一种基于电能表运行状态的健康度分析系统的制作方法

1.本发明属于电力设备管理技术领域，具体为一种基于电能表运行状态的健康度分析系统。


背景技术：

2.随着电力行业市场化改革的深入进行，发电上网、跨区输电、跨省输电及省级供电等关口电量交换日益增加，电力企业开始更加关注自身经济利益的维护。如何确保电能计量装置的准确性，维持电力市场公平有序的运转是电力市场当前研究的一个重要课题。电能表运行管理主要包括现场检验及周期轮换，目前，这种现场检验方式已难以适应电能计量技术和电力公司精细化管理的要求，首先，由于电网规模正在不断扩大，交易电量和电能计量装置也越来越多，在有限的人力条件下实现规范化的技术管理非常困难；其次，传统人工现场检验的工作效率低，尤其难以及时发现两次现场检验之间出现的计量问题，对电量追补工作带来了很大的困难。因此，需要在线监测电能表的准确性以及其运行状态，对其误差水平进行实时测量，从而克服电能表现场检验模式的弊端，提高其运行管理水平。
3.电能表的健康度可以反映计量装置的准确性以及其运行状态，根据电能表健康度的综合评价，用于给出电能表的配置合理性、改造建议，以及给出计量装置的配置标准。
4.现有技术中，电能表的准确性以及其运行状态都是采用现场检验的方式，这种方式耗时较长，效率较差，而且现场检验无法全面的对电能表的准确性以及其运行状态进行检验，导致最后得到的检验结果不准确。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于电能表运行状态的健康度分析系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于电能表运行状态的健康度分析系统，包括运行数据获取单元、运行数据处理单元、运行数据对比单元、电能表管理数据单元以及健康度计算单元；
7.所述运行数据获取单元，用于获取电能表运行状态下的运行数据，所述运行数据包括基波电能、单位谐波电能以及单位谐波下电能计量衰减的频率响应系数；
8.所述运行数据处理单元，用于对获取到的运行数据进行建模计算，得到电能表反映的电能数据；
9.所述运行数据对比单元，用于系统上位pc机获取的电能表抄表的电能数据与得到电能表反映的电能数据进行电能误差的对比分析；
10.所述电能表管理数据单元，用于获取并整合电能表号关联的电能表相关参数数据，提取用于评价电能表健康度的故障因子与特征参数；
11.所述健康度计算单元，用于系统预设权重数据库以及等级分析模型分析故障因子以得到故障因子的健康度等级，根据健康度等级和故障因子对应的特征权重确定电能表的
健康度；
12.所述上位pc机的输出端分别信号连接有运行数据获取单元、电能表管理数据单元以及运行数据处理单元的输入端，所述运行数据获取单元的输出端信号连接有数据服务器的输入端，所述数据服务器的输出端信号连接有运行数据处理单元的输入端，所述运行数据处理单元的输出端信号连接有运行数据对比单元的输入端，所述运行数据对比单元的输出端信号连接有健康度计算单元的输入端，所述电能表管理数据单元的输出端也信号连接在健康度计算单元的输入端。
13.进一步优化本技术方案，所述运行数据获取单元进一步包括：
14.指令接收模块，用于获取系统上位pc机发送的实时电能表获取指令；
15.数据搜索模块，用于根据指令在时间周期内搜索基波电能、单位谐波电能以及单位谐波下电能计量衰减的频率响应系数；
16.数据压缩模块，用于根据电能表的预设规则在时间阀值内对运行数据进行压缩得到反馈数据；
17.远程通讯模块，用于将压缩得到的反馈数据上传至系统上位pc机的数据服务器内；
18.所述上位pc机下发指令至指令接收模块的输入端，所述指令接收模块的输出端信号连接有数据搜索模块的输入端，所述数据搜索模块的输出端信号连接有数据压缩模块的输入端，所述数据压缩模块的输出端信号连接有远程通讯模块的输入端，所述远程通讯模块的输出端信号连接有数据服务器的输入端。
19.进一步优化本技术方案，所述运行数据处理单元进一步包括：
20.数据接收模块，用于接收运行数据获取单元得到的各类运行数据；
21.数据计算模块，用于根据各类运行数据进行建模计算，得到电能表反映的电能数据；
22.数据导出模块，用于将电能数据结果进行导出；
23.所述数据接收模块的输入端信号连接在数据服务器的输出端，所述数据接收模块的输出端信号连接有数据计算模块的输入端，所述数据计算模块的输出端信号连接有数据导出模块的输入端，所述数据导出模块的输出端信号连接在运行数据对比单元的输入端。
24.进一步优化本技术方案，所述数据计算模块内置有电能转换模型，所述电能转换模型如以下公式所示：
[0025][0026]
其中，e为电能表反映的电能数据，e1为通过电能表的基波电能，eh为通过电能表的第h次谐波电能，kh为第h次谐波下电能计量衰减的频率响应系数。
