一种面向全国产化器件的高精度电能计量方法及系统与流程

1.本发明属于电能计量技术领域，尤其涉及一种面向全国产化器件的高精度电能计量方法及系统。


背景技术：

2.现有技术中，电能量计量是通过电流电压传感器，得到电压电流波形数据，产生的瞬时电流、电压波形可用于计量参数计算。比如，电压电流有效值计算过程为，电流或电压模拟信号通过ad芯片，由采集控制器进行同步定时采样分析，通过对电流采样值进行平方、开方以及数字滤波等一系列运算可得到信号的平均值。同理，电压有效值测量也是相同流程。
3.有功、无功功率的计算是基于各相的有功功率是通过对去直流分量后的电流、电压信号进行乘法、加法、数字滤波等一系列数字信号处理后得到。总有功功率通常用于计费目的，它包括基波和谐波的功率。无功功率计量算法与有功类似，只是电压信号采用移相90度之后的，移相方式采用hilbert滤波器。
4.现有技术中对于电能量计算是通过实时累加器实现，通过对有功功率或无功功率进行实时累加获得。在电能表的计量设计中，通常采用以上基础方法进行分析计量。
5.对于现有技术中，如申请号为202211088000.2公开了一种用于中低压交直流配电网的电能计量补偿算法及系统，该文件包括采样模块，用于获取线路直流电流以及直流电压，进行采样测量；处理模块，用于运用防脉冲干扰移动平均值法对采样数据进行优化，使采样误差减小；补偿模块，用于对处理模块传输的数据进行插值算法补偿和延时算法补偿；电能计量模块，用于通过补偿后的瞬时功率获得任意时刻的累积电能。可以看出该文件针对直流电能表电流范围宽且动态变化的特点，对电流电压通道进行相位补偿，实现电流电压同步采样，从而提高电能计量精度。但是该文件未考虑了相位的影响，还未涉及电流电压变化对国产化器件造成的幅值、相位等多因素的影响，导致电能计量精度低，无法满足计量要求。


技术实现要素：

6.本发明提供的面向全国产化器件的高精度电能计量方法，方法不仅考虑了相位的影响，还考虑了电流电压变化对国产化器件造成的幅值、相位等多因素的影响，通过设计多维补偿模型，提升电能计量精度。
7.方法包括：s1：采集电流信号和电压信号，通过移相算法对电流信号和电压信号的相位进行对齐；s2：基于计量装置分别计算a、b、c三相有功功率，再计算合相的总有功功率，最后通过对时间积分计算电能量。
8.进一步需要说明的是，方法中，设分别表示电压和电流的瞬时值，则在分段式
模拟信号采集中表示为，n和m表示将电压和电流模拟信号分段的数量；有功功率通过单个周期内电流和电压的瞬时值乘积进行计算，其中，计算a相有功功率计算为：。
9.进一步需要说明的是，合相瞬时有功功率计算方式为：无功功率计算引入希尔伯特变换，使电流相位偏转90度，然后在与电压进行瞬时值乘积进行计算；a相有功电能量表示为：。
10.进一步需要说明的是，步骤s2中还包括电流电压相位补偿方式，具体包括如下步骤：通过fir滤波器实现相位的移相，计算不同电流电压下对相位的影响，得到不同电压电流数值下相位差值，根据电流电压值实现自适应相位值的选择。
11.进一步需要说明的是，fir滤波器的形式如下：选择获取信号中电压从负数变为正数的点，设该点为，该点后一个采集点为，利用线性差值计算出电压信号精准的过零点，位置为，得到电压信号的过零点；同理，得到对应位置电流的过零点为，再获得电流和电压信号的差值，该差值为电压和电流信号补偿的目标时，利用fir滤波器得到设计参数。
12.进一步需要说明的是，步骤s2中还包括电能计量补偿模型，电能计量补偿模型是基于电能计量算法，补偿芯片在不同电流、电压、功率因数、温度、湿度、频率因素变化下由于器件本身引起的电能计量误差；电能计量补偿模型对影响有功、无功功率计算的电流、电压、功率因数、频率、温度、湿度的变化范围进行界定，确定上下限值，并按照上下限选取n个点，按照电流的范围，选取电流输入点值为，覆盖电流上下限范围，选择预设数量的点个数。
