基于功率的電量智能修復(fù)算法研究

梅 迪，蔣 蕾，于海洋，禹 加

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司發(fā)展策劃部，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

0 引 言

受數(shù)據(jù)采集終端和傳輸通道等影響，目前營(yíng)銷部門用電信息采集系統(tǒng)的采集成功率僅為60%左右[1]。晚上24點(diǎn)開始采集數(shù)據(jù)，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性較低，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的電力數(shù)據(jù)才能真正滿足電力和經(jīng)濟(jì)關(guān)系的分析需求，實(shí)現(xiàn)電力看經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)[2]。本文通過(guò)運(yùn)用異常電量智能修復(fù)算法，為行業(yè)、公司以及國(guó)家等提供真實(shí)可用的電量數(shù)據(jù)。

1 用戶電量異常

用戶電量通過(guò)表底和倍率計(jì)算，因此電量異常包含表底異常和倍率異常兩種。其中，表底異常包括表底缺失和表底突變。表底缺失是指營(yíng)銷專業(yè)用電信息采集系統(tǒng)獲取到的表底數(shù)值為空[3]。表底突變是指營(yíng)銷專業(yè)用電信息采集系統(tǒng)獲取到的表底數(shù)值較大，計(jì)算得出的用戶電量超過(guò)該用戶電量閾值。倍率異常指電能表本身的綜合倍率數(shù)值異常。綜合倍率是電壓互感器倍率和電流互感器倍率的乘積[4]。如果營(yíng)銷專業(yè)用電信息采集系統(tǒng)獲取到的電表倍率為空，那么計(jì)算的用戶電量為空，則為電量缺失，如果計(jì)算的用戶電量超過(guò)該用戶電量閾值，則為電量突變。

2 數(shù)據(jù)補(bǔ)全方法

對(duì)用戶的異常電量需要進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)全。本文介紹的數(shù)據(jù)補(bǔ)全方法包含平均值法、基于電量的周期均值法以及功率預(yù)測(cè)法[5]。

2.1 平均值法

平均值法是一種相對(duì)簡(jiǎn)單快速的計(jì)算方法。若某一天的電量診斷為異常，則采取前一段時(shí)間電量的平均值作為當(dāng)天的電量。公式如下：

式中，Ei+1為用戶第i+1天的電量，Ei為用戶每天的電量，電量的單位為kW·h。n為參與平均電量計(jì)算的天數(shù)，本文取10天。由式（1）可看出，若用戶某天電量異常，則采用該日期往前推10天的電量求和取平均值作為該天電量。該算法簡(jiǎn)單易懂，但由于沒(méi)有考慮周末對(duì)電量的影響因素，因此數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度不高。若前幾天的電量均為修正值，則會(huì)大大降低當(dāng)天數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。

2.2 周期均值法

周期均值法是指在缺失電量的當(dāng)天向前推1周、2周、3周等，然后取平均值。公式如下：

式中，Et為當(dāng)天修正后的電量，Ei當(dāng)天往前推整周的電量，i=t-7、t-14、t-21…，n為參與平均電量計(jì)算的個(gè)數(shù)，本文取3。即i=t-7、t-14、t-21。

由式（2）可以看出，周期均值法在計(jì)算缺失日電量時(shí)，避免了周末因素，算法簡(jiǎn)單易懂，缺點(diǎn)是周期較長(zhǎng)和樣本較少。當(dāng)樣本選取較多時(shí)，周期較長(zhǎng)，用戶用電規(guī)律可能發(fā)生變化，導(dǎo)致預(yù)測(cè)電量準(zhǔn)確度降低。

2.3 功率預(yù)測(cè)法

電量的定義為功率數(shù)據(jù)在時(shí)間軸上的積分，也就是說(shuō)電量是由功率計(jì)算出來(lái)的。通過(guò)歷史功率數(shù)據(jù)和電量數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)當(dāng)日電量值，使得預(yù)測(cè)電量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度更高，更可靠。利用這種方法預(yù)測(cè)時(shí)，需要獲取每天0:00～16:00的功率數(shù)據(jù)曲線，然后計(jì)算每天的平均功率，剔除功率不可用數(shù)據(jù)。平均功率的計(jì)算公式如下：

式中，P平均為每天0:00～16:00的平均功率，Pi為每天0:00～16:00每個(gè)時(shí)刻的功率數(shù)據(jù)，1小時(shí)代表1個(gè)點(diǎn)，，功率的單位為kW。n為實(shí)際參與計(jì)算平均功率的點(diǎn)數(shù)。

2.3.1 計(jì)算電量增長(zhǎng)系數(shù)k

（1）若T-0和T-2日有功率和電量數(shù)據(jù)，則采用下列公式計(jì)算電量增長(zhǎng)系數(shù)：

式中，P平均T-0為預(yù)測(cè)當(dāng)日T-0日平均功率數(shù)據(jù)，P平均T-2為預(yù)測(cè)當(dāng)日往前推兩日T-2的平均功率數(shù)據(jù)功率單位為kW。

