摘要:識(shí)別與診斷異常數(shù)據(jù)是確保電能計(jì)量系統(tǒng)準(zhǔn)確性和可靠性的關(guān)鍵。首先,介紹了電能計(jì)量的基本概念和工作原理,包括電能表、互感器等核心設(shè)備及其作用。然后,詳細(xì)分析了基于異常數(shù)據(jù)類型的計(jì)量異常事件的生成原因及分類,如電能表故障、外部環(huán)境干擾、接線錯(cuò)誤、用戶非法操作、電力系統(tǒng)故障和通信系統(tǒng)故障等。最后,探討了數(shù)據(jù)異常識(shí)別與診斷技術(shù),涵蓋數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征提取、異常檢測(cè)和異常診斷等步驟。
關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng)電能計(jì)量數(shù)據(jù)異常數(shù)據(jù)診斷
ExplorationofTechniquesforIdentifyingandDiagnosingDataAbnormalityinPowerMetering
ZHOUTingYANGZhongzhe
StateGridShanghaiFengxianPowerSupplyCompany,Shanghai,201499China
Abstract:Identifyinganddiagnosingdataabnormalityiscrucialforensuringtheaccuracyandreliabilityofpowermeteringsystems.Thispaperfirstintroducesthebasicconceptsandworkingprinciplesofpowermetering,includingcorecomponentssuchaspowermetersandtransformers,andtheirroles.Itthendelvesintothecausesandclassificationsofabnormalmeteringeventsbasedondataabnormalitytypes,suchaspowermetermalfunctions,externaxBKRGXQ0YTBpCxRYgQa7HujbYvwY2gDIMj7wbwiZGcc=lenvironmentalinterference,wiringerrors,illegaloperationsbyusers,powersystemfaults,andcommunicationsystemfailures.Finally,itdiscussestechniquesfordataabnormalityrecognitionanddiagnosis,coveringstepslikedatacollection,datapreprocessing,featureextraction,anomalydetection,andanomalydiagnosis.
KeyWords:Powersystem;Powermetering;Dataabnormality;Datadiagnosis
電能計(jì)量系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中關(guān)鍵的組成部分,其作用不僅在于測(cè)量和記錄電能消耗,還在于確保電力資源的合理分配和電力交易的公平性。然而,在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,電能計(jì)量系統(tǒng)可能會(huì)受到多種因素的影響,導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常事件的發(fā)生。因此,識(shí)別和診斷電能計(jì)量系統(tǒng)中的異常數(shù)據(jù)成為保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要任務(wù)。
1電能計(jì)量概述
1.1電能計(jì)量定義
電能計(jì)量是一種測(cè)量方法,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電能損耗的高精度計(jì)算。電能作為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘I钪械闹饕茉?,其質(zhì)量和數(shù)量指標(biāo)如電壓、電流、頻率、功率、能量等均可通過(guò)一系列儀表進(jìn)行測(cè)量。電能計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要,若其出錯(cuò),將會(huì)導(dǎo)致企業(yè)和用戶遭受巨大的經(jīng)濟(jì)損失,甚至影響整個(gè)電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定[1]。通過(guò)對(duì)計(jì)量異常事件的及時(shí)分析和處理,可以有效減少因電能計(jì)量結(jié)果不準(zhǔn)確而帶來(lái)的電能損失和經(jīng)濟(jì)損失[2]。
1.2電能計(jì)量裝置的工作原理
由于用戶供電線路分支與高壓配電系統(tǒng)相連接,在進(jìn)行用戶電能計(jì)量時(shí),首先需要通過(guò)電壓信號(hào)源器件和電流信號(hào)源器件將高電壓信號(hào)和大電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為正比的低電壓信號(hào)和小電流信號(hào)。然后,這些轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過(guò)傳輸線傳輸給電能量計(jì)算和存儲(chǔ)器件。具體步驟如下。
一是信號(hào)轉(zhuǎn)換。通過(guò)電壓信號(hào)源器件和電流信號(hào)源器件,高電壓和大電流信號(hào)分別被轉(zhuǎn)化為低電壓和小電流信號(hào)[3],這是為了保護(hù)測(cè)量設(shè)備和人身安全,同時(shí)保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。
