CN112671096B - 基于数据分析的台区线损电能监测系统及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了基于数据分析的台区线损电能监测系统及其监测方法，包括：通过输出转换电能完成电能传输；获取台区变压器输出端的电能量，完成台区线损的汇总；对线损总分支系统进行线路分配，完成区域内的用电需求；获取区域内的用电量；给每位用户提供独立的供电线路、保证供电线路的安全；对用户的电能消耗进行统计，完成子分支用电量的计算；通过递进式架构获取每位用户的电能消耗，计算出不同区域的线路损耗。采用递进式结构一层一层获取分支线缆的线损，通过聚类算法对不同分支路径的线损进行分析，提高线损路径的计算，使用户不断寻找影响电网运行数据输出的最优解，通过搜索最优解，进一步优化电网线路的损耗。
Description
技术领域
本申请涉及线损监测技术，尤其是基于数据分析的台区线损电能监测系统及其监测方法。
背景技术
线损指的是电能在线路传输过程中的损耗，是评价供电效率的重要指标，而线损的产生导致大量的电能浪费，而目前我国整体的线损率较高，亟需进行线损管理以降低线损率；配电网电能损失率即线损率，是供电企业非常重要的技术经济综合性指标，线损率的高低，直接标志出供电企业的规划设计、生产技术、运行管理和经济效益等水平的高低，加强线损管理是挖潜节电、节能降耗和提高经济效益的有力措施和保证，为解决电力配网线损管理问题，建立电力配网管理系统非常必要和迫切。
现阶段的线损统计方式通常采用电能表获取用户的用电量和线路损耗的数据，而这种获取方式只能满足小范围线损计算，从而无法实现台区范围内的全部线损监测，现有台区线损计算方式无法保障线损在一个定值区间内，无法确定负载状态下的参数值；而在满载和空载状态下无法精准获取台区线损的数据；随着不同的用电时间段会产生不同的线路损耗。
发明内容
本申请实施例提出了基于数据分析的台区线损电能监测系统及其监测方法，用于
根据本申请的一方面，本申请实施例提出了基于数据分析的台区线损电能监测系统，其特征在于：包括：
输出转换电能，完成指定的电能传输的台区；
获取台区变压器输出端的电能量，完成台区线损的汇总的线损总分支系统；
对线损总分支系统进行线路分配，完成区域内的用电需求的分支传输主道；
获取区域内的用电量，完成区域内用电量的统计的主道线损统计系统；
给每位用户提供独立的供电线路、保证供电线路的安全的主道线损分支子路；
对用户的电能消耗进行统计，完成分支子路用电量的计算的分支子路线损系统。
可选的，所述台区是通过一台变压器给所用电区域提供电能，满足该区域用户的用电需求；
根据区域的不同地势布局设置不同数量的台区变压输出分支线路，降低线缆的使用以及防止多用户连接造成的欠压、加速线缆的损伤。
可选的，所述线损总分支系统、主道线损统计系统、分支子路线损系统形成分支路径线损计算；所述线损总分支系统作为第一节点，所述主道线损统计系统作为第二节点，所述分支子路线损系统作为第三节点。
可选的，所述分支传输主道、主道线损分支子路形成节点之间的连接路径，用于根据第一节点与第二节点，以及第二节点到第三节点的线路损耗进行计算，获取节点处线损数据，根据不同节点的线损调整线缆的直径或线缆负荷的分布。
根据本申请的另一方面，还提出了基于数据分析的台区线损电能监测方法，包括以下步骤:
步骤1，针对用户的用电量以及线缆布局的不同，利用聚类算法对不同分支路径的线损进行分析，以及所述线损总分支系统、主道线损统计系统、分支子路线损系统形成分支路径线损计算；所述线损总分支系统作为第一节点，所述主道线损统计系统作为第二节点，所述分支子路线损系统作为第三节点，得出线缆损耗前和线缆损耗后的百分率，表达方式如下：
式中，ΔP(％)表示线缆损耗前与线缆损耗后的百分率；T1表示线缆损耗前；T2表示线缆损耗后；
步骤2，在台区变压器间建立满载与空载的功率函数：
