CN110571925B - 一种利用配电网监测终端数据分析电能质量的方法 - Google Patents

一种利用配电网监测终端数据分析电能质量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用配电网监测终端数据分析电能质量的方法，具体按照以下步骤实施：从配电网监测终端数据源中提取电流数据、电压数据和功率数据以及监测点信息、用户信息和终端信息；将数据进行探索与分析；对分析后的数据进行处理；分析监测区域电能质量。本发明的方法能有效提高电能质量分析的准确性和全面性，有利于电能质量的精细化管理，使改善电能质量的措施和方法目的性更明确、更有效。

Description

一种利用配电网监测终端数据分析电能质量的方法
技术领域
本发明属于电力系统电能质量分析领域，涉及一种利用配电网监测终端数据分析电能质量的方法。
背景技术
近年来，电能质量问题受到广泛的研究。监测电网电能质量是分析电能质量问题及改善电能质量的基础。现有的电能质量监测点设置和监测方式存在明显的局限性：①电能质量监测点布置方法众多，各种方法侧重点不同，难以同时满足不同要求；②电能质量监测点只占全网监测点的很小一部分，是一种基于可靠性和投资成本之间的妥协方案，难以对电网局部进行分析、管理和控制。
随着智能配电网的发展及配电网监测终端数量的增加，配电网自动化覆盖率不断提升。相对于电能质量监测点分布，配电网终端系统(用电信息采集系统)具有覆盖率广、测量点分布密集、规模大的优势。电力公司可获得海量低压配电网末端量测数据，承载着电力系统的运行状态信息，使用大数据技术可获取其潜在价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用配电网监测终端数据分析电能质量的方法，解决了现有技术中存在的电能质量监测装置布点少，无法准确和全面的监测并分析电能质量的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种利用配电网监测终端数据分析电能质量的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、从配电网监测终端数据源中提取电流数据、电压数据和功率数据以及监测点信息、用户信息和终端信息；
步骤2、数据探索与分析：对从配电网监测终端提取到的数据的数据结构、重复值、缺失值、异常值以及数据属性之间的关系进行分析；
步骤3、对分析后的数据进行处理；
步骤4、分析监测区域电能质量：根据步骤3得到的数据计算监测区域电压合格率、供电可靠率、三相不平衡度合格率、用户平均停电次数和用户平均停电时间，通过与电能质量标准对比分析监测区域电能质量。
本发明的特点还在于：
步骤3中数据处理具体为：对重复值进行删除、缺失值进行填补、异常值进行分类处理；
重复值是指数据地址ID、设备ID、日期信息均相同，且每一时刻数据也相同，对重复值采用行删除的方法进行处理；
缺失值是指若某监测点某时刻电压值缺失，但同监测点同时刻电流数据和功率数据至少有一个不缺失；
对缺失值进行填补的情况为：当某监测点某时刻电压数据缺失，但同时刻电流数据和功率数据种至少有一个不缺失，则填补该时刻电压缺失值；
缺失值填补的方法为：当只有一个数值缺失时，用前一时刻的数据和后一个时刻的数据的平均值来填补；当数据缺失数目大于一个时，用前时刻第一个不为零的数据填补。
异常值包括：
第1类：电压有效值小于该监测点失压脱扣器的动作值，其中，失压脱扣器的动作值为额定电压的35％-40％；
第2类：监测点数据超过5天全部缺失或全部为0；
第3类：采集到的数据间隔时间大于规定的数据采集间隔，一般规定数据采集时间间隔为15min，但个别终端数据采集时间间隔为30min或60min；
第4类：监测点数据连续多天无规律的出现“时有时无”情况。
对于异常值进行分类处理具体为：对于第1、2类异常值判为无效数据，不作为统计各项指标结果的数据；对于第3、4类异常值，进行数据填补处理，异常值填补方法具体为：
当一天中的第一个数据为空，则用当天第一个不为零的数据填补第一个监测值；
当一天中的其它时刻的数据缺失时，则可用同一日之前时刻第一个不为零的数据作为缺失时刻的数据。
步骤4中电压合格率的分析方法为：根据电压偏差标准设置一个电压合格区间，统计处于该区间的电压数据个数，电压合格率等于电压合格区间内的电压数据个数与电压监测值有效数据个数的比值，其中，将删除重复值、填补缺失值、去除第1、2类异常值、填补第3、4类异常值后的电压值称为电压监测值有效数据。
步骤4中供电可靠率的分析方法为：统计电压监测值有效数据中不包含停电数据的电压值个数，其与电压监测值有效数据个数的比值为供电可靠率。
步骤4中三相不平衡度合格率的分析方法具体按照以下步骤：
步骤1、根据式(1)计算三相电压不平衡度；
Figure BDA0002171332830000041
其中：ε为三相不平衡度；UA、UB和UC为A、B、C三相相电压有效值；
Figure BDA0002171332830000042
为三相相电压的平均值。
步骤2、统计根据步骤1计算得到的结果中小于0.02的数值个数；
步骤3、三相不平衡度合格率为步骤2中得到的小于0.02的电压监测值个数与电压监测值有效数据个数的比值。
步骤4中用户平均停电次数的分析方法包括以下步骤：
步骤1、电压监测值有效数据个数中停电数据的次数，其中连续的停电数据记为1次；
步骤2、统计监测区域配电网监测终端的个数，其中，设备ID相同的仅计为1户；
步骤3、用户平均停电次数为步骤1统计的数据与步骤2统计的数据的比值。
步骤4中用户平均停电时间的分析方法包括以下步骤：
步骤1、统计电压监测值有效数据中停电数据的个数；
步骤2、计算监测区域停电时间总和，即停电数据个数乘以数据时间间隔；