13.进一步需要说明的是，按照电流选择方式，将电能计量补偿模型输入值为电压和功率因数；
基于电流变化，则得有功功率计算值为，读取功率源对应的有功功率输出为，选择不同电流值下的a相有功功率值，组成数值对表示为，再利用三次样条多项式法，构建不同电流值影响下，a相功率的误差补偿模型。
14.进一步需要说明的是，将电流变化下，a相有功功率值的计算值和理想值表示为，在每个区间构建三次样条多项式模型，如下：n个区间对应的三次函数的数学表达式如下：其中；求解各式中，构建多样条插值模型，得到如下方式：（1）所有点满足插值条件，即，除了两个端点，其他点都满足，前后两个分段，则有2(n-1)个方程，在加上两个端点方程，则共有2n个方程；（2）区间内的点均为一阶导数连续，则当前区间末端点和下一区间起点的一阶导数相等，即，则有n-1个方程；（3）区间内点的二阶导数为连续，即，则有n-1个方程；以上共构建了4n-2个方程，求解的4n个参数：假定第i个点的二阶导数为，即，且令，得到，，构建以m为未知量的方程组，由m得到，的求解表示为：
最后添加两个边界条件，构建2个方程，从而求解出。
15.进一步需要说明的是，方法还包括：（11）配置自由边界：边界端点二阶导数为0，，得到，则构建线性方程组为：（12）构建固定边界：指定端点一阶导数，分别定义为a和b，即，，得到，，则构建线性方程组为：
（13）构建非节点边界：第一个插值点的三阶导数值等于第二个点的三阶导数值，最后第一个点的三阶导数值等于倒数第二个点的三阶导数值，即，，得，，则构建线性方程组为：针对线性方程组求解出的值，通过高斯消元计算出，进而得到在区间的三次样条插值多项式：。
16.本发明还提供一种面向全国产化器件的高精度电能计量系统，系统包括：电流采集处理模块、电压采集处理模块、电流电压相位补偿模块以及计量装置；电流电压相位补偿模块通过与电流采集处理模块连接，实时采集电流信号，还通过与电压采集处理模块连接，实时采集电压信号，并通过fir滤波器实现相位的移相，计算不同电流电压下对相位的影响，得到不同电压电流数值下相位差值，基于电压电流数值下相位差值进行分段补偿，根据区间内的某一点相位差值作为该区间内的补偿值，每次根据
电流或电压大小确定分段区间，然后在选择对应区间的补偿值进行自适应选择补偿，进而实现对电压电流相位补偿；计量装置与电流电压相位补偿模块连接，获取电流电压相位补偿模块输出补偿后的电压电流数值，并分别计算a、b、c三相有功功率，再计算合相的总有功功率，最后通过对时间积分计算电能量。
17.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明提供的面向全国产化器件的高精度电能计量方法基于fir滤波器的分段自适应电流电压相位补偿模型，实现宽电流电压范围的相位自适应补偿。还构建了基于多维三次样条插值的电能计量误差补偿模型，并引入lstm模型对误差进行优化，提升电能计量精度，实现面向全国产化器件的高精度电能计量，提升了计量精度。
18.而且本发明提供的面向全国产化器件的高精度电能计量方法不仅考虑了相位的影响，还考虑了电流电压变化对国产化器件造成的幅值、相位等多因素的影响，通过设计多维补偿模型，提升电能计量精度。本发明还采用了轻量级人工智能技术，基于全国产化硬件分析电流、电压、功率因数等因素变化对电能计量精度的补偿，从而提升了计量精度。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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。
20.图1为面向全国产化器件的高精度电能计量方法流程图；图2为有功、无功功率补偿模型示意图；图3为lstm结构示意图；图4为电能计量误差模型计量示意图。
