一种基于用电量数据的低压台区用户拓扑纠错方法和系统
技术领域
本发明属于供电系统维护技术领域,具体地说是一种基于用电量数据的低压台区用户拓扑纠错方法和系统。
背景技术
台区用户的拓扑识别是台区精益化管理中的一个重要问题。近年来,随着城市化发展的不断进步,居民小区不断增加,用电负荷加大,新增的台区数量巨大,相邻台区的交叉线路错综复杂,管理系统档案存在着很多问题,工作人员在不停电的情况下难以确定真正的台户关系,对台区精益化管理造成一定的影响。
传统的台区用户识别方法通常依赖于本地通信关系,采用电缆载波通信方式,通过在配电变压器出口测调制高频编码信息,通过配电网络电力线的传送,到达客户侧的接收装置中,从而实现台区归属判定和相序的识别。然而这种方法需要业务员挨家挨户上门排查,人工检验成本高,准确性不足。另外,国内外学者也先后提出了一些通过比较不同电力用户智能电表电压曲线之间的相关系数,检验两个用户是否属于同一个台区的方法。采用相关系数法进行台区识别需要预先设定一个相关系数的阀值,对电压数据质量要求高。然而实际中,由于各种原因,电压数据精度不高,同时还广泛存在着数据丢失的情况,使得该方法无法得到满意的效果。
因此,在供电系统维护中,迫切需要开发一种可靠的、自动的台区用户拓扑纠错方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷,提供一种基于用电量数据的低压台区用户拓扑纠错方法,仅需要用户的用电量数据,无需占用大量的数据资源;采用大数据分析技术,以提高台区用户识别的准确性和避免传统的电缆载波通信方式带来的较高人工检验成本。
为此,本发明采用的技术方案如下:一种基于用电量数据的低压台区用户拓扑纠错方法,其根据用电数据建立台区总电量与分表用户参数化用电量方程,通过三阶切比雪夫多项式构建台区线损量模型和台区用电量的参数化模型;采用变步长的梯度下降法自适应地辨识出参数化模型的参数值,并与设定的门限值进行比较,若小于门限值就判定为可疑用户。
进一步地,在某时间t,台区总用电量yt和该台区n个用户的用电量x1(t),x2(t),...,xn(t)以及线损量εt满足如下方程:
其中,ci是表征第i个用户是否属于该台区的参数,理想情况(当电表读数没有误差,该台区内不存在偷电漏电等情况,且所构建的线损模型εt能够精确地表示台区线损量时,称之为理想情况)下满足:
进一步地,所述的台区线损量模型如下:
其中,b
i是各阶多项式系数;假设台区线损量与台区总用电量之间存在某种函数关系,用f(y
t)表示;再用三阶的切比雪夫多项式对这个函数关系进行建模,其中T
i(y
t)表示第i阶的切比雪夫多项式,定义如下:
进一步地,台区用电量方程取多个不同的时间t1、t2…tN,得到方程组:
把方程组写成矩阵形式:Y=XW,从而得到台区用电量的参数化模型。
进一步地,采用变步长的梯度下降法对未知参数W进行估计的步骤如下:
1)确定目标函数
其中,Xt是矩阵X的第t个行向量,Xt=[x1(t)…xn(t)T0(yt)…T3(yt)],E(W)表示根据最小二乘法得到的目标函数,通过最小化这个目标函数,得到关于未知参数W的估计;
2)参数迭代更新
其中,k表示迭代次数,ρk是第k次迭代的步长,Xt T表示行向量Xt的转置;
3)确定梯度下降步长
①初始化参数:给定β∈(0,1),σ∈(0,0.5),m=m0,m0是一个需要初始化的正整数,表示变步长梯度下降法中步长的上界;
②若不等式
E(W(k)+βmdk)≤E(W(k))+σβmdkgk Tdk,
成立,则步长ρk=βm,并且停止循环;否则,转步骤③;
③令m=m+1,执行步骤②;
其中,E(W)是目标函数,W(k)表示第k次迭代后的参数的取值,gk是目标函数的梯度,dk=-gk是搜索方向;
不断重复上述过程直至参数收敛或者达到预先设定的最大迭代次数。
本发明采用的另一种技术方案为:一种基于用电量数据的低压台区用户拓扑纠错系统,其包括:
台区用电量方程建立单元,根据用电数据建立台区总电量与分表用户参数化用电量方程;
台区线损量模型构建单元,通过三阶切比雪夫多项式构建台区线损量模型;
台区用电量参数化模型构建单元,通过三阶切比雪夫多项式构建台区用电量的参数化模型;
