CN114167345B - 用于评估电能质量检测装置准确度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于评估电能质量检测装置准确度的方法，其特征在于：对应于被检装置提供一标准装置；通过所述标准装置同步采集数据，与被检装置进行数据比对，以确定被检装置的精度是否满足要求。并进一步设计对实时监测到的电网电能质量数据进行数理统计，得出各个参数是否超过国家标准对电能质量监测装置精度要求的范围值；针对同样数理统计结果，通过时间序列测试值分形维数近似熵分析法得出序列的相似同步性，在分形维数的相似性通过后，即可认为标准装置和被测装置的数据质量一致进而得出数据的评估结果；同时还通过时间同步的设计保证所采集数据在时序上的一致性。

Description

用于评估电能质量检测装置准确度的方法

技术领域

本发明属于电能质量监测装置技术领域，尤其涉及一种用于评估电能质量检测装置准确度的方法。

背景技术

近几年来，大量的非线性负荷、新能源场站，以及电能质量敏感负荷的投运，电能质量监测终端逐年增加，用于开展电网和重要用户的谐波在线监测和数据统计分析诊断、预测和评估非线性设备对电网运行的影响，及时发现影响电网安全的隐患等情况，支撑电能质量治理决策；因此电能质量监终端测试数据的正确性是支撑决策的前提；

但是在电能监测装置使用的过程中难免会出现元器件的老化和性能下降，最终会导致测量结果的不准确；当电能质量监测数据不准确时，会引起各种问题，甚至造成安全生产事故。现有的准确度评估方法通常是基于标准源法来实现，虽然能检测仪器的精度，但仍避免不了仪器的拆、装，工作量大，现场电压短路、电流开路带来的安全隐患以及停运监测设备等弊端，导致各电网公司并未如期开展这项周期检测工作。目前缺乏既能满足现场不停机，不拆装设备，又能确保校验精度的一种准确度评估方法。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出一种用于评估电能质量检测装置准确度的方法，旨在解决由于现阶段用于评估电能质量监测设备准确度时，不能满足现场不停机不拆卸设备进行精准检测的问题。

其具体采用以下技术方案：

一种用于评估电能质量检测装置准确度的方法，其特征在于：对应于被检装置提供一标准装置；通过所述标准装置同步采集数据，与被检装置进行数据比对，以确定被检装置的精度是否满足要求。

进一步地，所述标准装置和被测电能质量监测装置之间通过DL/T860 SNTP建立时钟同步，以保证数据采集的同步性。

进一步地，在所述标准装置在监测过程中，对电能质量进行阈值设定即标准误差的设定；在规定的监测范围内对电网进行实时质量监测，对监测范围内超出数据进行过滤筛选。

进一步地，通过数理统计的方法得出各个参数是否超过国家标准对电能质量监测装置精度要求的范围值，做数据质量的数理统计评估得出被测装置是否满足精度要求的初步判断。

进一步地，采用时间序列测试值分形维数近似熵分析法，在通过数理统计法判断之后，在同一数据序列不同的次序得到同样数理统计结果，通过分形方法得出序列的相似同步性，在分形维数的相似性通过后，即认为标准装置和被测装置的数据质量一致进而得出数据的评估结果。

进一步地，数理统计法中标准装置与被检装置的数据对比方法包括以下步骤：

步骤A1：将标准装置与被测装置中的采集数据的最大值，记录为MaxP1和MaxP2，并取得它们之间的差值MaxP＝MaxP1-MaxP2；

步骤A2：将标准装置与被测装置中的采集数据的最小值，记录为MinP1和MinP2，并取得它们之间的差值MinP＝MinP1-MinP2；

步骤A3：将标准装置与被测装置中的采集数据的平均值，记录为AugP1和AugP2，并取得它们之间的差值AugP＝AugP1-AugP2；

步骤A4：将标准装置与被测装置的95％概率最大值，记录为95P1和95P2，并取得它们之间的差值95P＝95P1-95P2；

步骤A5：将测试记录次数设定为N；

步骤A6：将标准装置中的最大值、最小值、平均值概率最大值通过评估精度P＝MaxP/N+MinP/N+AugP/(N-2)+95P*0.95/N，得出精度数据值P，若精度数据P在预设标准的范围内则判定为合格，若不在范围内则判定为不合格。