具体实施方式
21.本发明提供的面向全国产化器件的高精度电能计量方法是针对国产核心元器件存在的性能不足、受环境量变化易发生漂移甚至性能大幅下降的问题，同时面向高比例新能源和电力电子设备接入电网引起的基频波动、电流范围变宽等特点，本发明构建了基于多维三次样条插值的电能计量误差补偿模型，并引入lstm模型对误差进行优化，提升电能计量精度。
22.本发明的高精度电能计量方法可以基于人工智能技术对关联的数据进行获取和处理。其中，面向全国产化器件的高精度电能计量方法利用数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用装置。
23.本发明的面向全国产化器件的高精度电能计量方法中既有硬件层面的技术也有软件层面的技术。本发明可以包括如互感器、专用人工智能芯片、云计算、分布式存储、大数据处理技术、操作/交互系统、机电一体化等技术。对于软件技术可以包括自然语言处理技术、机器学习/深度学习、人工神经网络、置信网络、强化学习、迁移学习、归纳学习、程序设计语言等技术。程序设计语言包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如java、
smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。
24.本发明提供的面向全国产化器件的高精度电能计量方法引入lstm模型对误差进行优化技术，基于多段式模拟信号采集电路硬件设计，将宽电流、电压模拟信号范围划分为多段，并作为不同国产化ad芯片的输入信号，从而实现对宽电流、电压模拟信号的高精度采集，并基于多维因素耦合影响的多层lstm功率补偿模型，从而提高有功、无功功率计算精度，进而提升电能计量准确度。
25.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。
26.请参阅图1至图4所示是一具体实施例中面向全国产化器件的高精度电能计量方法的流程图及模型示意图，方法包括：s1：采集电流信号和电压信号，通过移相算法对电流信号和电压信号的相位进行对齐；在一个示例性实施例中，基于多段式模拟信号采集电路硬件设计，将宽电流、电压模拟信号范围划分为多段，并作为不同国产化ad芯片的输入信号，从而实现对宽电流、电压模拟信号的高精度采集。在数据处理方面，通过处理器向不同国产化ad芯片同时输出采样信号，实现对不同ad芯片的同步采样，在采样接收后并将数据发送至处理器，再进行统一的数据处理。
27.本实施例中，定义分别表示电压和电流的瞬时值，则在分段式模拟信号采集中可以表示为，n和m表示将电压和电流模拟信号分段的数量。由于电路硬件感容性器件因素的影响，采样后电压信号与电流信号直接存在相位偏差，先通过移相算法实现电流和电压相位的对齐。
28.s2：基于计量装置分别计算a、b、c三相有功功率，再计算合相的总有功功率，最后通过对时间积分计算电能量。
29.具体来讲，有功功率通过单个周期内电流和电压的瞬时值乘积进行计算，以a相有功功率计算为例，计算b相和c相与计算a相相同，下面以a相有功功率计算进行举例说明，其中a相有功功率可表示为：合相瞬时有功功率可表示为：无功功率计算引入希尔伯特变换，首先使电流相位偏转90度，然后在与电压进行瞬时值乘积进行计算。
30.a相有功电能量表示为：
电能计量的精度与电能量的值直接相关，电能量由功率对时间的积分确定，因此a、b、c三相的有功功率精度直接有功电能量精度。
31.本实施例针对全国产化器件的电能计量装置，设计适用于全国产化器件的高精度电能补偿方法，通过在算法上的创新实现对硬件器件性能不足的补偿，从而实现高精度电能计量，使全国产化高精度电能计量装置达到国外产品或使用国外核心器件的高精度电能计量装置水平。