式中，Δp1(％)表示台区变压器空载和满载下的百分率；Δpo表示台区变压器空载下的损耗；Δpk表示台区变压器满载下的损耗；Ln表示台区变压器的额定容量；Lf表示台区变压器通过容量；表示台区变压器功率因数；
步骤3，在步骤2中结合台区变压器空载和满载状态下调整电压的数值，进一步降低线路的损耗，得出了降压后功率损耗的百分率和降压后的电量，表示方式如下：
式中，U1 2表示电网升压前的额定电压；U1 2表示电网升压后的额定电压；ΔP2(％)表示功率损耗的百分率；(ΔA)电网升压前的损失电量。
可选的，所述步骤1中包括：
步骤11，利用聚类算法对不同分支路径的线损进行分析，利用聚类算法建立聚类指标，评价聚类质量并且确定最佳聚类数的过程，根据聚类指标得出误差平方和和DBI指标；
其中，误差平方和指标用ISSE表示，进而得出如下方式：
式中，y1表示类簇；y2表示聚类中心；ω(y1-y2)2表示向量的欧氏距离，进一步随着聚类的增多，ISSE会相应的减少，而误差平方和曲线的拐点再增加聚类数时误差平方和的幅度减小，因此将误差平方和的拐点作为最佳聚类数；
步骤12，根据所述DBI指标，得出如下方式：
式中，K表示表示第K个类簇；IDBI表示DBI指标；
其中:
式中，d(XK)表示矩阵内部的起始点；d(Xj)表示矩阵内部的终点；d(Ck,Cj)表示向量间的距离；根据方程式得出IDBI数据值越小，则表示聚类效果越好；
步骤13，而聚类算法是基于对目标函数的优化基础上的一种数据聚类方法，而聚类得结果是每一个数据点对聚类中心的隶属程度，隶属程度用一个数值来表示，而聚类算法允许同一数据属于多个不同的类别，进而根据聚类算法的目标函数得出：
式中，表示隶属度；xi表示目标对象；vc表示聚类中心。
可选的，根据步骤1所述线损总分支系统作为第一节点，所述主道线损统计系统作为第二节点，所述分支子路线损系统作为第三节点，其中第一节点只能与第二节点连接，而第二节点只能与第三节点连接，进一步根据第一节点、第二节点和第三节点的连接关系得出递进式架构，而递进式架构采用一层进一层地数据传输布局，进而使层次之间深化递进的结构，通过第三节点获取用户的线路损耗，第二节点获取本路径全部路径损耗，第一节点统计该区域的线路损耗，进一步结合用户的电能损耗和台区变压器的输出电能，得出不同分支路径的线损。
可选的，根据步骤1所述线损总分支系统、主道线损统计系统、分支子路线损系统形成分支路径线损计算；
其中所述分支子路线损系统获取用户实际消耗电能数据，所述主道线损统计系统通过监测的电能损耗减去用户实际消耗的电能得出供电线缆的实际线损；
所述线损总分支系统通过台区变压器实际输出电能减去主道线损统计系统监测的电能损耗得到供电线缆传输路径的线损耗。
本申请提供的技术方案带来的有益效果是：
通过不同输电的线损计算合理选择导线截面，利用导线电阻和导线截面的关系，适当增加导线截面积可以减少电阻进而减少电能损耗，而电能损耗与导线截面积成反比，在输送功率不变的情况下，使用截面较粗的导线，减少线路电阻并降损；在不同的用电时段调节线路电压，在负荷相同的情况下，对线路电压进行提升，电流会随之相应变小，线损也会随之变小，进一步降低线路消耗的电能；通过将电网中各电压等级线路及设备功率因数提高，把各电压等级输电设备的容量利用上，提高输电效果，达到电网线路设备的有功功率增加和线损降低目的，把线路电压损失与电压谐波降低，最终节约电能和提升电能质量，而针对目前配电网系统中出现的电网线损问题，提出分段式线损监测系统，采用递进式结构一层一层获取分支线缆的线损，构建出线损总分支系统、主道线损统计系统、分支子路线损系统，通过聚类算法对不同分支路径的线损进行分析，提高线损路径的计算，使用户不断寻找影响电网运行数据输出的最优解，通过搜索最优解，进一步优化电网线路的损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请提出的基于数据分析的台区线损电能监测系统的结构示意图。
图2是本申请提出的基于数据分析的台区线损电能监测方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的结构作进一步地描述。
