CN111650431A - 一种电表台区识别方法 - Google Patents

Abstract

一种电表台区识别方法，在测试周期的每一天各选择两个变压器，在变压器所属的供电线路上分别接入大功率用电设备，在测试时段不同的测试区间分别启动一个用电设备并使其持续工作，直至变压器集合中所有变压器都至少完成一轮测试，采集所有待识别电表的电压数据得到采集数据矩阵；对采集数据矩阵中的各行向量，每3Y个元素求和一次得到求和矩阵；基于求和矩阵进行二元变换计算得到相同维数的二元矩阵；将测试周期内得到的单轮测试二元矩阵合并；基于二元矩阵和合并矩阵的行向量之间的相似度对各待识别电表的台区归属进行识别。本发明方法通过收集电表的测试电压数据就能分析出电表的台区归属，具有工程成本低，操作方便，自动化水平高的优点。

Description

一种电表台区识别方法

技术领域

本发明属于电力通信技术领域，尤指涉及一种基于智能电表所提供的电压数据进行电表台区识别的方法。

背景技术

为更好实现对电网的管理，我国大多数电力公司对低压电力用户均采用了分台区管理的模式，因此对电表的台区归属识别是一直电网管理部门的关注重点。台区识别是指配电居民用电用户的电表与配电变压器之间的隶属关系，只有明确各电表的台区归属，才能为实现台区精细化管理提供真实准确的基础数据。由于居民小区的用电线路建设是一个长期和持续进行的过程，在建设过程中，可能会出现因电力线的铺设和电表的安装归属不同部门而造成的信息交互不顺畅，或者个别小区存在布局混乱、不规范施工、线路走向复杂、部分线路被违建覆盖，以及老旧小区电力系统提升改造引起的线路变化等情况，造成电表的台区隶属关系不正确或混乱，因此需要电表的归属关系进行正确识别。

随着技术的发展，在不同时期产生了不同的电表台区识别方法，从技术原理上归纳主要包括以下几种类型：1、在停电后通过人工排查的方式来进行电表的台区识别；2、基于硬件的工频通信方式以人工排查的方式来进行电表的台区识别；3、利用载波电力线通信技术衍生的基于载波网络通信拓扑关系来进行电表台区识别；4、基于电表所采集的工频周期变化特征来进行电表台区识别。

以上方法中，前两类方法需要引入大量的人力资源，工作量大，工程实施周期较长，成本高；第三类方法利用载波信号在电力线中的通信拓扑和电表台区归属之间的天然联系，并结合智能电表所采集的电参数，如低压电网工频周期(过零)数据等，可以实现大批量智能电表台区归属的自动化水平较高的识别，但只能在使用载波通信技术的小区中实施，而宽带载波通信技术并非是低压电力线用电信息采集系统的唯一通信技术，还有大量台区使用微功率无线和光纤抄表等技术来进行智能电表计量数据的抄读工作，对于不使用宽带载波通信技术的小区，如微功率无线或光纤小区，则无法适用。第四类方法需要对信息采集系统重新制定一套信息采集和通信协议，且对已经完成部署的台区需要进行大规模软件更新，要在现有台区中使用，改造工程成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动化水平较高，工程成本低，且可以对大量电表实施高准确度的电表台区识别方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种电表台区识别方法，待识别电表属于电表集合A＝{A₁,A₂,…,A_M}，待识别电表归属于变压器集合V＝{V₁,V₂,…,V_N}中的变压器，其中，M为待识别电表的数量，N为变压器的数量；台区识别方法包括以下步骤：

