08基于模式识别的电量数据辨识与校正.doc

基于模式识别的电能量数据辨识和校正汪胜和、黄太贵（安徽电力调度通信中心，合肥市 230022）摘要：针对电力市场中对电能量数据准确性提出的实际要求，结合电能量计量系统采集的实际特点，在对传统的电能量数据辨识的基础上，提出了一种基于模式识别的电能量数据辨识。该方法根据对采集过程进行总结，将采集过程分为即个特征模式，在不同模式下采用不同的校正规则，极大地提高了电能量数据辨识水平，缩短了电能量数据的故障处理时间。关键词：多数据源 报表 电能量 自动识别0 引言随着电力工业的发展，对电网调度自动化系统的要求不断提高，电能量计量系统（TMR）面临着更高要求的挑战。由于电力市场的不断发展和深入，电网经营人员希望TMR能够提供更为可靠、准确的电能量数据。实际上，由于采集环节出现问题、传输环节出现问题、主站参数和现场参数不对应以及现场设备工况变化等各种因素的共同作用，电能量数据受极可能出现失真情况，而错误的数据将降低整个TMR系统的实用化水平，尤其在当前TMR应用尚成熟的情况下，将影响电力市场参与人员对系统应用的信心。因此，电能量数据辨识和校正具有重要的实际意义。目前电能量数据辨识和的主要方法有（1）事件检测法；（2）阀值检测法和（3）规律检测法；数据校正只能更改副本数据库中的增量数据，不能修改电能表底码值。数据修正的方法有：（1）均值法；（2）单点录入法；（3）平衡表替代法；（4）功率积分替代法；（5）曲线拟合法等。这些方法因为其自身的特点而适用于不同的场合。大量的实践表明，数据辨识的几种检测方式具有各自的特点，对工作环境具有不同的要求。安徽电能量计量系统是为了满足电力市场运营结算的需要建立的电能量采集系统。它利用安徽电力调度数据网络，采用网络通信为主、拨号通信为辅的采集模式，自动、定时招测各发电厂、变电站的电量数据，并为公司其它业务系统服务。因此，需要保证电能量数据的稳定、可靠、可用。基于以上工作和条件，本文在对电能量数据辨识归纳的基础上，进一步对数据辨识方法的有效性进行了详尽探讨，以保证评价的客观、正确。同时提出了基于模式识别的电能量数据辨识方法。最后通过实例验证了该方法的有效性和可行性。1 传统的电能量数据辨识1.1 事件检测法所谓事件检测法，是从电能量计量系统中获取到的事件信息来分析电能量采集到的数据是否存在问题。这些事件信息来源于两个设备，电能量采集终端和电能表。电能表能反映其测量的电网信息，例如：失压 (所有相)、失压 (各相)、相序、电能极性突然改变 (输入/输出)、相角变化超限等。这些信息可以通过电能量采集终端传送到电能量计量系统主站；电能量采集终端本身也有事件，例如：采集终端初始化(Initialize)、掉电(Power failure)、数据丢失(Data loss)、时间信息(Time msg)、参数改变(Parameter change)等，这些事件也传送到电能量计量系统主站。通过对这些事件进行检测，能发现出现错误的电能量数据。这种方法要求电能量采集终端、电能表以及通道运行正常，若不正常或延时，则不能及时有效地进行检测。这也是其局限性所在。1.2阀值检测法阀值比较法是通过对主站采集到的数据进行比较而进行电能量数据辨识的一种方法。主站采集到的电能量数据主要是电能表底码值和由此产生的电能量报表值。电能表底码值是按规律递增的，电能量报表值是在一段范围内波动的，因此，可以定义数据的最大值和最小值，在招测过程中对数据进行比较，对超过最大值或最小值的数据进行告警，以达到及时发现错误数据的目的。阀值比较是一种非精确的检测方法，设置阀值的大小依赖于运行经验，且对误差不大的错误数据存在漏判的可能性。1.3规律检测法如上所述，电能表的底码值一般是按照规律规律递增或不变的。电能表底码值不变对应的是电能量报表值为零，说明电网无电流通过；电能表底码值递增对应的是电能量报表值为一正的数值，说明电网中有电流通过。电能表底码值不可能减少的。因此，可以通过对电能表的底码值规律进行检测，发现错误的电能量数据。规律检测法也是一种非精确的检测方法，应用于电能量数据辨识中的规律也是运行经验的总结，对没有规律可循的错误数据无法运用该方法进行辨识。2基于模式识别的电能量数据辨识根据对安徽电网电能量计量系统运行情况的分析，需要运行多种方法，通过多种手段对电能量数据进行辨识，来满足各业务系统对电能量数据的实用需求。