如图1所示，在该实施例中，基于数据分析的台区线损电能监测系统，包括：
输出转换电能，完成指定的电能传输的台区；
获取台区变压器输出端的电能量，完成台区线损的汇总的线损总分支系统；
对线损总分支系统进行线路分配，完成区域内的用电需求的分支传输主道；
获取区域内的用电量，完成区域内用电量的统计的主道线损统计系统；
给每位用户提供独立的供电线路、保证供电线路的安全的主道线损分支子路；
对用户的电能消耗进行统计，完成分支子路用电量的计算的分支子路线损系统。
在进一步的实施例中，所述台区是通过一台变压器给所用电区域提供电能，从而满足该区域用户的用电需求，进一步根据区域的不同地势布局设置不同数量的台区变压输出分支线路，降低线缆的使用以及防止多用户连接造成的欠压、加速线缆的损伤。
在进一步的实施例中，所述分支传输主道、主道线损分支子路形成节点之间的连接路径，进一步根据第一节点与第二节点，以及第二节点到第三节点的线路损耗进行计算，获取节点处线损数据，进而根据不同节点的线损调整线缆的直径或线缆负荷的分布。
在进一步的实施例中，应用于前述监测系统的基于数据分析的台区线损电能监测方法，如图2所示，包括以下步骤:
步骤1、针对用户的用电量以及线缆布局的不同，利用聚类算法对不同分支路径的线损进行分析，以及所述线损总分支系统、主道线损统计系统、分支子路线损系统形成分支路径线损计算；所述线损总分支系统作为第一节点，所述主道线损统计系统作为第二节点，所述分支子路线损系统作为第三节点，得出线缆损耗前和线缆损耗后的百分率，表达方式如下：
式中，ΔP(％)表示线缆损耗前与线缆损耗后的百分率；T1表示线缆损耗前；T2表示线缆损耗后；
步骤2、在台区变压器间建立满载与空载的功率函数：
式中，Δp1(％)表示台区变压器空载和满载下的百分率；Δpo表示台区变压器空载下的损耗；Δpk表示台区变压器满载下的损耗；Ln表示台区变压器的额定容量；Lf表示台区变压器通过容量；表示台区变压器功率因数；
步骤3、在步骤2中结合台区变压器空载和满载状态下调整电压的数值，进一步降低线路的损耗，得出了降压后功率损耗的百分率和降压后的电量，表示方式如下：
式中，U1 2表示电网升压前的额定电压；U1 2表示电网升压后的额定电压；ΔP2(％)表示功率损耗的百分率；(ΔA)电网升压前的损失电量。
在进一步的实施例中，根据步骤1中的聚类算法进一步得出：
步骤11、利用聚类算法对不同分支路径的线损进行分析，从而利用聚类算法建立聚类指标，评价聚类质量并且确定最佳聚类数的过程，进而根据聚类指标得出误差平方和和DBI指标；
其中，误差平方和指标用ISSE表示，进而得出如下方式：
式中，y1表示类簇；y2表示聚类中心；ω(y1-y2)2表示向量的欧氏距离，进一步随着聚类的增多，ISSE会相应的减少，而误差平方和曲线的拐点再增加聚类数时误差平方和的幅度减小，因此将误差平方和的拐点作为最佳聚类数；
步骤12、根据所述DBI指标，得出如下方式：
式中，K表示表示第K个类簇；IDBI表示DBI指标；
其中:
式中，d(XK)表示矩阵内部的起始点；d(Xj)表示矩阵内部的终点；d(Ck,Cj)表示向量间的距离；进而根据方程式得出IDBI数据值越小，则表示聚类效果越好；
步骤13、而聚类算法是基于对目标函数的优化基础上的一种数据聚类方法，而聚类得结果是每一个数据点对聚类中心的隶属程度，隶属程度用一个数值来表示，而聚类算法允许同一数据属于多个不同的类别，进而根据聚类算法的目标函数得出：
式中，表示隶属度；xi表示目标对象；vc表示聚类中心。
在进一步的实施例中，根据步骤1所述线损总分支系统作为第一节点，所述主道线损统计系统作为第二节点，所述分支子路线损系统作为第三节点，其中第一节点只能与第二节点连接，而第二节点只能与第三节点连接，进一步根据第一节点、第二节点和第三节点的连接关系得出递进式架构，而递进式架构采用一层进一层地数据传输布局，进而使层次之间深化递进的结构，通过第三节点获取用户的线路损耗，第二节点获取本路径全部路径损耗，第一节点统计该区域的线路损耗，进一步结合用户的电能损耗和台区变压器的输出电能，进而得出，不同分支路径的线损。