步骤3、用户平均停电时间为监测区域停电时间总和与监测区域配电网监测终端个数的比值。
本发明的有益效果是：相对于电能质量监测系统，配电网终端监测系统(用电信息采集系统)具有覆盖率广、测量点分布密集、规模大的特征。配电网监测终端数据可分析的电能质量指标包括供电电压偏差、电压合格率、三相电压不平衡、用户平均停电时间、供电可靠率和用户平均停电次数；本发明能有效提高电能质量分析的准确性和全面性，有利于电能质量的精细化管理，使改善电能质量的措施和方法目的性更明确、更有效。
附图说明
图1是本发明一种利用配电网监测终端数据分析电能质量的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种利用配电网监测终端数据分析电能质量的方法的方法，适用于分析配电网区域范围的电能质量，用于电能质量分析的配电网监测终端数据包括三相电流、电压数据和功率数据，以及地址、设备ID。配电网监测终端数据分析电能质量指标包括电压合格率、供电可靠率、三相电压不平衡、用户平均停电时间和用户平均停电次数，本方法可全面监测并分析电网电能质量，“有的放矢”提出电网电能质量的改进措施和方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1：从配电网监测终端采集数据源中抽取历史电流、电压和功率数据和监测点、用户、终端信息等数据；
步骤2：数据探索与分析：对从配电网监测终端提取到的数据的数据结构、重复值、缺失值、异常值以及数据属性之间的关系进行分析；
步骤3：对分析后的数据进行处理：
数据处理包括重复值处理、缺失值处理和异常值处理；
重复值处理：当数据地址ID、设备ID、日期信息均相同，且每一时刻数据相同时，视为重复数据；
重复值处理方式为：对重复值采用行删除语句进行删除操作；
缺失值处理：若某监测点某时刻电压值缺失，同监测点同时刻电流数据和功率数据至少有一个不缺失，则填补该时刻电压缺失值；
缺失值处理方式为：当只有一个数值缺失时，用前一时刻的数据和后一个时刻的数据的平均值来填补；当数据缺失数目大于一个时，用前时刻第一个不为零的数据填补；
异常值处理：
异常值分为4类：
第1类：电压有效值小于该监测点失压脱扣器的动作值。当电压过低时失压脱扣器将动作；不同型号的脱扣器采用不同的动作值，一般为额定电压的35％-40％，当电压有效值低于动作值时，该电压有效值数据判为无效数据，不作为统计各项指标结果的数据；
第2类：某一监测点数据长时间(如超过5天)全部缺失或全部为0:判为无效数据，不作为统计各项指标结果的数据；
第3类：数据采集间隔不一致：数据采集间隔时间大于规定数据采集间隔(如一般规定时间间隔为15min，但个别终端电压、电流、功率数据间隔采集数据时间间隔均为30min或60min)，将其视为异常，数据作填补处理。
第4类：监测点数据连续多天出现“时有时无”：某一监测点数据长时间(即多天)均不连续时进行数据填补处理；
对于第3、4类异常值，进行数据填补处理，异常值填补方法分两步进行：
1)一天中的第一个电压监测值为空，则用当天第一个不为零的监测值填补第一个监测测值，保证第二步填补顺利进行；
2)一天中的其它时刻的数据缺失时，则可用同一日之前时刻第一个不为零的数据作为缺失时刻的数据；
步骤4：分析监测区域电能质量：
利用处理后的数据分析监测区域的电能质量：
电压监测值有效数据定义：将删除重复值、填补缺失值、去除第1、2类异常值、填补第3、4类异常值后的电压值称为“电压监测值有效数据”。
停电数据定义：停电数据为经过步骤3预处理后的电压、电流、功率同时缺失的数据；
电压合格率分析的方法为：根据电压偏差标准设置一个电压合格区间，统计处于该区间的监测值个数，电压合格率等于电压合格区间内的监测值个数与电压监测值有效数据个数的比值，如式(2)所示：
Figure BDA0002171332830000071
式中：γnet为所监测区域电网电压合格率；n1为电压合格区间内的监测值个数；n0为电压监测值有效数据个数；
供电可靠率分析的方法为：统计电压数据中有效供电的电压值个数，供电可靠率为有效供电的电压值个数占电压监测值有效数据个数的百分比表示，如式(3)所示：
所述有效供电数值个数为电压监测值有效数据减去停电数据的个数；
Figure BDA0002171332830000072
式中：γrel为所监测区域电网供电可靠率；nsup为有效供电的电压值个数；nout为停电数据个数；
三相不平衡度合格率分析的方法为：
1)根据式(1)计算三相电压不平衡度；
2)统计1)中计算结果中小于0.02(即2％)的数值个数；
3)三相不平衡度合格率为2)中不平衡度小于2％的电压监测值个数占电压监测值有效数据个数的百分比来确定，如式(4)所示：
Figure BDA0002171332830000081
其中：ε％为三相不平衡度合格率；∑(ε≤0.02)为不平衡度小于2％的电压监测值个数；
用户平均停电次数分析的方法为：
1)统计电压监测有效值中出现停电数据出现的次数(停电数据连续记为1次)；
2)统计监测区域配电网监测终端ID个数，其中，设备ID相同的仅计为1户；
3)用户平均停电次数为停电数据出现的次数与监测区域配电网监测终端个数的比值，如式(5)所示：
Figure BDA0002171332830000082
式中：Nout为停电数据出现的次数；nter为监测区域配电网监测终端个数；
用户平均停电时间分析的方法为：
1)统计电压监测值有效数据中停电数据个数；
2)计算监测区域停电时间总和：停电数据个数乘以数据时间间隔；
3)用户平均停电时间为监测区域停电时间总和与监测区域配电网监测终端个数的比值，如式(6)所示：
Figure BDA0002171332830000091
式中：nout为停电数据个数；t为数据时间间隔。

