CN107818678B - 用于用电信息采集系统的实时在线修正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于用电信息采集系统的实时在线修正方法及设备，针对用电信息采集系统实现电量数据修正，包括在服务器端实现根据预设的采集时间间隔进行电量数据采集，判断当前电量数据是否正确，是则进行正确电量数据储存，判断是否满足二次修正原则，是则基于最小二乘法进行一次修正数据的二次修正，并根据二次修正结果更新储存；否则读取日电量数据序列，对错误数据进行基于改进外推法的一次修正并储存。本发明以低压电力线为通信信道请求和传输电量数据，首次提出了基于改进外推法和二次修正的电量数据修正技术方案，达到提高用电信息采集系统的电量数据采集完整率和数据质量的目的。

Description

用于用电信息采集系统的实时在线修正方法及装置

技术领域

本发明属于电气二次系统领域，特别是一种用于用电信息采集系统的实时在线修正方法及装置。

背景技术

根据我国规划，2012年底用电信息采集系统覆盖率达到65％，安装5500万只智能电能表；2013年底达到90％，安装5500万只智能电能表；2014年底达到 100％的覆盖率，安装2200万只智能电能表；在规划期间实现对直供直管区域内所有用户的“全覆盖、全采集、全费控”。其中，自动集中抄表(以下简称集抄) 是用电信息采集系统的主要功能之一。参见图1，实现集抄的设备包括服务器、路由器、集中器和智能电表，图中采用的通信方式为低压电力线载波通信。电力线载波通信(PLC)是用电信息采集系统主要采用的通信方式，其优点主要是利用现有的交流电力线路作为通信线路，省去了铺设线路的成本，并且因其覆盖范围大、运行维护简单、可扩展性好等特点，成为了用电信息采集系统中数据采集的理想通信方式。从经济性以及普及性来讲，低压电力线通信是实现集抄较好的通信方式。但因低压电力线信道环境恶劣，信号易受干扰，而造成采集数据过程出现数据错误等情况的发生，日采集完整率仅90％左右。简单的用电信息采集系统缺乏数据修正的功能，影响了电网中的智能双向互动服务开展。因此，需要通过对电量数据进行研究和数据挖掘，从而实现数据修正，提高海量数据的质量以及电网需求侧管理的有效性，为智能营销的发展提供帮助。

目前电能数据中的电量数据的研究很少，主要集中在负荷预测及其样本处理，电量数据的修正和负荷预测及其样本处理有相似之处。目前负荷预测常用方法有：基于时间序列法的方法，方法简易、运算时间短，对变化较平稳的负荷预测效果较好，但对突变点预测效果差；基于指数平滑的外推法，模型计算速度快、实用性高，但在节假日和天气变化幅度大的时刻预测精度不足；基于粒子群的BP神经网络算法，同时改善了BP算法收敛速度慢的缺点，但模型建立时间长。目前样本处理常用方法有：基于横向比较法和小波阀值去噪法结合的方法，对样本数据进行预处理，但小波阀值门限估计存在主观性且处理时间长；基于组合灰色模型来提高数据利用率的方法，但因按固定权重选择导致个别的数据序列的处理效果不佳；基于模糊聚类的方法，将负荷曲线按隶属度排序，最终修正点选取最大和次大隶属度或最大隶属度曲线对应序号点按隶属度加权组合，但次大隶属度的可用范围未知。

发明内容

为提高用电信息采集系统中储存数据的质量，促进电网中的智能双向互动服务开展，本发明提出了一种用于用电信息采集系统的实时在线修正技术方案，对错误电量进行修正从而提高数据采集完整率和数据质量，并将其修正值和设定的标识位存入数据库，供运维人员查询。

本发明提供一种用于用电信息采集系统的实时在线修正方法，所述用电信息采集系统设备包括服务器、路由器、集中器和智能电表，智能电表接于用户进线处并与集中器通过低压电力线相连，集中器经以太网与路由器连接后间接连接到远程服务器，针对用电信息采集系统实现电量数据修正，包括在服务器端实现如下操作，

根据预设的采集时间间隔进行电量数据采集，判断当前电量数据是否正确，

是则进行正确电量数据储存，判断是否满足二次修正原则，是则基于最小二乘法进行一次修正数据的二次修正，并根据二次修正结果更新储存；

否则读取日电量数据序列，对错误数据进行基于改进外推法的一次修正并储存。

而且，所述电量数据采集，包括由服务器通过无线数据通信发送电量数据请求指令到集中器，集中器基于电力线载波通信的方式采集智能电表的数据并通过无线数据通信返回数据到服务器，得到电量数据。

而且，所述正确数据储存，包括服务器将得到的电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位1储存于数据库。

而且，所述读取日电量数据序列，包括读取服务器的数据库中储存对应的当日电量数据序列和最近若干天的电量数据序列。

而且，判断是否满足二次修正原则，是则基于最小二乘法进行一次修正数据的二次修正，实现方式包括以下步骤，

1)首先，设当前采集时刻为t，读取当日电量数据序列 {W(d,1),W(d,2),…,W(d,t)}，电量数据W可视为关于采集日期d和其对应的第t个采集时刻的函数，从而获得当日直至当前采集时刻的电量数据序列，其中当前采集时刻电量数据W(d,t)为正确数据；

