CN116184303A - 基于分层分级的电能表误差在线监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于分层分级的电能表误差在线监测方法及系统,涉及电能计量技术领域,其技术方案要点是:获取台区拓扑结构;依据台区拓扑结构将台区划分为不同层级,并在每个层级配置量测设备,量测设备采集用于计量相应层级总路电能量的关键信息;以划分后的层级为独立的电能表误差估算单元,并采用能量守恒定律模型对电能表进行误差计算,得到分表误差和总表误差;结合分表误差和总表误差对末端用户的电能表误差进行修正,得到末端用户的电能表真实误差。本发明可实现台区线损与电能表误差的精准解耦,有效提升了电能表误差估算结果的可信度。
Description
技术领域
本发明涉及电能计量技术领域,更具体地说,它涉及基于分层分级的电能表误差在线监测方法及系统。
背景技术
电能计量作为计量工作的一个重要组成部分,是电力企业运营及电网安全运行的重要环节,其影响电能贸易结算的公平、公正和准确可靠,关系到电力企业和广大电力用户的利益。因此做好电能表全寿命周期质量管理工作非常重要。随着电能表实时运行监测功能的不断完善,对电能表运行状态,尤其是误差在线监督研究更加深入。
现有技术中的电能表误差在线监测主要是基于能量守恒原理,以台区为基本的计算单元,通过采集台区总表以及各分表的电能量信息,并引入台区线损误差系数(即台区线损率)的方式,构建总电量等于分表电量和的方程组,即评价模型,最终通过计算方程组,求解各个电能表的误差。该模型中,台区线损率在一定周期内被视为相对恒定的未知值,通过机器学习迭代求解。需要特别说明的是,一个评价周期通常需要3个月至1年甚至更长时间。而经随机抽样统计4个月的台区线损数据分析发现,线损指标优质、稳定的台区日线损率的波动范围至少为0-4%,其波动幅度远超电能表的误差限2%,导致由此求解得出的电能表误差结果的可信度相对较差。
因此,如何研究设计一种能够克服上述缺陷的基于分层分级的电能表误差在线监测方法及系统是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足,本发明的目的是提供基于分层分级的电能表误差在线监测方法及系统,可实现台区线损与电能表误差的精准解耦,有效提升了电能表误差估算结果的可信度。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
第一方面,提供了基于分层分级的电能表误差在线监测方法,包括以下步骤:
获取台区拓扑结构;
依据台区拓扑结构将台区划分为不同层级,并在每个层级配置量测设备,量测设备采集用于计量相应层级总路电能量的关键信息;
以划分后的层级为独立的电能表误差估算单元,并采用能量守恒定律模型对电能表进行误差计算,得到分表误差和总表误差;
结合分表误差和总表误差对末端用户的电能表误差进行修正,得到末端用户的电能表真实误差。
进一步的,所述台区拓扑结构是基于10kV配电变压器,从0.4kV侧总路至末端各用电客户端之间,由各配电设备、电能计量装置、用电信息采集终端及配电线路组成的配电网络拓扑。
进一步的,所述台区划分为不同层级的约束条件包括:
每个层级的线损率控制预设范围内,且线损率可忽略;
以及,每个层级的配电线路在物理逻辑和实际电气连接上存在总分关系,总分关系为台区线损以及总表与分表之间的计量误差均为0时,流过层级总表的电能量等于相应层级各个分表电能表之和。
进一步的,所述量测设备包括台区总表、分支箱总表、户表箱总表;
所述台区总表为安装在10kV配电变压器中0.4kV侧总路以计量总路电能的电能表;
所述分支箱总表为安装在10kV配电变压器中分支箱总路以计量分支箱总路电能的电能表;
所述户表箱总表为安装在10kV配电变压器中户表箱总路以计量户表箱总路电能的电能表。
进一步的,所述电能表的误差计算过程具体为:
获取层级中所有分表和总表的历史电量数据,且样本数据条数不小于分表总数的2倍;
构建误差计算约束函数和目标函数;
依据误差计算约束函数对目标函数进行求解,得到相应电能表的误差结果。
进一步的,所述误差计算约束函数的计算公式具体为:
A X=b
其中,A表示第一系数矩阵;m为单个电能表的样本数据条数;n为分表总数;xnm表示第n只电能表在第m次的历史电量数据;X表示误差矩阵;εn表示第n只分表的误差数据;b表示第二系数矩阵;ym表示总表在第m次的历史电量数据。
进一步的,所述目标函数的计算公式具体为:
其中,J(X)表示求解误差结果的目标函数;λ表示惩罚系数;A表示第一系数矩阵;b表示第二系数矩阵;X表示误差矩阵。
进一步的,所述惩罚系数采用现场实测、基于网格搜寻方法和/或L曲线拐点查找方法确定。
进一步的,所述末端用户的电能表误差的修正过程具体为:
以户表箱层为独立的电能表误差估算单元,计算得到末端用户电能表的第一误差结果;