在进一步的实施例中，根据步骤1所述线损总分支系统、主道线损统计系统、分支子路线损系统形成分支路径线损计算，其中所述分支子路线损系统获取用户实际消耗电能数据，所述主道线损统计系统通过监测的电能损耗减去用户实际消耗的电能得出供电线缆的实际线损；所述线损总分支系统通过台区变压器实际输出电能减去主道线损统计系统监测的电能损耗得到供电线缆传输路径的线损耗。
总之，本申请具有以下优点：采用递进式结构一层一层获取分支线缆的线损，构建出线损总分支系统、主道线损统计系统、分支子路线损系统，通过聚类算法对不同分支路径的线损进行分析，提高线损路径的计算，使用户不断寻找影响电网运行数据输出的最优解，通过搜索最优解，进一步优化电网线路的损耗。
以上所述仅为本申请的实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于数据分析的台区线损电能监测系统，其特征在于：包括：
输出转换电能，完成指定的电能传输的台区；
获取台区变压器输出端的电能量，完成台区线损的汇总的线损总分支系统；
对线损总分支系统进行线路分配，完成区域内的用电需求的分支传输主道；
获取区域内的用电量，完成区域内用电量的统计的主道线损统计系统；
给每位用户提供独立的供电线路、保证供电线路的安全的主道线损分支子路；
对用户的电能消耗进行统计，完成分支子路用电量的计算的分支子路线损系统；
基于数据分析的台区线损电能监测方法，适用于台区线损电能监测系统，包括以下步骤:
步骤1，针对用户的用电量以及线缆布局的不同，利用聚类算法对不同分支路径的线损进行分析，以及所述线损总分支系统、主道线损统计系统、分支子路线损系统形成分支路径线损计算；所述线损总分支系统作为第一节点，所述主道线损统计系统作为第二节点，所述分支子路线损系统作为第三节点，得出用第一节点和第二节点之间的线缆损耗和第二节点和第三节点之间的线缆损耗表示的百分率，表达方式如下：
式中，ΔP(％)表示用第一节点和第二节点之间的线缆损耗和第二节点和第三节点之间的线缆损耗计算的百分率，代表不同分支线缆类型的损耗比，反映整个监测系统的网架结构；T1表示第一节点和第二节点之间的线缆损耗；T2表示第二节点和第三节点之间的线缆损耗；
步骤2，在台区变压器间建立满载与空载的功率函数：
式中，Δp1(％)表示台区变压器空载和满载下的百分率；Δpo表示台区变压器空载下的损耗；Δpk表示台区变压器满载下的损耗；Ln表示台区变压器的额定容量；Lf表示台区变压器通过容量；表示台区变压器功率因数；
步骤3，在步骤2中结合台区变压器空载和满载状态下调整电压的数值，进一步降低线路的损耗，得出了降压后功率损耗的百分率和降压后的电量，表示方式如下：
式中，U1 2表示电网升压前的额定电压；U2 2表示电网升压后的额定电压；ΔP2(％)表示功率损耗的百分率；(ΔA)电网升压前的损失电量。
2.根据权利要求1所述的基于数据分析的台区线损电能监测系统，其特征在于：所述台区是通过一台变压器给所用电区域提供电能，满足该区域用户的用电需求；
根据区域的不同地势布局设置不同数量的台区变压输出分支线路，降低线缆的使用以及防止多用户连接造成的欠压、加速线缆的损伤。
3.根据权利要求1所述的基于数据分析的台区线损电能监测系统，其特征在于：所述线损总分支系统、主道线损统计系统、分支子路线损系统形成分支路径线损计算；所述线损总分支系统作为第一节点，所述主道线损统计系统作为第二节点，所述分支子路线损系统作为第三节点。
4.根据权利要求1所述的基于数据分析的台区线损电能监测系统，其特征在于：所述分支传输主道、主道线损分支子路形成节点之间的连接路径，用于根据第一节点与第二节点，以及第二节点到第三节点的线路损耗进行计算，获取节点处线损数据，根据不同节点的线损调整线缆的直径或线缆负荷的分布。