2)对当日电量数据序列进行二次修正原则判断，若不满足二次修正原则，则结束当前二次修正储存过程，否则进入3)，二次修正原则如下，

max(W_i ^*)＞W(d,t)

其中，W_i ^*为当日电量数据序列中经过一次修正后的电量数据，W(d,t)为当前时刻采集的正确数据，表示若当日电量数据序列中所有经过一次修正后的电量数据中最大值大于当前时刻采集的正确数据，则当前的当日电量数据序列满足二次修正原则；

3)确定当次二次修正范围为上一次采集到的正确数据和当前时刻采集到的正确数据之间的错误数据，应用最小二乘法对错误数据进行二次修正；

4)完成二次修正后，更新数据库中对应的电量数据值并更新标识位为2。

而且，应用最小二乘法对错误数据进行二次修正，实现方式如下，

设服务器端采集到正确数据W_r时，得到正确电量数据序列W_i＝ {W₁,W₂,…,W_r}，对应序列序号{1,2,…,r}，W_r-1表示上一次采集到的正确电量数据，W_r表示当次采集到的正确电量数据，W^*表示改进外推法一次修正的修正值，通过最小二乘法线性拟合得到线性拟合函数，该段序列的电量数据二次修正值如下，

W_n ^**＝a+bt_n (1)

式中，W_n ^**表示二次修正的修正值、t_n表示电量数据对应当日时间序列点{1,2,3，…}、n表示各变量序列的序号，拟合参数a、b通过最小二乘法求解如下，

式中，L(a,b)表示差值平方和，r-1和r为上述正确电量数据序列对应的时间序列序号，

式中，表示函数L(a,b)对参数a的偏微分、表示函数L(a,b)对参数b 的偏微分，

最终得到拟合参数a、b如下，

将对应需要二次修正的电量数据的序列号代入式(1)中得该序列号对应当日电量数据的二次修正值。

而且，对错误数据进行基于改进外推法的一次修正，实现如下，

1)设当前采集时刻序号为t，则对应的电量数据为W(d,t)；对当前错误电量数据对应当日数据的序号进行初次判断储存，实现如下，

若t为1，则W(d,t)＝0，将修正电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位1储存于数据库，结束错误数据修正储存流程；否则进入2)；

2)基于读取电量数据序列计得数据的纵向变化并对数据的序号进行再判断修正储存，实现如下，

根据最近若干天电量数据序列，计算当前时刻计算当前时刻电量数据修正的纵向变化ΔW₂；若t为2，则W(d,2)＝W(d,1)+ΔW₂，将修正电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位1储存于数据库，结束错误数据修正储存流程；否则进入3)；

3)基于读取电量数据序列计得数据修正的横向变化和最优权重因子并修正储存，实现如下，

根据当天电量数据序列计得当前时刻电量数据修正的横向变化ΔW₁，根据最近若干天电量数据序列计得最优权重因子α，最终得到当前时刻电量数据的修正值W(d,t)＝αΔW₁+(1-α)ΔW₂，将修正电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位0储存于数据库，结束错误数据修正储存流程。

而且，最优权重因子α的计算过程为，

首先，依次选择最近若干天的电量数据序列，其余4天作为所选日期的参考，确定所选日期该时刻电量数据的横纵向变化ΔW₁、ΔW₂；然后，引入权重因子α计算出修正电量，根据与实际值接近程度确定最优权重因子α_n；最后，计算上述所得最优权重因子的均值并作为实际需要修正时刻的权重因子α。

而且，近若干天的电量数据序列，是近5天的电量数据序列。

本发明还提供一种用于用电信息采集系统的实时在线修正装置，所述用电信息采集系统设备包括服务器、路由器、集中器和智能电表，智能电表接于用户进线处并与集中器通过低压电力线相连，集中器经以太网与路由器连接后间接连接到远程服务器，其特征在于：用于针对用电信息采集系统实现电量数据修正，实时在线修正装置包括在服务器端设置如下单元，

第一单元，用于根据预设的采集时间间隔进行电量数据采集，判断当前电量数据是否正确，

第二单元，用于第一单元判断结果为是则进行正确电量数据储存，判断是否满足二次修正原则，是则基于最小二乘法进行一次修正数据的二次修正，并根据二次修正结果更新储存；

第三单元，用于第一单元判断结果为否则读取日电量数据序列，对错误数据进行基于改进外推法的一次修正并储存。

而且，所述电量数据采集，包括由服务器通过无线数据通信发送电量数据请求指令到集中器，集中器基于电力线载波通信的方式采集智能电表的数据并通过无线数据通信返回数据到服务器，得到电量数据。

而且，所述正确数据储存，包括服务器将得到的电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位1储存于数据库。