模型参数辨识单元,采用变步长的梯度下降法自适应地辨识出参数化模型的参数值;
可疑用户确定单元,将参数化模型的参数值与设定的门限值进行比较,若小于门限值就判定为可疑用户。
进一步地,所述的台区用电量方程建立单元中,
在某时间t,台区总用电量yt和该台区n个用户的用电量x1(t),x2(t),...,xn(t)以及线损量εt满足如下方程:
其中,ci是表征第i个用户是否属于该台区的参数,理想情况当电表读数没有误差,该台区内不存在偷电漏电等情况,且所构建的线损模型εt能够精确地表示台区线损量时,称之为理想情况)下满足:
进一步地,所述的台区线损量模型构建单元中,
所述的台区线损量模型如下:
其中,b
i是各阶多项式系数;假设台区线损量与台区总用电量之间存在某种函数关系,用f(y
t)表示;再用三阶的切比雪夫多项式对这个函数关系进行建模,其中T
i(y
t)表示第i阶的切比雪夫多项式,定义如下:
进一步地,所述的台区用电量参数化模型构建单元中,台区用电量方程取多个不同的时间t1、t2…tN,得到方程组:
把方程组写成矩阵形式:Y=XW,从而得到台区用电量的参数化模型。
进一步地,所述的模型参数辨识单元中,采用变步长的梯度下降法对未知参数W进行估计,步骤如下:
1)确定目标函数
其中,Xt是矩阵X的第t个行向量,Xt=[x1(t)…xn(t)T0(yt)…T3(yt)],E(W)表示根据最小二乘法得到的目标函数,通过最小化这个目标函数,得到关于未知参数W的估计;
2)参数迭代更新
其中,k表示迭代次数,ρk是第k次迭代的步长,Xt T表示行向量Xt的转置;
3)确定梯度下降步长
①初始化参数:给定β∈(0,1),σ∈(0,0.5),m=m
0,m
0是一个需要初始化的正整数,
表示变步长梯度下降法中步长的上界;
②若不等式
E(W(k)+βmdk)≤E(W(k))+σβmdkgk Tdk,
成立,则步长ρk=βm,并且停止循环;否则,转步骤③;
③令m=m+1,执行步骤②;
其中,E(W)是目标函数,W(k)表示第k次迭代后的参数的取值,gk是目标函数的梯度,dk=-gk是搜索方向;
不断重复上述过程直至参数收敛或者达到预先设定的最大迭代次数。
本发明采用大数据分析技术,避免了传统的电缆载波通信方式带来的较高人工成本,且具有较高的查准率和查全率。同时,由于本发明仅需要用户的用电量数据,无需占用大量的数据资源,操作简单,在实际应用中具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1低压台区用户拓扑纠错方法的流程图;
图2为本发明实施例2低压台区用户拓扑纠错系统的框图;
图3为本发明应用例中台区I参数收敛结果图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种基于用电量数据的低压台区用户拓扑纠错方法,首先,根据用电数据建立台区总电量与分表用户参数化的台区用电量方程,通过三阶切比雪夫多项式构建台区线损量模型和台区用电量的参数化模型;然后,采用变步长的梯度下降法自适应地辨识出参数化模型的参数值,并与设定的门限值进行比较,若小于门限值就判定为可疑用户。
在某时间t,台区总用电量yt和该台区n个用户的用电量x1(t),x2(t),...,xn(t)以及线损量εt满足如下方程:
其中,ci是表征第i个用户是否属于该台区的参数,理想情况(当电表读数没有误差,该台区内不存在偷电漏电等情况,且所构建的线损模型εt能够精确地表示台区线损量时,称之为理想情况)下满足:
所述的台区线损量模型如下:
其中,b
i是各阶多项式系数;假设台区线损量与台区总用电量之间存在某种函数关系,用f(y
t)表示;再用三阶的切比雪夫多项式对这个函数关系进行建模,其中T
i(y
t)表示第i阶的切比雪夫多项式,定义如下:
台区用电量方程取多个不同的时间t1、t2...tN,得到方程组:
把方程组写成矩阵形式:Y=XW,从而得到台区用电量的参数化模型。
本发明采用变步长的梯度下降法对未知参数W进行估计的步骤如下:
1)确定目标函数
其中,Xt是矩阵X的第t个行向量,Xt=[x1(t) … xn(t) T0(yt) … T3(yt)],
