CN111969604A - 基于实测数据的台区线损动态计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于实测数据的台区线损动态计算方法及装置，其中，方法包括以下步骤：采集台区侧和用户侧的时序电压和电流数据；将配电变压器出口侧到末端用户侧进行网络等效，并根据采集台区侧和用户侧的时序电压和电流数据进行数学建模，列出矩阵方程；利用总体最小二乘法求解矩阵方程，计算配电变压器和终端用户之间的等效电阻值；根据等效电阻值和用户侧的时序电流数据计算随时间变化的台区线损。该方法能够根据实际量测数据计算出随时间动态变化的线损，可以准确得出台区线损，实现台区线损考核的精细化管理。

Description

基于实测数据的台区线损动态计算方法及装置

技术领域

本发明涉及利用配电变压器和终端用户量测的电压、电流数据，采用带约束的最小二乘方法求取等效电阻，并计算配电台区线损的方法，属于电力系统配电网管理技术领域，特别涉及一种基于实测数据的台区线损动态计算方法及装置。

背景技术

随着电力行业的快速发展，电能在由产生到使用的过程中的各个环节都伴随着一定的损耗，其中电网部分，尤其是输电、配电方面体现的尤为明显。配电网线损是反映低压台区精益化管理和节能降损水平的重要指标，能够反映一个供电企业的能耗管理水平。线损指标包括了线损率指标和线损管理指标的两部分组成，而且需要电力营销、电能计量、电网经济运行等专业管理方面的支撑，才能保证线损指标的实现。由于我国低压台区供电区域发展不同步，导致线路纵横交错，地下电缆和架空线布线复杂，缺少准确的配电台区线路拓扑结构和线型参数等信息，难以通过实测方法进行线损计算。

目前传统的低压台区理论线损计算方法通常需要较准确的网络参数，在一定的假设条件下，按照传统模型进行计算的，没有计及三相不平衡、负荷性质和分布多样、负荷实时变化等问题。而且传统方法计算量比较大，可操作性不强，计算速度和计算精度难以保证。特别是当假设条件与实际运行情况相差较大时，造成很大的计算误差，因而线损计算的全面性和实用性不强。

近年来随着用户侧智能电表的推广应用以及配电网用电信息采集系统建设工作的快速推进，基于用电信息采集系统的台区线损管理方法在营销管理中发挥重要作用的同时，也为低压台区线损计算与评估提供了新的基础平台。电力企业从测量装置或计算处理过程中可获取大量数据，这些数据反映了配电网实时运行状态，为低压台区线损计算与评估提供了数据基础。从数据层面进行分析，揭示数据中隐藏的潜在规律，来实现配电台区线损的精益化管理。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一目的在于提出一种基于实测数据的台区线损动态计算方法，能够根据实际量测数据计算出随时间动态变化的线损，可以准确得出台区线损，实现台区线损考核的精细化管理。

本发明的第二个目的在于提出一种基于实测数据的台区线损动态计算装置。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提供一种基于实测数据的台区线损动态计算方法，包括以下步骤：采集台区侧和用户侧的时序电压和电流数据；将配电变压器出口侧到末端用户侧进行网络等效，并根据采集所述台区侧和用户侧的时序电压和电流数据进行数学建模，列出矩阵方程；利用总体最小二乘法求解所述矩阵方程，计算所述配电变压器和终端用户之间的等效电阻值；根据所述等效电阻值和所述用户侧的时序电流数据计算随时间变化的台区线损。

根据本发明实施例的基于实测数据的台区线损动态计算方法，可以根据实测的量测数据进行理论线损计算，减少传统台区理论线损计算的工作量，提高线损计算精度；计算得出的台区线损可以达到分钟级，与传统的日线损、月线损考核指标相比更加精细化；精细化台区线损管理，有利于准确考核线损异常情况，筛查和定位窃电情况，增加电力公司售电收益。

另外，根据本发明上述实施例的基于实测数据的台区线损动态计算方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述采集用户端的时序电压和电流数据，包括：从配电台区考核表获取第一时序电压和第一电流数据；从用户的智能电表获取第二时序电压和第二电流数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在得到所述时序电压和电流数据之后，还包括：对所述第一时序电压和第一电流数据及所述第二时序电压和第二电流数据进行数据清洗和数据预处理，得到所述时序电压和电流数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述矩阵方程为：