二是信號(hào)傳輸。轉(zhuǎn)換后的低電壓和小電流信號(hào)通過(guò)傳輸線傳輸?shù)诫娔鼙砗推渌麥y(cè)量設(shè)備進(jìn)行采樣、測(cè)量、計(jì)算、顯示和存儲(chǔ)。
三是數(shù)據(jù)處理與顯示。電能表采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后,計(jì)算出電能消耗量,并將結(jié)果顯示或存儲(chǔ)起來(lái),供后續(xù)分析和使用。
2計(jì)量異常事件的生成原因及分類
電能計(jì)量系統(tǒng)中的異常事件來(lái)源多種多樣,異常事件會(huì)對(duì)電能計(jì)量的準(zhǔn)確性和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,計(jì)量異常事件分類如表1所示。
2.1電能表故障
電能表作為電能計(jì)量的核心設(shè)備,其故障主要有硬件和軟件兩方面:一是硬件故障,電能表的內(nèi)部元器件如電路板、傳感器、電池等出現(xiàn)故障,會(huì)導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確或計(jì)量中斷:二是軟件故障,電能表內(nèi)部的軟件程序出現(xiàn)錯(cuò)誤或崩潰,也會(huì)導(dǎo)致計(jì)量異常。
2.2外部環(huán)境干擾
外部環(huán)境對(duì)電能表和計(jì)量系統(tǒng)的干擾也是計(jì)量異常事件的重要來(lái)源。這種干擾主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面:一是電磁干擾,強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾電能表的正常工作,導(dǎo)致計(jì)量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤;二是溫度變化,極端的溫度變化影響電能表的精度和穩(wěn)定性;三是濕度環(huán)境,高濕度環(huán)境導(dǎo)致電能表內(nèi)部電路短路或腐蝕,影響計(jì)量性能[4]。
2.3接線錯(cuò)誤
接線錯(cuò)誤是常見的計(jì)量異常來(lái)源之一,主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:一是接線反向,電能表接線反向會(huì)導(dǎo)致電流方向錯(cuò)誤,從而引起計(jì)量誤差;二是接線松動(dòng),接線松動(dòng)可能導(dǎo)致接觸不良,影響信號(hào)傳輸和計(jì)量準(zhǔn)確性;三是錯(cuò)接線,其他接線錯(cuò)誤如相間接線錯(cuò)誤或接地錯(cuò)誤也會(huì)導(dǎo)致計(jì)量異常。
2.4用戶非法操作
用戶的非法操作行為也會(huì)導(dǎo)致計(jì)量異常事件,主要有以下三個(gè)方面:一是電能表開蓋,用戶非法打開電能表外蓋,可能對(duì)內(nèi)部元件進(jìn)行干擾或篡改;二是磁場(chǎng)干擾,用戶使用強(qiáng)磁場(chǎng)干擾電能表,以達(dá)到減少電能計(jì)量讀數(shù)的目的;三是電表繞過(guò),用戶通過(guò)非法手段繞過(guò)電能表進(jìn)行用電,直接導(dǎo)致計(jì)量數(shù)據(jù)失真。
2.5電力系統(tǒng)故障
電力系統(tǒng)本身的故障也會(huì)導(dǎo)致計(jì)量異常,主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:一是電壓不穩(wěn)定,電力系統(tǒng)中的電壓波動(dòng)或斷相現(xiàn)象會(huì)影響電能表的正常計(jì)量;二是電流過(guò)載,電力系統(tǒng)中的電流過(guò)載會(huì)對(duì)電能表的測(cè)量能力造成沖擊,影響計(jì)量結(jié)果;三是電力諧波,電力系統(tǒng)中的諧波干擾會(huì)影響電能表的精度,導(dǎo)致計(jì)量數(shù)據(jù)異常。
3電能計(jì)量中數(shù)據(jù)異常識(shí)別與診斷
3.1數(shù)據(jù)異常識(shí)別技術(shù)分析流程
數(shù)據(jù)采集是計(jì)量異常事件識(shí)別的首要環(huán)節(jié),主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、歷史數(shù)據(jù)采集和環(huán)境數(shù)據(jù)采集3個(gè)方面。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集通過(guò)電能表和數(shù)據(jù)采集終端獲取電流、電壓和電能等關(guān)鍵參數(shù)。歷史數(shù)據(jù)采集為對(duì)比分析提供基準(zhǔn)。此外,環(huán)境數(shù)據(jù)(如溫度、濕度和電磁干擾)也需同步采集,以輔助后續(xù)的診斷分析[5]。
在具體分析流程中,由于原始數(shù)據(jù)中包含噪聲、缺失值和異常值,數(shù)據(jù)預(yù)處理成為關(guān)鍵的一步。特征提取是從原始數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵特征,用于后續(xù)的異常識(shí)別和診斷分析。在特征提取的基礎(chǔ)上,異常檢測(cè)是識(shí)別可能異常事件的重要步驟,常用方法包括統(tǒng)計(jì)方法、機(jī)器學(xué)習(xí)方法和深度學(xué)習(xí)方法。統(tǒng)計(jì)方法如均值-標(biāo)準(zhǔn)差法和箱線圖法基于統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行檢測(cè);機(jī)器學(xué)習(xí)方法如支持向量機(jī)和隨機(jī)森林基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和檢測(cè);深度學(xué)習(xí)方法如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠自動(dòng)提取特征并進(jìn)行異常識(shí)別[6]。異常檢測(cè)識(shí)別出潛在的異常事件后,需要進(jìn)一步進(jìn)行異常診斷,以確定其具體原因和位置。最后,生成詳細(xì)的異常診斷報(bào)告,包括檢測(cè)結(jié)果、診斷分析和建議措施,并建立反饋機(jī)制。