E(W)表示根据最小二乘法得到的目标函数,通过最小化这个目标函数,可以得到关于未知参数W的估计。
2)参数迭代更新
其中,k表示迭代次数,ρk是第k次迭代的步长,Xt T表示行向量Xt的转置;
3)确定梯度下降步长
①初始化参数:给定β∈(0,1),σ∈(0,0.5),m=m
0,m
0是一个需要初始化的正整数,
表示变步长梯度下降法中步长的上界。
②若不等式
E(W(k)+βmdk)≤E(W(k))+σβmdkgk Tdk,
成立,则步长ρk=βm,并且停止循环;否则,转步骤③;
③令m=m+1,执行步骤②;
其中,E(W)是目标函数,W(k)表示第k次迭代后的参数的取值,gk是目标函数的梯度,dk=-gk是搜索方向。
不断重复上述过程直至参数收敛或者达到预先设定的最大迭代次数。
实施例2
本实施例提供一种基于用电量数据的低压台区用户拓扑纠错系统,其包括:
台区用电量方程建立单元,根据用电数据建立台区总电量与分表用户参数化用电量方程;
台区线损量模型构建单元,通过三阶切比雪夫多项式构建台区线损量模型;
台区用电量参数化模型构建单元,通过三阶切比雪夫多项式构建台区用电量的参数化模型;
模型参数辨识单元,采用变步长的梯度下降法自适应地辨识出参数化模型的参数值;
可疑用户确定单元,将参数化模型的参数值W(k)与设定的门限值进行比较,若小于门限值就判定为可疑用户。
所述的台区用电量方程建立单元中,在某时间t,台区总用电量yt和该台区n个用户的用电量x1(t),x2(t),...,xn(t)以及线损量εt满足如下方程:
其中,ci是表征第i个用户是否属于该台区的参数,(当电表读数没有误差,该台区内不存在偷电漏电等情况,且所构建的线损模型εt能够精确地表示台区线损量时,称之为理想情况)下满足:
所述的台区线损量模型构建单元中,所述的台区线损量模型如下:
其中,b
i是各阶多项式系数;假设台区线损量与台区总用电量之间存在某种函数关系,用f(y
t)表示;再用三阶的切比雪夫多项式对这个函数关系进行建模,其中T
i(y
t)表示第i阶的切比雪夫多项式,定义如下:
所述的台区用电量参数化模型构建单元中,台区用电量方程取多个不同的时间t1、t2...tN,得到方程组:
把方程组写成矩阵形式:Y=XW,从而得到台区用电量的参数化模型。
所述的模型参数辨识单元中,采用变步长的梯度下降法对未知参数W进行估计,步骤如下:
1)确定目标函数
其中,Xt是矩阵X的第t个行向量,Xt=[x1(t) … xn(t) T0(yt) … T3(yt)],E(W)表示根据最小二乘法得到的目标函数,通过最小化这个目标函数,可以得到关于未知参数W的估计。
2)参数迭代更新
其中,k表示迭代次数,ρk是第k次迭代的步长,Xt T表示行向量Xt的转置;
3)确定梯度下降步长
①初始化参数:给定β∈(0,1),σ∈(0,0.5),m=m0,m0是一个需要初始化的正整数,表示变步长梯度下降法中步长的上界。
②若不等式
E(W(k)+βmdk)≤E(W(k))+σβmdkgk Tdk,
成立,则步长ρk=βm,并且停止循环;否则,转步骤③;
③令m=m+1,执行步骤②;
其中,E(W)是目标函数,W(k)表示第k次迭代后的参数的取值;gk是目标函数的梯度,dk=-gk是搜索方向;
不断重复上述过程直至参数收敛或者达到预先设定的最大迭代次数。
应用例
下面采用实施例所述的低压台区用户拓扑纠错方法和系统进行实际应用。
选取某典型台区I自2018年1月1日至5月31日的用电量数据作为数据集。该台区共有236个用户,经过初步筛选排除异常数据和数据缺失的情况后得到130天的日用电量数据。基于这130天的用电量数据,参数最终收敛结果如图3所示。
图3结果表明,序号为234、235、236这三个用户的系数分别为0.13、0.08、0.22,小于门限值0.3,被判定为不属于该台区的可疑用户。经过对这236个用户逐一地人工排查,证实了这3个用户确实不属于该台区,预测结果正确,进一步证实了本发明台区用户拓扑纠错方法的有效性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。