CN116859322B - 基于智能量测终端的电能表计量误差监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及配网自动化系统领域，公开了一种基于智能量测终端的电能表计量误差监测方法，包括以下步骤：智能量测终端采集用户表与总表的电量；对电量数据进行滑窗累加运算得总表数据和户表数据；总表数据减户表数据的加和得线损曲线；计算互信息值；定义目标函数；求解获得各用户表的估计误差系数，即各用户表的计量误差。本发明由线损模型遵循的“能量守恒”定律出发，建立目标函数，进而分析电能表计量误差问题。通过户表电量之间的互信息改进最小二乘回归模型，可以降低低压台区用户间用电规律相似性带来的影响，保证计算结果的稳健性。同时，本发明易于实现，仅需获取全台区用户用电数据与台区总表数据，无需添加额外设备。

Description

基于智能量测终端的电能表计量误差监测方法
技术领域
本发明涉及配网自动化系统领域，具体涉及一种基于智能量测终端的电能表计量误差监测方法。
背景技术
随着社会整体用电量的不断增加，用于计量用电量的电能表越来越受到重视。电能表能否准确计量关系到用户与电力企业之间的信任关系，而在现实生活中，由于产品质量、使用时间以及使用环境的影响，电能表可能会出现计量失准，如果电能表出现计量失准，则势必会给供用电其中一方带来经济损失。因此，通过大数据分析手段进行电能表计量误差监测受到日益广泛的关注。
在当前的大数据分析技术中，根据“能量守恒”建立台区线性回归模型是一种常见的手段，然后根据最小二乘方法估计出电能表计量误差。然而，低压台区用户的用电规律具有不同程度的一致性，即电量数据具有严重的相关性，容易使得最小二乘的解不稳定，影响判断。
南方电网科学研究院有限责任公司的智能量测终端通过智能量测装置中的主控系统和功能模块集的模块化设计，实现不同软硬件模块的重新组合，可以实现该智能量测终端功能的独立性以及转换功能，采用功能模块集中可拔插端口的设计实现该智能量测终端功能的扩展，不需要重新设计不同的终端，通用性强；还通过智能量测系统中分层架构设计的统一操作系统架构，保障不同厂家开发应用程序在智能量测终端上运行的协调通信能力，统一了软件开发标准化，使测试可度量化，简化了运维操作难度，也解决多厂家、分批次终端出现问题后的差异化升级，进而彻底解决造成问题的隐患；根据智能量测装置和智能量测系统使得该智能量测终端具有高灵活性、易维护、易扩展、兼容性强等优点，为未来以电力为核心的多能源运维信息采集业务提供夯实的基础，解决了现有电能计量体系中的量测终端的通用性、扩展性以及兼容性差的技术问题。因此该终端可被用于设计电能表计量误差监测方案。
发明内容
本发明针对上述问题，克服现有技术的不足，提出一种基于智能量测终端的电能表计量误差监测方法，通过分析用户间电量的互信息改进最小二乘回归模型，能够降低用户数据间的相关性造成的影响，获得的解析解具有更高的稳定性。方法易于实现，仅需获取全台区用户用电数据与台区总表数据，无需添加额外设备。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案。
一种基于智能量测终端的电能表计量误差监测方法，包括以下步骤。
S1，智能量测终端采集低压台区用户表15min时间粒度的电量数据与台区总表15min时间粒度的电量数据。
S2，对采集到的电量数据进行滑窗累加运算，得到总表数据和户表数据。
用总表数据减去户表数据的加和，获得线损值曲线。
S3，计算所有户表数据彼此间的互信息值。
S4，基于互信息值定义线损值与户表数据的目标函数。
根据目标函数求解获得各用户表的估计误差系数，即各用户表的计量误差。
优选地，所述S2中滑窗累加运算算式表示如下。
。
。
计算线损值的公式如下。
。
其中采集的原始数据点数n0≥m+c-1，m为台区用户表数，c为滑窗参数，yt为第t个 总表数据，1≤t≤n=n0-c+1，n为滑窗累加运算后的数据点数，是滑窗累加运算前台区总 表的第p个电量数据，t≤p≤t+c-1，xti为第i个用户表的第t个户表数据，为滑窗累加运 算前第i个用户表的第p个电量数据，lt为第t个线损值。