而且，所述读取日电量数据序列，包括读取服务器的数据库中储存对应的当日电量数据序列和最近若干天的电量数据序列。

而且，判断是否满足二次修正原则，是则基于最小二乘法进行一次修正数据的二次修正，实现方式包括以下步骤，

1)首先，设当前采集时刻为t，读取当日电量数据序列 {W(d,1),W(d,2),…,W(d,t)}，电量数据W可视为关于采集日期d和其对应的第t个采集时刻的函数，从而获得当日直至当前采集时刻的电量数据序列，其中当前采集时刻电量数据W(d,t)为正确数据；

2)对当日电量数据序列进行二次修正原则判断，若不满足二次修正原则，则结束当前二次修正储存过程，否则进入3)，二次修正原则如下，

max(W_i ^*)＞W(d,t)

其中，W_i ^*为当日电量数据序列中经过一次修正后的电量数据，W(d,t)为当前时刻采集的正确数据，表示若当日电量数据序列中所有经过一次修正后的电量数据中最大值大于当前时刻采集的正确数据，则当前的当日电量数据序列满足二次修正原则；

3)确定当次二次修正范围为上一次采集到的正确数据和当前时刻采集到的正确数据之间的错误数据，应用最小二乘法对错误数据进行二次修正；

4)完成二次修正后，更新数据库中对应的电量数据值并更新标识位为2。

而且，应用最小二乘法对错误数据进行二次修正，实现方式如下，

设服务器端采集到正确数据W_r时，得到正确电量数据序列W_i＝ {W₁,W₂,…,W_r}，对应序列序号{1,2,…,r}，W_r-1表示上一次采集到的正确电量数据，W_r表示当次采集到的正确电量数据，W^*表示改进外推法一次修正的修正值，通过最小二乘法线性拟合得到线性拟合函数，该段序列的电量数据二次修正值如下，

W_n ^**＝a+bt_n (1)

式中，W_n ^**表示二次修正的修正值、t_n表示电量数据对应当日时间序列点 {1,2,3，…}、n表示各变量序列的序号，拟合参数a、b通过最小二乘法求解如下，

式中，L(a,b)表示差值平方和，r-1和r为上述正确电量数据序列对应的时间序列序号，

式中，表示函数L(a,b)对参数a的偏微分、表示函数L(a,b)对参数b 的偏微分，

最终得到拟合参数a、b如下，

将对应需要二次修正的电量数据的序列号代入式(1)中得该序列号对应当日电量数据的二次修正值。

而且，对错误数据进行基于改进外推法的一次修正，实现如下，

1)设当前采集时刻序号为t，则对应的电量数据为W(d,t)；对当前错误电量数据对应当日数据的序号进行初次判断储存，实现如下，

若t为1，则W(d,t)＝0，将修正电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位1储存于数据库，结束错误数据修正储存流程；否则进入2)；

2)基于读取电量数据序列计得数据的纵向变化并对数据的序号进行再判断修正储存，实现如下，

根据最近若干天电量数据序列，计算当前时刻计算当前时刻电量数据修正的纵向变化ΔW₂；若t为2，则W(d,2)＝W(d,1)+ΔW₂，将修正电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位1储存于数据库，结束错误数据修正储存流程；否则进入3)；

3)基于读取电量数据序列计得数据修正的横向变化和最优权重因子并修正储存，实现如下，

根据当天电量数据序列计得当前时刻电量数据修正的横向变化ΔW₁，根据最近若干天电量数据序列计得最优权重因子α，最终得到当前时刻电量数据的修正值W(d,t)＝αΔW₁+(1-α)ΔW₂，将修正电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位0储存于数据库，结束错误数据修正储存流程。

而且，最优权重因子α的计算过程为，

首先，依次选择最近若干天的电量数据序列，其余4天作为所选日期的参考，确定所选日期该时刻电量数据的横纵向变化ΔW₁、ΔW₂；然后，引入权重因子α计算出修正电量，根据与实际值接近程度确定最优权重因子α_n；最后，计算上述所得最优权重因子的均值并作为实际需要修正时刻的权重因子α。

而且，近若干天的电量数据序列，是近5天的电量数据序列。

本发明为完善基于低压电力线作为通信信道的用电信息采集系统的功能，首次提出了一种基于提高电力线通信电量数据完整率的实时在线修正技术方案，并支持将该方案集成到现有的用电信息采集系统中，形成具有电量数据修正功能的用电信息采集系统。首先，通过提取当前日期的相似日电量数据计得电量数据的纵向变化和对应的权重因子；然后结合当前电量数据的横向变化，进行电量数据的修正；同时采集到正确数据时利用最小二乘法对符合二次修正原则的数据进行二次修正；最后将电量数据及其对应的标识位储存于数据库，提高了数据采集的完整率和系统数据库中的数据质量。本发明适用于大型电网的用电信息采集，无需投入人力物力，保证自动化实时化采集，有利于保障电网正常运转，具有重要的市场价值。