其中，t为采集数据的时刻，

为在t时刻节点i的电压值，

为在t时刻节点i的电流值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述台区线损的计算公式为：

其中t时刻线损值为

I_i为节点i的电流值，R_i为节点i的电阻值。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提供一种基于实测数据的台区线损动态计算装置，包括：采集模块，用于采集台区侧和用户侧的时序电压和电流数据；建模模块，用于将配电变压器出口侧到末端用户侧进行网络等效，并根据采集所述台区侧和用户侧的时序电压和电流数据进行数学建模，列出矩阵方程；求解模块，用于利用总体最小二乘法求解所述矩阵方程，计算所述配电变压器和终端用户之间的等效电阻值；计算模块，用于根据所述等效电阻值和所述用户侧的时序电流数据计算随时间变化的台区线损。

根据本发明实施例的基于实测数据的台区线损动态计算装置，可以根据实测的量测数据进行理论线损计算，减少传统台区理论线损计算的工作量，提高线损计算精度；计算得出的台区线损可以达到分钟级，与传统的日线损、月线损考核指标相比更加精细化；精细化台区线损管理，有利于准确考核线损异常情况，筛查和定位窃电情况，增加电力公司售电收益。

另外，根据本发明上述实施例的基于实测数据的台区线损动态计算装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述采集模块进一步用于从配电台区考核表获取第一时序电压和第一电流数据，从用户的智能电表获取第二时序电压和第二电流数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：预处理模块，用于在得到所述时序电压和电流数据之后，对所述第一时序电压和第一电流数据及所述第二时序电压和第二电流数据进行数据清洗和数据预处理，得到所述时序电压和电流数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述矩阵方程为：

其中，t为采集数据的时刻，

为在t时刻节点i的电压值，

为在t时刻节点i的电流值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述台区线损的计算公式为：

其中t时刻线损值为

I_i为节点i的电流值，R_i为节点i的电阻值。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例提供的一种基于实测数据的台区线损动态计算方法方法的流程示意图；

图2为根据本发明一个实施例提供的一种基于实测数据的台区线损动态计算方法方法的流程示意图；

图3为根据本发明实施例提供的低压台区-用户等效电路图；

图4为根据本发明实施例提供的实施例的基于实测数据的台区线损动态计算装置的示例图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明基于电力系统中用电信息采集系统采集的配电台区侧和用户侧的电压、电流时序数据，提出一种用户随时间变化的线损计算方法及装置，可以计算出分钟级的线损，与传统的日线损考核指标相比更加精细，有助于实现台区线损精益化管理，解决线损指标“一刀切”的问题。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于实测数据的台区线损动态计算方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于实测数据的台区线损动态计算方法。

具体而言，图1为本发明实施例所提供的一种基于实测数据的台区线损动态计算方法方法的流程示意图。

如图1所示，该基于实测数据的台区线损动态计算方法方法包括以下步骤：

在步骤S101中，采集台区侧和用户侧的时序电压和电流数据。

在本发明的一个实施例中，采集用户端的时序电压和电流数据，包括：从配电台区考核表获取第一时序电压和第一电流数据；从用户的智能电表获取第二时序电压和第二电流数据。

可以理解的是，从配电台区考核表采集时序电压和电流数据，从用户智能电表侧采集时序电压和电流数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在得到时序电压和电流数据之后，对采集数据进行清洗和预处理，还包括：对第一时序电压和第一电流数据及第二时序电压和第二电流数据进行数据清洗和数据预处理，得到时序电压和电流数据。

可以理解的是，如图2所示，本发明实施例采集配电台区和用户侧的电压、电流时序数据，并进行数据清洗，剔除异常值，填补缺失值。

具体而言，数据采集和清洗具体如下：

通过电力公司营销系统的用电信息采集系统，采集低压配电台区侧时序电压和电流数据，通过用户端安装的智能电表，采集用户侧的电压和电流数据。由于数据采集设备及通信异常等情况，数据集存在异常和缺失问题，需要对采集到的数据进行错误数据剔除，把用于计算的量测数据与其均值进行比较，若其与均值的差超过设定的某一数值，则可视其为错误数据而加以剔除及校正。即对于M个电压量测值U_i(i＝1,2,…,M)，按公式1计算第i个量测值U_i与均值的偏差百分比ρ_i，若ρ_i>ε，则可认为其为明显错误数据并加以剔除，并用均值

