一种计及不完备数据的台区相位识别方法与流程

1.本发明涉及台区相位识别技术领域，特别是一种计及不完备数据的台区相位识别方法。


背景技术：

2.随着用电信息采集技术的持续成熟发展，用电量抄读成功率、准确率也有了显著的提升，尤其是近年来hplc通信技术的推广应用，实现了低压台区居民用户电能表的15分钟曲线数据高频采集，供电公司的业务需求也在不断提升，例如台区归属关系及电表相位关系，公变负载不平衡的原因分析，线损分析要求更加精细化，线路安全隐患要求提前预警，故障抢修要求及时等。
3.近年来低压台区已实现智能电表全部覆盖，提升了台区用电量测数据的质量，为数据驱动的用户拓扑辨识提供了可能。而目前的台区相位识别采用相位识别仪，一次性只能识别一个用户，识别速度慢，价格昂贵且不易携带，不能满足供电公司的需求。因此，为了满足供电公司逐渐提升的业务需求，低压台区的线路拓扑关系与各居民用户电能表的相位关系显得尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种计及不完备数据的台区相位识别方法，提升台区相位识别的效率，降低成本。本发明采用的技术方案如下。
5.一方面，本发明提供一种计及不完备数据的台区相位识别方法，包括：
6.获取台区用户电压数据以及各台区变压器三相电压数据，对丢失数据进行补全；
7.对补全处理后的台区用户电压数据以及各台区变压器三相电压数据分别进行归一化处理；
8.基于归一化处理后的数据，进行电压特征提取，得到台区用户电压特征矩阵和各台区变压器的各相电压特征矩阵；
9.将台区用户电压特征矩阵和各台区变压器的各相电压特征矩阵中的电压特征数据进行比较，得到各用户所属的台区与相位；
10.输出各台区内各用户的相位信息。
11.本发明中，所获取的台区用户电压数据可为智能电表采集的的用户电压数据。
12.可选的，对应台区用户电压数据，所述对丢失数据进行补全包括：
13.s11，确定初始电压矩阵u：
[0014][0015]
其中，m为台区用户数目，n为电压测量的时间点数，u的列向量uj＝[u
1,j
,u
2,j
,
…
,u
m,j
]
t
表示相同时间点j测量的不同用户的电压测量值，u的行向量ui＝[u
i,1
,u
i,2
,
…
,u
i,n
]表示单个用户i在不同时间点的电压测量值，
×
为丢失的数据；
[0016]
s12，按照下式对初始电压矩阵u中的丢失数据进行补全：
[0017][0018]
补全后的矩阵可表示为u
*
：
[0019][0020]
可选的，所述归一化处理采用z-score归一化方法，其中，对补全处理后的台区用户电压数据进行归一化处理，对得到归一化电压矩阵
[0021][0022]
其中，对补全处理后矩阵中u
i,j
进行归一化的公式为：
[0023][0024]
μi为补全处理后矩阵u
*
中单个用户i的电压数据平均值，σi为单个用户i的电压数据标准差；
[0025]
归一化电压矩阵表示为：
[0026][0027]
可选的，所述基于归一化处理后的数据，进行电压特征提取为，提取电压数据的波动特征参数，电压波动特征参数包括电压标准差与电压曲线斜率其中，对应台区用户电压数据，电压波动特征参数按如下公式计算提取：
[0028][0029][0030]
式中，为归一化电压矩阵中单个用户所采集数据的平均值；
[0031]
此时可得到台区用户电压特征矩阵，表示为：
[0032][0033]
参考前述对台区用户电压数据进行处理得到特征矩阵的方法，同理可得到各台区的三相电压特征矩阵：
[0034][0035]
其中，分别为k个台区变压器a、b、c三相的电压特征矩阵。此时，将台区用户特征参数矩阵分别与变压器的三相电压特征矩阵进行比较，即可得出该台区用户所述台区类别与相位。
[0036]
可选的，所述将台区用户电压特征矩阵和各台区变压器的各相电压特征矩阵中的电压特征数据进行比较为：
[0037]
对于各用户，将其对应的电压特征参数分别与所有台区变压器的a、b、c三相电压特征矩阵中的电压特征参数进行比较，确定相似度最高的电压特征参数所对应的台区变压
器相位为相应用户的所述台区及相位。
[0038]
以上技术方案应用了单相用户电压特征与对应的台区变压器相位电压特征最相似的关联特征，可保障识别结果的可靠性。
[0039]
第二方面，本发明提供一种台区相位识别装置，包括：
[0040]
