电能表运行误差估计方法及装置与流程

1.本发明涉及数据分析技术领域，尤其涉及一种电能表运行误差估计方法及装置。


背景技术：

2.随着用电信息采集系统的自动采集方式取代了传统的人工抄表方式，智能电能表的在线分析方法已经成为一种对智能电能表的运行质量进行评价与监测的新手段。现有的在线分析方法往往通过大数据技术以台区为单位研究计算台区下各个智能电能表的运行误差，需要构建台区下各个智能电能表的运行误差模型计算台区的线路损耗项，实现误差估计。
3.然而，实际场景中计算线路损耗项时常会出现未考虑异常表与正常电表误差系数的区别，导致对台区电能表误差估计不准确，从而造成无法实现台区中异常表的准确检出的后果。


技术实现要素：

4.本发明提供一种电能表运行误差估计方法及装置，用以解决现有技术中未考虑超差表与正常表的差异导致误差估计不准确的缺陷，对台区的线路损耗项进行了精细表达，实现对电能表运行误差的准确估计。
5.本发明提供一种电能表运行误差估计方法，包括：建立电能表误差模型；对所述电能表误差模型中台区内各个电能表的误差系数基于正则系数进行惩罚并求解，得到所述台区内各个电能表的第一误差系数；基于所述台区内各个电能表的第一误差系数，确定所述台区的候选超差表；对所述电能表误差模型中台区内除所述候选超差表之外的其他电能表的误差系数基于所述正则系数进行惩罚并求解，得到所述台区内各个电能表的第二误差系数；基于所述台区内各个电能表的第二误差系数，确定台区电能表的运行误差。
6.根据本发明提供的一种电能表运行误差估计方法，所述基于所述台区内各个电能表的第一误差系数，确定所述台区的候选超差表，包括：基于所述台区内各个电能表的第一误差系数，确定所述台区内各个电能表与台区误差分布的差异；基于所述台区内各个电能表与台区误差分布的差异，确定差异满足第一预设条件的电能表为所述候选超差表。
7.根据本发明提供的一种电能表运行误差估计方法，所述第一预设条件包括以下三个条件的任一个或所述三个条件的任一种组合：所述电能表的第一误差系数的绝对值满足第一阈值；所述电能表的第一误差系数的统计检验结果满足第二阈值；所述候选超差表的数量为l个，l为正整数且l小于台区电能表总数。
8.根据本发明提供的一种电能表运行误差估计方法，在所述第一预设条件包括所述三个条件的情况下，所述确定差异满足第一预设条件的电能表为所述候选超差表，包括：确定台区中所述第一误差系数的绝对值满足第一阈值的电能表为第一预选电能表；确定所述第一预选电能表中所述第一误差系数的统计检验结果满足第二阈值的电能表为第二预选电能表；对所述第二预选电能表按照所述统计检验结果的显著性进行排序，确定显著性排序为前l个的第二预选电能表为所述候选超差表。
9.根据本发明提供的一种电能表运行误差估计方法，对所述电能表误差模型的求解方法采用岭回归方法。
10.根据本发明提供的一种电能表运行误差估计方法，所述建立电能表误差模型，包括：基于台区电能表的用电量和台区电能表的线损数据，结合能量守恒定律建立电能表误差模型。
11.根据本发明提供的一种电能表运行误差估计方法，所述基于所述台区内各个电能表的第二误差系数，确定台区电能表的运行误差，包括：基于所述台区内各个电能表的第二误差系数和所述台区电能表的线损数据，确定所述台区电能表的运行误差。
12.本发明还提供一种电能表运行误差估计装置，包括：输入模块，用于建立电能表误差模型；第一求解模块，用于对所述电能表误差模型中台区内各个电能表的误差系数基于正则系数进行惩罚并求解，得到所述台区内各个电能表的第一误差系数；筛选模块，用于基于所述台区内各个电能表的第一误差系数，确定所述台区的候选超差表；第二求解模块，用于对所述电能表误差模型中台区内除所述候选超差表之外的其他电能表的误差系数基于所述正则系数进行惩罚并求解，得到所述台区内各个电能表的第二误差系数；输出模块，用于基于所述台区内各个电能表的第二误差系数，确定台区电能表的运行误差。
13.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述电能表运行误差估计方法。
14.本发明还提供一种非暂态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上述任一种所述电能表运行误差估计方法。