附图说明

图1为现有技术的用电信息采集系统总体架构图。

图2为本发明实施例的数据修正方法原理图。

图3为本发明实施例的基于改进外推法的错误电量数据一次修正流程图。

图4为本发明实施例的错误电量数据二次修正流程图。

图5为本发明实施例的确定最优权重因子流程图。

具体实施方式

为简单明了地表述本发明目的及技术方案，以下结合附图及实施例加以说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为提高用电信息采集系统中储存数据的质量，促进电网中的智能双向互动服务开展，本发明实施例提出了一种基于提高电力线通信电量数据完整率的实时在线修正方案，并支持将该方案集成到现有的用电信息采集系统中，形成具有电量数据实时修正功能的用电信息采集系统，用电信息采集系统总体架构图如图1 所述，系统中设备包括服务器、路由器、集中器和智能电表，智能电表接于用户进线处并与集中器通过低压电力线相连，集中器经以太网与路由器连接后间接连接到远程服务器。具体实施时可采用软件方式在服务器处实现该方法，对错误数据进行修正并将其修正值和设定对应的标识位存入数据库，其中标识位0表示正确的电量数据、标识位1表示经过一次修正的电量数据、标识位2表示经过二次修正的电量数据，供运维人员查询。

为实时在线进行错误数据修正，本发明提出根据预设的采集时间间隔进行数据采集，包括进行电量数据采集过程，然后在当前电量数据正确时，进行正确数据储存过程；并针对之前一次修正结果进行二次修正，包括二次修正原则判断和基于最小二乘法的错误数据二次修正储存过程；在当前电量数据错误时，进行针对电量数据修正的基础数据，包括进行读取日电量数据序列过程，针对当前错误数据实时进行数据修正。本发明进一步提出进行基于改进外推法的错误数据一次修正储存过程。

本发明进一步提出，等时间间隔设定采集时刻，可以得到日电量数据序列。具体实施时，本领域技术人员可预设数据的采集时刻，优选地：每十五分钟采集一次，每天0:00为第1个采集时刻、23:45为第96个采集时刻。

参见图2，本发明实施例所提供方法包括：电量数据采集、判断当前电量是否正确，

是则进行正确电量数据储存，判断是否满足二次修正原则，是则进行错误数据的二次修正，并根据二次修正结果更新储存，结束基于当前电量数据的处理；

否则读取日电量数据序列、对错误数据进行基于改进外推法的一次修正储存、，结束基于当前电量数据的处理；

结束基于当前电量数据的处理后，可以返回进行对，存储结果可供运维人员查询。

电量数据采集过程是服务器端通过无线数据传输的方式向集中器发送数据请求指令；集中器收到指令后以电力线载波通信方式各个智能电表请求电量数据；智能电表将对应的电量数据返回至集中器；集中器最后通过无线数据传输的方式将电量数据返回至服务器端，服务器端即可获得具体的电量数据。实施例中，某采集日期d中第t个采集时刻的电量数据记为W(d,t)。日电量数据是累加值，电量数据变化是递增过程，即每天第1个采集时刻可得当日，即每天第1个采集时刻可得当天00:00～00:15的用电量、第2个采集时刻可得当天00:00～00:30的用电量、…、第96个采集时刻可得当天00:00～24:00的用电量。

正确数据储存过程是服务器端获得采集点的电量数据后，将获得的电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位1分别储存于数据库对应的字段；通过依次储存电量数据，可得到完整的日电量数据表，运维人员可选定某字段进行查询，方便了解电量数据的情况。

二次修正原则判断和基于最小二乘法的错误数据二次修正储存过程，是针对之前满足二次修正原则的一次修正结果进行二次修正，通过对满足二次修正原则的数据应用最小二乘法进行修正，从而保证电量数据符合递增性的特点，提高电量数据的质量，修正流程如图4所示，其具体过程如下所述。

1)首先，设当前采集时刻为t，读取当日电量数据序列 {W(d,1),W(d,2),…,W(d,t)}，电量数据W可视为关于采集日期d和其对应的第t个采集时刻的函数，从而获得当日直至当前采集时刻的电量数据序列，其中当前采集时刻电量数据W(d,t)为正确数据。

2)然后，对当日电量数据序列进行二次修正原则判断；若不满足二次修正原则，则结束当前二次修正储存过程，否则进入3)，二次修正原则如下，

max(W_i ^*)＞W(d,t)

其中，W_i ^*为当日电量数据序列中经过一次修正后的电量数据，W(d,t)为当前时刻采集的正确数据，即若当日电量数据序列中所有经过一次修正后的电量数据中最大值大于当前时刻采集的正确数据时，则当前当日电量数据序列不符合电量数据递增性的特点，该序列满足二次修正原则。

3)而后，确定当次二次修正范围：当次二次修正范围为上一次采集到的正确数据和当前时刻采集到的正确数据之间的错误数据(经过一次修正但不合理) 个数。确定当次二次修正范围后，再应用最小二乘法对错误数据进行二次修正，其原理及具体过程如下所述。