进一步地，时间序列测试值分形维数近似熵分析法中标准装置与被检装置的数据对比方法包括以下步骤：

步骤B1：设定一个周期长度为N的时间序列X(1)、X(2)、X(3)…X(N)，使用延迟法将时间序列进行重构，得到矩阵Xkm，其形式为：Xkm：X(m),X(m+k)，X(m+2k)，…X(m+int((N-m)*k-1)k)，其中m＝1、2、3…k；

并获得每一个Xkm的曲线长度：

步骤B2：将总序列的曲线长度用k个延迟生成序列去向的长度平均值近似，即为：

步骤B3：对不同的k值得出关于k与L(k)的曲线数据，若lg(L(k))—lg(L(k-1))为直线，则说明L(k)与k具有数据直线关系；其数据直线关系表示为：lg(L(k))＝FD*lg(L(k-1))+C；其中，L是该时间序列的曲线长度，FD是分形维数，C是修正常数；

步骤B4：如果评估分形维数大于所设定的标准，判断评估结论为不合格，否则评估合格。

本发明及其优选方案采用通过标准装置同步采集数据，与被检装置进行数据比对的设计思路。其要点在于对应于被检装置提供一标准装置，也就是说采用与被检装置相同类型但经过标准化校验的设备作为标准装置，以形成参照系，在同步采集电网的电流和电压的情况下就能够实现评估电能质量检测装置准确度。

并进一步对实时监测到的电网电能质量数据进行数理统计，得出各个参数是否超过国家标准对电能质量监测装置精度要求的范围值；针对同样数理统计结果，通过时间序列测试值分形维数近似熵分析法得出序列的相似同步性，在分形维数的相似性通过后，即可认为标准装置和被测装置的数据质量一致进而得出数据的评估结果；同时还通过时间同步的设计保证所采集数据在时序上的一致性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1是本发明实施例基本设计示意图；

图2是本发明实施例时钟同步结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种优选标准装置结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种优选监测主机结构示意图；

图5是本发明实施例基于优选结构结构设计提出的基本工作流程示意图；

图6是本发明实施例数理统计法中标准装置与被检装置的数据对比流程示意图；。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：

为了实现由于现阶段用于评估电能质量监测设备准确度时，不能满足现场不停机不拆卸设备进行精准检测的问题。本发明实施例对应于被检装置提供一标准装置；通过被检装置和标准装置同步采集数据，与被检装置进行数据比对，以确定被检装置的精度是否满足要求。

具体地，其首先对实时监测到的电网电能质量数据进行数理统计，得出各个参数是否超过国家标准对电能质量监测装置精度要求的范围值，做数据质量的数理统计评估得出被测装置是否满足精度要求的初步判断；然后针对同样数理统计结果，通过时间序列测试值分形维数近似熵分析法得出序列的相似同步性，在分形维数的相似性通过后，即可认为标准装置和被测装置的数据质量一致进而得出数据的评估结果。

其中，在标准装置在监测过程中，对电能质量进行阈值设定即标准误差的设定，实时监测到电网电能质量数据；在规定的监测范围内会对电网进行实时质量监测，对监测范围内超出数据进行过滤筛选。

如图6所示，在本实施例中，数理统计法中标准装置与被检装置的数据对比方法包括以下步骤：

步骤A1：将标准装置与被测装置中的采集数据的最大值，记录为MaxP1和MaxP2，并取得它们之间的差值MaxP＝MaxP1-MaxP2；

步骤A2：将标准装置与被测装置中的采集数据的最小值，记录为MinP1和MinP2，并取得它们之间的差值MinP＝MinP1-MinP2；

步骤A3：将标准装置与被测装置中的采集数据的平均值，记录为AugP1和AugP2，并取得它们之间的差值AugP＝AugP1-AugP2；

步骤A4：将标准装置与被测装置的95％概率最大值，记录为95P1和95P2，并取得它们之间的差值95P＝95P1-95P2；

步骤A5：将测试记录次数设定为N；

步骤A6：将标准装置中的最大值、最小值、平均值概率最大值通过评估精度P＝MaxP/N+MinP/N+AugP/(N-2)+95P*0.95/N，得出精度数据值P，若精度数据P在预设标准(如国家标准)的范围内则判定为合格，若不在范围内则判定为不合格。