32.针对电流、电压、功率因数、温度等因素对电能计量精度的影响，首先获取这些因素变化对有功、无功功率的影响情况，借助高精度功率源，得到理想的有功、无功功率，同时通过计算得到实际的有功、无功功率。利用实际有功、无功功率值和理想值，构建电能计量误差模型，其整个执行流程和关系如下图4所示。
33.根据本技术的实施例，本发明的计量过程分为两个阶段，一是电流电压相位补偿阶段，二是电能计量补偿模型构建阶段。
34.（1）电流电压相位补偿阶段；通过fir滤波器实现相位的移相，计算不同电流电压下对相位的影响，得到不同电压电流数值下相位差值，根据电流电压值实现自适应相位值的选择。
35.fir滤波器具有较快的时域响应，且具有较高的精度，长度为n的fir滤波器输出对应于输入时间序列的关系由一种有限卷积和的形式给出，具体形式如下：在n值的选择方面，以某一项电压电流信号为例，利用高精度功率源输入正弦且相位相同的电压和电流模拟信号，以高频采集电压电流转化信号，通常适用于高精度电能计量算法的采用频率在12khz左右，在电压电流信号相位补偿过程中，采用15khz采用频率，并将同步采集到的信号进行处理。选择获取信号中电压从负数变为正数的点，可以认为该点位电压信号的某一过零点，假设该点为，该点后一个采集点为，在可利用线性差值计算出电压信号精准的过零点，位置为，得到电压信号的精确过零点。
36.同理，得到对应位置电流的过零点为，因此，可获得电流和电压信号的差值。该差值为电压和电流信号需要补偿的目标时，利用fir滤波器设计模块，得到fir滤波器的设计参数。
37.本实施例中，由于不同电流和电压幅值，将对应不同的相位差值，且相位差值为非线性，不同值之间的差值较小，若针对每个电压和电流数值进行相位补偿，则相位补偿模型过于复杂，且对处理器提出了高要求，因此按照电流和电压分段的数值对相位差值进行分段补偿，根据区间内的某一点相位差值作为该区间内的补偿值，每次根据电流或电压大小确定分段区间，然后在选择对应区间的补偿值进行自适应选择补偿，进而实现对电压电流相位补偿。
38.（2）电能计量补偿模型；
本实施例自适应选择的fir滤波器能够补偿电压电流相位差值，对电能计量补偿模型的精度提升起到一定作用，但同时也引入了幅值误差。电能计量补偿模型是基于电能计量算法，补偿国产化芯片在不同电流、电压、功率因数、温度、湿度、频率等因素变化下由于器件本身引起的电能计量误差。
39.首先对影响有功、无功功率计算的电流、电压、功率因数、频率、温度、湿度等多因素的变化范围进行界定，确定上下限值，并按照上下限选取n个点。
40.示例性的讲，按照电流的范围，选取电流输入点值为，覆盖电流上下限范围，为保证模型的精度可选择尽可能多的点个数。按照电流选择方式，分别选取其他因素输入点值为电压、功率因数等。
41.当模型样本获取时，由高精度功率源按照多维因数的选取点分别输入选定指，每次仅改变其中某一个值，并记录此时有功、无功功率在a、b、c每一项的计算值和功率源输出的实际值。
42.以电流变化为例，则可得有功功率计算值为：读取高精度功率源对应的有功功率输出为：选择不同电流值下的a相有功功率值，组成数值对可以表示为，接下来利用三次样条多项式法，构建不同电流值影响下，a相功率的误差补偿模型。
43.为方便计算，将电流变化下，a相有功功率值的计算值和理想值可表示为，在每个区间构建三次样条多项式模型，如下：n个区间对应的三次函数的数学表达式如下：其中。
44.求解各式中，构建多样条插值模型，可知：1)所有点必须满足插值条件，即，除了两个端点，其他点都满足，前后两个分段，则有2(n-1)个方程，在加上两个端点方程，则共有2n个方程。
45.2)区间内的点均为一阶导数连续，则当前区间末端点和下一区间起点的一阶导数应该相等，即，则有n-1个方程。