最小二乘法是一种常用于曲线拟合的数学优化技术，通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。实施例中，为了保证电量数据二次修正后满足递增性的特点采用线性最小二乘法。

服务器端采集到正确数据W_r时，设得到正确电量数据序列W_i＝ {W₁,W₂,…,W_r}，对应序列序号{1,2,…,r}。那么，上一次采集到的正确电量数据和当次采集到的正确电量数据之间存在0个或以上的错误数据的一次修正值，设存在电量数据序列W_k＝{W_r-1,W^*,…,W_r}，对应序列序号{r-1,…,r}，W_r-1表示上一次采集到的正确电量数据，W_r表示当次采集到的正确电量数据，W^*表示改进外推法一次修正的修正值。最终通过最小二乘法线性拟合得，该段序列的电量数据二次修正值如下，

W_n ^**＝a+bt_n (1)

式中，W_n ^**表示二次修正的修正值、t_n表示电量数据对应当日时间序列点 {1,2,3，…}、n表示各变量序列的序号，拟合参数a、b可通过最小二乘法求解，即

式中，L(a,b)表示差值平方和，r-1和r为上述正确电量数据序列对应的时间序列序号。

式中，表示函数L(a,b)对参数a的偏微分、表示函数L(a,b)对参数b 的偏微分。

最终得到拟合参数a、b如下，

.将对应需要二次修正的电量数据的序列号代入式(1)中可得该序列号对应当日电量数据的二次修正值。

4)完成二次修正后，更新数据库中对应的电量数据值并更新标识位为2，完成二次修正原则判断和基于最小二乘法的错误数据二次修正储存过程。

结束二次修正储存过程后，二次修正可视为正确数据用于后续电量数据的修正，返回执行电量数据的采集过程，即等待新的采集时刻，实时进行错误电量数据的修正。

读取日电量数据序列过程，是针对电量数据修正的基础数据进行读取，为进行基于改进外推法的错误数据一次修正准备。改进外推法一次修正电量数据时需要通过历史数据获取该电量数据的纵向变化和最优权重因子，因此读取近期的电量数据序列来进行计算。为避免偶然性，取近5天的电量数据序列，不足5天则取最多天数。实施例中，取近5天的电量数据序列，即{W(d-1,t)}、{W(d-2,t)}、…、 {W(d-5,t)}。

进行基于改进外推法的错误数据一次修正储存过程，是针对当前错误数据进行实时数据修正。当服务器接收不到智能电表数据或电表回复的乱码时，表示采集失败，返回错误数据，确定当前采集时刻数据为错误数据后，先进行特殊时刻的处理，然后计算出，最终对错误数据进行基于改进外推法的一次修正，修正流程如图3所示，其具体过程如下所述。

1)首先，对当前错误电量数据W(d,t)的时间序号进行初次判断，判断是否为1。由于日电量数据变化是从零递增到最大值的累加过程，因此实施例中第一个采集时刻(00：00)得到的电量数据W(d,1)为0kW·h。第一个采集时刻(00： 00)对应时间序号为1，若当前错误电量数据的时间序号为1，则其修正电量数据W^*(d,1)为0kW·h，进入4)，否则进入2)。

2)然后，对当前错误电量数据W(d,t)的时间序号进行再次判断，判断是否为2。

计算电量数据的横向变化ΔW₁如下，横向变化表示电量数据当天邻近时刻的变化，

ΔW₁＝W(d,t-1)-W(d,t-2) (5)

式中，W(d,t-1)表示前一时刻的电量数据，W(d,t-2)表示再前一时刻的电量数据。

若当日电量数据的时间序号为2时，电量数据总数为2，仅有前一时刻的电量数据，则电量数据W(d,2)无法得知其横向变化。由于采集时刻处于当日凌晨时段，用户在凌晨时段用电行为基本相似，因此第二个数据点在应用改进外推法修正时仅考虑电量数据的多日的纵向变化ΔW₂，令改进外推法的权重因子α＝0，计算电量数据纵向变化值，则W(d,2)＝W(d,1)+ΔW₂，将修正电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位1储存于数据库，参见3)的实现但较为简略，即处理方式如下，式(7)中ΔW为ΔW₂，通过式(8)计算得到ΔW₂与前一时刻电量数据代入式(6)得到W^*(d,2)，进入4)，

否则，进入3)。

3)计算最优权重因子α和电量数据横纵向变化值ΔW₁、ΔW₂，通过计算最优权重因子α和电量数据横纵向变化值ΔW₁、ΔW₂实现改进外推法，其中，ΔW₁如式(5)所示，ΔW₂通过所读取多日的日电量数据序列计算当前时刻和前一时刻电量数据差值再取其均值可得，应用改进外推法得到的修正电量数据如下，

W^*(d,t)＝W(d,t-1)+ΔW (6)

ΔW＝αΔW₁+(1-α)ΔW₂ (7)