Claims (4)

1.一种利用配电网监测终端数据分析电能质量的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、从配电网监测终端数据源中提取电流数据、电压数据和功率数据以及监测点信息、用户信息和终端信息；
步骤2、数据探索与分析：对从配电网监测终端提取到的数据的数据结构、重复值、缺失值、异常值以及数据属性之间的关系进行分析；
步骤3、对分析后的数据进行处理，具体为，对重复值进行删除、对缺失值进行填补、对异常值进行分类处理；
所述异常值包括：
第1类：电压有效值小于该监测点失压脱扣器的动作值；
第2类：监测点数据超过5天全部缺失或全部为0；
第3类：采集到的数据间隔时间大于规定的数据采集间隔；
第4类：监测点数据连续多天无规律的出现“时有时无”情况；
所述对异常值进行分类处理具体为：对于第1、2类异常值判为无效数据，不作为统计各项指标结果的数据；对于第3、4类异常值，进行数据填补处理，异常值填补方法具体为：
当一天中的第一个数据为空，则用当天第一个不为零的数据填补第一个监测值；
当一天中的其它时刻的数据缺失时，则可用同一日之前时刻第一个不为零的数据作为缺失时刻的数据；
步骤4、分析监测区域电能质量：根据步骤3得到的数据计算监测区域电压合格率、供电可靠率、三相不平衡度合格率、用户平均停电次数和用户平均停电时间，通过与电能质量标准对比分析监测区域电能质量；
其中，所述电压合格率的分析方法为：根据电压偏差标准设置一个电压合格区间，统计处于该区间的电压数据个数，电压合格率等于电压合格区间内的电压数据个数与电压监测值有效数据个数的比值，其中，将删除重复值、填补缺失值、去除第1、2类异常值、填补第3、4类异常值后的电压值称为电压监测值有效数据；
所述供电可靠率为有效供电的电压值个数与电压监测值有效数据个数的比值，其中有效供电的电压值个数为电压监测值有效数据个数减去停电数据的电压值个数；
所述三相不平衡度合格率为三相电压不平衡度中小于0.02的电压监测值个数占电压监测值有效数据个数的百分比；
所述用户平均停电次数为电压监测值有效数据个数中停电数据出现的次数与监测区域配电网监测终端个数的比值；
所述用户平均停电时间为监测区域停电时间总和与监测区域配电网监测终端个数的比值。
2.根据权利要求1所述的一种利用配电网监测终端数据分析电能质量的方法，其特征在于，所述步骤4中三相电压不平衡度的计算如下：
Figure FDA0002939833770000021
其中：ε为三相不平衡度；UA、UB和UC为A、B、C三相相电压有效值；
Figure FDA0002939833770000022
为三相相电压的平均值。
3.根据权利要求1所述的一种利用配电网监测终端数据分析电能质量的方法，其特征在于，所述步骤4中用户平均停电次数的分析方法包括以下步骤：
步骤4.1.1、统计电压监测值有效数据个数中停电数据的次数，其中连续的停电数据记为1次；
步骤4.1.2、统计监测区域配电网监测终端的个数，其中，设备ID相同的仅计为1户；
步骤4.1.3、用户平均停电次数为步骤4.1.1统计的数据与步骤4.1.2统计的数据的比值。
4.根据权利要求1所述的一种利用配电网监测终端数据分析电能质量的方法，其特征在于，所述步骤4中用户平均停电时间的分析方法包括以下步骤：
步骤4.2.1、统计电压监测值有效数据中停电数据的个数；
步骤4.2.2、计算监测区域停电时间总和，即停电数据个数乘以数据时间间隔；
步骤4.2.3、用户平均停电时间为监测区域停电时间总和与监测区域配电网监测终端个数的比值。
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