[发明专利]基于小波变换和曲线拟合的畸变信号条件下电能计量方法

说明书

本发明属于电力系统领域，公开了一种基于小波变换和曲线拟合的畸变信号条件下电能计量方法。该方法首先利用小波变换对电网畸变电压、电流信号进行分解与重构，得到基波信号，再利用傅里叶级数将基波重构信号进行曲线拟合，并经过归一化后获得电网基波电压、电流的测量值，最终在原始信号中与测得的基波信号相减，得到电网畸变电压、电流信号，并通过电能计量装置的数据处理模块准确计算基波和畸变电能的数值。为研发适用于电网信号严重畸变情况的抗冲击电能计量装置提供了解决方案。

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及一种能够对畸变信号条件下电能消耗功率准确计量的方法，该方法对增强畸变信号条件下电能计量的精确度方面非常有效，具有测量误差小，检测精度不受小波分解层数干扰的特点。

背景技术

在现代电力系统中，随着高速铁路和大规模新能源并网逆变器的投入运行，使工业非线性负载迅速增加。这些非线性负荷的投入，使电网电压、电流信号波形发生畸变，使电网信号含有大量高次谐波和冲击变化成分，严重干扰着电能计量的精确度与公平公正原则。

在目前电网信号畸变严重的形势下，如何提高电能计量装置在畸变信号条件下计量的精确度是非常紧迫的问题。为了解决这个问题，迫切需要一种能够应用于畸变信号条件下电能计量的高精度算法。

对于这一问题，近年来有研究人员在电能计量算法方面取得了一定进展，现行有以下几种解决方法：

改进的FFT算法。此方法解决了FFT算法易受频率波动影响的问题，但此方法运算量很大，实时性相对来说较差，而且对非整数次的间谐波的测量还存在频谱泄漏和栅栏现象等，导致谐波幅值、相角和频率的测量结果误差较大。

复化Newton-Cotes积分算法。此方法具有高阶计量精度等级，能够提高电能计量装置在畸变信号条件下电能计量精确度，但是该方法虽然不受频率变化的影响，但对频率初始值相当的敏感，一旦频率的初值选择的不合适，将导致迭代不收敛，从而使测量误差增加。

当前，针对畸变信号条件下电能计量的最新方法中，研究最广并取得显著进展的是基于小波变换的电能计量方法。但该方法的检测结果易受小波分解层数影响，不同分解层数，检测误差很大。

综上所述，现有的畸变信号条件下电能计量方法各有优缺点，在实际的应用中不能有效解决冲击信号等非稳态畸变信号条件下电能准确计量的问题，因而，提出一种测量误差小，检测精度不受小波分解层数影响，同时又能满足冲击信号等非稳态畸变信号下暂态电能计量需要的计量方法有着重大的理论意义和工程应用价值。

发明内容

本发明首先利用小波变换对电网畸变电压、电流信号进行分解与重构，得到基波信号，再通过傅里叶级数将重构得到的基波信号进行正弦拟合，并经过归一化后得到电网基波电压、电流信号的测量值，最后在电网原始畸变信号中减去测得的基波信号，得到电网畸变电压、电流信号，并通过计量装置的数据处理模块准确计算基波和畸变功率的数值。该方法能准确合理地计量电网信号严重畸变情况下的基波和畸变功率，并具有测量误差小，实时性好，检测精度不受小波分解层数影响的特点。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括以下步骤：

1)首先，通过计量装置的数据采集模块采集畸变信号条件下的电网畸变电压和电流；

2)其次，将得到的电网畸变电压和电流作为输入信号，通过小波变换Mallat算法对电网非稳态畸变信号进行多层分解，提取电网基波信号；

3)然后，将得到的基波信号进行傅立叶级数重构和曲线拟合，进一步降低因为小波变换分解层数不理想导致重构所得基波信号波形失真；

4)最后，为使拟合后信号的幅值与原始基波信号的幅值更加接近，再通过归一化方法对基波拟合信号进行归一化，提高基波信号提取的精确度，并通过计量装置的数据处理模块准确计算基波和畸变功率的数值。