式中，W^*(d,t)表示当前时刻错误电量数据的一次修正值，W(d,t-1)表示前一时刻的电量数据，包括正确值和一次修正值，考虑到可能出现连续采集到错误电量数据的特殊情况，本发明进一步提出，若前一时刻电量数据W(d,t-1)为错误数据，则对当前时刻电量数据进行时，前一时刻电量数据取其修正值 W^*(d,t-1)进行外推。ΔW表示电量总变化值，W(d-i,t)表示之前读取的第i 个日电量数据序列中t时刻的电量数据，N表示之前读取的总天数，实施例中 N＝5。

同时考虑电量数据的横纵向变化需要引入权重因子α，权重因子α的大小影响修正精度，不同时刻采用不同的权重因子进行修正的结果精度不同。因此，需要确定当前时刻修正错误电量数据采用的最优权重因子α，本发明进一步提出，首先，依次选择近5天的电量数据序列，其余4天作为所选日期的参考，确定所选日期该时刻电量数据的横纵向变化ΔW₁、ΔW₂；然后，引入权重因子α计算出修正电量，根据与实际值接近程度确定最优权重因子α_n；最后，计算上述所得最优权重因子的均值并作为实际需要修正时刻的权重因子α。

实施例中，确定流程如图5所示，其具体过程如下所述。

a)确定之前读取日电量数据序列的天数，记为N；确定当前时刻序列号，记为t；设i＝1；

b)计算第i天t时刻的电量数据横向变化ΔW₁并通过N天中其余天数计算其纵向变化ΔW₂；

c)α从0至1依次按间隔为0.01取值并将b)所得ΔW₁、ΔW₂代入式(6)、 (7)中，并将计算结果对照实际值，最接近实际值对应α为α_n；

d)i＝i+1并进行判断，若i>N，则进入e)，否则返回b)；

e)计算N天对应α_n的均值并将该均值作为当日当前时刻错误电量数据修正应用改进外推法的最优权重因子，结束最优权重因子确定流程。

4)最后，将经过改进外推法一次修正的电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位0分别储存于数据库对应的字段，完成基于改进外推法的错误数据修正储存过程。

结束基于改进外推法的一次修正储存过程后，返回执行电量数据的采集过程，即等待新的采集时刻实时进行错误电量数据的修正。

该实际应用效果见下表1，表中实时性表示每个错误数据修正的平均耗时，

表1：单日电量数据修正结果表

具体实施时，以上方法可通过计算机软件技术实现自动运行。将该方法集成于服务器、路由器、集中器、智能电表所构成系统中，形成具有数据修正功能的用电信息采集系统，即实现提供一种基于提高电力线通信电量数据完整率的实时在线修正系统，达到提高电量数据采集完整率和数据库中数据的质量的目的。

具体实施时，还可以采用软件模块化方式提供相应装置。本发明还提供一种用于用电信息采集系统的实时在线修正装置，所述用电信息采集系统设备包括服务器、路由器、集中器和智能电表，智能电表接于用户进线处并与集中器通过低压电力线相连，集中器经以太网与路由器连接后间接连接到远程服务器，其特征在于：用于针对用电信息采集系统实现电量数据修正，实时在线修正装置包括在服务器端设置如下单元，

第一单元，用于根据预设的采集时间间隔进行电量数据采集，判断当前电量数据是否正确，

第二单元，用于第一单元判断结果为是则进行正确电量数据储存，判断是否满足二次修正原则，是则基于最小二乘法进行一次修正数据的二次修正，并根据二次修正结果更新储存；

第三单元，用于第一单元判断结果为否则读取日电量数据序列，对错误数据进行基于改进外推法的一次修正并储存。

以上所述的实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，对于本领域的普通技术人员来说，通读本说明书后，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种用于用电信息采集系统的实时在线修正方法，所述用电信息采集系统设备包括服务器、路由器、集中器和智能电表，智能电表接于用户进线处并与集中器通过低压电力线相连，集中器经以太网与路由器连接后间接连接到远程服务器，其特征在于：针对用电信息采集系统实现电量数据修正，包括在服务器端实现如下操作，

根据预设的采集时间间隔进行电量数据采集，判断当前电量数据是否正确，是则进行正确电量数据储存，判断是否满足二次修正原则，是则基于最小二乘法进行一次修正数据的二次修正，并根据二次修正结果更新储存；

否则读取日电量数据序列，对错误数据进行基于改进外推法的一次修正并储存，实现如下，

1)设当前采集时刻序号为t，则对应的电量数据为W(d,t)；对当前错误电量数据对应当日数据的序号进行初次判断储存，实现如下，

若t为1，则W(d,t)＝0，将修正电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位1储存于数据库，结束错误数据修正储存流程；否则进入2)；

2)基于读取电量数据序列计得数据的纵向变化并对数据的序号进行再判断修正储存，实现如下，

根据最近若干天电量数据序列，计算当前时刻计算当前时刻电量数据修正的纵向变化ΔW₂；若t为2，则W(d,2)＝W(d,1)+ΔW₂，将修正电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位1储存于数据库，结束错误数据修正储存流程；否则进入3)；