以分支箱层为独立的电能表误差估算单元,计算得到户表箱层总表的第二误差结果;
以台变层为独立的电能表误差估算单元,计算得到分支箱层总表的第三误差结果;
采用现场检验方式获取台区总表的第四误差结果;
以第一误差结果、第二误差结果、第三误差结果和第四误差结果之和确定末端用户电能表的真实误差。
第二方面,提供了基于分层分级的电能表误差在线监测系统,包括:
结构获取模块,用于获取台区拓扑结构;
层级划分模块,用于依据台区拓扑结构将台区划分为不同层级,并在每个层级配置量测设备,量测设备采集用于计量相应层级总路电能量的关键信息;
误差估算模块,用于以划分后的层级为独立的电能表误差估算单元,并采用能量守恒定律模型对电能表进行误差计算,得到分表误差和总表误差;
误差修正模块,用于结合分表误差和总表误差对末端用户的电能表误差进行修正,得到末端用户的电能表真实误差。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明提供的基于分层分级的电能表误差在线监测方法,依据台区实际物理拓扑结构,将台区划分为若干个层级,同层级间相互独立,层级内部以及不同层级之间由于物理距离较近且逻辑清晰,线损往往可控或可忽略不计,因此可实现台区线损与电能表误差的精准解耦,有效提升了电能表误差估算结果的可信度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1是本发明实施例中的台区分层分级的逻辑示意图;
图2是本发明实施例中台区电能计量配置的安装示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1:基于分层分级的电能表误差在线监测方法,包括以下步骤:
步骤S1:获取台区拓扑结构;
步骤S2:如图1所示,依据台区拓扑结构将台区划分为不同层级,并在每个层级配置量测设备,量测设备采集用于计量相应层级总路电能量的关键信息;
步骤S3:以划分后的层级为独立的电能表误差估算单元,并采用能量守恒定律模型对电能表进行误差计算,得到分表误差和总表误差;
步骤S4:结合分表误差和总表误差对末端用户的电能表误差进行修正,得到末端用户的电能表真实误差。
在本实施例中,台区拓扑结构是基于10kV配电变压器,从0.4kV侧总路至末端各用电客户端之间,由各配电设备、电能计量装置、用电信息采集终端及配电线路组成的配电网络拓扑。
台区划分为不同层级的约束条件包括:每个层级的线损率控制预设范围内,且线损率可忽略;以及,每个层级的配电线路在物理逻辑和实际电气连接上存在总分关系,总分关系为台区线损以及总表与分表之间的计量误差均为0时,即在不存在窃电、漏电或绕越电能表等异常用电情况时,流过层级总表的电能量等于相应层级各个分表电能表之和。
如图2所示,量测设备包括台区总表、分支箱总表和户表箱总表。台区总表为安装在10kV配电变压器中0.4kV侧总路以计量总路电能的电能表;分支箱总表为安装在10kV配电变压器中分支箱总路以计量分支箱总路电能的电能表;户表箱总表为安装在10kV配电变压器中户表箱总路以计量户表箱总路电能的电能表。
图2中的B1和C1为同一电能表或具有电能计量功能的计量模块,为便于展示,故分开画了2个;C12和D1类似。
需要说明的是,台区总表是必须装设,分支箱总表、表箱总表可根据需要装设。分支箱总表、表箱总表装设约束是确保台区拓扑经过适当的分层后,每个层级的线损率控制可接受范围以内或可忽略。
在本实施例中,分表是指安装在每个层级末端的电能表。电能表,可以是单独的电能表,也可以是由低压电流互感器和电能表组成的电能计量装置、或嵌入总路断路器/开关的具备计量总路电能量的电能计量模块。
需要说明的是,总表和分表是相对概念。以典型10kV台区为例。若将其划分为台变层、分支箱层、户表箱层,则台变层的分表同时也为分支箱层的总表,分支箱层的分表同时也为户表箱层的总表。
电能表的误差计算过程具体为:获取层级中所有分表和总表的历史电量数据,每个电能表电量的数据不少于m个数据,且样本数据条数m不小于分表总数n的2倍,即m>2n;构建误差计算约束函数和目标函数;依据误差计算约束函数对目标函数进行求解,得到相应电能表的误差结果。
误差计算约束函数的计算公式具体为:
A X=b
其中,A表示第一系数矩阵;m为单个电能表的样本数据条数;n为分表总数;xnm表示第n只电能表在第m次的历史电量数据;X表示误差矩阵;εn表示第n只分表的误差数据;b表示第二系数矩阵;ym表示总表在第m次的历史电量数据。
目标函数的计算公式具体为:
X=(ATA+λI)-1ATb
其中,J(X)表示求解误差结果的目标函数;λ表示惩罚系数,取值大于0;A表示第一系数矩阵;b表示第二系数矩阵;X表示误差矩阵;I表示单位矩阵。
此外,惩罚系数采用现场实测、基于网格搜寻方法和/或L曲线拐点查找方法确定。
