智能电表动态误差的压缩感知测试方法

With the increasement of the new power supply and dynamic load in smart grid, the smart electric meter cannot meet the requirements for accurate measurement in complex dynamic conditions. The research on intelligent electric energy meter dynamic error testing theory and proposing a new method are the new problems in the measuring areas of concern all over the world, and have important theoretical significance and application value..At first, this study establishes the model structure of dynamic pseudo random test signal by utilizing the decomposition of the signal space, and reflect the random characteristics of the actual dynamic load based on the random characteristics of the actual load. Secondly, this study builds the model parameters of OPRM (orthogonal pseudo-random measurement matrix) dynamic testing power signal and a mathematical model of an OPRM dynamic testing signal by using compressed sensing measurement matrix mapping method and structured measurement matrix construction method. Then we propose a scheme that generates the OPRM dynamic testing signal. Thirdly, the study establishes an indirect measurement model of dynamic power quality which solves the problem of dynamic power value to the steady-state energy value by the CM (compressed measurement) method. .Above all, we form a modeling theory of a pseudo random dynamic testing signal and a measurement theory of the intelligent electric energy meter dynamic error, which provides a scientific theoretical system, a feasible technology and a reliable testing system for the development of the smart electric meter testing method of dynamic error.

目前智能电网中新型电源和动态负荷不断增加，智能电能表不能满足复杂动态条件下准确电能计量要求。研究智能电能表动态误差测试的理论、提出新方法，是国内外电测领域关注的新问题，具有重要的理论意义和应用价值。本研究将采用信号空间的分解方法，根据实际负荷的随机动态特征，构建伪随机动态测试信号的模型结构，反映实际动态负荷的特性。采用压缩感知测量矩阵的映射方法和结构化测量矩阵的构造方法，构建OPRM（正交伪随机测量矩阵）动态测试功率信号的模型参数，建立一种OPRM动态测试信号的数学模型；据此，提出一种产生OPRM动态测试信号的方案。同时，采用CM(压缩检测)的方法，建立动态电能量值的间接测量模型，解决动态电能量值到稳态电能量值的溯源问题。在上述工作基础上，形成伪随机动态测试信号的建模理论与智能电能表动态误差测量理论，为智能电能表动态误差测试方法的发展提供系统的科学理论体系、可行的技术和可靠的测试系统。

进入21世纪，为解决能源与环境间的矛盾，能源的供给侧与需求侧发生了巨大的技术变革，我国《十三五规划纲要》明确提出“深入推进能源革命，着力推动能源生产利用方式变革”，落实习总书记提出了“创新、协调、绿色、开放、共享”的五大发展理念。经过多年的技术创新与应用，我国能源生产与利用方式产生了重大变化：供给侧新型光伏、风能可再生能源容量持续增加，需求侧高铁电力机车、电弧炉炼钢采用清洁电能广泛替代化石能源等；电能替代促进绿色发展和创新发展已经成为国家战略。. 然而，对于新型能源大规模发电，其输出功率具有较强的不确定性、间歇性和随机波动性，严重影响供给侧电能的准确计量；高铁与电弧炉等广泛应用，导致负荷电流表现出复杂的快速随机波动特性，引起需求侧电能计量严重超差。据国家能源局统计数据，我国以非线性动态负荷为主的第二产业用电量占全社会用电量的67.1%；而由负荷的快速随机波动导致的电能计量1%的误差就能造成上亿元的经济损失。目前，国内外对于复杂随机波动条件下，电能表动态误差如何测试，面临亟待解决的新问题，既缺少相应的理论与方法，更没有解决关键的技术。. 本项目研究工作，以上述国家战略实施中存在的问题为到导向，发现并提炼出电能表动态误差测试的科学问题，在国内外率先探索复杂动态条件下智能电能表动态误差测试的理论和方法，形成了完整的动态误差测试理论体系，取得了从无到有的原创性成果，包括：(1)建立能够反映实际动态负荷典型本质特性的动态测试信号模型；(2)在复杂随机波动条件下，提出了动态电能量值的准确测量算法；(3)提出了两种智能电能表动态误差测试方法；上述理论成果均得到了实验测试验证，成果具有鲜明的首创性。. 综上所述，本项目从理论研究到仿真分析，再到装置研制与实验验证，形成了完整的智能电能表动态误差测试理论体系，解决了测试关键的技术，不仅具有重要的理论意义；而且对复杂随机波动条件下保证电能的准确计量与公平交易，促进电能替代绿色发展与创新发展，还具有非常广阔的应用前景。