[0027]
进一步优化本技术方案，所述电能表为电子式电能表，各次谐波的响应系数kh＝1，对线性负荷计量的电能等于基波与各次谐波电能之和，并大于基波电能；对非线性负荷计量的电能等于基波与各次谐波电能之差，并小于基波电能。
[0028]
进一步优化本技术方案，所述电能表为感应式电能表，各次谐波的响应系数1》kh》
0，对线性负荷计量的电能，基波功率方向与谐波功率方向相同，电能大于基波电能，但小于基波与各次谐波电能之和；对非线性负荷计量的电能，基波功率方向与谐波功率方向相反，电能大于基波与各次谐波电能之和，但小于基波电能。
[0029]
进一步优化本技术方案，所述电能表管理数据单元进一步包括：
[0030]
数据整合模块，用于整合电能表本身质量引起的故障因子与特征参数；
[0031]
故障因子提取模块，用于系统预设权重数据库根据特征权重的匹配信息确定故障因子的特征权重；
[0032]
特征参数提取模块，用于根据确定的故障因子特征权重，对特征参数进行提取；
[0033]
所述数据整合模块的输入端信号连接在上位pc机的输出端，所述数据整合模块的输出端信号连接有故障因子提取模块的输入端，所述故障因子提取模块的输出端信号连接有特征参数提取模块的输入端，所述特征参数提取模块的输出端信号连接在健康度计算单元的输入端。
[0034]
进一步优化本技术方案，所述故障因子包括电能表停走、倒走、飞走、时钟超差和电能表电池欠压的异常因子以及电能表巡检工单因子；所述特征参数包括电能数据、异常数据、设备巡检数据以及工单数据。
[0035]
进一步优化本技术方案，所述运行数据对比单元在对抄表的电能数据与得到电能表反映的电能数据进行误差对比时，基于系统预设权重数据库以及等级分析模型分析故障因子以得到电能误差的健康度等级。
[0036]
进一步优化本技术方案，所述健康度计算单元，利用拉依达准则与四分位数来对数据中的异常数据进行剔除，并对数据进行标准正态分布或者0-1标准化，使数据具有相同的量纲，特征筛选，利用方差贡献度进行特征筛选，精简数据特征。
[0037]
与现有技术相比，本发明提供了一种基于电能表运行状态的健康度分析系统，具备以下有益效果：
[0038]
该基于电能表运行状态的健康度分析系统，通过获取并整合电能表号关联的电能表相关参数数据，提取用于评价电能表健康度的故障因子与特征参数，并结合通过获取的电能表抄表的电能数据与得到电能表反映的电能数据进行电能误差的对比分析，得到电能误差的健康度等级，最终确定电能表的健康度。
附图说明
[0039]
图1为本发明提出的一种基于电能表运行状态的健康度分析系统的结构示意图；
[0040]
图2为本发明提出的一种基于电能表运行状态的健康度分析系统中运行数据获取单元的结构示意图；
[0041]
图3为公网电网谐波电压的限制数值示意图。
具体实施方式
[0042]
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
实施例：
[0044]
请参阅图1，一种基于电能表运行状态的健康度分析系统，包括运行数据获取单元、运行数据处理单元、运行数据对比单元、电能表管理数据单元以及健康度计算单元；
[0045]
所述运行数据获取单元，用于获取电能表运行状态下的运行数据，所述运行数据包括基波电能、单位谐波电能以及单位谐波下电能计量衰减的频率响应系数；
[0046]
其中，电网中谐波分量的大小,直接影响电能质量的好坏和电能计量的准确性，如图3所示，电网中基波功率由发电机产生，而负荷又分为线性负荷与非线性负荷。非线性负荷吸收电网的基波功率，并将基波功率的一部分转化为谐波功率反送回电网；线性负荷不仅吸收电网的基波功率，也吸收谐波功率。谐波是一个周期性电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍，从理论上讲任何周期性波形都可以将其分解为傅立叶级数来进行分析，所以利用傅立叶变换法，可以有效分析电力系统中的高次谐波。
[0047]
所述运行数据处理单元，用于对获取到的运行数据进行建模计算，得到电能表反映的电能数据；
[0048]
所述运行数据对比单元，用于系统上位pc机获取的电能表抄表的电能数据与得到电能表反映的电能数据进行电能误差的对比分析；
[0049]
所述电能表管理数据单元，用于获取并整合电能表号关联的电能表相关参数数据，提取用于评价电能表健康度的故障因子与特征参数；
[0050]
所述健康度计算单元，用于系统预设权重数据库以及等级分析模型分析故障因子以得到故障因子的健康度等级，根据健康度等级和故障因子对应的特征权重确定电能表的健康度；
[0051]