测试步骤；确定测试周期和测试时段，并将测试时段分为两个测试区间，在测试周期的第t天，t＝1,2,…,T，从变压器集合V中选择两个变压器V_t、V_t+1，在所选择的变压器所属的供电线路上分别接入相同的大功率用电设备，在测试时段的第一测试区间启动一个大功率用电设备，并使其在第一测试区间内持续工作，在测试时段的第二测试区间启动另一个大功率用电设备，并使其在第二测试区间内持续工作，在测试周期内的每一天选择不同的两个变压器分别接入大功率用电设备，重复以上相同的操作，直至变压器集合中的所有变压器都至少完成一轮测试，T为单轮测试周期的天数，N为偶数时T＝N/2，或N为奇数时T＝(N+1)/2，当N为奇数时，最后一天的测试只在第一个测试区间在最后一个变压器V_N上接入大功率用电设备进行测试；

数据分析识别步骤；采集测试周期内所有待识别电表在测试时段上报的电压数据，根据电压数据对电表进行台区识别，步骤如下：

a、采集所有待识别电表在测试时段的电压数据，得到电表集合A的M个待识别电表的M×P维的采集数据矩阵D，P表示测试周期X天中每个电表在测试时段产生的电压数据的数量；

b、对采集数据矩阵D中的各行向量，每P/2X个元素求和一次，得到求和矩阵

c、基于求和矩阵

进行二元变换计算，得到相同维数的二元矩阵S，二元变换计算方法如下：对于求和矩阵

中的某个元素

将与该元素对应的行向量

的所有元素进行从大到小的排序，如果该元素

位于后K个元素中，则二元矩阵S相同位置的元素s_i,j的数值置为1，而如果该元素

位于前2X-K个元素中，则二元矩阵S相同位置的元素s_i,j的数值置为0；

d、每完成一轮测试，得到一个单轮测试二元矩阵H，将测试周期内得到的K个单轮测试二元矩阵H合并，得到合并矩阵

其中，

N为偶数，或

N为奇数；

e、基于二元矩阵S和合并矩阵

的N个行向量之间的相似度来识别出各待识别电表的台区归属，具体步骤如下：对某个待识别电表A_m，其在二元矩阵S中对应的数据为S_m＝[s_m,1,s_m,2,...,s_m,2X]，其和合并矩阵

中某个行向量

之间的相似度

符号*表示向量的转置，计算该电表与合并矩阵

的各个行向量的相似度R_m,n，从中选出相似度的最大值R_m,max，并确定与该最大值对应的行数k，则对待识别电表A_m而言，台区识别结果为：

R为比较阈值。

进一步的，所述测试周期包括一个或多个单轮测试周期。

进一步的，将比较阈值R设定为0.95K。

进一步的，对于无法识别的电表，使用台区用户识别仪来逐个补充识别。

进一步的，对于无法识别的电表数量，调整大功率用电设备的接入位置，将大功率用电设备在供电线路的接入位置设置于未识别的电表附近，重复执行测试步骤；以及数据分析识别步骤对未识别的电表进行台区识别。

进一步的，所述测试时段设置在凌晨时段。

进一步的，所述测试周期设置在春季或秋季。

进一步的，所述测试时段设置在凌晨0点至6点，所述采集数据矩阵为：

其中，X表示测试周期的天数，Y表示每个电表每小时上报的电压采集数据的数量；

所述求和矩阵为：

其中，

进行K轮测试后，基于求和矩阵

计算得到的二元矩阵为：

由以上技术方案可知，本发明方法基于电表的电压采集数据来对电表进行台区识别，在测试时段内通过轮流在待识别的用电小区(台区)中人工一个持续工作的大功率用电负荷，使和该用电负荷属于同一个台区中所有或大部分电表的电压值出现变化，采集电表在这些时间内的电压数据，通过找出全部测试时段中每个电表所上报的数据中数值最小的时段对应的时间位置，然后和各变压器引入高功率用电负荷的具体时间进行相似度对比，识别出电表的台区归属。本发明方法只需要在测试时段采集电表的电压数据，工作量小，无需进行工程改造，具有工程成本低，操作方便，自动化水平高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例电表的台区归属识别基本模型图。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。