15.本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述电能表运行误差估计方法。
16.本发明提供的电能表运行误差估计方法及装置，先通过常规的回归计算出各个电能表的第一误差系数，然后通过第一损失系数来确定台区中的疑似超差的候选超差表，在第二次计算误差系数时，不再对候选超差表系数基于正则系数进行惩罚，之后求解即可得
改良后的第二误差系数，进而获得准确的运行误差。本发明保证了超差表计算准确性的同时仍然可以对其他电能表施以适度的正则来控制过整体的过拟合程度，因此适配于误差模型计算中误差系数具有复合分布的特性，提升了误差系数估计的准确性。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本发明提供的电能表运行误差估计方法的流程示意图之一；图2是本发明提供的电能表运行误差估计方法的流程示意图之二；图3是本发明提供的电能表运行误差估计装置的结构示意图；图4是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
19.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
20.下面结合图1-图2描述本发明的电能表运行误差估计方法，如图1所示，本发明实施例的电能表运行误差估计方法，至少包括如下步骤：步骤101、建立电能表误差模型；步骤102、对电能表误差模型中台区内各个电能表的误差系数基于正则系数进行惩罚并求解，得到台区内各个电能表的第一误差系数；步骤103、基于台区内各个电能表的第一误差系数，确定台区的候选超差表；步骤104、对电能表误差模型中台区内除候选超差表之外的其他电能表的误差系数基于正则系数进行惩罚并求解，得到台区内各个电能表的第二误差系数；步骤105、基于台区内各个电能表的第二误差系数，确定台区电能表的运行误差。
21.针对步骤101，需要说明的是，电能表误差模型是以台区为单位研究计算台区下各个智能电能表的运行误差的模型，模型中包括用户用电量项以及线路损耗项，线路损耗项即为目标求解的运行误差。在构建时，往往通过能量守恒定律，构建线路损耗与用户用电量之间的关系模型。
22.针对步骤102，需要说明的是，误差系数是线路损耗项求解的关键一环，不同电能表的误差系数常被加以相同的正则系数用来控制模型的过拟合程度以求解得到更精准的系数。本实施例，通过常规方法对电能表误差模型进行惩罚并求解获得第一误差系数，此处的误差系数不需要精确，只需要用来初步筛选出可能超差的表，为后续进一步的优化系数铺垫。
23.针对步骤103，需要说明的是，基于台区内各个电能表的第一误差系数，本发明实施例依据误差值和误差分布的差异显著性，来筛选获得疑似的超差表列表。由于在实际场
景中，超差、失准的小部分异常表系数往往与正常电表的分布区间相差甚远，因此对所有电表使用相同的正则系数在有超差表存在的台区中不再合理。
24.针对步骤104，需要说明的是，在使用相同的正则系数时，若是其值过大会那么等价于假设系数来自方差更小的先验分布，由于过度压缩可能导致计算所得的超差表误差偏小，同时未能完全拟合的超差表误差信号可能影响台区下其他电表误差的准确计量，而若是正则系数过小则可能因过拟合影响台区整体的误差计算质量。因此本发明试试通过识别判断台区下潜在的疑似超差表并对他们合理地分配正则系数进而改进台区下电表误差系数的计算质量。
25.针对步骤105，需要说明的是，确定台区电能表的运行误差后，基于预设的超差表标准将运行误差达到超差表标准的电能表作为最终筛选出的超差表，此时的超差表相比于根据步骤103中的第一误差系数计算获得的候选超差表，将更加贴近台区的实际情况，即提高了超差表的识别准确性。
26.本发明实施例的电能表运行误差估计方法，先通过常规的回归计算出各个电能表的第一误差系数，然后通过第一损失系数来确定台区中的疑似超差的候选超差表，在第二次计算误差系数时，不再对候选超差表系数基于正则系数进行惩罚，之后求解即可得改良后的第二误差系数，进而获得准确的运行误差。本发明方法保证了超差表计算准确性的同时仍然可以对其他电能表施以适度的正则来控制过整体的过拟合程度，因此适配于误差模型计算中误差系数具有复合分布的特性，提升了误差系数估计的准确性。
