低压台区电能表运行误差计算方法及系统与流程

1.本发明涉及低压台区的电力拓扑识别领域，具体地说是一种基于高频度高精度数据进行低压台区电能表运行误差计算的方法及系统。


背景技术：

2.低压台区的电力拓扑是低压台区内各个用户与供电电源的连接关系的准确、真实、直观的反映，对于台区线路损耗的估算、供电服务能力的提高十分重要。
3.现有方法中，若要获取低压台区的电力拓扑，需要电力系统工作人员现场实测，通过移动设备终端测量台区拓扑关系，安排大量人力进行现场勘测，人为判断台区拓扑。这种方法费时费力，效果欠佳。因此，如何智能地获取低压台区电力拓扑是非常重要且必要的。
4.中国专利申请号201811126363.4公开了一种智能的低压台区电力线路自动拓扑系统，主要按照如下步骤进行：
5.1)线路采集终端(与集中器连接)：根据由集中器发送的控制指令，对电力线上的信号进行采集，再对采集的信号进行解调及处理生成识别信号；
6.2)集中器(与处理终端连接)：根据由处理终端发送的拓扑指令，向线路采集终端发送控制指令；获取线路采集终端生成的识别信号，根据识别信号生成台区电力线路拓扑的逻辑关系；
7.3)处理终端：生成拓扑指令；获取集中器生成的台区电力线路拓扑的逻辑关系，并由此生成台区电力线路拓扑图；
8.4)显示终端(与处理终端连接)：显示台区电力线路拓扑图。
9.而其主要方法是对电力拓扑图中的电力线路进行重要度评分，并根据重要度评分从高到低对电力线路进行排序，将序列中排名前20％的电力线路标记为关键电力线路。在拓扑分析模块中，对台区电力线路拓扑图进行拓扑参数分析，获取该台区电力线路拓扑的结构特征，其中包括台区电力线路拓扑结构的脆弱性分析，脆弱值越大，表示台区电力线路拓扑结构脆弱性越大，通过脆弱值显示台区电力线路拓扑的结构特性。
10.此在先专利需要通过集中器向线路采集终端发送控制指令，对电力线上的信号进行采集、获取、识别，生成台区电力拓扑的逻辑关系，并由此生成台区电力线路拓扑图。也就是说，这种方法需要线路采集终端重新采集电力线路的各种参数信息，包括：电压信息、电流信息、功率信息、温度信息，电力线路的参数信息如电力线路的电阻值、电感值、最大传输容量、电力线路种类，电源节点的参数信息如电源节点的装机容量，台区中各节点的地理位置信息等，在新数据上进行分析。这些信息的采集就需要耗费比较大的人力物力，因为这些信息并不是现成的，需要重新获取。


技术实现要素：

11.有鉴于此，本发明所要解决的技术方案是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种低压台区电能表运行误差计算方法及系统，其利用高频采集的高分辨率电量、电压、功率
因数等数据，推测出台区的电力拓扑，再利用拓扑识别结果进行误差分析，以进一步提升电能表运行误差的分析结果的精度。
12.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：低压台区电能表运行误差计算方法，其包括：
13.数据获取及预处理：获取台区总表和用户分表的档案信息，通过用电信息采集系统获得台区总表和用户分表的高频采集高精度等级的用电量数据、电压数据、功率因数数据(高频采集指每15分钟采一次数，一天96个数据；高精度等级是指电量数据至少有小数点后4位有效数字)；对获取的数据进行数据格式与完整性检查，对于异常数据进行数据清洗，最终得到清洗过的高质量数据；
14.构建方程组：利用高频采集的用电量曲线、电压曲线和功率因数曲线建立台区下的总表和分表满足的如下方程：
[0015][0016]
其中，y(i)是台区总表第i天的供电量，φ
j
(i)是第j个用户分表在第i天的用电量，p表示计量点的总数，φ
j
(i
m
),u
j
(i
m
),分别表示第j个用户在第i天的第m个15分钟内的用电量计量值、电压和功率因数；α
jk
表示台区总表到计量点j与计量点k的线路公共部分的等效电阻，为待定常数；ε0表示台区的固定损耗，为待定常数；ε
j
表示计量点j所对应的电能表的运行误差，为待定常数；
[0017]
累积n天的台区总表和用户分表的高精度的高频电量数据曲线，建立n个方程组成的方程组；
[0018]
求解方程组，获得台区总表到计量点j与计量点k的线路公共部分的等效电阻α
jk
；
[0019]
根据等效电阻α
