一種電能計量裝置整體計量誤差的在線評估方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電能計量裝置整體計量誤差的在線評估方法和系統(tǒng)，該方法步驟為：1)在線獲取多組電能量數(shù)據(jù)，計算對應的母線電量不平衡率并建立映射模型；2)取任意兩條線路構成線路對，每次設定當前線路對的虛擬電能量值、其余線路為0，根據(jù)映射模型計算得到虛擬母線電量不平衡率并作為當前線路對的電能計量裝置的整體計量相對誤差，最終得到所有線路對的整體計量相對誤差；3)將整體計量相對誤差分別與預設的誤差條件進行比較判定誤差狀態(tài)；該系統(tǒng)包括映射模型建立模塊、相對誤差計算模塊以及誤差狀態(tài)評估模塊。本發(fā)明不需現(xiàn)場試驗，能夠實時監(jiān)控電能計量裝置的整體計量誤差狀態(tài)，具有實現(xiàn)方法簡單、使用便捷、高效且安全的優(yōu)點。
【專利說明】一種電能計量裝置整體計量誤差的在線評估方法和系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力設備狀態(tài)評估【技術領域】，尤其涉及一種電能計量裝置整體計量誤 差的在線評估方法和系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 電能的準確計量是保證電量結算公平的基礎，而目前每年由于計量故障造成的差 錯電量還相當可觀。目前也存在多種檢測計量裝置故障的技術手段，譬如在二次回路中加 裝失壓失流計時器，檢測到失壓失流后實施報警；或者利用負控終端實時采集電能表電量 信息并進行人工分析，若出現(xiàn)不符合邏輯的電量信息則判定電能計量裝置可能出現(xiàn)故障。 上述方法雖然能夠監(jiān)測到電能計量裝置的失壓、失流等故障并在出現(xiàn)故障后做出判斷，但 對裝置出現(xiàn)故障前的不斷劣化過程無法進行監(jiān)測及判斷，而無法在設備故障發(fā)生前及時提 供預警信息以避免裝置的損害。
[0003] 電能計量裝置的狀態(tài)劣化的過程通常也表現(xiàn)為裝置的計量誤差不斷增大，而計量 誤差超差屬于隱性故障，上述方法還無法檢測隱性故障和缺陷。目前針對電能計量裝置誤 差評價的主要方法均是對計量系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)進行檢定或檢測，檢測中電能表的誤差檢測和 TV二次壓降測試可在線進行，而對互感器的檢定則必須停電進行，因此這類方法耗時耗力 同時又需要特定的測試時機，無法在短時間內大規(guī)模施行。
[0004] 大容量存儲技術和計算機高速網(wǎng)絡技術日趨成熟為電力系統(tǒng)內電能量信息的實 時采集和大規(guī)模長期存儲提供了技術支撐，由此所得到的海量電能數(shù)據(jù)不但反應了電力負 荷大小，也蘊含著電能計量裝置計量誤差和運行狀態(tài)的相關信息。電力設備在線評估方法 就是通過在線監(jiān)測等手段獲取設備運行時的相關特征量，再經(jīng)數(shù)學方法挖掘反映出設備的 運行健康水平，進而指導運行管理決策。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題就在于：針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供一 種不需現(xiàn)場試驗，同時能夠實時監(jiān)控電能計量裝置的整體計量誤差狀態(tài)的電能計量裝置整 體計量誤差的在線評估方法和系統(tǒng)，具有實現(xiàn)方法簡單、高效、安全的優(yōu)點。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為：
[0007] -種電能計量裝置整體計量誤差的在線評估方法，具體實施步驟為：
[0008] 1)獲取待評估變電站指定電壓區(qū)域內各條線路的多組電能量數(shù)據(jù)，并根據(jù)每組電 能量數(shù)據(jù)計算得到對應的母線電量不平衡率，由多組電能量數(shù)據(jù)以及對應的母線電量不平 衡率建立電能量與母線電量不平衡率的映射模型；
[0009] 2)取任意兩條線路構成線路對，每次設定當前線路對的虛擬電能量值、其余線路 的電能量值為〇,根據(jù)所述映射模型計算得到虛擬母線電量不平衡率并作為當前線路對的 電能計量裝置的整體計量相對誤差，最終得到所有線路對的電能計量裝置的整體計量相對 誤差；