27.可以理解的是，建立电能表误差模型，包括：基于台区电能表的用电量和台区电能表的线损数据，结合能量守恒定律建立电能表误差模型。
28.需要说明的是，本发明实施例以能量守恒定律为基础，利用基尔霍夫定律得到的线路损耗与用户用电量是二次函数关系，其最终建立的模型方程如式1所示：其中，表示供电台区的总表用电矩阵，形状为，为计量时间点数对应方程总数，每点为计量间隔内的用电量。表示台区所有用户（分表）用电矩阵，形状为，每行为计量间隔内各用户的用电量，为户表数目。表示台区下各分表的误差系数，形状为。表示在能量守恒方程中构建的线损项矩阵，形状为，为构建方程时加入的线损项数目。表示各线损项对应的线损系数，形状为，物理意义为等效电阻。表示固损常数，台区下的固损总和，固损一般来源于智能电表本身的损耗。
29.可以理解的是，对电能表误差模型的求解方法采用岭回归方法。
30.需要说明的是，在现行智能电表失准误差在线监测模型中能量守恒方程往往通过岭回归算法求解，优化目标如式2所示：其中，表示正则系数，其中误差系数被加以相同的正则系数用来控制模型的过拟合程度以求解得到更精准的系数。
31.另外，需要说明的是，除了岭回归算法之外，还可以采用其他线性回归算法对电能表误差模型进行求解，例如lasso回归算法。
32.可以理解的是，基于台区内各个电能表的第一误差系数，确定台区的候选超差表，包括：基于台区内各个电能表的第一误差系数，确定台区内各个电能表与台区误差分布的差异；基于台区内各个电能表与台区误差分布的差异，确定差异满足第一预设条件的电能表为候选超差表。
33.需要说明的是，第一误差系数是使用常用的线性回归方法对电能表误差模型进行第一轮求解后得到基本误差系数，台区误差分布具体是指台区整体的误差系数分布情况，而台区内各个电能表与台区误差分布的差异即就是至各个电能表的第一误差系数与台区整体的误差系数分布情况相比较的差异显著性。第一预设条件设置的目的是为了筛选出台区整体误差分布相差较大的电能表，由于超差、失准的小部分异常表系数往往与正常电表的分布区间相差甚远，因此该步骤能有效筛选出可能超差的表。
34.可以理解的是，第一预设条件包括以下三个条件的任一个或三个条件的任一种组合：电能表的第一误差系数的绝对值满足第一阈值；电能表的第一误差系数的统计检验结果满足第二阈值；候选超差表的数量为l个，l为正整数且l小于台区电能表总数。
35.针对第一个条件，需要说明的是，第一误差系数由于有正有负，因此需要去取其绝对值进行比较。第一阈值是直接针对计算出的第一误差系数进行筛选的标准，因此，第一误差系数的大小显著异于台区下所有电表的分布，即第一阈值可以是基于第一误差系数计算出的三倍误差标准差。
36.针对第二个条件，需要说明的是，电能表的第一误差系数的统计检验结果是指采用统计检验方法求解出第一误差系数与台区下所有电表的分布差异显著性，统计检验方法可以选用t检验、f检验和卡方检验等。因此，第二阈值也是依据统计检验方式的不同和实际数据而设置的满足相应置信度的检验值阈值。
37.针对第三个条件，需要说明的是，由于超差表的分布很稀疏，数目较少，因此候选超差表数目l无须设置很大，例如l经实践得出可以设置为3，3个候选数目对于超差表筛查来说已经够用。
38.可以理解的是，在第一预设条件包括三个条件的情况下，确定差异满足第一预设条件的电能表为候选超差表，包括：确定台区中第一误差系数的绝对值满足第一阈值的电能表为第一预选电能表。
39.需要说明的是，第一误差值大小显著异于台区误差整体分布，即第一个条件如式3所示：其中，表示台区第i块表的第一误差系数，表示台区下所有电表的误差标准差。
40.确定第一预选电能表中第一误差系数的统计检验结果满足第二阈值的电能表为第二预选电能表。
41.需要说明的是，本发明实施例使用t检验来计算统计检验结果。具体来说，t检验对于本发明实施例的优化目标如式4所示：其中，表示基于矩阵加入的正则项，一般的正则矩阵的拓展形式，是线性回归模型中的一部分特征矩阵，。
42.第一误差系数的t检验值，采用式5计算得到：其中，为第i块第一预选电能表的t检验值，为估计的系数噪声协方差矩阵，，，为矩阵的迹，，为从拟合目标到拟合所得目标的映射矩阵。