数据预处理模块，被配置用于获取台区用户电压数据以及各台区变压器三相电压数据，对丢失数据进行补全；
[0041]
数据归一化模块，被配置用于对补全处理后的台区用户电压数据以及各台区变压器三相电压数据分别进行归一化处理；
[0042]
特征提取模块，被配置用于基于归一化处理后的数据，进行电压特征提取，得到台区用户电压特征矩阵和各台区变压器的各相电压特征矩阵；
[0043]
特征匹配模块，被配置用于将台区用户电压特征矩阵和各台区变压器的各相电压特征矩阵中的电压特征数据进行比较，得到各用户所属的台区与相位；
[0044]
以及，识别结果输出模块，被配置用于输出各台区内各用户的相位信息。
[0045]
可选的，所述数据预处理模块对丢失数据进行补全，按照如下公式进行：
[0046][0047]
其中，u
i,j
表示电压数据矩阵中的第i行第j列的数据，j∈[1,n]，n表示数据采集的时点数，电压数据矩阵中，i表示不同的用户或不同的变压器。
[0048]
可选的，所述数据归一化模块进新归一化处理采用z-score归一化方法，归一化公式为：
[0049][0050]
式中，μi为补全处理后矩阵中第i行的电压数据平均值，σi为第i行的电压数据标准差。
[0051]
可选的，所述特征提取模块进行电压特征提取为，提取电压数据的波动特征参数，电压波动特征参数包括电压标准差与电压曲线斜率如下公式计算提取：
[0052][0053][0054]
式中，为归一化电压矩阵中第i行数据的平均值。
[0055]
第三方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面所介绍的台区相位识别方法。
[0056]
有益效果
[0057]
本发明利用低压台区单相电能表用户电压特征，与所属变压器相位电压特征之间的相似性关系，基于批量获取的电压数据进行特征提取及相似性匹配，可显著提升台区相位识别的效率。同时本发明通过对电压缺失数据进行补充并对电压矩阵进行归一化处理，可有效提高相位识别结果的准确度。
附图说明
[0058]
图1所示为本发明台区相位识别方法的流程示意图；
[0059]
图2所示为本发明方法的一种应用例中，用户电压相位识别结果示意图。
具体实施方式
[0060]
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
[0061]
实施例1
[0062]
本实施例介绍一种计及不完备数据的台区相位识别方法，包括：
[0063]
获取台区用户电压数据以及各台区变压器三相电压数据，对丢失数据进行补全；
[0064]
对补全处理后的台区用户电压数据以及各台区变压器三相电压数据分别进行归一化处理；
[0065]
基于归一化处理后的数据，进行电压特征提取，得到台区用户电压特征矩阵和各台区变压器的各相电压特征矩阵；
[0066]
将台区用户电压特征矩阵和各台区变压器的各相电压特征矩阵中的电压特征数据进行比较，得到各用户所属的台区与相位；
[0067]
输出各台区内各用户的相位信息。
[0068]
参考图1所示，本实施例的具体实现步骤介绍如下。
[0069]
一、电压数据获取
[0070]
需要获取的数据包括台区用户电压数据和各台区各变压器的三相电压数据，相关数据可从现有渠道获取，台区用户电压数据可为智能电表采集的电压数据，由于数据采集或传输过程可能存在丢失的情形，因此最终得到的数据矩阵为不完全数据矩阵，如，对于台区用户来说，对应的初始电压矩阵为：
[0071][0072]
其中，m为台区用户数目，n为电压测量的时间点数，u的列向量uj＝[u
1,j
,u
2,j
,
…
,u
m,j
]
t
表示相同时间点j测量的不同用户的电压测量值，u的行向量ui＝[u
i,1
,u
i,2
,
…
,u
i,n
]表示单个用户i在不同时间点的电压测量值，
×
为丢失的数据；
[0073]
对于台区变压器三相电压数据，可得到对应不同相位的三个初始电压数据矩阵：
[0074][0075][0076]
其中，k为所有台区变压器的数量，矩阵中横向量代表同一台区变压器某一相不同时间点采集的相电压数据，列向量代表同一时间点采集的所有台区变压器的同相相电压数据。该初始电压数据矩阵中同样可能存在丢失数据，以上仅未标识。
[0077]
二、丢失数据补齐
[0078]
本实施例对丢失数据进行补全，按照如下公式进行：
[0079][0080]
