CN110489783A - 一种基于qrnn的低压台区线损率合理范围估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了线损率技术领域的一种基于QRNN的低压台区线损率合理范围估计方法，旨在解决现有技术中线损率评估依据不能反映出台区在结构、供电范围、负荷水平上的差异的技术问题，基于现有的用电管理系统采集台区运行数据，筛选出台区线损率影响因子；对台区线损率进行相关性分析，提取出影响线损率的线损率关键因子；基于神经网络分位数回归模型计算出低压台区线损率的合理范围；根据计算出的特定台区线损率合理范围，诊断其是否为异常台区，对其进行调整。本发明所述方法以现有的用电信息系统、营销系统、PMS系统等的实际运行数据为依据，提取出影响线损率的关键因子，能够针对特定台区给出线损率合理范围，为诊断线损异常台区提供可靠依据。

Description

一种基于QRNN的低压台区线损率合理范围估计方法
技术领域
本发明属于线损率技术领域，具体涉及一种基于QRNN的低压台区线损率合理范围估计方法。
背景技术
电力系统中发电厂生产的电能是通过电力网的输电、变电和供电环节供给用户的。在输送和分配电能的过程中，电力网中各元件(如变压器，输电线路和保护装置等)都要消耗一定的电能。
一个低压台区是指一台配电变压器的供电范围或区域。低压台区线损计算的范围是从台区配电变压器出口装设的电度表处开始，到各用户电能表为止。在该范围内，所有元件中各种形式的电能损耗均应计入电力网线损中。线损率为线损电量占配变供电量的百分率，是衡量线损高低的指标，也是衡量电力系统经济性的一项重要指标，同时也是表征电力系统规划设计水平、生产技术水平和经营管理水平的一项综合性技术指标，所以研究台区线损情况、分析影响台区线损的重要因素对提高配电网的经济运行水平具有重要的意义。
台区线损率合理范围指供电半径、三相负荷平衡度、无功补偿等技术指标满足规程的情况下，台区线损率的合理变化范围。目前，供电公司常以0～10％为线损率合理性评估依据。但此方法不区分台区在结构、供电范围、负荷水平上的差异，不很合理。线损率合理范围本质是线损影响因素在合理取值范围变化时线损率的变化范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于QRNN的低压台区线损率合理范围估计方法，以解决现有技术中线损率评估依据不能反映出台区在结构、供电范围、负荷水平上的差异的技术问题。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于QRNN的低压台区线损率合理范围估计方法，包括以下步骤：
a、基于现有的用电管理系统提取线损相关特征，筛选出台区线损率影响因子；
b、通过相关性分析，提取出影响线损率的线损率关键因子；
c、基于神经网络分位数回归模型计算出低压台区线损率的合理范围；
d、根据计算出的特定台区线损率合理范围，诊断其是否为异常台区，对其进行调整。
所述步骤c包括以下步骤：
ca、将线损率关键因子作为神经网络分位数回归模型的输入特征，在(0,1)区间内对分位点τ等间隔取值，即可求出特定台区线损率的各个分位数；
cb、采用Matlab的非参数核密度估计函数ksdensity估计出台区线损率Y在输入的线损率关键因子X条件下的概率密度函数F(Y|X)；
cc、设置信度为α(0＜α＜1)，采用对称概率区间，则低压台区线损率的合理范围为：
[Y(1-α)/2,Y(1+α)/2] (4)
式中，Y(1-α)/2表示概率密度函数F(Y|X)上累积概率为(1-α)/2时的线损率值，Y(1+α)/2表示概率密度函数F(Y|X)上累积概率为(1+α)/2时的线损率值。
所述神经网络分位数回归模型表示为：
QY(τ|X)＝f(X,V(τ),W(τ)) (2)
式中，τ表示分位点，V(τ)＝{vij(τ)}i＝1,2…s；j＝1,2…t是输入层到隐含层的连接权向量，W(τ)＝{wjk(τ)}j＝1,2…t；k＝1,2…r为隐含层和输出层之间的连接权向量，vij(τ)表示在τ分位点时输入层的第i个节点与隐含层的第j个节点之间连接权重，wjk(τ)表示在τ分位点时隐含层第j个节点和输出层第k个节点之间的连接权重，s表示输入层节点个数，t表示隐含层节点个数，r表示输出层节点个数，QY(τ|X)表示在线损率关键因子X的条件下线损率Y的τ分位点值，f(·)为神经网络分位数回归模型的数学表示；
连接权向量V(τ)和W(τ)的估计可以转化为如下优化问题的求解：