43.具体的，第二阈值为判统计检验结果显著的条件，本发明实施例中为第二阈值为3，即需要计算每个第一预选电能表后，若则认为其存在显著性区别并判定为第二预选电能表。3是统计检验中的常用阈值，在假设为正态/高斯分布时对应99.7%的置信度。
44.对第二预选电能表按照统计检验结果的显著性进行排序，确定显著性排序为前l个的第二预选电能表为候选超差表。
45.需要说明的是，对第二预选电能表的显著性进行排序后，将选出显著度排序在前三位的电能表。具体的，选出t检验后显著度排序在前三位的方法，如式6所示：并令，，和分别为第和第块第二预选电能表的t检验值。
46.可以理解的是，对电能表误差模型中台区内除候选超差表之外的其他电能表的误差系数基于正则系数进行惩罚并求解，是指对疑似超差表放松正则系数进行第二轮计算，得到改良的台区内各个电能表的第二误差系数。
47.具体的，即将如式2所示的优化目标变为如式7所示的优化目标：其中，表示不再对预选超差表的误差系数基于正则系数进行惩罚，即只计算除了l包括的预选超差表之外电能表的正则项。之后求解即可得改良后的第二误差系数。
48.本发明实施例的的电能表运行误差估计方法，通过两轮岭回归计算与调整正则系
数适配复合系数分布的求解模式，类似于在疑似超差电表之间进行了一次无偏的最小二乘估计，这样在保证了超差表计算准确性的同时仍然可以对其他电表施以适度的正则来控制过整体的过拟合程度。
49.可以理解的是，基于台区内各个电能表的第二误差系数，确定台区电能表的运行误差，包括：基于台区内各个电能表的第二误差系数和台区电能表的线损数据，确定台区电能表的运行误差。
50.需要说明的是，可以理解的是，如图2所示，本发明实施例公开了一种电能表运行误差估计方法，至少包括如下步骤：步骤201、建立电能表误差模型；步骤202、使用岭回归进行第一轮求解得到第一误差系数；步骤203、基于台区内各个电能表的第一误差系数，确定台区的候选超差表，满足如下1）2）3）条件的电表会被加入疑似超差表列表；1）第一误差系数的误差值大小显著异于台区误差整体分布；2）第一误差系数的t检验值经统计检验判定显著；3）在显著的电表系数中排列靠前，显著度排序在前三位；步骤204、对预选超差表放松正则系数使用岭回归进行第二轮计算得到改良的第二误差系数；步骤205、基于台区内各个电能表的第二误差系数，确定台区电能表的运行误差。
51.本发明实施例的电能表运行误差估计方法，首先通过在第二轮计算中调整正则系数，类似于在疑似超差电表之间进行了一次无偏的最小二乘估计，这样在保证了超差表计算准确性的同时仍然可以对其他电表施以适度的正则来控制过整体的过拟合程度，因此适配于失准模型计算中误差系数具有复合分布的特性，提升了误差系数估计的准确性。此外相比在优化目标中直接添加复合先验的方法，该方法在分开求解的两步中都仅为求解简单的岭回归问题，有易于计算的解析解，避免了优化复杂目标时难以收敛的问题。
52.下面对本发明提供的电能表运行误差估计装置进行描述，下文描述的电能表运行误差估计装置与上文描述的电能表运行误差估计方法可相互对应参照。
53.如图3所示，本发明实施例的电能表运行误差估计装置，包括：输入模块301，用于建立电能表误差模型；第一求解模块302，用于对电能表误差模型中台区内各个电能表的误差系数基于正则系数进行惩罚并求解，得到台区内各个电能表的第一误差系数；筛选模块303，用于基于台区内各个电能表的第一误差系数，确定台区的候选超差表；第二求解模块304，用于对电能表误差模型中台区内除候选超差表之外的其他电能表的误差系数基于正则系数进行惩罚并求解，得到台区内各个电能表的第二误差系数；输出模块305，用于基于台区内各个电能表的第二误差系数，确定台区电能表的运行误差。
54.本发明实施例的电能表运行误差估计装置，第一求解模块302先通过常规的回归
计算出各个电能表的第一误差系数，然后筛选模块303通过第一损失系数来确定台区中的疑似超差的候选超差表，第二求解模块304在第二次计算误差系数时，不再对候选超差表系数基于正则系数进行惩罚，之后求解即可得改良后的第二误差系数，进而获得准确的运行误差。本发明装置保证了超差表计算准确性的同时仍然可以对其他电能表施以适度的正则来控制过整体的过拟合程度，因此适配于误差模型计算中误差系数具有复合分布的特性，提升了误差系数估计的准确性。