3.2數(shù)據(jù)異常診斷技術(shù)分析流程
電能計(jì)量系統(tǒng)的正常運(yùn)行是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益的重要保障。然而,在實(shí)際運(yùn)行中,計(jì)量系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)各種數(shù)據(jù)異常事件,導(dǎo)致電能計(jì)量數(shù)據(jù)失準(zhǔn)。圖1展示了計(jì)量異常事件數(shù)據(jù)的診斷流程,并分析了計(jì)量異常事件數(shù)據(jù)診斷技術(shù)的具體步驟和方法。
當(dāng)計(jì)量系統(tǒng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)異常時(shí),診斷流程即開始。異常的發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行,也可以通過(guò)人工檢查進(jìn)行。自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)分析電壓、電流和功率因數(shù)等數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)現(xiàn)異常。首先,對(duì)系統(tǒng)檔案進(jìn)行核對(duì),以確認(rèn)變比和接線方式是否正確。如果發(fā)現(xiàn)檔案錯(cuò)誤,則立即進(jìn)行歸檔修正;若檔案核對(duì)無(wú)誤,則檢測(cè)終端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集情況。如果終端采集出現(xiàn)異常,需要重新下發(fā)測(cè)量點(diǎn)參數(shù),確保采集設(shè)備的配置正確;如果終端數(shù)據(jù)采集正常,但數(shù)據(jù)仍顯示異常,可能是終端參數(shù)錯(cuò)誤,這時(shí)需要校準(zhǔn)和修正終端設(shè)備的參數(shù)設(shè)置。在任何一步驟中,如果發(fā)現(xiàn)檔案記錄與實(shí)際情況不符,都需要進(jìn)行檔案修正和歸檔操作。
本流程涵蓋了從異常發(fā)現(xiàn)、系統(tǒng)檔案核對(duì)、終端采集檢查、數(shù)據(jù)一致性檢查、電壓異常處理、數(shù)據(jù)異常處理、終端參數(shù)錯(cuò)誤處理與檔案錯(cuò)誤處理的各個(gè)方面。有效實(shí)施這一流程可以顯著提高電能計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性,減少因計(jì)量異常引起的經(jīng)濟(jì)損失和系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。
4結(jié)語(yǔ)
電能計(jì)量系統(tǒng)的正常運(yùn)行是確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。然而,在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,計(jì)量系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)各種數(shù)據(jù)異常事件,這些異常不僅會(huì)導(dǎo)致計(jì)量數(shù)據(jù)的失準(zhǔn),還可能對(duì)電力系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性造成影響。本文提出了一套系統(tǒng)化的異常數(shù)據(jù)識(shí)別與診斷技術(shù)流程,涵蓋數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征提取、異常檢測(cè)和異常診斷等多個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、系統(tǒng)檔案核對(duì)、終端采集檢查、數(shù)據(jù)一致性檢查、電壓異常處理等步驟,全面識(shí)別和診斷計(jì)量異常事件。通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和人工檢查相結(jié)合的方式,能夠有效發(fā)現(xiàn)異常并及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施,確保電能計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。
參考文獻(xiàn)
[1]鄭振強(qiáng).數(shù)字電能計(jì)量及其電能表檢測(cè)技術(shù)研究[J].科技資訊,2022,20(9):22-24.
[2]陳田軍.10kV配電系統(tǒng)計(jì)量方式探討[J].建筑電氣,2024,43(4):59-63.
[3]張馳,王棟,趙書函.基于改進(jìn)決策樹算法的電能計(jì)量裝置故障自動(dòng)化診斷系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與儀表,2024,39(2):1-4,10.
[4]黃瑞,鄧漢鈞,劉謀海,等.基于KICA-CIM的電能計(jì)量設(shè)備HPLC通信單元運(yùn)行質(zhì)量評(píng)估體系[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2024,39(1):84-92.
[5]趙偉,趙成,李世松,等.對(duì)有關(guān)電能計(jì)量若干問(wèn)題的思考[J].電測(cè)與儀表,2024,61(1):1-7.
[6]王冬陽(yáng),歐宇航,范小龍,等.載波技術(shù)下電能計(jì)量?jī)x表異常并行檢測(cè)方法[J].電氣時(shí)代,2024(5):100-103.