所述上位pc机的输出端分别信号连接有运行数据获取单元、电能表管理数据单元以及运行数据处理单元的输入端，所述运行数据获取单元的输出端信号连接有数据服务器的输入端，所述数据服务器的输出端信号连接有运行数据处理单元的输入端，所述运行数据处理单元的输出端信号连接有运行数据对比单元的输入端，所述运行数据对比单元的输出端信号连接有健康度计算单元的输入端，所述电能表管理数据单元的输出端也信号连接在健康度计算单元的输入端。
[0052]
具体的，如图2所示，所述运行数据获取单元进一步包括：
[0053]
指令接收模块，用于获取系统上位pc机发送的实时电能表获取指令；
[0054]
数据搜索模块，用于根据指令在时间周期内搜索基波电能、单位谐波电能以及单位谐波下电能计量衰减的频率响应系数；
[0055]
数据压缩模块，用于根据电能表的预设规则在时间阀值内对运行数据进行压缩得到反馈数据；
[0056]
远程通讯模块，用于将压缩得到的反馈数据上传至系统上位pc机的数据服务器内；
[0057]
所述上位pc机下发指令至指令接收模块的输入端，所述指令接收模块的输出端信号连接有数据搜索模块的输入端，所述数据搜索模块的输出端信号连接有数据压缩模块的输入端，所述数据压缩模块的输出端信号连接有远程通讯模块的输入端，所述远程通讯模块的输出端信号连接有数据服务器的输入端。
[0058]
具体的，所述运行数据处理单元进一步包括：
[0059]
数据接收模块，用于接收运行数据获取单元得到的各类运行数据；
[0060]
数据计算模块，用于根据各类运行数据进行建模计算，得到电能表反映的电能数据；
[0061]
数据导出模块，用于将电能数据结果进行导出；
[0062]
所述数据接收模块的输入端信号连接在数据服务器的输出端，所述数据接收模块的输出端信号连接有数据计算模块的输入端，所述数据计算模块的输出端信号连接有数据导出模块的输入端，所述数据导出模块的输出端信号连接在运行数据对比单元的输入端。
[0063]
具体的，所述数据计算模块内置有电能转换模型，所述电能转换模型如以下公式所示：
[0064][0065]
其中，e为电能表反映的电能数据，e1为通过电能表的基波电能，eh为通过电能表的第h次谐波电能，kh为第h次谐波下电能计量衰减的频率响应系数。
[0066]
具体的，所述电能表为电子式电能表，各次谐波的响应系数kh＝1，对线性负荷计量的电能等于基波与各次谐波电能之和，并大于基波电能；对非线性负荷计量的电能等于基波与各次谐波电能之差，并小于基波电能。
[0067]
具体的，所述电能表为感应式电能表，各次谐波的响应系数1》kh》0，对线性负荷计量的电能，基波功率方向与谐波功率方向相同，电能大于基波电能，但小于基波与各次谐波电能之和；对非线性负荷计量的电能，基波功率方向与谐波功率方向相反，电能大于基波与各次谐波电能之和，但小于基波电能。
[0068]
具体的，所述电能表管理数据单元进一步包括：
[0069]
数据整合模块，用于整合电能表本身质量引起的故障因子与特征参数；
[0070]
故障因子提取模块，用于系统预设权重数据库根据特征权重的匹配信息确定故障因子的特征权重；
[0071]
特征参数提取模块，用于根据确定的故障因子特征权重，对特征参数进行提取；
[0072]
所述数据整合模块的输入端信号连接在上位pc机的输出端，所述数据整合模块的输出端信号连接有故障因子提取模块的输入端，所述故障因子提取模块的输出端信号连接有特征参数提取模块的输入端，所述特征参数提取模块的输出端信号连接在健康度计算单元的输入端。
[0073]
具体的，所述故障因子包括电能表停走、倒走、飞走、时钟超差和电能表电池欠压的异常因子以及电能表巡检工单因子；所述特征参数包括电能数据、异常数据、设备巡检数据以及工单数据。
[0074]
具体的，所述运行数据对比单元在对抄表的电能数据与得到电能表反映的电能数据进行误差对比时，基于系统预设权重数据库以及等级分析模型分析故障因子以得到电能误差的健康度等级。
[0075]
具体的，所述健康度计算单元，利用拉依达准则与四分位数来对数据中的异常数据进行剔除，并对数据进行标准正态分布或者0-1标准化，使数据具有相同的量纲，特征筛
选，利用方差贡献度进行特征筛选，精简数据特征。
[0076]
本发明的有益效果是：
[0077]
该基于电能表运行状态的健康度分析系统，通过获取并整合电能表号关联的电能表相关参数数据，提取用于评价电能表健康度的故障因子与特征参数，并结合通过获取的电能表抄表的电能数据与得到电能表反映的电能数据进行电能误差的对比分析，得到电能误差的健康度等级，最终确定电能表的健康度。
[0078]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0079]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。