55.可以理解的是，基于台区内各个电能表的第一误差系数，确定台区的候选超差表，包括：基于台区内各个电能表的第一误差系数，确定台区内各个电能表与台区误差分布的差异；基于台区内各个电能表与台区误差分布的差异，确定差异满足第一预设条件的电能表为候选超差表。
56.可以理解的是，第一预设条件包括以下三个条件的任一个或三个条件的任一种组合：电能表的第一误差系数的绝对值满足第一阈值；电能表的第一误差系数的统计检验结果满足第二阈值；候选超差表的数量为l个，l为正整数且l小于台区电能表总数。
57.可以理解的是，在第一预设条件包括三个条件的情况下，确定差异满足第一预设条件的电能表为候选超差表，包括：确定台区中第一误差系数的绝对值满足第一阈值的电能表为第一预选电能表；确定第一预选电能表中第一误差系数的统计检验结果满足第二阈值的电能表为第二预选电能表；对第二预选电能表按照统计检验结果的显著性进行排序，确定显著性排序为前l个的第二预选电能表为候选超差表。
58.可以理解的是，对电能表误差模型的求解方法采用岭回归方法。
59.可以理解的是，建立电能表误差模型，包括：基于台区电能表的用电量和台区电能表的线损数据，结合能量守恒定律建立电能表误差模型。
60.可以理解的是，基于台区内各个电能表的第二误差系数，确定台区电能表的运行误差，包括：基于台区内各个电能表的第二误差系数和台区电能表的线损数据，确定台区电能表的运行误差。
61.图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(communications interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行电能表运行误差估计方法，该方法包括：建立电能表误差模型；对电能表误差模型中台区内各个电能表的误差系数基于正则系数进行惩罚并求
解，得到台区内各个电能表的第一误差系数；基于台区内各个电能表的第一误差系数，确定台区的候选超差表；对电能表误差模型中台区内除候选超差表之外的其他电能表的误差系数基于正则系数进行惩罚并求解，得到台区内各个电能表的第二误差系数；基于台区内各个电能表的第二误差系数，确定台区电能表的运行误差。
62.此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
63.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的电能表运行误差估计方法，该方法包括：建立电能表误差模型；对电能表误差模型中台区内各个电能表的误差系数基于正则系数进行惩罚并求解，得到台区内各个电能表的第一误差系数；基于台区内各个电能表的第一误差系数，确定台区的候选超差表；对电能表误差模型中台区内除候选超差表之外的其他电能表的误差系数基于正则系数进行惩罚并求解，得到台区内各个电能表的第二误差系数；基于台区内各个电能表的第二误差系数，确定台区电能表的运行误差。
64.又一方面，本发明还提供一种非暂态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以执行上述各方法提供的电能表运行误差估计方法，该方法包括：建立电能表误差模型；对电能表误差模型中台区内各个电能表的误差系数基于正则系数进行惩罚并求解，得到台区内各个电能表的第一误差系数；基于台区内各个电能表的第一误差系数，确定台区的候选超差表；对电能表误差模型中台区内除候选超差表之外的其他电能表的误差系数基于正则系数进行惩罚并求解，得到台区内各个电能表的第二误差系数；基于台区内各个电能表的第二误差系数，确定台区电能表的运行误差。
65.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
66.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可
借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
67.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。