2.1电能量数据采集错误原因分析由于电能量数据采集环节较多，造成电能量数据错误的原因很多。图1所示的是电能量数据采集的过程。电能表通过计量用的CT、PT回路测量电网数据，电能量采集终端通过测量回路（一般通过RS485接口）采集电能表的数据和事件，主站系统通过通信通道（网络、专线、拨号等）采集电能量采集终端的数据和事件。任何一个环节出现问题均会造成电能量数据错误。根据出现问题的环节，造成的电能量数据错误的特点也不相同。主要有以下4种基本模式：（1） 单电表数据问题。主要由计量回路、电能表或采集回路引起。出现问题的是该电表相关的数据。在主站系统反映的是单个数据。（2） 多电表数据问题。主要由采集回路、电能量采集终端引起。出现问题的是一个采集回路中的相关电能表数据。在主站系统中反映的是一个厂站内的数少部分。（3） 单厂站数据问题。主要由电能量采集终端、通信通道引起。出现问题的是一个厂站中的所有电能表数据。在主站系统中反映的是一个厂站的数据问题。（4） 多厂站数据问题。主要由通信通道、主站系统引起。出现问题的是多个厂站中的所有电能表数据。在主站系统中反映的是多个厂站的数据问题。实际中出现的问题虽然较复杂，但基本上是以上4种典型模式的综合。电能表电能量采集终端计量回路电网采集回路通信通道主站系统出现问题将造成电能表数据错误出现问题将造成电能表数据错误出现问题将造成该测量回路所接的电能表采集数据错误出现问题将造成该终端所接的电能表采集数据错误出现问题将造成该电能量采集终端数据无法上传图1电能量数据采集过程2.2电能量数据采集过程特征模式按照上面的分析，根据出现错误的电表数据和厂站数据，可以将采集结果集划分为4个特征模式，对应于相平面图电表厂站的区域如图2所示。电表厂站W1W2W3W4图2 采集过程的4个特征模式图中，W1为采集正常的区域，表示在此区域内，没有出现问题的采集电表，同时也没有出现问题的采集厂站。W2为采集异常的区域，表示在此区域内，没有出现问题的厂站，但采集电表出现了问题。W3为采集异常区域，表示在此区域内，采集电表出现了问题，同时采集厂站也出现了问题。W4为采集异常区域，表示在此区域内，采集电表没有出现问题，但采集厂站出现了问题。对应于图1，该相平面图能够反映图1所示的各环节出现的问题将造成的电能量数据错误情况。2.3电能量数据辨识的相关指标引入电能量数据辨识的指标主要是利用它来诊断采集结果的准确性、完整性。这些指标不管在其它地方是否应用，但能够为电能量数据辨识服务，均可引入。以下参与电能量数据辨识的几个指标。（1） 变电站母线平衡eM。母线平衡eM就是输入母线电量之和和输出母线电量之和的差值。理想情况差值为零，考虑到实际情况，这个值也比较小。较多地利用在校验计量差错上。（2） 线损eL。本文中的线损eL是指一条电力线路的首端电能量和末端电能量的差值。这个值反映的是该电力线路的损耗。一般比较小。（3） 变损eB。本文中的变损是指一台电力变压器三侧的电能量差值。该值放映的便于是该变压器的损耗。一般比较小。（4） 对比值eJ。对闭值eJ是指采集的电能量和积分的电能量的差值。采集的电能量即是主站系统获得的电量，积分的电能量是从另外系统（一般为调度自动化系统SCADA）获得的电量。该差值正常情况下比较小。通过对以上指标进行分析，可以得到表1的结果。即变电站母线平衡eM、变损eB、对比值eJ可以反映电表的采集情况，为便于表述，用单一指标eC来表示。线损eL可以反映厂站的采集情况，用指标eD来表示。表1 电能量数据辨识指标编号指标分析1变电站母线平衡eM反映厂站内多个电表采集情况2线损eL反映多个厂站电表采集情况3变损eB反映厂站内多个电表采集情况4对比值eJ反映具体电表采集情况2.4基于模式识别的电能量数据辨识对应于图2中的电能量采集4个特征模式。结合电能量数据辨识指标，将电表厂站相平面W用具体的表达式表示如下：WW1,W2,W3,W4W1|eC|eC0，|eD|eD0W2|eC|eC0，|eD|eD0W3|eC|eC0，|eD|eD0W4|eC|eC0，|eD|eD0式中，eC0为反映电表指标的容许误差；eD0为反映厂站指标的容许误差。基于模式识别的电能量数据辨识结构框图如图3所示。