46.3)区间内点的二阶导数为连续，即，则有n-1个方程。
47.以上共构建了4n-2个方程，求解的4n个参数，还需两个方程。
48.假定第i个点的二阶导数为，即，且令，通过推导可得，，构建了以m为未知量的方程组，由m可知，的求解可表示为：的求解可表示为：的求解可表示为：的求解可表示为：最后添加两个边界条件，构建2个方程，从而求解出。
49.本发明的实施例还涉及自由边界的解析，其中，边界端点二阶导数为0，，可得，则构建线性方程组为：对于固定边界来讲：指定端点一阶导数，分别定义为a和b，即，
，可得，，则构建线性方程组为：对于非节点边界来讲，第一个插值点的三阶导数值等于第二个点的三阶导数值，最后第一个点的三阶导数值等于倒数第二个点的三阶导数值，即，，可得，，则构建线性方程组为：针对以上矩阵可以求解出的值，通过高斯消元等方法计算出对应的，进而得到在区间的三次样条插值多项式：。
50.由上可知，构建了由电流变化的a相有功功率三次样条多项式模型。
51.同理，分别构建电压、功率因数、频率、温度、湿度等因素变化对a、b、c三相有功、无功功率的三次样条多项式补偿模型，从而建立了多维因素影响的多维三次样条多项式有
功、无功功率补偿模型。在实际应用过程中，通过判断电流、电压、功率因数、频率、温度等多维因素分别在哪个工作区间，从而选择对应的值，进而实现对有功、无功功率补偿，提升有功、无功功率计算精度。
52.以上多维三次样条多项式补偿方法能够弥补多维因素变化对有功、无功功率计算精度的影响，但是有些因素之间会有耦合影响，在多维三次样条补偿模型中没有能体现出这部分偏差的补偿，且该部分用模型分析难度大，因此引入了多层长短期记忆（lstm）模型，以经过多维三次样条插值模型的有功、无功功率以及电流、电压、功率因数、频率等因素为输入值，输出为有功、无功功率值。
53.本发明的实施例中，采用多维三次样条补偿模型+多层lstm的方式，在多层lstm模型构建过程中，将电流、电压、功率因数、频率、温度等多维因素以及经过多维三次样条补偿模型输出的有功、无功功率作为lstm的输入向量，输出值为有功、无功功率，同时读取高精度功率源数据作为对比值，从而计算输出值和比对值之间的差值，以差值最小，计算多层lstm模型参数，进而构建多层lstm补偿模型。
54.lstm是种特殊循环神经网络（recurrent neural network, rnn），在rnn的基础上引入了“门控”的选择性机制，分别是遗忘门、输入门和输出门，如图3所示，从而有选择性地保留或删除信息，以能够较好地学习长期依赖关系。
55.对于多层lstm补偿模型来讲，如下公式所述，其中，为遗忘门输出信息，、为遗忘门的权重和偏置参数，为输入门的输出信息，、为输入门的权重和偏置参数，、为tanh层的权重和偏置函数，为细胞状态，是激活函数，输出范围是0-1，为输出门的输出信息，、为输出门的权重和偏置参数，表示前一个单元的输出，为本单元的输出，表示当前输入。
56.以a相有功功率的多层lstm模型为例，输入向量表示为：，输出为，输出值与高精度功率源数据组成数字对，利用自适应矩估计优化(adam)工具，通过逐一改变多维因素变化，记录输出值与功率源数值对，从而计算出多层lstm模型的参数。
57.可以看出，本发明以基于全国产化器件的高精度电能计量装置为基础，构建了基于多维三次样条插值的电能计量误差补偿模型，并引入lstm模型对误差进行优化，提升电能计量精度，实现面向全国产化器件的高精度电能计量，提升了计量精度。
58.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限
定。