jk
绘制台区的电力拓扑图，推断电力拓扑；
[0020]
根据推断的电力拓扑及等效电阻的计算结果反代回方程，重新计算电能表运行误差ε
j
。
[0021]
具有高精度高分辨率采集功能的电表可以获得高精度电表数据，利用高频采集的高精度数据曲线，结合现有方法，可以基于台区树形拓扑(只需知道总表与分表)和总分数学关系，根据能量守恒定律和基尔霍夫定律，建立起台区统计线损与各用户用电量、电压、功率因数的等式依赖关系，通过对方程组求解可以得到高分辨率的等效电阻值；根据高分辨率的等效电阻值，采用聚类方法进行台区拓扑识别，进而绘制台区电力拓扑，再根据拓扑识别结果，进行误差分析，可以提高分析结果的精度。
[0022]
本发明的技术方法实现简便，数据来源简单，只需利用高频采集的高分辨率电量、电压、功率因数等数据(现有的采集系统中已经含有这样的数据)，就可以推测出台区的电力拓扑，可靠性高。再利用拓扑识别结果进行误差分析，可以进一步提升电能表运行误差的分析结果的精度
[0023]
进一步地，所述等效电阻α
jk
满足如下关系：
[0024]
1)α
jk
≥0；
[0025]
2)计量点j和计量点k没有公共线路当且仅当α
jk
＝0，通过α
jk
计算结果为零的项判断两个用户有没有公共线路部分；
[0026]
3)当j＝k时，α
jj
表示总表到计量点j的所有线路的电阻之和；
[0027]
4)对任意的j≠k，有α
jk
＜α
jj
；
[0028]
5)若两个计量点j,k与同一个计量点l的公共部分的等效电阻α
jl
,α
kl
不为零，则计量点j,k之间的公共部分的等效电阻α
jk
也不为零；
[0029]
6)两个计量点的线路公共部分越多，等效电阻越大。
[0030]
进一步地，根据方程组的计算结果，将计量点按照等效电阻α
jk
进行聚类，对台区下的p个计量点进行拓扑识别，步骤如下：
[0031]
21)设t＝0,初值r＝1,初始时类的集合只含有一个子类即且包含所有的用户，即
[0032]
22)t
←
t 1；
[0033]
23)将用户按照α
jk
聚成r类，即使得同一类内的任意两个用户间的α
jk
非零，不同类间的两个用户间的α
jk
为零，此时集合中的各个子类中包含的用户即为电力拓扑的第t级分支；
[0034]
24)对每一子类中的各个用户找到其类内等效电阻的最小值即
[0035][0036]
将各个子类的类内的等效电阻值对应减去得到一组新的等效电阻值，即
[0037][0038]
再利用步骤23)类似的方法对每个子类中的用户按照等效电阻值进行聚类，得到新的聚类结果
[0039]
25)重复步骤24)直到即子类的总数r＝p。
[0040]
本发明采用的另一种技术方案为：低压台区电能表运行误差计算系统，其包括数据获取及预处理模块、方程组构建模块、方程组求解模块、电力拓扑推断模块和运行误差重新计算模块；
[0041]
所述的数据获取及预处理模块：获取台区总表和用户分表的档案信息，通过用电信息采集系统获得台区总表和用户分表的高频采集高精度等级的用电量数据、电压数据、功率因数数据(高频采集指每15分钟采一次数，一天96个数据；高精度等级是指电量数据至少有小数点后4位有效数字)；对获取的数据进行数据格式与完整性检查，对于异常数据进行数据清洗，最终得到清洗过的高质量数据；
[0042]
所述的方程组构建模块：利用高频采集的用电量曲线、电压曲线和功率因数曲线建立台区下的总表和分表满足的如下方程：
[0043][0044]
其中，y(i)是台区总表第i天的供电量，φ
j
(i)是第j个用户分表在第i天的用电
量，p表示计量点的总数，φ
j
(i
m
),u
j
(i
m
),分别表示第j个用户在第i天的第m个15分钟内的用电量计量值、电压和功率因数；α
jk
表示台区总表到计量点j与计量点k的线路公共部分的等效电阻，为待定常数；ε0表示台区的固定损耗，为待定常数；ε
j
表示计量点j所对应的电能表运行误差，为待定常数；
[0045]
累积n天的台区总表和用户分表的高精度的高频电量数据曲线，建立n个方程组成的方程组；
[0046]
所述的方程组求解模块：求解方程组，获得台区总表到计量点j与计量点k的线路公共部分的等效电阻α
jk
；
[0047]
所述的电力拓扑推断模块：根据等效电阻α
jk
绘制台区的电力拓扑图，推断电力拓扑；
[0048]