[0010] 3)將所有線路對的電能計量裝置的整體計量相對誤差分別與預設的誤差條件進 行比較，根據(jù)比較結果預評估各線路對中電能計量裝置的整體計量誤差狀態(tài)，并根據(jù)各套 電能計量裝置對應的所有預評估結果綜合得到各套電能計量裝置的整體計量誤差狀態(tài)的 最終評估結果。
[0011] 作為本發(fā)明方法的進一步改進，所述步驟1)中建立電能量與母線電量不平衡率 的映射模型的具體實施方法為：將多組電能量數(shù)據(jù)作為訓練樣本、多組電能量數(shù)據(jù)對應的 母線電量不平衡率作為教師樣本，將所述訓練樣本和教師樣本輸入至預設的BP神經(jīng)網(wǎng)絡 中，訓練所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡各層的權值和閥值，得到基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的電能量與母線電量不 平衡率的映射模型。
[0012] 作為本發(fā)明方法的進一步改進，所述訓練BP神經(jīng)網(wǎng)絡各層的權值和閥值的具體 實施步驟為：
[0013] 1. 1)對BP神經(jīng)網(wǎng)絡各層的閥值和權值按隨機原則進行初始化，將輸入的電能量 數(shù)據(jù)進行歸一化作為訓練樣本，對應的歸一化母線電量不平衡率作為教師樣本；
[0014] 1.2)將一組訓練樣本輸入初始化后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡中，計算隱含層和輸出層中各 層的節(jié)點輸出；
[0015] 1. 3)將輸出層節(jié)點的輸出與對應的教師樣本進行比較，并按式⑴計算各輸出層 的節(jié)點誤差，其中S i為第1層輸出層的節(jié)點誤差，?\為第1層輸出層的教師樣本數(shù)據(jù)，I 為第1層輸出層的節(jié)點輸出信號；
[0016] δχ = -(VY^Y^l-Y!) ⑴
[0017] 1. 4)按式（2)計算各隱含層的節(jié)點誤差；
[0018]

【權利要求】
1. 一種電能計量裝置整體計量誤差的在線評估方法，其特征在于具體實施步驟為： 1) 獲取待評估變電站指定電壓區(qū)域內各條線路的多組電能量數(shù)據(jù)，并根據(jù)每組電能量 數(shù)據(jù)計算得到對應的母線電量不平衡率，由多組電能量數(shù)據(jù)以及對應的母線電量不平衡率 建立電能量與母線電量不平衡率的映射模型； 2) 取任意兩條線路構成線路對，每次設定當前線路對的虛擬電能量值、其余線路的電 能量值為〇,根據(jù)所述映射模型計算得到虛擬母線電量不平衡率并作為當前線路對的電能 計量裝置的整體計量相對誤差，最終得到所有線路對的電能計量裝置的整體計量相對誤 差； 3) 將所有線路對的電能計量裝置的整體計量相對誤差分別與預設的誤差條件進行比 較，根據(jù)比較結果預評估各線路對中電能計量裝置的整體計量誤差狀態(tài)，并根據(jù)各套電能 計量裝置對應的所有預評估結果綜合得到各套電能計量裝置的整體計量誤差狀態(tài)的最終 評估結果。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電能計量裝置整體計量誤差的在線評估方法，其特征在于， 所述步驟1)中建立電能量與母線電量不平衡率的映射模型的具體實施方法為：將多組電 能量數(shù)據(jù)作為訓練樣本、多組電能量數(shù)據(jù)對應的母線電量不平衡率作為教師樣本，將所述 訓練樣本和教師樣本輸入至預設的BP神經(jīng)網(wǎng)絡中，訓練所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡各層的權值和閥 值，得到基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的電能量與母線電量不平衡率的映射模型。
3. 根據(jù)權利要求2所述的電能計量裝置整體計量誤差的在線評估方法，其特征在于， 所述訓練BP神經(jīng)網(wǎng)絡各層的權值和閥值的具體實施步驟為： 1. 1)對BP神經(jīng)網(wǎng)絡各層的閥值和權值按隨機原則進行初始化，將輸入的電能量數(shù)據(jù) 進行歸一化作為訓練樣本，對應的歸一化母線電量不平衡率作為教師樣本； 1. 2)將一組訓練樣本輸入初始化后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡中，計算隱含層和輸出層中各層的 節(jié)點輸出； 1.3)將輸出層節(jié)點的輸出與對應的教師樣本進行比較，并按式（1)計算各輸出層的節(jié) 點誤差，其中S i為第1層輸出層的節(jié)點誤差，?\為第1層輸出層的教師樣本數(shù)據(jù)，I為第 1層輸出層的節(jié)點輸出信號；