数据获取及处理主站系统模式识别（推理）特征模式库（知识库）校正规则库校正T1T0图3 基于模式识别的电能量数据辨识该过程类似于一个专家过程。由四部分组成。（1） 数据获取与处理数据获取与处理主要用来从主站系统中获取数据，对这些数据进行处理，计算出电能量数据相应的指标。随着运行经验的积累，指标组可以越来越丰富。在本文中，这些指标包括：指标eC（t）含变电站母线平衡eM（t）、变损eB（t）对比值eJ（t）；指标eD（t）含线损eL（t）。时间参数T可根据实际需要选择分、小时、天等单位。（2） 特征模式库特征模式库相当于一个知识库。存放着各种特征模式的集合W。特征模式的参数根据对象特性和现场运行数据获取。特征模式库根据实际电网拓扑的变化而变化，另外，还与时间参数T有关。简而言之，特征模式库是需要维护的。它决定了模式识别的可靠性。（3） 模式识别模式识别起到了推理机构的作用。采用以数据为驱动的正向推理方法，逐条判别是否符合特征模式，若符合，则执行校正规则，否则，继续搜索直至结束。（4） 校正规则库校正规则根据被校正对象及运行中总结出来的经验汇总而成的校正方法集。可以说这是系统运行经验的总结和积累。对于前面提到的特征模式，采用不同的校正手段，有些可以自动进行，有些则需要人工来进行处理。在实际运行中，以能自动进行的则尽量自动校正为准则。对于前面划分的特征模式，应有不同的校正规则和它相匹配。对于W1，反应出来厂站和电表采集均正常，不需要进行校正。对于W2，反应出来的是某一个厂站内的电表采集问题，则通过判定确定为采集回路方面的问题，快速反应到现场进行运行维护，处理好后通过校正规则进行处理；对于W3，反应出来的是厂站和电表同时出现的问题，则通过判定确定为电能量采集终端和电能表等方面的问题，同样快速反应到现场进行运行维护，处理好后通过校正规则进行处理；对于W4，反应出来的是厂站出现的问题，则通过判定确定为通信通道或电能量采集终端方面的问题，通过加入通信通道识别因素进一步确定故障特征，处理好后通过校正规则进行处理。所以，校正规则可以很快地确定造成电能量数据错误的原因，大大缩短处理所需要的时间。对于短时间内自动恢复的电能量采集故障，可以自动启用校正规则，对于需要现场处理的，则人工启动校正规则。3 实际应用使用基于模式识别的电能量数据辨识方法，在安徽电网电能量计量系统中进行了实际应用。每次对特征模式进行计算，2007年8月5日的铜陵古圣变电能量数据出现偏差。通过特征模式分析，判断相平面区间落在W4，即单个厂站出现了问题的情况。该实例中的具体指标是，eM0.08，eB10.31，eB22.94，eL13.97，eL23.80，eJ13.28，eJ22.9。表2表5为特征模式计算结果。7表2 2007-8-5母线平衡计算结果序号母线平衡厂站名称计算值81淮南丁集变220kV母线平衡0.105682滁州定远变220kV母线平衡0.104883芜湖繁昌变220kV母线平衡0.092884宣城枣园变220kV母线平衡0.08885铜陵古圣变220kV母线平衡0.0886巢湖无为变220kV母线平衡0.079表3 2007-8-5变损计算结果铜陵古圣变古圣变220kV#1主变-0.31古圣变220kV#2主变-2.94新江变新江变220kV#1主变0.45新江变220kV#2主变7.52周冲变周冲变220kV#1主变-朱村变朱村变220kV#1主变5.92朱村变220kV#2主变1.01表4 2007-8-5线损计算结果铜陵古圣变古圣变220kV桂古2887线路铜陵厂古圣变3.97古圣变220kV桂古2888线路铜陵厂古圣变3.80新江变新江变220kV桂新2898线路铜陵厂新江变0.05新江变220kV新繁2879线路新江变繁南变-0.4新江变220kV周新2893线路周冲变新江变-0.53周冲变周冲变220kV桂周2897线路铜陵厂周冲变-0.05周冲变220kV周新2893线路周冲变新江变-0.53朱村变朱村变220kV陈朱2883线路陈村站朱村变-0.13朱村变220kV繁朱2873线路繁昌变朱村变-0.53朱村变220kV繁朱2874线路繁昌变朱村变-0.37表5 积分电量和采集电量比较结果关口名称总值高峰腰荷低谷积分值(+)铜陵电厂2807P+0.130.030.050.050(-)铜陵古圣变2810P+00000(