所述的运行误差重新计算模块：根据推断的电力拓扑及等效电阻的计算结果反代回方程，重新计算电能表运行误差ε
j
。
[0049]
本发明具有的有益效果如下：本发明实现简便，数据来源简单，只需利用高频采集的高分辨率电量、电压、功率因数等数据，就可以推测出台区的电力拓扑，可靠性高；再利用拓扑识别结果进行误差分析，可以进一步提升电能表运行误差的分析结果的精度。
附图说明
[0050]
图1为本发明低压台区电能表运行误差计算方法的流程图；
[0051]
图2为本发明低压台区电能表运行误差计算系统的结构框图；
[0052]
图3为本发明实施例1中的简单电力拓扑图。
具体实施方式
[0053]
以下结合说明书附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0054]
实施例1
[0055]
本实施例为一种低压台区电能表运行误差计算方法，如图1所示，其内容如下：
[0056]
通过中国专利申请号202010686416.9《一种基于用电采集数据确定低压台区的损耗的方法及系统》中提供的方法，利用高频采集的96点电量、电压和功率因数曲线建立台区下的总表和分表满足的如下方程：
[0057][0058]
其中，y(i)是台区总表第i天的供电量，φ
j
(i)是第j个用户在第i天的用电量，φ
j
(i
m
),u
j
(i
m
),分别表示第j个用户在第i天的第m个15分钟内的用电量计量值、电压和功率因数，α
jk
表示台区第j个与第k个用户的公共支路的等效电阻，是待定常数；ε0表示台区的固定损耗，为待定常数；ε
j
表示计量点j的相对误差，为待定常数。累积n天的台区总表和用户分表的高精度的高频电量数据曲线，即可建立起n个方程组成的方程组，通过方程组求解即可得出台区中各个支路的等效电阻α
jk
。而当数据来源的精度频度足够时，上述方程组的计算结果能够达到足够精度，以支持后续的拓扑识别。
[0059]
求解方程组，获得台区总表到计量点j与计量点k的线路公共部分的等效电阻α
jk
；
[0060]
根据等效电阻α
jk
绘制台区的电力拓扑图，推断电力拓扑；
[0061]
根据推断的电力拓扑及等效电阻的计算结果反代回方程，重新计算电能表运行误差ε
j
。
[0062]
本发明基于能量守恒定律，利用高频采集的高精度数据曲线，对低压台区的总表及用户分表建立起总分数学关系，只需要根据营销系统中的档案信息获知台区的总表与分表分别有哪些，即可对台区的供电拓扑进行推断。
[0063]
本发明的一些具体内容如下：
[0064]
1.位于总表不同相位的两个计量点之间没有公共线路部分，那么其对应的等效电阻部分为零，即：若计量点j和计量点k分别接在总表的不同相位上，则α
jk
＝0。所以，如果已知各个用户分表与总表的相位对应关系，则方程组中相应的交叉项可以不列入。
[0065]
2.α
jk
表示从台区总表到计量点j和计量点k的线路公共部分的等效电阻，它满足如下关系：
[0066]
2.1)α
jk
≥0；
[0067]
2.2)计量点j和计量点k没有公共线路当且仅当α
jk
＝0。所以可以通过α
jk
计算结果为零的项判断两个用户有没有公共线路部分，这一点在高精度等级的数据计算下方可达到；
[0068]
2.3)当j＝k时，α
jj
表示总表到计量点j的所有线路的电阻之和；
[0069]
2.4)对任意的j≠k，有α
jk
＜α
jj
；
[0070]
2.5)若两个计量点j,k与同一个计量点l的公共线阻α
jl
,α
kl
不为零，则计量点j,k之间的公共线阻α
jk
也不为零；
[0071]
2.6)两个计量点的线路公共部分越多，等效电阻越大。
[0072]
上述所列的线路等效电阻的大小关系是本发明拓扑识别方法的基本出发点。
[0073]
3.根据方程组的计算结果，把计量点按照等效电阻α
jk
进行聚类，对台区下的p个计量点进行拓扑识别：
[0074]
3.1)设t＝0,初值r＝1,初始时类的集合只含有一个子类即且包含了所有的用户，即
[0075]
3.2)t
←
t 1；
[0076]
3.3)把用户按照α
jk
聚成r类，即使得同一类内的任意两个用户间的α
jk
非零，不同类间的两个用户间的α
jk
为零(工程上利用小于某阈值来实现)，此时集合中的各个子类中包含的用户即为电力拓扑的第t级分支；