（2）若T-0和T-2日無(wú)功率或電量數(shù)據(jù)，則往前推1周、2周、3周等查找既有功率又有電量的日期，采用前幾周的數(shù)據(jù)求取電量增長(zhǎng)系數(shù)。計(jì)算公式如下：

式中，P平均T-i為預(yù)測(cè)當(dāng)日往前推1周、2周、3周直至有負(fù)荷和電量周的平均功率數(shù)據(jù)，P平均T-i-1為預(yù)測(cè)當(dāng)日往前推1周、2周、3周直至有負(fù)荷及電量周的前一日的平均功率數(shù)據(jù)，i=7、14、21等，平均功率的單位為kW。

2.3.2 預(yù)測(cè)當(dāng)天電量數(shù)據(jù)

（1）若T-0和T-2日有功率和電量數(shù)據(jù)，則用下列公式計(jì)算當(dāng)日電量：

式中，ET-0為當(dāng)日預(yù)測(cè)電量，ET-2為T-2日已計(jì)算出的電量，k為電量增長(zhǎng)系數(shù)。

（2）若T-0和T-2日無(wú)功率或電量數(shù)據(jù)，則用下列公式計(jì)算當(dāng)日電量：

式中，ET-0為當(dāng)日預(yù)測(cè)電量，ET-i-1為T-i-1日已計(jì)算出的電量。

功率預(yù)測(cè)法同時(shí)考慮了功率、電量以及周期因素。若存在功率和電量，則可直接進(jìn)行預(yù)測(cè)，若功率或電量不全，則按周期（剔除周末影響）尋找功率和電量較全的日期，算出電量增長(zhǎng)系數(shù)，再進(jìn)行電量預(yù)測(cè)。這樣既避免了平均值法的反復(fù)修正，又消納了周末影響，且數(shù)據(jù)周期不長(zhǎng)，避免用戶用電性質(zhì)發(fā)生變化，從而提高用戶電量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

3 算例分析

以遼寧省3個(gè)典型用戶為例，用戶1是沈陽(yáng)桃李面包有限公司，用戶2是沈陽(yáng)渾南礦業(yè)有限責(zé)任公司，用戶3是沈陽(yáng)禮拜天食品有限責(zé)任公司，預(yù)測(cè)電量時(shí)間為2020年7月31日。為驗(yàn)證功率預(yù)測(cè)法的優(yōu)越性，選取的3個(gè)典型用戶該日的電量齊全，未發(fā)生異常。如果當(dāng)天用戶電量異常，則分別采用平均值法、周期均值法以及功率預(yù)測(cè)法修正用戶電量，并將修正后的電量與用戶真實(shí)電量進(jìn)行偏差比較，驗(yàn)證功率預(yù)測(cè)法的合理性和準(zhǔn)確性。典型用戶在7月份10號(hào)到31號(hào)的日電量如表1所示，7月29日典型用戶功率數(shù)據(jù)如表2所示，7月31日典型用戶功率數(shù)據(jù)如表3所示。

表1 典型用戶7月份日電量

續(xù)表1

表2 7月29日典型用戶功率數(shù)據(jù)

表3 7月31日典型用戶功率數(shù)據(jù)

根據(jù)以上3種數(shù)據(jù)補(bǔ)全方法分別進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，得到修正結(jié)果如表4所示。根據(jù)表4的修正結(jié)果可以看出，平均值法和周期均值法的偏差率有高有低，波動(dòng)較大，最大偏差率達(dá)15%左右，準(zhǔn)確度較低。而功率預(yù)測(cè)法是基于功率和實(shí)采電量數(shù)據(jù)進(jìn)行的預(yù)測(cè)修復(fù)，不受氣溫和時(shí)間等外部因素的影響，偏差率穩(wěn)定于2%左右，波動(dòng)較小，準(zhǔn)確度較高。驗(yàn)證了功率預(yù)測(cè)法的合理性和準(zhǔn)確性。

表4 修正結(jié)果比對(duì)

4 結(jié) 論

針對(duì)用電信息系統(tǒng)表底數(shù)據(jù)一次采集成功率較低，售電量分析對(duì)電量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求較高的現(xiàn)狀，本文提出了一種基于功率和電量數(shù)據(jù)相結(jié)合的算法修復(fù)異常數(shù)據(jù)。該算法不受季節(jié)、時(shí)間以及周期等影響，準(zhǔn)確度較高，通過(guò)算例計(jì)算分析，驗(yàn)證了功率預(yù)測(cè)法的優(yōu)越性，促使電量數(shù)據(jù)歸真。