理系统进行监控管理；
[0265]
mppt控制器，用于进行最大功率跟踪控制，实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使系统以最大功率输出；
[0266]
pwm控制器，用于控制每个bms-电池管理系统中与电池组连接的ac/dc pcs子系统中的变流器逆变或整流。
[0267]
每个bms-电池管理系统还与温度监控系统、消防系统连接，温度监控系统用于进行电池组的温度监控，消防系统用于预防电池组起火、爆炸；
[0268]
基于电能参数搜索量测高精度物联智能电表的分布式光储充放系统，还包括：
[0269]
与分布式光储充放系统连接的计量防雷总配电箱，计量防雷总配电箱用于对分布式光伏逆变发电系统输出的电能进行过压欠压保护、防雷保护以及计量，并向负载供电，计量防雷总配电箱包括第三断路器、过/欠压保护电路、电路器、浪涌保护电路、刀闸开关、接线端子、第一智能电表，具体的，第一智能电表采用所述的电能参数搜索量测高精度物联智能电表，所述第三断路器一端与分布式光伏逆变发电系统的交流输出端连接，第三断路器
另一端与过/欠压保护电路一端连接，过/欠压保护电路另一端分两路连接，其中一路与电路器一端连接，电路器另一端与浪涌保护电路连接，其中另一路与刀闸开关一端连接，刀闸开关另一端经连接端子连接第一智能电表，第一智能电表经三相复合开关接入三相四线市电传输线，接入点网侧设置第二智能电表，第二智能电表也采用电能参数搜索量测高精度物联智能电表，接入点负载侧经三相开关连接三相负载。
[0270]
进一步的，所述第二智能电表另一端经第二变压器(10kv/0.4kv电力变压器)与智能电网连接。
[0271]
进一步的，基于电能参数搜索量测高精度物联智能电表的分布式光储充放系统，还包括：
[0272]
防逆流控制器，用于对电网进行检测，以判断在分布式光伏逆变发电系统发电时，系统是否有逆电流发生，并在逆电流超出要求后进行系统控制使得逆电流符合要求，具体的：
[0273]
在分布式光伏逆变发电系统发电时，如果检测到逆电流发生，判断bms电池管理系统中的电池组电量，如果bms电池管理系统中的电池组电量没满，则控制分布式光伏逆变发电系统给bms电池管理系统中的电池组充电，然后再判断是否仍然存在逆电流，如果逆电流继续存在，再控制减小逆变器输出电流，直到逆电流符合要求；如果bms电池管理系统中的电池组电量存满，则控制直接减小分布式光伏逆变发电系统输出电流，直到逆电流符合要求。
[0274]
智能电网向分布式光伏逆变发电系统发电时，需要通过对应的反接系统与分布式光伏逆变发电系统连接，具体的先采用3s/2r变换模块将智能电网公共点处的三相电变换为同步旋转坐标系下的直流分量vd、vq，然后采用锁相环pll进行锁相，输出智能电网公共点处的三相电的频率、相位和幅值，利用锁相环pll输出的频率，采用一个svm(空间矢量调制)发波模块发波控制变流器整流。
[0275]
采用锁相环pll进行锁相时，锁相环pll内部包括依次连接的环路滤波器、pi控制器和积分器，锁相环pll的输入端连接乘法器，乘法器一路输入为智能电网公共点处的三相电，另一路输入为锁相环pll的输出，两个输入在乘法器相乘后得：
[0276][0277]
其中，前一项为锁相环pll的输入和输出相位差的低频分量，后一项为可被环路滤波器滤除的高频分量；ω为锁相环pll的输出信号的频率，为锁相环pll的输出定子磁链信号，ωg为锁相环pll的输入信号的频率，为锁相环pll的输入信号的励磁信号，vm是乘法器中的参考电压；
[0278]
输入锁相环pll，先进入锁相环pll的环路滤波器(lpf)，滤除高频分量输出信号vf：
[0279][0280]