5.一种台区线损电能监测方法，适用于如权利要求1-4任一项所述的基于数据分析的台区线损电能监测系统，其特征在于，包括以下步骤:
步骤1，针对用户的用电量以及线缆布局的不同，利用聚类算法对不同分支路径的线损进行分析，以及所述线损总分支系统、主道线损统计系统、分支子路线损系统形成分支路径线损计算；所述线损总分支系统作为第一节点，所述主道线损统计系统作为第二节点，所述分支子路线损系统作为第三节点，得出用第一节点和第二节点之间的线缆损耗和第二节点和第三节点之间的线缆损耗表示的百分率，表达方式如下：
式中，ΔP(％)表示用第一节点和第二节点之间的线缆损耗和第二节点和第三节点之间的线缆损耗计算的百分率，代表不同分支线缆类型的损耗比，反映整个监测系统的网架结构；T1表示第一节点和第二节点之间的线缆损耗；T2表示第二节点和第三节点之间的线缆损耗；
步骤2，在台区变压器间建立满载与空载的功率函数：
式中，Δp1(％)表示台区变压器空载和满载下的百分率；Δpo表示台区变压器空载下的损耗；Δpk表示台区变压器满载下的损耗；Ln表示台区变压器的额定容量；Lf表示台区变压器通过容量；表示台区变压器功率因数；
步骤3，在步骤2中结合台区变压器空载和满载状态下调整电压的数值，进一步降低线路的损耗，得出了降压后功率损耗的百分率和降压后的电量，表示方式如下：
式中，U1 2表示电网升压前的额定电压；U2 2表示电网升压后的额定电压；ΔP2(％)表示功率损耗的百分率；(ΔA)电网升压前的损失电量。
6.根据权利要求5所述的基于数据分析的台区线损电能监测方法，其特征在于，所述步骤1中包括：
步骤11，利用聚类算法对不同分支路径的线损进行分析，利用聚类算法建立聚类指标，评价聚类质量并且确定最佳聚类数的过程，根据聚类指标得出误差平方和和DBI指标；
其中，误差平方和指标用ISSE表示，进而得出如下方式：
式中，y1表示类簇；y2表示聚类中心；ω(y1-y2)2表示向量的欧氏距离，进一步随着聚类的增多，ISSE会相应的减少，而误差平方和曲线的拐点再增加聚类数时误差平方和的幅度减小，因此将误差平方和的拐点作为最佳聚类数；
步骤12，根据所述DBI指标，得出如下方式：
式中，K表示表示第K个类簇；IDBI表示DBI指标；
其中:
式中，d(XK)表示矩阵内部的起始点；d(Xj)表示矩阵内部的终点；d(Ck,Cj)表示向量间的距离；根据方程式得出IDBI数据值越小，则表示聚类效果越好；
步骤13，而聚类算法是基于对目标函数的优化基础上的一种数据聚类方法，而聚类得结果是每一个数据点对聚类中心的隶属程度，隶属程度用一个数值来表示，而聚类算法允许同一数据属于多个不同的类别，进而根据聚类算法的目标函数得出：
式中，表示隶属度；xi表示目标对象；vc表示聚类中心。
7.根据权利要求5所述的基于数据分析的台区线损电能监测方法，其特征在于：
根据步骤1所述线损总分支系统作为第一节点，所述主道线损统计系统作为第二节点，所述分支子路线损系统作为第三节点，其中第一节点只能与第二节点连接，而第二节点只能与第三节点连接，进一步根据第一节点、第二节点和第三节点的连接关系得出递进式架构，而递进式架构采用一层进一层地数据传输布局，进而使层次之间深化递进的结构，通过第三节点获取用户的线路损耗，第二节点获取本路径全部路径损耗，第一节点统计该区域的线路损耗，进一步结合用户的电能损耗和台区变压器的输出电能，得出不同分支路径的线损。
8.根据权利要求5所述的基于数据分析的台区线损电能监测方法，其特征在于：
根据步骤1所述线损总分支系统、主道线损统计系统、分支子路线损系统形成分支路径线损计算；
其中所述分支子路线损系统获取用户实际消耗电能数据，所述主道线损统计系统通过监测的电能损耗减去用户实际消耗的电能得出供电线缆的实际线损；
所述线损总分支系统通过台区变压器实际输出电能减去主道线损统计系统监测的电能损耗得到供电线缆传输路径的线损耗。
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