(1) 1. 4)按式（2)計算各隱含層的節(jié)點誤差；
(2) 其中久"為第k層隱含層中第η個神經(jīng)元的節(jié)點誤差，}；為第k層隱含層中第η個神經(jīng) 元的節(jié)點輸出信號
為第1層中第a個神經(jīng)元的節(jié)點誤差，第1層為隱含層或輸出層，ρ 為第1層的神經(jīng)元總數(shù)
為第k層隱含層中第a個連接第1層中各神經(jīng)元的權值； 1.5)按式（3)分別修正連接隱含層與輸出層的權值、連接輸入層和隱含層的權值以及 連接隱含層間的權值，按式（4)分別修正隱含層及輸出層的閾值；
(3)
(4) 其中
為連接第k層第η個神經(jīng)元和第1層第m個神經(jīng)元的權值，
為第1層第m 個神經(jīng)元的節(jié)點誤差：
為第1層第m個神經(jīng)元的閥值，α、β為修正系數(shù)； 1. 6)返回執(zhí)行步驟1. 2)，直至所有訓練樣本完成訓練且輸出層的節(jié)點誤差小于預設 誤差或訓練次數(shù)達到預設值。
4. 根據(jù)權利要求1或2或3所述的電能計量裝置整體計量誤差的在線評估方法，其特 征在于，所述步驟2)的具體步驟為： 2. 1)根據(jù)各線路的輸送負荷值設定Μ個評估點； 2. 2)取任意一條線路作為當前評估線路，當前評估線路與其余各條線路分別構成線路 對，獲取一個線路對作為當前線路對，選定一個評估點作為當前評估點； 2. 3)將當前線路對的電能量值分別設為P"^P -Pm、其他線路的電能量值設為0,其中Pm 為當前評估點的輸送電能量值，m = 1，2, 3…M，將各線路電能量值代入電能量與母線電量 不平衡率的映射模型中進行計算，將計算得到的虛擬母線電量不平衡率作為當前線路對的 電能計量裝置的整體計量相對誤差； 2. 4)判斷是否所有評估點完成計算，如果尚未完成，選定下一個評估點作為當前評估 點，返回執(zhí)行步驟2.3);否則表示所有評估點均完成計算，得到各評估點時當前線路對的 整體計量相對誤差； 2. 5)判斷是否當前評估線路的所有線路對完成計算，如果尚未完成，獲取下一個線路 對作為當前線路對，選定一個評估點作為當前評估點，返回執(zhí)行步驟2.3);否則表示當前 評估線路的所有線路對完成計算，得到一個MX (N-1)維的當前評估線路的整體計量相對 誤差矩陣，其中N為線路數(shù)； 2.6)判斷是否所有線路均作為評估線路完成計算，如果尚未完成，取下一條線路作為 當前評估線路，當前評估線路與其余各條線路分別構成線路對，獲取一個線路對作為當前 線路對，選定一個評估點作為當前評估點，返回執(zhí)行步驟2.3);否則表示所有線路均作為 評估線路完成計算，得到N個MX (N-1)維的整體計量相對誤差矩陣。
5. 根據(jù)權利要求4所述的電能計量裝置整體計量誤差的在線評估方法，其特征在于， 所述步驟2. 1)的具體實施方法為：獲取各條線路實際輸送電能量值的區(qū)間，并取各區(qū)間的 最大交集區(qū)間作為評估區(qū)間，在評估區(qū)間中取等間距的Μ個評估點。
6. 根據(jù)權利要求4所述的電能計量裝置整體計量誤差的在線評估方法，其特征在于， 所述步驟3)中各套電能計量裝置中一套電能計量裝置的整體計量誤差狀態(tài)評估的具體實 施方法為： 3. 1)獲取待評估的電能計量裝置對應的待評估線路的整體計量相對誤差矩陣，在整體 計量相對誤差矩陣中獲取待評估線路與另一條線路構成的當前線路對的整體計量相對誤 差en ; 3. 2)根據(jù)當前線路對中兩套電能計量裝置的允許誤差參數(shù)計算當前線路對的最大 允許誤差Σ | ε (n)|，其中ε (1〇，11=1，2,3分別為電能表最大允許誤差、互感器最大允 許誤差以及電壓互感器二次壓降最大允許量；分別比較獲取的各整體計量相對誤差〇"與 當前線路對的最大允許誤差Σ | ε (η) |的大小，并根據(jù)比較結果對待評估電能計量裝置 的整體計量相對誤差狀態(tài)進行預評估，當en> Σ I ε (η) I時，預評估結果為超差狀態(tài)；當 en〈 Σ | ε (η) |時，預評估結果為未超差狀態(tài)； 3. 3)取待評估線路各評估點時相對于下一個另一條線路構成的當前線路對的整體計 量相對誤差en，返回執(zhí)行步驟3. 2)，直至完成整體計量相對誤差矩陣中所有數(shù)據(jù)的預評估， 轉入執(zhí)行步驟3. 4); 3. 4)判斷預評估結果中是否存在至少一個為超差狀態(tài)，若為是則將超差狀態(tài)作為待評 估電能計量裝置的整體計量誤差狀態(tài)的最終評估結果，需要對待評估電能計量裝置進行現(xiàn) 場檢測，若為否則對待評估電能計量裝置進行進一步評估。
