【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电能计量算法领域，具体适用于一种基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量方法、系统、设备及可存储介质。
技术介绍
1、近年来为响应节能减排的需求，电动汽车的销量大幅上涨。大规模的电动汽车虽然减少了化石能源的依赖和环境污染，但同时也对电网提出了新的挑战。大规模电动汽车同时充电可能导致电网局部电压波动，影响电压稳定性和质量甚至频率的稳定性。此外，电动汽车充电桩中的电力电子装置可能向电网引入谐波，影响供给其他用户的电能质量。采用先进的电网监控管理技术预测和管理电动汽车充电引起的波动，可以缓解这些影响，保障充电过程安全。为此，充电过程中的充电电压、电流、电网频率、谐波畸变率等必须能够精确地感知和计算，因此需要一种的电能计量算法。
2、目前在电能计量领域主要应用快速傅里叶变换和基于滤波器的设计来估计电压和电流的幅值、频率、以及功率因数。然而，快速傅里叶变换只适用于周期信号，对于非周期信号可能会出现频谱泄漏，导致频谱外出现额外的峰值或不准确的频率成分，降低测量的准确性。基于滤波器的设计受限于滤波器阶数和类型的选择，难以适用不同场景。近年来，斯托克韦尔变换在信号处理和频谱分析中得到了大量应用。其结合了短时傅里叶变换和小波变换的优点，提供了更高的时频分辨率，可以在时间和频率上更准确地捕捉信号的瞬态和频率变换，在处理非周期非线性信号效果较好。然而，斯托克韦尔变换计算复杂度较高，难以处理海量信息。
3、类似于如下问题，现有算法难以实现大规模电动汽车接入下电能的快速精准计量。本专利技术一种基于快速离散斯托克韦尔变换的
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术中存在的复杂数据难以准确计量的问题，提供了基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量方法、系统、设备及可存储介质。
2、为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：
3、一种基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量方法，所述电能计量方法包括以下步骤：
4、s1、对待测量线路的电流和电压进行采样监测，对采样得到的电流和电压采样信号分别进行快速离散斯托克韦尔变换；
5、s2、根据快速离散斯托克韦尔变换结果可得电压的振幅与相位值、电流的振幅与相位值；
6、s3、经过相位校正后，得到采样频率对应的电压和电流实际相位差，并计算出有功和无功功率，得出消耗电能。
7、所述s1中快速离散斯托克韦尔变换为：
8、s1.1、根据采样信号振幅分别对其频率进行缩放；
9、s1.2、通过设置带通滤波器宽度得到采样信号的快速傅里叶变换形式；
10、s1.3、频率缩放后，重新计算高斯窗函数；
11、s1.4、输入信号的快速傅里叶变换乘以窗口函数的快速傅里叶变换，得到经过频率缩放后的信号表达式；
12、s1.5、计算重要的频率分量，对重要的频率分量进行快速傅里叶逆变换；
13、所述s1.1中，频率缩放为：首先根据采样信号振幅对频率进行缩放，缩放公式如式(1)所示：
14、
15、式中，s代表电压电流信号的时频矩阵，x为测量到的电压或电流信号，k是与窗口函数w卷积的时间域位移，t为采样周期，x(n)为函数，x(kt)为函数在n＝kt的取值，x(kt)为第k次采样的测量值，n为窗口函数的采样次数，n为窗口函数的采样序号，取值为0、1、2……n，an/nt为采样的信号幅值，aset为给定的信号幅值，j为时频矩阵行数，取值范围为0、1、2…n-1；
16、所述s1.2中，通过设置带通滤波器宽度得到信号的快速傅里叶变换形式，如式(2)所示：
17、x(k)＝fft{x(n)} (2)
18、式中，x(n)为时域离散信号，x(k)为对应的频域离散信号；
19、所述s1.3中，频率缩放后，重新计算高斯窗函数w(k，n)，如式(3)所示：
20、
21、式中r和b均为控制窗口振荡的尺度因子，a和c是实正常数；
22、所述s1.4中，输入信号的快速傅里叶变换x(k)乘以窗口函数q(k，n)的快速傅里叶变换，得到经过频率缩放后的信号表达式g(k，n)，如式(4)所示：
23、g(k，n)＝x(k)·fft[w(k，n)] (4)
24、由于进行了频率缩放，不符合要求的频率所在行设置为0，矩阵g为稀疏矩阵。
25、频率缩放后计算重要的频率分量，所述重要的频率分量为频率幅值大于设定幅值aset的频率分量，然后对重要的频率分量进行快速傅里叶逆变换，如式(5)所示：
26、
27、式中s(k，n)为斯托克韦尔矩阵，通过对加窗后的矩阵g(k，n)的快速傅里叶逆变换得到，fs为选取的重要频率分量的集合。
28、根据快速傅里叶逆变换结果可得电压与电流的振幅av、ai，电压与电流的相位如式(6)至(9)所示：
29、
30、
31、
32、
33、式中，[sv]max为经过斯托克韦尔变换之后的电压最大值；[si]max为经过斯托克韦尔变换之后的电流最大值，imag表示虚部，real表示实部。
34、经过相位校正后，得到采样频率为fs的电压和电流实际相位差θc如式(11)所示：
35、
36、有功功率p和无功功率q如式(12)所示：
37、p＝av·aicosθc，q＝av·aisinθc (11)
38、消耗电能e如式(13)所示：
39、
40、式中，f为交流电频率。
41、一种基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量系统，所述电能计量系统包括：
42、快速离散斯托克韦尔变换模块，用于对采样得到的电流和电压采样信号分别进行快速离散斯托克韦尔变换；用于实现如下方法：
43、所述s1中快速离散斯托克韦尔变换为：
44、s1.1、根据采样信号振幅分别对其频率进行缩放；
45、所述s1.1中，频率缩放为：首先根据采样信号振幅对频率进行缩放，缩放公式如式(1)所示：
46、
47、式中，s代表电压电流信号的时频矩阵，x为测量到的电压或电流信号，k是与窗口函数w卷积的时间域位移，t为采样周期，x(n)为函数，x(kt)为函数在n＝kt的取值，x(kt)为第k次采样的测量值，n为窗口函数的采样次数，n为窗口函数的采样序号，取值为0、1、2……n，an/nt为采样的信号幅值，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量算法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量方法，其特征在于：
7.一种基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量系统，其特征在于：
8.一种基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量设备，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述权利要求1至6任一项中所述的方法。
【技术特征摘要】
1.一种基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量算法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的基于快速离散斯托克韦尔变换的电能计量方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晟玮，罗阳，叶宇轩，张剑，张玉洁，蔡昌松，张启烨，饶宇骁，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司信息通信公司，
类型：发明
国别省市：
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