代替，电流数据也按此方法处理。

在步骤S102中，将配电变压器出口侧到末端用户侧进行网络等效，并根据采集台区侧和用户侧的时序电压和电流数据进行数学建模，列出矩阵方程。

在步骤S103中，利用总体最小二乘法求解矩阵方程，计算配电变压器和终端用户之间的等效电阻值。

可以理解的是，可以理解的是，如图2所示，建立台区-用户等效电路模型，根据基尔霍夫电流定律列出矩阵方程，并采用总体最小二乘方法进行求解，得出一组等效电阻值的解。

具体而言，求解台区-用户分支等效电阻具体如下：

由于低压台区与用户之间的接线错综复杂，拓扑结构难以准确测量，所以将低压台区到各终端用户之间的结构等效为图3形式，假设某一台区下连接n个用户，其中节点0代表变压器低压侧，节点1,2,3,…,n代表连接在该变压器下面的用户，为方便列方程，这里用电导的形式表示等效电阻，G₁,G₂,G₃,...,G_n代表台区与用户之间线路的等效电导。

由用电信息采集系统采集的数据，已知图1中各节点的电压值和电流值，假设一天内可以采集到的数据时刻为t，采集时间均匀分布，某一时刻节点i的电压值为

节点i的电流值为

在每一时刻根据基尔霍夫电流定律可以列出以下方程组：

写成矩阵方程形式如下：

公式3可化简为U·G＝I，其中U和I为已知量，G为代求量，上述矩阵方程求解等效电导的问题可以转化为优化问题求解，目标函数如下：

由于矩阵方程中的U和I是由采集系统采集得到，不可避免会存在一些噪声和误差，所以适合采用总体最小二乘的方法进行求解。令

和

分别代表不可量测的无误差数据，实际量测的数据分别为：

其中，E_U和E_I分别表示电压和电流数据的量测误差。

引入校正矩阵ΔU和ΔI去干扰原数据矩阵U和I，以便对U和I矩阵内存在的误差或噪声进行联合补偿

以一直量测误差或噪声对矩阵方程求解的影响，从而实现有误差的矩阵方程求解向精确方程求解的转换：

为使校正矩阵尽可能小，总体最小二乘问题可以用约束优化问题叙述为：

由于t为量测时间点，所以可以使t>n，即上述矩阵方程均为超定方程，用奇异值分解法(SVD)进行求解，具体步骤如下：

输入：U∈R^t×n，I∈R^t，α∈R^t。

输出：ΔU∈R^t×n，ΔI∈R^t，G∈R^t

步骤1：计算SVD[U,αI]＝PΣQ^H，其中

Σ₁＝diag(σ₁,…,σ_n+1)。

步骤2：若σ_n(U)>σ_n+1(其中σ_n(U)是矩阵U的第n个奇异值)，则总体最小二乘问题的解由下式给出：

式中，p_n+1和q_n+1分别是P和Q的第n+1列，而Q_i,j是P的第(i,j)元素。

在步骤S104中，根据等效电阻值和用户侧的时序电流数据计算随时间变化的台区线损。

可以理解的是，本发明实施例可以利用配电变压器与用户之间的等效电阻和用户侧智能电表采集的时序电流数据，求得随时间变化的台区线损。在利用求解得到的等效电阻值和用户侧采集的时序数据计算得出随时间变化的线损之后，并与实际统计线损进行对比验证。

具体而言，计算台区实际线损具体如下：

求出台区与用户之间线路的等效电导，等效电阻即为R＝1/G，利用用户侧实测的时序电流值就可以计算得出当前台区随时间变化的线损值，假设t时刻测得的用户侧电流值即为当前时间段的平均值，则t时刻线损值为

当前台区日线损为

该线损值是由实测数据计算得出，可以与统计线损进行校核，作为线损指标进行台区考核将更加精确。

综上，本发明提出一种基于配电网用电信息采集系统实测数据的台区动态线损计算方法，该方法首先将量测数据进行清洗，剔除异常数据。然后建立台区与用户之间的等效电路图，根据基尔霍夫电流定律列方程。之后考虑量测数据存在误差和噪声，采用总体最小二乘的方法进行矩阵方程求解，求出台区与用户之间等效电阻。最后根据用户侧实测的电流数据计算得出实时线损。该方法能够根据实际量测数据计算出随时间动态变化的线损，可以准确得出台区线损，实现台区线损考核的精细化管理。

根据本发明实施例提出的基于实测数据的台区线损动态计算方法，可以根据实测的量测数据进行理论线损计算，减少传统台区理论线损计算的工作量，提高线损计算精度；计算得出的台区线损可以达到分钟级，与传统的日线损、月线损考核指标相比更加精细化；精细化台区线损管理，有利于准确考核线损异常情况，筛查和定位窃电情况，增加电力公司售电收益。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于实测数据的台区线损动态计算装置。