在本实施例中，时间序列测试值分形维数近似熵分析法中标准装置与被检装置的数据对比方法包括以下步骤：

步骤B1：设定一个周期长度为N的时间序列X(1)、X(2)、X(3)…X(N)，使用延迟法将时间序列进行重构，得到矩阵Xkm，其形式为：Xkm：X(m),X(m+k)，X(m+2k)，…X(m+int((N-m)*k-1)k)，其中m＝1、2、3…k；

并获得每一个Xkm的曲线长度：

步骤B2：将总序列的曲线长度用k个延迟生成序列去向的长度平均值近似，即为：

步骤B3：对不同的k值得出关于k与L(k)的曲线数据，若lg(L(k))—lg(L(k-1))为直线，则说明L(k)与k具有数据直线关系；其数据直线关系表示为：lg(L(k))＝FD*lg(L(k-1))+C；

步骤B4：如果评估分形维数大于所设定的标准(如国家标准)，判断评估结论为不合格，否则评估合格。

更进一步地，本实施例具体还提供一种能够实现所提方法对应的装置，以使本领域技术人员能够更充分理解本发明方案，并展现本发明方案与现有技术的进一步区别。

如图1所示，本实施例提出的基本设计方案中，采用通过标准装置同步采集数据，与被检装置进行数据比对的设计思路。其要点在于对应于被检装置提供一标准装置，也就是说采用与被检装置相同类型但经过标准化校验的设备作为标准装置，以形成参照系，在同步采集电网的电流和电压的情况下就能够实现评估电能质量检测装置准确度。在图1当中，监测主机代表后续对采集数据进行比对分析的上位机装置，可以分别连接被检装置和标准装置以获取数据，本实施例在提供的基本设计方案中对此不进行特别限制，本领域普通技术人员根据采集电能质量检测装置所输出数据并进行基本比对需求所进行的常规选择均在本发明所提方案的涵盖范围。

如图2所示，为了解决标准装置和被检装置采集数据难以同步的问题，本实施例提供的设计方案是：将标准装置连接DL/T860 SNTP服务器，将被测电能质量监测装置连接IEC61850服务端，DL/T860 SNTP服务器和IEC61850服务端经IEC61850客户端建立连接。则标准装置和被测电能质量监测装置之间通过DL/T860 SNTP建立时钟同步，用以提供数据评测的同步时基，两个装置之间以时钟同步为前提，利用IEC61850的实时非缓存数据包的数据收集技术，实现数据评估的同步时基和数据采集。

其中，DL/T860 SNTP服务器可以直接部署在标准装置内，IEC61850服务端可以直接部署在被测电能质量监测装置内。

如图3所示，作为优选，在标准装置中电流传感器和电压传感器通过A/D转换器连接到处理器，再通过线性输出模块输出数据，这部分是对应于被检装置即电能质量检测装置的固有设计，本实施例为方便其使用还设计了处理器连接外部存储以实现数据导出和备份，通过无线模块连接计算机以实现远程控制，最后还可以通过保护电路进行超量程告警和断路。根据实际需要，本领域技术人员也可以在现有技术的基础上添加其他模块以丰富其功能。

如图4所示，作为优选，监测主机的核心是采用MCU来进行所采集数据的处理(主要是比对分析)，其可以带有人机接口作为输入模块，也可以带有输出模块用于输出其计算的结果。这部分内容也可以由本领域技术人员根据实际需要进行调整和完善。