式中，Xd表示第d个数据样本的线损率关键因子，Yd表示第d个数据样本的台区线损率。
所述步骤a包括以下步骤：
aa、从现有的用电管理系统中采集台区运行数据；
ab、从台区运行数据中提取线损相关特征；
ac、根据提取的线损相关特征，筛选出低压台区线损率的影响因子。
所述步骤b包括以下步骤：
ba、计算线损率影响因子与线损率的互信息值，对于两个离散型随机变量M、N，它们之间的互信息值可通过下式进行计算：
式中，I(M,N)表示M和N之间的互信息值，ma表示离散变量M的第a个数据，nb表示离散变量N的第b个数据，g表示离散变量M的数据总个数，h表示离散变量N的数据总个数，p(·)表示概率；
bb、根据计算出的各线损率影响因子与线损率的互信息值，提取出影响线损率的关键因子。
所述用电管理系统包括用电信息采集系统、营销业务应用系统、PMS系统。
所述线损率关键因子包括居民容量占比、用户数、户均变压器配置容量和负载率。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明所述方法以现有的用电信息系统、营销系统、PMS系统等的实际运行数据为依据，提取出影响线损率的关键因子，能够针对特定台区给出线损率合理范围，为诊断线损异常台区提供可靠依据。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于QRNN的低压台区线损率合理范围估计方法的低压台区线损率合理性范围估计图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明所述基于神经网络分位数回归模型(QRNN)的低压台区线损率合理范围估计方法，首先从现有的用电管理系统包括用电信息采集系统、营销业务应用系统、PMS系统等采集台区运行数据，筛选出台区线损率影响因子，具体做法是从用电信息采集系统、营销业务应用系统、PMS系统采集台区运行数据，从台区运行数据中提取出所有线损相关特征；根据提取出的线损相关特征，筛选出低压台区线损率的影响因子。
对台区线损率进行相关性分析，提取出影响线损率的关键因子，具体做法是计算筛选出的影响因子与线损率的互信息，对于两个离散型随机变量M、N，它们之间的互信息值可通过下式进行计算：
式中，I(M,N)表示M和N之间的互信息值，ma表示离散变量M的第a个数据，nb表示离散变量N的第b个数据，g表示离散变量M的数据总个数，h表示离散变量N的数据总个数，p(·)表示概率。
根据计算出的各影响因子与线损率的互信息大小，提取出影响线损率的关键因子，作为建模的输入特征。
以连云港地区的部分低压台区为例，从用电信息采集系统、营销业务系统、PMS系统中提取出线损相关字段，通过计算互信息得到影响线损率的关键因子，分别为居民容量占比、用户数、户均变压器配置容量和负载率，相关互信息计算结果如下：
表1关键因子与台区线损率互信息
基于神经网络分位数回归模型(QRNN)计算出低压台区线损率的合理范围：神经网络分位数回归模型表达式如下：
QY(τ|X)＝f(X,V(τ),W(τ)) (2)
式中，τ为分位点，V(τ)＝{vij(τ)}i＝1,2…s；j＝1,2…t是输入层到隐含层的连接权向量，W(τ)＝{wjk(τ)}j＝1,2…t；k＝1,2…r为隐含层和输出层之间的连接权向量，vij(τ)表示在τ分位点时输入层的第i个节点与隐含层的第j个节点之间连接权重，wjk(τ)表示在τ分位点时隐含层第j个节点和输出层第k个节点之间的连接权重，s表示输入层节点个数，t表示隐含层节点个数，r表示输出层节点个数，QY(τ|X)表示在线损率关键因子X的条件下线损率Y的τ分位点值，f(·)为神经网络分位数回归模型的数学表示；
连接权向量V(τ)和W(τ)的估计可以转化为如下优化问题的求解：
式中，Xd表示第d个数据样本的线损率关键因子，Yd表示第d个数据样本的台区线损率；将提取的低压台区线损率关键因子作为神经网络分位数回归模型的输入特征，在(0,1)区间内对分位点τ等间隔取值，即可求出特定台区线损率的各个分位数；基于台区线损率的各个分位数，采用Matlab的非参数核密度估计函数ksdensity可估计出台区线损率Y在输入的关键因子X条件下的概率密度函数F(Y|X)；基于概率密度函数F(Y|X)，设置信度为α(0＜α＜1)，采用对称概率区间，则低压台区线损率的合理范围为：
[Y(1-α)/2,Y(1+α)/2] (4)
式中，Y(1-α)/2表示概率密度函数F(YX)上累积概率为(1-α)/2时的线损率值，Y(1+α)/2表示概率密度函数F(YX)上累积概率为(1+α)/2时的线损率值。