59.以下是本公开实施例提供的面向全国产化器件的高精度电能计量系统的实施例，该系统与上述各实施例的面向全国产化器件的高精度电能计量方法属于同一个发明构思，在面向全国产化器件的高精度电能计量系统的实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述面向全国产化器件的高精度电能计量方法的实施例。
60.系统包括：电流采集处理模块、电压采集处理模块、电流电压相位补偿模块以及计量装置；电流电压相位补偿模块通过与电流采集处理模块连接，实时采集电流信号，还通过与电压采集处理模块连接，实时采集电压信号，并通过fir滤波器实现相位的移相，计算不同电流电压下对相位的影响，得到不同电压电流数值下相位差值，基于电压电流数值下相位差值进行分段补偿，根据区间内的某一点相位差值作为该区间内的补偿值，每次根据电流或电压大小确定分段区间，然后在选择对应区间的补偿值进行自适应选择补偿，进而实现对电压电流相位补偿；计量装置与电流电压相位补偿模块连接，获取电流电压相位补偿模块输出补偿后的电压电流数值，并分别计算a、b、c三相有功功率，再计算合相的总有功功率，最后通过对时间积分计算电能量。
61.本公开实施例提供的面向全国产化器件的高精度电能计量系统针对全国产化器件精度不够、一致性不足等问题，设计了一种多维因素影响的高精度电能计量模型，模型结构简单，能够应用于普通mcu等硬件，提升电能计量精度。
62.本发明提供的面向全国产化器件的高精度电能计量方法中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
63.本发明提供的面向全国产化器件的高精度电能计量系统是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
64.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种面向全国产化器件的高精度电能计量方法，其特征在于，方法包括：s1：采集电流信号和电压信号，通过移相算法对电流信号和电压信号的相位进行对齐；s2：基于计量装置分别计算a、b、c三相有功功率，再计算合相的总有功功率，最后通过对时间积分计算电能量。2.根据权利要求1所述的面向全国产化器件的高精度电能计量方法，其特征在于，方法中，设分别表示电压和电流的瞬时值，则在分段式模拟信号采集中表示为，n和m表示将电压和电流模拟信号分段的数量；有功功率通过单个周期内电流和电压的瞬时值乘积进行计算，其中，计算a相有功功率计算为：。3.根据权利要求1或2所述的面向全国产化器件的高精度电能计量方法，其特征在于，合相瞬时有功功率计算方式为：无功功率计算引入希尔伯特变换，使电流相位偏转90度，然后在与电压进行瞬时值乘积进行计算；a相有功电能量表示为 。4.根据权利要求1或2所述的面向全国产化器件的高精度电能计量方法，其特征在于，步骤s2中还包括电流电压相位补偿方式，具体包括如下步骤：通过fir滤波器实现相位的移相，计算不同电流电压下对相位的影响，得到不同电压电流数值下相位差值，根据电流电压值实现自适应相位值的选择。5.根据权利要求4所述的面向全国产化器件的高精度电能计量方法，其特征在于，fir滤波器的形式如下：选择获取信号中电压从负数变为正数的点，设该点为，该点后一个采集点为，利用线性差值计算出电压信号精准的过零点，位置为，得到电压信号的过零点；同理，得到对应位置电流的过零点为，再获得电流和电压信号的差值，该差值为电压和电流信号补偿的目标时，利用fir滤波器得到设计参数。6.根据权利要求1或2所述的面向全国产化器件的高精度电能计量方法，其特征在于，步骤s2中还包括电能计量补偿模型，电能计量补偿模型是基于电能计量算法，补偿芯片在不同电流、电压、功率因数、温度、湿度、频率因素变化下由于器件本身引起的电能计量误