近年来，随着我国智能电网的兴起与发展，智能电表在用户侧得到大规模安装及使用。基于智能电表的数据采集能力，电网企业可轻松获得海量的用户用电参数信息，包括电压数据和电流数据等。理论分析和实际测试表明，大功率的用电负荷工作后，受到线路中供电电流的增加以及大功率用电负荷的用电损耗的影响，和大功率用电负荷连接在相同供电线路上的其它用电负荷的电压值会产生一定程度的下降。

本发明方法的基本思路是：在台区的用电负荷水平较低且较稳定的时段内，利用该用电负荷水平较低且较稳定时段作为测试时段，在测试时段的不同时间，在各台区轮流接入高功率用电负荷，该高功率用电负荷的持续工作会在一定程度上降低其所属台区上所有电表的电压值，因此对一个电表而言，其在高功率用电负荷工作的时间内电表的电压值会小于其他时段的数值，从而通过找出全部测试时段中每个电表所上报的数据中数值最小的时段对应的时间位置，然后和各变压器引入高功率用电负荷的具体时间进行相似度对比，相似度越高，则说明电表隶属于该变压器所在台区。具体应用中，测试时段可选在凌晨的时段，该时段绝大部分用户都处于睡眠状态，只有如公共照明等公共用电负荷或居民家中电冰箱等持续工作的电器仍处于工作状态，其余大部分的用电设备都不处于工作状态，此时各电表的电压值虽然可能存在数值差异，但都比较稳定，且在不同日期同一时段的数值也比较接近，尤其是春季、秋季等天气较为温和、凉爽的季节，居民家中不会使用空调或加热器等大功率温度调节设备，由此可以保证普通居民小区在测试时段内的用电负荷水平较低，降低对识别过程的干扰。在其他时段，受大量随机突发的用电负荷的使用的干扰，电压的稳定性较差，因此用于判断时的干扰较大，准确性会下降。

下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。如图1所示，不同的台区有相对应的变压器，不同的电表隶属于某个变压器(台区)，假设有N个变压器，这些变压器属于一个变压器集合V＝{V₁,V₂,…,V_N}，有M个台区归属不明的待识别电表，这些电表属于一个电表集合A＝{A₁,A₂,…,A_M}，需要对这些电表的台区归属关系进行识别。本发明方法的步骤如下：

步骤1，测试步骤、确定测试周期及测试时段后，在单轮测试周期(测试周期)的第t天，t＝1,2,…,T，T为单轮测试周期的天数，从变压器集合V中选择两个变压器V_t、V_t+1，在所选择的变压器所属的供电线路上分别接入相同的大功率用电设备B1、B2在测试时段进行测试，测试周期可包括一个或多个单轮测试周期，将测试时段进行分段，分为不同的测试区间，如测试时段是凌晨0点至6点，将测试时段分为两段，第一测试区间为0点至3点和第二测试区间为3点至6点，在第一个测试区间只启动用电设备B1，并使其持续工作，在第二测试区间只启动用电设备B2，并使其持续工作；在单轮测试周期内每天选择两个不同的变压器接入用电设备重复以上相同的操作，直至变压器集合中的所有变压器都完成一轮测试，单轮测试周期T＝N/2天(N为偶数时)或T＝(N+1)/2天(N为奇数时)，当N为奇数时，最后一天的测试只在第一个测试区间在最后一个变压器V_N上接入用电设备B1，第二个测试区间不做测试；单轮测试周期为变压器集合中所有变压器完成一次测试所需的时间，测试时段为变压器接入用电设备进行测试的时间段，记为Q个小时。