其中，u
i,j
表示电压数据矩阵中的第i行第j列的数据，j∈[1,n]，n表示数据采集的时点数，在用户电压数据矩阵中，i表示不同的用户，在变压器三相电压数据矩阵中，i表示不同的变压器。
[0081]
如对于用户电压数据矩阵u，补全后的矩阵可表示为u
*
：
[0082][0083]
三、数据归一化处理
[0084]
本实施例中，采用z-score归一化方法进行电压数据的归一化处理，对补全处理后的台区用户电压数据和台区变压器各相电压数据分别处理得到归一化用户电压矩阵归一化变压器a相电压矩阵归一化变压器b相电压矩阵和归一化变压器c相电压矩阵
如表示为：
[0085][0086]
归一化处理的公式为：
[0087]
式中，μi为补全处理后矩阵中第i行的电压数据平均值，σi为第i行的电压数据标准差。
[0088]
四、电压特征参数提取
[0089]
根据电压特征相似性的特点，若某用户电压相位属于某台区变压器的某相，则与其它台区变压器各相电压特征相比，该用户的电压特征参数应当与所述台区变压器的相应相位上的电压特征参数最为相似，因此本实施例通过特征比对判断各用户所述的台区变压器及相位。
[0090]
具体的，本实施例选择电压数据的波动特征参数作为比对的依据，其中，电压波动特征参数包括电压标准差与电压曲线斜率分别可按照下式计算：
[0091][0092][0093]
式中，为归一化电压矩阵中第i行数据的平均值。
[0094]
由上公式，对于归一化处理后的用户电压矩阵，可计算得到各用户对应的电压标准差与电压曲线斜率，对于归一化处理后的台区变压器各相电压矩阵，可计算得到每个台区变压器每相的电压标准差和电压曲线斜率。
[0095]
台区用户电压特征矩阵表示为：
[0096][0097]
k个台区变压器的a、b、c三相电压特征矩阵分别为：
[0098][0099]
五、电压特征参数相似度比对，确定用户所属台区及相位
[0100]
在特征比对时，对应各用户，分别遍历中各台区变压器的电压特征参数，与该用户的两项电压特征参数进行比对，得到与用户电压特征参数最相似的一组电压特征参数，该组电压特征参数所对应的变压器及相位即该用户所属的台区及变压器相位。
[0101]
由上遍历比对的方式，可得到各用户所属的台区及变压器相位，如图2所示的用户相位识别结果。
[0102]
六、识别结果输出
[0103]
识别得到各用户所属的台区及变压器相位后，可进一步得到各台区下的用户及用户相位信息，即可对各台区内用户及相位信息进行输出。
[0104]
实施例2
[0105]
与实施例1基于相同的发明构思，本实施例介绍一种台区相位识别装置，包括：
[0106]
数据预处理模块，被配置用于获取台区用户电压数据以及各台区变压器三相电压数据，对丢失数据进行补全；
[0107]
数据归一化模块，被配置用于对补全处理后的台区用户电压数据以及各台区变压器三相电压数据分别进行归一化处理；
[0108]
特征提取模块，被配置用于基于归一化处理后的数据，进行电压特征提取，得到台区用户电压特征矩阵和各台区变压器的各相电压特征矩阵；
[0109]
特征匹配模块，被配置用于将台区用户电压特征矩阵和各台区变压器的各相电压特征矩阵中的电压特征数据进行比较，得到各用户所属的台区与相位；
[0110]
以及，识别结果输出模块，被配置用于输出各台区内各用户的相位信息。
[0111]
以上各功能模块的具体功能实现参考实施例1方法中的相关内容，不予赘述。
[0112]
实施例3
[0113]
本实施例介绍一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如第实施例1所介绍的台区相位识别方法的步骤。
[0114]
以上实施例，本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0115]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0116]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0117]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0118]
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。