然后将信号vf作为直流分量vd输入pi控制器，经pi调节后产生估计的频率ω＝θ，
该频率积分后形成pll的输出信号，实现输出相位锁定输入相位，输入信号与输出信号相差90
°
，输入信号为余弦函数，输出信号为正弦函数，使得输出信号的相角加一个常值，即可满足任意相角的要求。
[0281]
在同步旋转坐标系中包含vd、vq两个直流分量，为了锁定输入信号的相位，要求θ＝θg，ω＝ωg，在稳态时，vd＝0，pi控制器输出的是估计频率，估计频率经过积分后得到估计的相位，估计电压幅值当相位被锁定时，e＝vq，这时频率、幅值和相位角均可从同步旋转坐标锁相环中获得，然后利用估计频率、相位和电压幅值e进行发波。
[0282]
估计频率在3s/2r变换时起到相位误差检测的作用，由于vd是直流分量，环路滤波器就是一个简单的单位增益，pi控制器和积分器就会产生频率和相位，通过跟踪相位和频率消除静态误差，使其在高带宽条件下获得快速、准确的跟踪性能。
[0283]
为了验证基于电能参数搜索量测高精度物联智能电表的分布式光储充放系统的有效性，根据图1简化设计光伏电能匹配电能参数搜索量测高精度物联智能电表，在1台电能参数搜索量测高精度物联智能电表接在两个500kw变流器并联的样机上验证，500kw拓扑结构kw最大功率跟踪效率(mppt)≥99.9％，采用空间矢量调制算法(svm/svpwm)，采用dsp控制，dsp控制芯片为tms320f28075-q控制mttp和pmw的控制，电能多向计量选择计量芯片ade7913，mcu选择芯片upd78f1166，在硬件和软件的控制下，对基于电能参数搜索量测高精度物联智能电表的分布式光储充放系统实现光伏电能匹配并网计量，具有正反向有功电能、无工正向反向、组合有功电能、多象限无功电能、组合无功电能、视在电能、分相电能及分费率电能计量功能，组合方式特征字可设，具有远程费控功能(费控智能电能表配置)。具有12个结算周期的历史电能存储功能，存储的历史电能包括正反向有功电能、组合有功电能、多象限无功电能、组合无功功能、正反向视在电能的总及分费率电能数据及分相电能数据，及采用火线与地线(零线)电流误差检测，实现防窃电的功能，同时提高轻载效率、准确性、经济型及可靠性。
[0284]
图2的电能参数搜索量测高精度物联智能电表，其技术参数要求为：额定电压3
×
220/380；参比频率(hz)50；电流量：3
×
1.5(6)；功能等级：有功1级，无工2级；脉冲常数：有功(imp/kwh，6400)，无工imp/kwh，6400。
[0285]
通过标准实验室检测平台的电能表，对基于电能参数搜索量测高精度物联智能电表的分布式光储充放系统中电能参数搜索量测高精度物联智能电表的实时数据进行全自动检测，比较对象是功率源，其结果见表3-表6。
[0286]
表3本发明实施例电能参数搜索量测高精度物联智能电表有功正向实时误差
[0287][0288][0289]
表4本发明实施例电能参数搜索量测高精度物联智能电表有功反向实时误差
[0290]
[0291]
表5本发明实施例电能参数搜索量测高精度物联智能电表无功正向实时误差
[0292][0293][0294]
表6本发明实施例电能参数搜索量测高精度物联智能电表无功反向实时误差
[0295][0296]
电能参数搜索量测高精度物联智能电表有功正向误差符合设计1级标准，有功反向误差符合设计1级标准，无功正向误差符合设计2级标准，无功反向误差符合设计2级标准，说明基于电能参数搜索量测高精度物联智能电表的分布式光储充放系统设计有效，满足光伏发电和计量标准。
[0297]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。