优选地，所述S3中的互信息值计算过程如下。
步骤S3-1，对户表数据矩阵进行标准化处理。
。
其中表示标准化后的数据，中第i列对应标准化后的第i个户表数据， 中第j列对应标准化后的第j个户表数据。
步骤S3-2，计算出表示、中任意两点之间距离的矩阵、。
。
。
其中表示中任意两点之间距离，表示中任意两点之间距离，n 为滑窗累加运算后的数据点数，为标准化后的第i个户表的第p个数据点数据，为标 准化后的第i个户表的第q个数据点数据，为标准化后的第j个户表的第p个数据点数据，为标准化后的第j个户表的第q个数据点数据。
步骤S3-3，取和的第p行构造距离向量，其中每个元素。
步骤S3-4，对Zp（q）进行升序排列，取第k个值，记为εp。
步骤S3-5，分别统计和的第p行中小于εp的元素个数和。
步骤S3-6，根据和计算互信息值MIij。
。
其中φ（）为双伽马函数，满足递推公式，a表示大于零的整数，且。
优选地，所述S4中定义的目标函数如下。
。
其中是所有户表的估计误差系数向量，lt为第t个线损值，xti为第i个用户表的 第t个户表数据，βi和βj是第i和第j个用户表的估计误差系数值，m为台区用户表数，λ是约束 参数，MIij为第i个与第j个户表数据彼此间的互信息值，MIih为第i个与第h个户表数据彼此 间的互信息值。
获得各用户表的计量误差后，根据预设的计量误差阈值α确定超差表并上报。
优选地，当用户表的计量误差绝对值大于α则进行上报。
α=0.02。
本发明的有益效果是：由线损模型遵循的“能量守恒”定律出发，建立目标函数，进而分析电能表计量误差问题。通过户表电量之间的互信息改进最小二乘回归模型，可以降低低压台区用户间用电规律相似性带来的影响，保证计算结果的稳健性。同时，本发明易于实现，仅需获取全台区用户用电数据与台区总表数据，无需添加额外设备。
附图说明
图1为本发明的总体流程图。
图2为本发明实施例中采用本方法的台区用户线性回归系数。
图3为本发明实施例中常规的台区用户线性回归系数。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
实施例：结合附图1，本发明的一种基于智能量测终端的电能表计量误差监测方法，包括以下步骤。
步骤1，智能量测终端采集低压台区用户表15min时间粒度的电量数据与台区总表15min时间粒度的电量数据，智能量测终端作为实施计算的载体，体现了边缘计算的优势，可以释放统一在主站计算的压力；其中采集的数据点数n0≥m+c-1，m为台区用户表数，c为滑窗累加参数。
实施例中采集的数据点数n0=2880≥m+c-1，其中台区用户表数m=50，均值滤波参数c=20。
步骤2，对采集到的电量数据进行滑窗累加处理，称处理后的数据为总表数据和户表数据。
滑窗累加过程用算式表示如下。
。
。
计算线损值的公式如下。
。
其中yt为第t个总表数据，1≤t≤n= n0 -c+1，滑窗累加后的数据点数为n，实施例 中n=2861，是滑窗累加前的第p个台区总表日冻结电量数据，t≤p≤t+c-1，xti为第i个用 户表的第t个户表数据，为滑窗累加前的第i个用户表的第p个日冻结电量数据，lt为第t 个线损值。
用总表数据减去户表数据的加和，获得线损值曲线。
步骤3，计算所有户表数据彼此间的互信息值，计算过程如下。
步骤S3-1，对户表数据矩阵进行标准化处理。
。
其中表示标准化后的数据，中第i列对应标准化后的第i个户表数据， 中第j列对应标准化后的第j个户表数据。
步骤S3-2，计算出表示、中任意两点之间距离的矩阵、。
。
。
其中表示中任意两点之间距离，表示中任意两点之间距离，n 为滑窗累加运算后的数据点数，为标准化后的第i个户表的第p个数据点数据，为标 准化后的第i个户表的第q个数据点数据，为标准化后的第j个户表的第p个数据点数据，为标准化后的第j个户表的第q个数据点数据。
步骤S3-3，取和的第p行构造距离向量，其中每个元素。
步骤S3-4，对Zp（q）进行升序排列，取第k个值，实施示例中k取值为25，记为εp。
步骤S3-5，分别统计和中的第p行中小于εp的个数，记为和。
步骤S3-6，根据和计算互信息值MIij。