7. 根據(jù)權利要求6所述的電能計量裝置整體計量誤差的在線評估方法，其特征在于， 所述步驟3. 4)中對待評估電能計量裝置進行進一步評估的具體實施方法為： 3. 4. 1)將整體計量相對誤差en的大小視為呈正態(tài)分布，按式
分別計 算待評估線路與其余線路構成的各線路對中整體計量相對誤差en的合成B類不確定度uB ; 3. 4. 2)按式u = kXuB計算各線路對的擴展不確定度u，其中k為預設置信概率對應 的預設擴展因子，將各線路對不同的擴展不確定度u設定為不同等級的預設整體計量誤差 狀態(tài)； 3. 4. 3)分別查找各線路對中與各整體計量相對誤差en最為匹配的擴展不確定度u并 將查找到的擴展不確定度u對應的預設整體計量誤差狀態(tài)作為待評估電能計量裝置的評 估結果；取待評估電能計量裝置得到的所有評估結果中等級最高的預設整體計量誤差狀態(tài) 作為最終評估結果。
8. 根據(jù)權利要求1所述的電能計量裝置整體計量誤差的在線評估方法，其特征在于， 所述步驟1)中根據(jù)電能量數(shù)據(jù)計算得到對應的母線電量不平衡率的具體實施方法為：按 式（5)計算母線電量不平衡率；
(5) 其中ε為母線電量不平衡率，N為線路數(shù)，wn為每條線路中電能計量裝置在等時段內 記錄的電能量值，且wn > 0時表示一次側電能量送出母線，wn < 0時表示一次側電能量送 入母線。
9. 一種電能計量裝置整體計量誤差的在線評估系統(tǒng)，其特征在于包括： 映射模型建立模塊，用于獲取待評估變電站指定電壓區(qū)域內各條線路的多組電能量數(shù) 據(jù)，并根據(jù)每組電能量數(shù)據(jù)計算得到對應的母線電量不平衡率，由多組電能量數(shù)據(jù)以及對 應的母線電量不平衡率建立電能量與母線電量不平衡率的映射模型； 相對誤差計算模塊，用于取任意兩條線路構成線路對，每次設定當前線路對的虛擬電 能量值、其余線路的電能量值為〇,根據(jù)所述映射模型計算得到虛擬母線電量不平衡率并作 為當前線路對的電能計量裝置的整體計量相對誤差，最終得到所有線路對的電能計量裝置 的整體計量相對誤差； 誤差狀態(tài)評估模塊，用于將所有線路對的電能計量裝置的整體計量相對誤差分別與預 設的誤差條件進行比較，根據(jù)比較結果預評估各線路對中電能計量裝置的整體計量誤差狀 態(tài)，并根據(jù)各套電能計量裝置對應的所有預評估結果綜合得到各套電能計量裝置的整體計 量誤差狀態(tài)的最終評估結果。
10.根據(jù)權利要求9所述的電能計量裝置整體計量誤差的在線評估系統(tǒng)，其特征在于： 所述映射模型建立模塊為BP神經(jīng)網(wǎng)絡映射模型建立模塊，所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡映射模型建立 模塊將多組電能量數(shù)據(jù)作為訓練樣本、多組電能量數(shù)據(jù)對應的母線電量不平衡率作為教師 樣本，將所述訓練樣本和教師樣本輸入至預設的BP神經(jīng)網(wǎng)絡中，訓練所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡各層 的權值和閥值，得到基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的電能量與母線電量不平衡率的映射模型。
【文檔編號】H02J3/00GK104218570SQ201410413185
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月21日 優(yōu)先權日:2014年8月21日
【發(fā)明者】李愷, 羅志坤, 歐朝龍, 楊茂濤, 徐先勇, 王偉能 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖南省電力公司, 國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院