以将典型10kV台区划分为台变层、分支箱层、户表箱层为例,末端用户的电能表误差的修正过程具体为:以户表箱层为独立的电能表误差估算单元,计算得到末端用户电能表的第一误差结果;以分支箱层为独立的电能表误差估算单元,计算得到户表箱层总表的第二误差结果;以台变层为独立的电能表误差估算单元,计算得到分支箱层总表的第三误差结果;采用现场检验方式获取台区总表的第四误差结果;以第一误差结果、第二误差结果、第三误差结果和第四误差结果之和确定末端用户电能表的真实误差。
实施例2:基于分层分级的电能表误差在线监测系统,该系统用于实现实施例1中所记载的基于分层分级的电能表误差在线监测方法,包括结构获取模块、层级划分模块、误差估算模块和误差修正模块。
其中,结构获取模块,用于获取台区拓扑结构;层级划分模块,用于依据台区拓扑结构将台区划分为不同层级,并在每个层级配置量测设备,量测设备采集用于计量相应层级总路电能量的关键信息;误差估算模块,用于以划分后的层级为独立的电能表误差估算单元,并采用能量守恒定律模型对电能表进行误差计算,得到分表误差和总表误差;误差修正模块,用于结合分表误差和总表误差对末端用户的电能表误差进行修正,得到末端用户的电能表真实误差。
工作原理:本发明依据台区实际物理拓扑结构,将台区划分为若干个层级,同层级间相互独立,层级内部以及不同层级之间由于物理距离较近且逻辑清晰,线损往往可控或可忽略不计,因此可实现台区线损与电能表误差的精准解耦,有效提升了电能表误差估算结果的可信度。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于分层分级的电能表误差在线监测方法,其特征是,包括以下步骤:
获取台区拓扑结构;
依据台区拓扑结构将台区划分为不同层级,并在每个层级配置量测设备,量测设备采集用于计量相应层级总路电能量的关键信息;
以划分后的层级为独立的电能表误差估算单元,并采用能量守恒定律模型对电能表进行误差计算,得到分表误差和总表误差;
结合分表误差和总表误差对末端用户的电能表误差进行修正,得到末端用户的电能表真实误差。
2.根据权利要求1所述的基于分层分级的电能表误差在线监测方法,其特征是,所述台区拓扑结构是基于10kV配电变压器,从0.4kV侧总路至末端各用电客户端之间,由各配电设备、电能计量装置、用电信息采集终端及配电线路组成的配电网络拓扑。
3.根据权利要求1所述的基于分层分级的电能表误差在线监测方法,其特征是,所述台区划分为不同层级的约束条件包括:
每个层级的线损率控制预设范围内,且线损率可忽略;
以及,每个层级的配电线路在物理逻辑和实际电气连接上存在总分关系,总分关系为台区线损以及总表与分表之间的计量误差均为0时,流过层级总表的电能量等于相应层级各个分表电能表之和。
4.根据权利要求1所述的基于分层分级的电能表误差在线监测方法,其特征是,所述量测设备包括台区总表、分支箱总表、户表箱总表;
所述台区总表为安装在10kV配电变压器中0.4kV侧总路以计量总路电能的电能表;
所述分支箱总表为安装在10kV配电变压器中分支箱总路以计量分支箱总路电能的电能表;
所述户表箱总表为安装在10kV配电变压器中户表箱总路以计量户表箱总路电能的电能表。
5.根据权利要求1所述的基于分层分级的电能表误差在线监测方法,其特征是,所述电能表的误差计算过程具体为:
获取层级中所有分表和总表的历史电量数据,且样本数据条数不小于分表总数的2倍;
构建误差计算约束函数和目标函数;
依据误差计算约束函数对目标函数进行求解,得到相应电能表的误差结果。
8.根据权利要求7所述的基于分层分级的电能表误差在线监测方法,其特征是,所述惩罚系数采用现场实测、基于网格搜寻方法和/或L曲线拐点查找方法确定。
9.根据权利要求1所述的基于分层分级的电能表误差在线监测方法,其特征是,所述末端用户的电能表误差的修正过程具体为:
以户表箱层为独立的电能表误差估算单元,计算得到末端用户电能表的第一误差结果;
以分支箱层为独立的电能表误差估算单元,计算得到户表箱层总表的第二误差结果;
以台变层为独立的电能表误差估算单元,计算得到分支箱层总表的第三误差结果;
采用现场检验方式获取台区总表的第四误差结果;
以第一误差结果、第二误差结果、第三误差结果和第四误差结果之和确定末端用户电能表的真实误差。
10.基于分层分级的电能表误差在线监测系统,其特征是,包括:
结构获取模块,用于获取台区拓扑结构;
层级划分模块,用于依据台区拓扑结构将台区划分为不同层级,并在每个层级配置量测设备,量测设备采集用于计量相应层级总路电能量的关键信息;
误差估算模块,用于以划分后的层级为独立的电能表误差估算单元,并采用能量守恒定律模型对电能表进行误差计算,得到分表误差和总表误差;
误差修正模块,用于结合分表误差和总表误差对末端用户的电能表误差进行修正,得到末端用户的电能表真实误差。
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