3)基于读取电量数据序列计得数据修正的横向变化和最优权重因子并修正储存，实现如下，

根据当天电量数据序列计得当前时刻电量数据修正的横向变化ΔW₁，根据最近若干天电量数据序列计得最优权重因子α，最终得到当前时刻电量数据的修正值W(d,t)＝αΔW₁+(1-α)ΔW₂，将修正电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位0储存于数据库，结束错误数据修正储存流程。

2.根据权利要求1所述的用于用电信息采集系统的实时在线修正方法，其特征在于：所述电量数据采集，包括由服务器通过无线数据通信发送电量数据请求指令到集中器，集中器基于电力线载波通信的方式采集智能电表的数据并通过无线数据通信返回数据到服务器，得到电量数据。

3.根据权利要求1所述的用于用电信息采集系统的实时在线修正方法，其特征在于：所述正确电量数据储存，包括服务器将得到的电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位1储存于数据库。

4.根据权利要求1所述的用于用电信息采集系统的实时在线修正方法，其特征在于：所述读取日电量数据序列，包括读取服务器的数据库中储存对应的当日电量数据序列和最近若干天的电量数据序列。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的用于用电信息采集系统的实时在线修正方法，其特征在于：判断是否满足二次修正原则，是则基于最小二乘法进行一次修正数据的二次修正，实现方式包括以下步骤，

1)首先，设当前采集时刻为t，读取当日电量数据序列{W(d,1),W(d,2),…,W(d,t)}，电量数据W可视为关于采集日期d和其对应的第t个采集时刻的函数，从而获得当日直至当前采集时刻的电量数据序列，其中当前采集时刻电量数据W(d,t)为正确数据；

2)对当日电量数据序列进行二次修正原则判断，若不满足二次修正原则，则结束当前二次修正储存过程，否则进入3)，二次修正原则如下，

其中，为当日电量数据序列中经过一次修正后的电量数据，W(d,t)为当前时刻采集的正确数据，表示若当日电量数据序列中所有经过一次修正后的电量数据中最大值大于当前时刻采集的正确数据，则当前的当日电量数据序列满足二次修正原则；

3)确定当次二次修正范围为上一次采集到的正确数据和当前时刻采集到的正确数据之间的错误数据，应用最小二乘法对错误数据进行二次修正；

4)完成二次修正后，更新数据库中对应的电量数据值并更新标识位为2。

6.根据权利要求5所述的用于用电信息采集系统的实时在线修正方法，其特征在于：应用最小二乘法对错误数据进行二次修正，实现方式如下，

设服务器端采集到正确数据W_r时，得到正确电量数据序列W_i＝{W₁,W₂,…,W_r}，对应序列序号{1,2,…,r}，W_r-1表示上一次采集到的正确电量数据，W_r表示当次采集到的正确电量数据，W^*表示改进外推法一次修正的修正值，通过最小二乘法线性拟合得到线性拟合函数，该序列的电量数据二次修正值如下，

W_n ^**＝a+bt_n (1)

式中，W_n ^**表示二次修正的修正值、t_n表示电量数据对应当日时间序列点{1,2,3，…}、n表示各变量序列的序号，拟合参数a、b通过最小二乘法求解如下，

式中，L(a,b)表示差值平方和，r-1和r为上述正确电量数据序列对应的时间序列序号，

式中，表示函数L(a,b)对参数a的偏微分、表示函数L(a,b)对参数b的偏微分，

最终得到拟合参数a、b如下，

将对应需要二次修正的电量数据的序列号代入式(1)中得该序列号对应当日电量数据的二次修正值。

7.根据权利要求1或2或3或4所述用于用电信息采集系统的实时在线修正方法，其特征在于：最优权重因子α的计算过程为，

首先，依次选择最近若干天的电量数据序列，其余4天作为所选日期的参考，确定所选日期该时刻电量数据的横纵向变化ΔW₁、ΔW₂；然后，引入权重因子α计算出修正电量，根据与实际值接近程度确定最优权重因子α_n；最后，计算上述所得最优权重因子的均值并作为实际需要修正时刻的权重因子α。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的用于用电信息采集系统的实时在线修正方法，其特征在于：最近若干天的电量数据序列，是近5天的电量数据序列。

9.一种用于用电信息采集系统的实时在线修正装置，所述用电信息采集系统设备包括服务器、路由器、集中器和智能电表，智能电表接于用户进线处并与集中器通过低压电力线相连，集中器经以太网与路由器连接后间接连接到远程服务器，其特征在于：用于针对用电信息采集系统实现电量数据修正，实时在线修正装置包括在服务器端设置如下单元，

第一单元，用于根据预设的采集时间间隔进行电量数据采集，判断当前电量数据是否正确，

第二单元，用于第一单元判断结果为是则进行正确电量数据储存，判断是否满足二次修正原则，是则基于最小二乘法进行一次修正数据的二次修正，并根据二次修正结果更新储存；

第三单元，用于第一单元判断结果为否则读取日电量数据序列，对错误数据进行基于改进外推法的一次修正并储存，实现如下，

1)设当前采集时刻序号为t，则对应的电量数据为W(d,t)；对当前错误电量数据对应当日数据的序号进行初次判断储存，实现如下，

若t为1，则W(d,t)＝0，将修正电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位1储存于数据库，结束错误数据修正储存流程；否则进入2)；