例如在测试周期的第1天，从变压器集合V中选择两个变压器V₁、V₂，在所选择的变压器所属的供电线路上分别接入相同的大功率用电设备B1、B2，在0点至3点启动大功率用电设备B1，并持续工作，在3点至6点启动大功率用电设备B2，并持续工作；第2天时从变压器集合V中再选择另外两个变压器V₃、V₄，将大功率用电设备B1、B2分别接入变压器V₃、V₄所属的供电线路上，同样在0点至3点只启动用电设备B1，并持续工作，在3点至6点只启动用电设备B2，并持续工作，以此类推，直至变压器集合中的所有变压器都完成一轮测试。在时间条件允许的情况下，测试周期可包括多个单轮测试周期，通过对变压器集合内的变压器进行多轮测试，以提高台区识别精度，例如在X天的时间内对N个变压器实施K轮的测试，即K＝X/T。

步骤2，数据分析识别步骤、通过低压电力线用电信息采集系统采集测试周期内所有待识别电表上报的电压数据，根据电压数据对电表进行台区识别，步骤如下：

a、采集所有待识别电表的电压数据，假设每个电表每小时上报Y份电压采集数据，在测试周期X天中，每个电表在测试时段产生的电压数据为P份，P＝Q×X×Y，本实施例中测试时段为0点至6点，则电压数据为P＝6XY份，电表集合A中的M个电表的采集数据矩阵D为：

b、对采集数据矩阵D中的各行向量，每3Y(P/2X)个元素求和一次，得到求和矩阵

其中，

c、基于求和矩阵

进行二元变换计算，得到相同维数的二元矩阵S，二元变换计算方法如下：对于求和矩阵

中的某个元素

将与该元素对应的行向量

的所有元素进行从大到小的排序，如果该元素

位于后K个元素中，则二元矩阵S相同位置的元素s_i,j的数值置为1，而如果该元素

位于前2X-K个元素中，则二元矩阵S相同位置的元素s_i,j的数值置为0；在进行了K轮测试后，基于求和矩阵

计算得到的二元矩阵S为：

d、完成一轮测试后，即用T天的时间将电表集合中的所有待识别电表都进行一次测试后，得到N×2T维的单轮测试二元矩阵H，测试周期内进行了K轮测试，将K个单轮测试二元矩阵H合并得到N×2TK维的合并矩阵

其中，

N为偶数，或

N为奇数，X＝T×K；单轮测试二元矩阵H中的1、0分别表示大功率用电设备的状态，1表示处于工作状态，0表示处于不工作状态；

e、基于二元矩阵S和合并矩阵

的N个行向量

之间的相似度来识别出M只智能电表的台区归属，具体步骤如下：

对某个待识别电表A_m，其在二元矩阵S中对应的数据为S_m＝[s_m,1,s_m,2,...,s_m,2X]，其和合并矩阵

中某个行向量

之间的相似度

符号*表示向量的转置，计算该电表与合并矩阵

的各个行向量的相似度R_m,n，从中选出最大值R_m,max，并确定与该最大值对应的行数(索引)k，则对待识别电表A_m而言，台区识别结果为：

考虑到如果一个台区的用电线路较长和其它因素的影响，高功率用电负荷可能无法影响同台区所有电表的电压值，因此识别算法采用了较高的识别标准，即本实施例中将比较阈值R设定为0.95K，在相似度值没有达到0.95K时，则认为其无法识别，以降低识别结果的错误率，在其他的实施例中，比较阈值也可以根据经验设定为其他值。

对于采用本发明方法后仍无法识别的电表，可进一步通过人工手段，如使用台区用户识别仪来逐个补充识别。如果未识别的电表数量较多，可针对未识别的电表，调整大功率用电设备的位置，将大功率用电设备在供电线路的接入位置尽量靠近未识别的电表，采用本发明的方法重新进行识别。电表出现无法识别的原因可能是大功率用电设备和待识别电表的距离较远，其对电压的影响无法波及至该电表，通过调整大功率用电设备的接入位置，来增强对无法识别电表的电压影响，以保障整个机制的高准确性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (8)

1.一种电表台区识别方法，其特征在于：待识别电表属于电表集合A＝{A₁,A₂,…,A_M}，待识别电表归属于变压器集合V＝{V₁,V₂,…,V_N}中的变压器，其中，M为待识别电表的数量，N为变压器的数量；台区识别方法包括以下步骤：