将该地区的居民容量占比、用户数、户均变压器配置容量和负载率作为神经网络分位数回归模型的输入特征，在(0,1)上按照间隔0.05取分位点，求出台区线损率的各个分位数。设定置信度为0.9，基于概率密度函数，得出线损率合理范围的上下界。选取500个台区一个月的数据为训练样本，1个台区为测试样本，测试结果如图1所示。
从图1可以看出，基于神经网络分位数回归模型(QRNN)计算出的低压台区线损率合理范围基本覆盖了真实值，并且能够诊断出线损异常的台区，明确了降损方向。
本发明所述方法以现有的用电信息系统、营销系统、PMS系统等的实际运行数据为依据，提取出影响线损率的关键因子，能够针对特定台区给出线损率合理范围，为诊断线损异常台区提供可靠依据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于QRNN的低压台区线损率合理范围估计方法，其特征是，包括以下步骤：
a、基于现有的用电管理系统提取线损相关特征，筛选出台区线损率影响因子；
b、通过相关性分析，提取出影响线损率的线损率关键因子；
c、基于神经网络分位数回归模型计算出低压台区线损率的合理范围；
d、根据计算出的特定台区线损率合理范围，诊断其是否为异常台区，对其进行调整。
2.根据权利要求1所述的基于QRNN的低压台区线损率合理范围估计方法，其特征是，所述步骤c包括以下步骤：
ca、将线损率关键因子作为神经网络分位数回归模型的输入特征，在(0,1)区间内对分位点τ等间隔取值，即可求出特定台区线损率的各个分位数；
cb、采用Matlab的非参数核密度估计函数ksdensity估计出台区线损率Y在输入的线损率关键因子X条件下的概率密度函数F(Y|X)；
cc、设置信度为α(0＜α＜1)，采用对称概率区间，则低压台区线损率的合理范围为：
[Y(1-α)/2,Y(1+α)/2] (4)
式中，Y(1-α)/2表示概率密度函数F(Y|X)上累积概率为(1-α)/2时的线损率值，Y(1+α)/2表示概率密度函数F(Y|X)上累积概率为(1+α)/2时的线损率值。
3.根据权利要求1或2所述的基于QRNN的低压台区线损率合理范围估计方法，其特征是，所述神经网络分位数回归模型表示为：
QY(τ|X)＝f(X,V(τ),W(τ)) (2)
式中，τ表示分位点，V(τ)＝{vij(τ)}i＝1,2…s；j＝1,2…t是输入层到隐含层的连接权向量，W(τ)＝{wjk(τ)}j＝1,2…t；k＝1,2…r为隐含层和输出层之间的连接权向量，vij(τ)表示在τ分位点时输入层的第i个节点与隐含层的第j个节点之间连接权重，wjk(τ)表示在τ分位点时隐含层第j个节点和输出层第k个节点之间的连接权重，s表示输入层节点个数，t表示隐含层节点个数，r表示输出层节点个数，QY(τ|X)表示在线损率关键因子X的条件下线损率Y的τ分位点值，f(·)为神经网络分位数回归模型的数学表示；
连接权向量V(τ)和W(τ)的估计可以转化为如下优化问题的求解：
式中，Xd表示第d个数据样本的线损率关键因子，Yd表示第d个数据样本的台区线损率。
4.根据权利要求1所述的基于QRNN的低压台区线损率合理范围估计方法，其特征是，所述步骤a包括以下步骤：
aa、从现有的用电管理系统中采集台区运行数据；
ab、从台区运行数据中提取线损相关特征；
ac、根据提取的线损相关特征，筛选出低压台区线损率的影响因子。
5.根据权利要求1所述的基于QRNN的低压台区线损率合理范围估计方法，其特征是，所述步骤b包括以下步骤：
ba、计算线损率影响因子与线损率的互信息值，对于两个离散型随机变量M、N，它们之间的互信息值可通过下式进行计算：
式中，I(M,N)表示M和N之间的互信息值，ma表示离散变量M的第a个数据，nb表示离散变量N的第b个数据，g表示离散变量M的数据总个数，h表示离散变量N的数据总个数，p(·)表示概率；
bb、根据计算出的各线损率影响因子与线损率的互信息值，提取出影响线损率的关键因子。
6.根据权利要求1所述的基于QRNN的低压台区线损率合理范围估计方法，其特征是，所述用电管理系统包括用电信息采集系统、营销业务应用系统、PMS系统。
7.根据权利要求1所述的基于QRNN的低压台区线损率合理范围估计方法，其特征是，所述线损率关键因子包括居民容量占比、用户数、户均变压器配置容量和负载率。
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