。
其中φ（）为双伽马函数，满足递推公式，其中a表示大于零的整数， 且。
该台区中存在大量的用户彼此之间的互信息值相对较高，说明存在多重共线性风险，影响传统的最小二乘模型计算结果。
步骤4，根据低压台区“能量守恒”原则和互信息值定义线损值与户表数据的目标函数，并获得解析解。
定义的目标函数如下。
。
其中是所有户表的估计误差系数向量，lt为第t个线损值，xti为第i个用户表的 第t个户表数据，βi和βj是第i和第j个用户表的估计误差系数值，m为台区用户表数，λ是约束 参数，实施示例中取值为20，MIij为第i个与第j个户表数据彼此间的互信息值，MIih为第i个 与第h个户表数据彼此间的互信息值；求解获得户表的估计误差系数。
实施例中阈值α取0.02，则通过图2可知，标号为41的用户电能表计量超差，其他电表计量误差在正常范围内。作为对比，图3给出了常规的台区用户线性回归系数结果，与图2对比可知，求解结果不稳定，出现了其他的较大系数用户，影响判断。
以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (4)

1.一种基于智能量测终端的电能表计量误差监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，智能量测终端采集低压台区用户表15min时间粒度的电量数据与台区总表15min时间粒度的电量数据；
S2，对采集到的电量数据进行滑窗累加运算，得到总表数据和户表数据；
用总表数据减去户表数据的加和，获得线损值曲线；
S3，计算所有户表数据彼此间的互信息值；
S4，基于互信息值定义线损值与户表数据的目标函数；根据目标函数求解获得各用户表的估计误差系数，即各用户表的计量误差；
其中定义的目标函数为：
其中是所有户表的估计误差系数向量，lt为第t个线损值，xti为第i个用户表的第t个户表数据，βi和βj是第i和第j个用户表的估计误差系数值，m为台区用户表数，λ是约束参数，MIij为第i个与第j个户表数据彼此间的互信息值，MIih为第i个与第h个户表数据彼此间的互信息值；
获得各用户表的计量误差后，根据预设的计量误差阈值α确定超差表并上报。
2.根据权利要求1所述的一种基于智能量测终端的电能表计量误差监测方法，其特征在于，所述S2中滑窗累加运算算式表示为：
计算线损值的公式为：
其中采集的原始数据点数n0≥m+c-1，m为台区用户表数，c为滑窗参数，yt为第t个总表数据，1≤t≤n＝n0-c+1，n为滑窗累加运算后的数据点数，是滑窗累加运算前台区总表的第p个电量数据，t≤p≤t+c-1，xti为第i个用户表的第t个户表数据，/>为滑窗累加运算前第i个用户表的第p个电量数据，lt为第t个线损值。
3.根据权利要求1所述的一种基于智能量测终端的电能表计量误差监测方法，其特征在于，所述S3中的互信息值计算过程如下：
步骤S3-1，对户表数据矩阵X∈Rn×m进行标准化处理，即：
其中表示标准化后的数据，/>中第i列/>对应标准化后的第i个户表数据，/>中第j列对应标准化后的第j个户表数据；
步骤S3-2，计算出表示中任意两点之间距离的矩阵/>
其中表示/>中任意两点之间距离，/>表示/>中任意两点之间距离，n为滑窗累加运算后的数据点数，/>为标准化后的第i个户表的第p个数据点数据，/>为标准化后的第i个户表的第q个数据点数据，/>为标准化后的第j个户表的第p个数据点数据，/>为标准化后的第j个户表的第q个数据点数据；
步骤S3-3，取和/>的第p行构造距离向量zp∈Rn，其中每个元素
步骤S3-4，对Zp(q)进行升序排列，取第k个值，记为εp；
步骤S3-5，分别统计和/>的第p行中小于εp的元素个数/>和/>
步骤S3-6，根据和/>计算互信息值MIij：
其中为双伽马函数，满足递推公式/>a表示大于零的整数，且
4.根据权利要求1所述的一种基于智能量测终端的电能表计量误差监测方法，其特征在于，当用户表的计量误差绝对值大于α则进行上报；
α＝0.02。
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