测试步骤；确定测试周期和测试时段，并将测试时段分为两个测试区间，在测试周期的第t天，t＝1,2,…,T，从变压器集合V中选择两个变压器V_t、V_t+1，在所选择的变压器所属的供电线路上分别接入相同的大功率用电设备，在测试时段的第一测试区间启动一个大功率用电设备，并使其在第一测试区间内持续工作，在测试时段的第二测试区间启动另一个大功率用电设备，并使其在第二测试区间内持续工作，在测试周期内的每一天选择不同的两个变压器分别接入大功率用电设备，重复以上相同的操作，直至变压器集合中的所有变压器都至少完成一轮测试，T为单轮测试周期的天数，N为偶数时T＝N/2，或N为奇数时T＝(N+1)/2，当N为奇数时，最后一天的测试只在第一个测试区间在最后一个变压器V_N上接入大功率用电设备进行测试；

数据分析识别步骤；采集测试周期内所有待识别电表在测试时段上报的电压数据，根据电压数据对电表进行台区识别，步骤如下：

a、采集所有待识别电表在测试时段电压数据，得到电表集合A中的M个待识别电表的M×P维的采集数据矩阵D，P表示测试周期X天中每个电表在测试时段产生的电压数据的数量；

b、对采集数据矩阵D中的各行向量，每P/2X个元素求和一次，得到求和矩阵

c、基于求和矩阵

进行二元变换计算，得到相同维数的二元矩阵S，二元变换计算方法如下：对于求和矩阵

中的某个元素

将与该元素对应的行向量

的所有元素进行从大到小的排序，如果该元素

位于后K个元素中，则二元矩阵S相同位置的元素s_i,j的数值置为1，而如果该元素

位于前2X-K个元素中，则二元矩阵S相同位置的元素s_i,j的数值置为0；

d、每完成一轮测试，得到一个单轮测试二元矩阵H，将测试周期内得到的K个单轮测试二元矩阵H合并，得到合并矩阵

其中，

N为偶数，或

N为奇数；

e、基于二元矩阵S和合并矩阵

的N个行向量之间的相似度来识别出各待识别电表的台区归属，具体步骤如下：对某个待识别电表A_m，其在二元矩阵S中对应的数据为S_m＝[s_m，1,s_m，2,...,s_m，2X]，其和合并矩阵

中某个行向量

之间的相似度

符号*表示向量的转置，计算该电表与合并矩阵

的各个行向量的相似度R_m,n，从中选出相似度的最大值R_m,max，并确定与该最大值对应的行数k，则对待识别电表A_m而言，台区识别结果为：

R为比较阈值。

2.如权利要求1所述的电表台区识别方法，其特征在于：所述测试周期包括一个或多个单轮测试周期。

3.如权利要求1所述的电表台区识别方法，其特征在于：将比较阈值R设定为0.95K。

4.如权利要求1所述的电表台区识别方法，其特征在于：对于无法识别的电表，使用台区用户识别仪来逐个补充识别。

5.如权利要求1所述的电表台区识别方法，其特征在于：对于无法识别的电表数量，调整大功率用电设备的接入位置，将大功率用电设备在供电线路的接入位置设置于未识别的电表附近，重复执行测试步骤；以及数据分析识别步骤对未识别的电表进行台区识别。

6.如权利要求1所述的电表台区识别方法，其特征在于：所述测试时段设置在凌晨时段。

7.如权利要求1所述的电表台区识别方法，其特征在于：所述测试周期设置在春季或秋季。

8.如权利要求1所述的电表台区识别方法，其特征在于：所述测试时段设置在凌晨0点至6点，所述采集数据矩阵为：

其中，X表示测试周期的天数，Y表示每个电表每小时上报的电压采集数据的数量；

所述求和矩阵为：

进行K轮测试后，基于求和矩阵

计算得到的二元矩阵为：

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