2)基于读取电量数据序列计得数据的纵向变化并对数据的序号进行再判断修正储存，实现如下，

根据最近若干天电量数据序列，计算当前时刻计算当前时刻电量数据修正的纵向变化ΔW₂；若t为2，则W(d,2)＝W(d,1)+ΔW₂，将修正电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位1储存于数据库，结束错误数据修正储存流程；否则进入3)；

3)基于读取电量数据序列计得数据修正的横向变化和最优权重因子并修正储存，实现如下，

根据当天电量数据序列计得当前时刻电量数据修正的横向变化ΔW₁，根据最近若干天电量数据序列计得最优权重因子α，最终得到当前时刻电量数据的修正值W(d,t)＝αΔW₁+(1-α)ΔW₂，将修正电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位0储存于数据库，结束错误数据修正储存流程。

10.根据权利要求9所述的用于用电信息采集系统的实时在线修正装置，其特征在于：所述电量数据采集，包括由服务器通过无线数据通信发送电量数据请求指令到集中器，集中器基于电力线载波通信的方式采集智能电表的数据并通过无线数据通信返回数据到服务器，得到电量数据。

11.根据权利要求9所述的用于用电信息采集系统的实时在线修正装置，其特征在于：所述正确电量数据储存，包括服务器将得到的电量数据、数据对应的采集点、得到时刻和标识位1储存于数据库。

12.根据权利要求9所述的用于用电信息采集系统的实时在线修正装置，其特征在于：所述读取日电量数据序列，包括读取服务器的数据库中储存对应的当日电量数据序列和最近若干天的电量数据序列。

13.根据权利要求9或10或11或12所述的用于用电信息采集系统的实时在线修正装置，其特征在于：判断是否满足二次修正原则，是则基于最小二乘法进行一次修正数据的二次修正，实现方式包括以下步骤，

1)首先，设当前采集时刻为t，读取当日电量数据序列{W(d,1),W(d,2),…,W(d,t)}，电量数据W可视为关于采集日期d和其对应的第t个采集时刻的函数，从而获得当日直至当前采集时刻的电量数据序列，其中当前采集时刻电量数据W(d,t)为正确数据；

2)对当日电量数据序列进行二次修正原则判断，若不满足二次修正原则，则结束当前二次修正储存过程，否则进入3)，二次修正原则如下，

其中，为当日电量数据序列中经过一次修正后的电量数据，W(d,t)为当前时刻采集的正确数据，表示若当日电量数据序列中所有经过一次修正后的电量数据中最大值大于当前时刻采集的正确数据，则当前的当日电量数据序列满足二次修正原则；

3)确定当次二次修正范围为上一次采集到的正确数据和当前时刻采集到的正确数据之间的错误数据，应用最小二乘法对错误数据进行二次修正；

4)完成二次修正后，更新数据库中对应的电量数据值并更新标识位为2。

14.根据权利要求13所述的用于用电信息采集系统的实时在线修正装置，其特征在于：应用最小二乘法对错误数据进行二次修正，实现方式如下，

设服务器端采集到正确数据W_r时，得到正确电量数据序列W_i＝{W₁,W₂,…,W_r}，对应序列序号{1,2,…,r}，W_r-1表示上一次采集到的正确电量数据，W_r表示当次采集到的正确电量数据，W^*表示改进外推法一次修正的修正值，通过最小二乘法线性拟合得到线性拟合函数，该序列的电量数据二次修正值如下，

W_n ^**＝a+bt_n (1)

式中，W_n ^**表示二次修正的修正值、t_n表示电量数据对应当日时间序列点{1,2,3，…}、n表示各变量序列的序号，拟合参数a、b通过最小二乘法求解如下，

式中，L(a,b)表示差值平方和，r-1和r为上述正确电量数据序列对应的时间序列序号，

式中，表示函数L(a,b)对参数a的偏微分、表示函数L(a,b)对参数b的偏微分，

最终得到拟合参数a、b如下，

将对应需要二次修正的电量数据的序列号代入式(1)中得该序列号对应当日电量数据的二次修正值。

15.根据权利要求9或10或11或12所述用于用电信息采集系统的实时在线修正装置，其特征在于：最优权重因子α的计算过程为，

首先，依次选择最近若干天的电量数据序列，其余4天作为所选日期的参考，确定所选日期该时刻电量数据的横纵向变化ΔW₁、ΔW₂；然后，引入权重因子α计算出修正电量，根据与实际值接近程度确定最优权重因子α_n；最后，计算上述所得最优权重因子的均值并作为实际需要修正时刻的权重因子α。

16.根据权利要求9或10或11或12所述的用于用电信息采集系统的实时在线修正装置，其特征在于：最近若干天的电量数据序列，是近5天的电量数据序列。