图4是本发明实施例的基于实测数据的台区线损动态计算装置的方框示意图。

如图4所示，该基于实测数据的台区线损动态计算装置10包括：采集模块100、建模模块200、求解模块300和计算模块400。

其中，采集模块100用于采集台区侧和用户侧的时序电压和电流数据；建模模块200用于将配电变压器出口侧到末端用户侧进行网络等效，并根据采集台区侧和用户侧的时序电压和电流数据进行数学建模，列出矩阵方程；求解模块300用于利用总体最小二乘法求解矩阵方程，计算配电变压器和终端用户之间的等效电阻值；计算模块400用于根据等效电阻值和用户侧的时序电流数据计算随时间变化的台区线损。本发明实施例的装置10能够根据实际量测数据计算出随时间动态变化的线损，可以准确得出台区线损，实现台区线损考核的精细化管理。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采集模块100进一步用于从配电台区考核表获取第一时序电压和第一电流数据，从用户的智能电表获取第二时序电压和第二电流数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的装置10还包括：预处理模块。其中，预处理模块用于在得到时序电压和电流数据之后，对第一时序电压和第一电流数据及第二时序电压和第二电流数据进行数据清洗和数据预处理，得到时序电压和电流数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，矩阵方程为：

其中，t为采集数据的时刻，

为在t时刻节点i的电压值，

为在t时刻节点i的电流值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，台区线损的计算公式为：

其中t时刻线损值为

I_i为节点i的电流值，R_i为节点i的电阻值。

需要说明的是，前述对基于实测数据的台区线损动态计算方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于实测数据的台区线损动态计算装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的基于实测数据的台区线损动态计算装置，可以根据实测的量测数据进行理论线损计算，减少传统台区理论线损计算的工作量，提高线损计算精度；计算得出的台区线损可以达到分钟级，与传统的日线损、月线损考核指标相比更加精细化；精细化台区线损管理，有利于准确考核线损异常情况，筛查和定位窃电情况，增加电力公司售电收益。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于实测数据的台区线损动态计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集台区侧和用户侧的时序电压和电流数据；

将配电变压器出口侧到末端用户侧进行网络等效，并根据采集所述台区侧和用户侧的时序电压和电流数据进行数学建模，列出矩阵方程；

利用总体最小二乘法求解所述矩阵方程，计算所述配电变压器和终端用户之间的等效电阻值；以及

根据所述等效电阻值和所述用户侧的时序电流数据计算随时间变化的台区线损。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集用户端的时序电压和电流数据，包括：

从配电台区考核表获取第一时序电压和第一电流数据；

从用户的智能电表获取第二时序电压和第二电流数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征自傲与，在得到所述时序电压和电流数据之后，还包括：

对所述第一时序电压和第一电流数据及所述第二时序电压和第二电流数据进行数据清洗和数据预处理，得到所述时序电压和电流数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矩阵方程为：

其中，t为采集数据的时刻，

为在t时刻节点i的电压值，

为在t时刻节点i的电流值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述台区线损的计算公式为：

其中t时刻线损值为

I_i为节点i的电流值，R_i为节点i的电阻值。

6.一种基于实测数据的台区线损动态计算装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集台区侧和用户侧的时序电压和电流数据；

建模模块，用于将配电变压器出口侧到末端用户侧进行网络等效，并根据采集所述台区侧和用户侧的时序电压和电流数据进行数学建模，列出矩阵方程；

求解模块，用于利用总体最小二乘法求解所述矩阵方程，计算所述配电变压器和终端用户之间的等效电阻值；以及

计算模块，用于根据所述等效电阻值和所述用户侧的时序电流数据计算随时间变化的台区线损。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述采集模块进一步用于从配电台区考核表获取第一时序电压和第一电流数据，从用户的智能电表获取第二时序电压和第二电流数据。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征自傲与，还包括：

预处理模块，用于在得到所述时序电压和电流数据之后，对所述第一时序电压和第一电流数据及所述第二时序电压和第二电流数据进行数据清洗和数据预处理，得到所述时序电压和电流数据。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述矩阵方程为：

其中，t为采集数据的时刻，

为在t时刻节点i的电压值，

为在t时刻节点i的电流值。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述台区线损的计算公式为：

其中t时刻线损值为

I_i为节点i的电流值，R_i为节点i的电阻值。

Images