[0077]
3.4)对每一子类中的各个用户找到其类内等效电阻的最小值即
[0078][0079]
将各个子类的类内的等效电阻值对应减去得到一组新的等效电阻值，即
[0080][0081]
再利用步骤3.3)类似的方法对每个子类中的用户按
照等效电阻值进行聚类，得到新的聚类结果
[0082]
3.5)重复步骤3.4)直到即子类的总数r＝p。
[0083]
(举例来说，如图2所示的简单电力拓扑，按此方法所得到的结果为：
[0084][0085][0086][0087]
结束。)
[0088]
4.将α
jk
的计算结果反代回方程，即公式(1)，重新计算误差，可以提升误差分析的精度。
[0089]
实施例2
[0090]
本实施例为一种低压台区电能表运行误差计算系统，如图3所示，其包括数据获取及预处理模块、方程组构建模块、方程组求解模块、电力拓扑推断模块和运行误差重新计算模块。
[0091]
所述的数据获取及预处理模块：获取台区总表和用户分表的档案信息，通过用电信息采集系统获得台区总表和用户分表的高频采集高精度等级的用电量数据、电压数据、功率因数数据(高频采集指每15分钟采一次数，一天96个数据；高精度等级是指电量数据至少有小数点后4位有效数字)；对获取的数据进行数据格式与完整性检查，对于异常数据进行数据清洗，最终得到清洗过的高质量数据；
[0092]
所述的方程组构建模块：利用高频采集的用电量曲线、电压曲线和功率因数曲线建立台区下的总表和分表满足的如下方程，
[0093][0094]
其中，y(i)是台区总表第i天的供电量，φ
j
(i)是第j个用户分表在第i天的用电量，p表示计量点的总数，φ
j
(i
m
),u
j
(i
m
),分别表示第j个用户在第i天的第m个15分钟内的用电量计量值、电压和功率因数；α
jk
表示台区总表到计量点j与计量点k的线路公共部分的等效电阻，为待定常数；ε0表示台区的固定损耗，为待定常数；ε
j
表示计量点j所对应的电能表运行误差，为待定常数；
[0095]
累积n天的台区总表和用户分表的高精度的高频电量数据曲线，建立n个方程组成的方程组；
[0096]
所述的方程组求解模块：求解方程组，获得台区总表到计量点j与计量点k的线路公共部分的等效电阻α
jk
；
[0097]
所述的电力拓扑推断模块：根据等效电阻α
jk
绘制台区的电力拓扑图，推断电力拓扑；
[0098]
所述的运行误差重新计算模块：根据推断的电力拓扑及等效电阻的计算结果反代回方程，重新计算电能表运行误差ε
j
。
[0099]
所述等效电阻α
jk
满足如下关系：
[0100]
1)α
jk
≥0；
[0101]
2)计量点j和计量点k没有公共线路当且仅当α
jk
＝0，通过α
jk
计算结果为零的项判断两个用户有没有公共线路部分；
[0102]
3)当j＝k时，α
jj
表示总表到计量点j的所有线路的电阻之和；
[0103]
4)对任意的j≠k，有α
jk
＜α
jj
；
[0104]
5)若两个计量点j,k与同一个计量点l的公共部分的等效电阻α
jl
,α
kl
不为零，则计量点j,k之间的公共部分的等效电阻α
jk
也不为零；
[0105]
6)两个计量点的线路公共部分越多，等效电阻越大。
[0106]
根据方程组的计算结果，将计量点按照等效电阻α
jk
进行聚类，对台区下的p个计量点进行拓扑识别，步骤如下：
[0107]
21)设t＝0,初值r＝1,初始时类的集合只含有一个子类即且包含所有的用户，即
[0108]
22)t
←
t 1；
[0109]
23)将用户按照α
jk
聚成r类，即使得同一类内的任意两个用户间的α
jk
非零，不同类间的两个用户间的α
jk
为零，此时集合中的各个子类中包含的用户即为电力拓扑的第t级分支；
[0110]
24)对每一子类中的各个用户找到其类内等效电阻的最小值即
[0111][0112]
将各个子类的类内的等效电阻值对应减去得到一组新的等效电阻值，即
[0113][0114]
再利用步骤23)类似的方法对每个子类中的用户按照等效电阻值进行聚类，得到新的聚类结果
[0115]
25)重复步骤24)直到即子类的总数r＝p。
[0116]
此处所描述的具体实施例仅用以解释发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。