如图5所示，作为优选，基于以上装置设计，本实施例简要提供一种流程方案，供本领域技术人员复现本发明技术时作为参考：

(1)接线通电准备：将标准装置和被测装置接入监测电网，即，将电压传感器和电流传感器分别接入，线性输出模块接入监测主机的外部接口；

(2)设定等同因素：通过计算机通过无线传输控制模块对标准装置内的采集时间进行设定。

(3)进行采样：标准装置和被测装置会同时采集电压信号和电流信号，同时在规定的频率和之间内进行采集，通过上述时间同步的装置结构保持采集时间段的采集同步，以减少采集时间的误差而带来的数据误差；

(4)转换处理：感应传感在收集数据后经过A/D转换将采集到的模拟信号进行数字转换，并将数据进行微处理后传输至监测主机上；

(5)数据对比：在监测主机上，信息接收端通过外部接口将数据整合至监测主机内，同时会将数据进行线性整合，并通过本发明提供的算法对被测装置的数据进行比对，判断数据是否合格；

(6)生成报告：在被测装置进行监测后，对结果通过监测主机的输出模块进行输出显示以便使用人员进行直观判断。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的用于评估电能质量检测装置准确度的方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种用于评估电能质量检测装置准确度的方法，其特征在于：对应于被检装置提供一标准装置；通过所述标准装置同步采集数据，与被检装置进行数据比对，以确定被检装置的精度是否满足要求；

在所述标准装置在监测过程中，对电能质量进行阈值设定即标准误差的设定；在规定的监测范围内对电网进行实时质量监测，对监测范围内超出数据进行过滤筛选；

通过数理统计的方法得出各个参数是否超过国家标准对电能质量监测装置精度要求的范围值，做数据质量的数理统计评估得出被测装置是否满足精度要求的初步判断；

采用时间序列测试值分形维数近似熵分析法，在通过数理统计法判断之后，在同一数据序列不同的次序得到同样数理统计结果，通过分形方法得出序列的相似同步性，在分形维数的相似性通过后，即认为标准装置和被测装置的数据质量一致进而得出数据的评估结果；

数理统计法中标准装置与被检装置的数据对比方法包括以下步骤：

步骤A1：将标准装置与被测装置中的采集数据的最大值，记录为MaxP1和MaxP2，并取得它们之间的差值MaxP＝MaxP1-MaxP2；

步骤A2：将标准装置与被测装置中的采集数据的最小值，记录为MinP1和MinP2，并取得它们之间的差值MinP＝MinP1-MinP2；

步骤A3：将标准装置与被测装置中的采集数据的平均值，记录为AugP1和AugP2，并取得它们之间的差值AugP＝AugP1-AugP2；

步骤A4：将标准装置与被测装置的95％概率最大值，记录为95P1和95P2，并取得它们之间的差值95P＝95P1-95P2；

步骤A5：将测试记录次数设定为N；

步骤A6：将标准装置中的最大值、最小值、平均值概率最大值通过评估精度P＝MaxP/N+MinP/N+AugP/(N-2)+95P*0.95/N，得出精度数据值P，若精度数据P在预设标准的范围内则判定为合格，若不在范围内则判定为不合格；

时间序列测试值分形维数近似熵分析法中标准装置与被检装置的数据对比方法包括以下步骤：

步骤B1：设定一个周期长度为N的时间序列X(1)、X(2)、X(3)…X(N)，使用延迟法将时间序列进行重构，得到矩阵Xkm，其形式为：Xkm：X(m),X(m+k)，X(m+2k)，…X(m+int((N-m)*k-1)k)，其中m＝1、2、3…k；

并获得每一个Xkm的曲线长度：

步骤B2：将总序列的曲线长度用k个延迟生成序列去向的长度平均值近似，即为：

步骤B3：对不同的k值得出关于k与L(k)的曲线数据，若lg(L(k))—lg(L(1/k))为直线，则说明L(k)与k具有数据直线关系；其数据直线关系表示为：lg(L(k))＝FD*lg(L(1/k))+C；其中，L是该时间序列的曲线长度，FD是分形维数，C是修正常数；

步骤B4：如果评估分形维数大于所设定的标准，判断评估结论为不合格，否则评估合格。

2.根据权利要求1所述的用于评估电能质量检测装置准确度的方法，其特征在于：所述标准装置和被检装置之间通过DL/T860 SNTP建立时钟同步，以保证数据采集的同步性。