差；电能计量补偿模型对影响有功、无功功率计算的电流、电压、功率因数、频率、温度、湿度的变化范围进行界定，确定上下限值，并按照上下限选取n个点，按照电流的范围，选取电流输入点值为，覆盖电流上下限范围，选择预设数量的点个数。7.根据权利要求6所述的面向全国产化器件的高精度电能计量方法，其特征在于，按照电流选择方式，将电能计量补偿模型输入值为电压和功率因数；基于电流变化，则得有功功率计算值为，读取功率源对应的有功功率输出为，选择不同电流值下的a相有功功率值，组成数值对表示为，再利用三次样条多项式法，构建不同电流值影响下，a相功率的误差补偿模型。8.根据权利要求7所述的面向全国产化器件的高精度电能计量方法，其特征在于，将电流变化下，a相有功功率值的计算值和理想值表示为，在每个区间构建三次样条多项式模型，如下：n个区间对应的三次函数的数学表达式如下： 其中；求解各式中，构建多样条插值模型，得到如下方式：（1）所有点满足插值条件，即，除了两个端点，其他点都满足，前后两个分段，则有2(n-1)个方程，在加上两个端点方程，则
共有2n个方程；（2）区间内的点均为一阶导数连续，则当前区间末端点和下一区间起点的一阶导数相等，即，则有n-1个方程；（3）区间内点的二阶导数为连续，即，则有n-1个方程；以上共构建了4n-2个方程，求解的4n个参数：假定第i个点的二阶导数为，即，且令，得到，，构建以m为未知量的方程组，由m得到，的求解表示为：的求解表示为：的求解表示为：的求解表示为：最后添加两个边界条件，构建2个方程，从而求解出。9.根据权利要求8所述的面向全国产化器件的高精度电能计量方法，其特征在于，方法还包括：（11）配置自由边界：边界端点二阶导数为0，，得到，则构建线性方程组为：（12）构建固定边界：指定端点一阶导数，分别定义为a和b，即，，得到，，则构建线性方程组为：
（13）构建非节点边界：第一个插值点的三阶导数值等于第二个点的三阶导数值，最后第一个点的三阶导数值等于倒数第二个点的三阶导数值，即，，得，，则构建线性方程组为：针对线性方程组求解出的值，通过高斯消元计算出，进而得到在区间的三次样条插值多项式：。10.一种面向全国产化器件的高精度电能计量系统，其特征在于，系统采用如权利要求1至9任意一项所述的面向全国产化器件的高精度电能计量方法；系统包括：电流采集处理模块、电压采集处理模块、电流电压相位补偿模块以及计量装置；电流电压相位补偿模块通过与电流采集处理模块连接，实时采集电流信号，还通过与电压采集处理模块连接，实时采集电压信号，并通过fir滤波器实现相位的移相，计算不同
电流电压下对相位的影响，得到不同电压电流数值下相位差值，基于电压电流数值下相位差值进行分段补偿，根据区间内的某一点相位差值作为该区间内的补偿值，每次根据电流或电压大小确定分段区间，然后在选择对应区间的补偿值进行自适应选择补偿，进而实现对电压电流相位补偿；计量装置与电流电压相位补偿模块连接，获取电流电压相位补偿模块输出补偿后的电压电流数值，并分别计算a、b、c三相有功功率，再计算合相的总有功功率，最后通过对时间积分计算电能量。

技术总结
本发明提供一种面向全国产化器件的高精度电能计量方法及系统，属于电能计量技术领域，采集电流信号和电压信号，通过移相算法对电流信号和电压信号的相位进行对齐；基于计量装置分别计算A、B、C三相有功功率，再计算合相的总有功功率，最后通过对时间积分计算电能量。本发明基于FIR滤波器的分段自适应电流电压相位补偿模型，实现宽电流电压范围的相位自适应补偿。本发明支撑全国产化高精度电能表研制，提升电能计量精度。提升电能计量精度。提升电能计量精度。


技术研发人员：王永贵 李温静 刘迪 詹超 黄吕超 李云鹏 谭阿峰 邓思阳 韩学禹 高远 陈楷铭 张帅 林华宝 陈清雷
受保护的技术使用者：福建网能科技开发有限责任公司
技术研发日：2023.08.09
技术公布日：2023/9/9