基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的方法及系统、存储介质与流程

本发明涉及供电系统误差分析技术领域，特别地，涉及一种基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的方法及系统、计算机可读取的存储介质。

背景技术：

电力负荷的测量域由总表和众多分表构成，其中总表负责测量总节点也就是整个测量域的负荷，分表负责测量各个分节点的负荷，如果没有误差的存在，总表的测量值应该是各分表测量值之和。但是在实际应用中，无论总表还是分表，都存在测量误差，如果这些表的误差都在合理范围内，则系统处于误差正常状态，如果有一部分表的误差在合理范围之外，则系统处于误差异常状态，怎样确定每只表的误差状态，以及异常表的相对误差，一直是电力系统需要解决的问题。现有技术中虽然可以对单个电表的误差进行分析，但是暂未对整个测量域的误差进行分析。例如专利cn106772203b公开了一种谐波条件下电表综合误差分析方法，其通过分别计算谐波条件下电表计量方式误差和计算精度误差，从而获得电表的综合误差，误差分析更合理，分析结果更准确，有利于提出更合理的电能计量方案，但是其无法对整个测量域的误差状态进行分析，以及对异常表的相对误差进行分析。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的方法及系统、计算机可读取的存储介质，以解决现有的误差分析方法无法对整个测量域的误差状态进行分析的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的方法，包括以下步骤：

步骤s1：对测量域内的总表和各个分表的负荷进行测量，获得海量负荷数据；

步骤s2：当判定测量域内出现单一负荷跳变时，分别获取总表和跳变分表在跳变前后的负荷测量差值，并基于总表和跳变分表在跳变前后的负荷测量差值计算该跳变分表相对于总表的误差偏离度；

步骤s3：重复执行步骤s2，直至形成所有分表相对总表的误差偏离度的统计数据；

步骤s4：基于统计数据对测量域进行误差分析。

进一步地，所述步骤s4具体为：

对统计数据进行分析，若所有分表与总表保持相似且合理的误差偏离度，则判定整个测量域的误差处于正常水平；若所有分表与总表保持相似的误差偏离度，且偏离度较大，则判定总表处于误差较大的状态；若个别分表与总表的误差偏离度较大，而其余分表保持相似的误差偏离度，则判定偏离度较大的分表处于误差较大的状态。

进一步地，还包括以下步骤：

步骤s5：持续对测量域进行负荷实时测量，在出现单一负荷跳变的情况下，计算跳变分表相对于总表的误差偏离度，若后续计算出来的误差偏离度与统计出来的误差偏离度有较大差值，并且该差值后续不消失，则判定该跳变电表故障；若后续该差值消失，则判定是由于临时出现的影响量导致的误差。

进一步地，所述步骤s2中基于以下公式计算跳变分表相对于总表的误差偏离度：

(ε△p总-ε△pk)/△p测总＝(△p测总-△p测k)/△p测总

其中，定义(ε△p总-ε△pk)为总表和跳变分表k的误差偏离值，(ε△p总-ε△pk)/△p测总为总表和跳变分表k的误差偏离度，△p测总表示总表在跳变前后的负荷测量差值，△p测k表示跳变分表k在跳变前后的负荷测量差值，其中，选取在其它分表的负荷差值的和趋近于0时进行计算。

进一步地，所述测量域为表箱或者一段分支或者整个台区。

进一步地，所述步骤s2中基于以下步骤判断测量域内是否出现单一负荷跳变：

步骤s21：将各分表的负荷变化值与预设的有效负荷跳变门限值、负荷平滑波动门限值进行比较，若分表的负荷变化值大于等于预设的有效负荷跳变门限值，则判定该分表出现负荷跳变，若分表的负荷变化值小于预设的负荷平滑波动门限值，则判定该分表属于负荷平滑波动；

步骤s22：统计同一时刻各个分表的负荷变化状态，若只有一个分表出现负荷跳变，其它分表的负荷平滑波动，则判定测量域内出现单一负荷跳变，否则判定测量域内未出现单一负荷跳变。

进一步地，所述步骤s1中采用窗口抄读的方式获取总表和各个分表的负荷数据，一次时间窗口得到多个时间点的负荷数据，若一个时间窗口的多个负荷数据之间是平滑波动的，则采用平滑值作为负荷数据；若一个时间窗口的多个负荷数据之间存在跳变，则放弃该窗口期抄读到的负荷数据。

本发明还提供一种基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的系统，包括

数据测量单元，用于对测量域内的总表和各个分表的负荷进行测量，以获得海量的负荷数据；

数据处理单元，用于判定测量域内是否出现单一负荷跳变，在判定测量域内出现单一负荷跳变时计算跳变分表相对于总表的误差偏离度，并形成所有分表相对于总表的误差偏离度的统计数据；

误差分析单元，用于基于统计数据对测量域进行误差分析。

进一步地，所述数据测量单元还用于持续对测量域进行负荷实时测量；

所述误差分析单元还用于将后续计算出来的误差偏离度与之前统计出来的误差偏离度进行比较，若两者的差值较大且该差值后续不消失，则判定该跳变电表故障；若后续该差值消失，则判定是由于临时出现的影响量导致的误差。

本发明还提供一种计算机可读取的存储介质，用于存储基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时执行如上所述的基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的方法。

本发明具有以下有益效果：

本发明的基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的方法，通过高密度、长时间地对测量域内的总表和各个分表的负荷进行测量以获得海量的负荷数据，然后基于单一负荷跳变情况获取总表和跳变分表在跳变前后的负荷测量差值，独特性地定义了跳变分表相对于总表的误差偏离度，在得到所有分表相对总表的误差偏离度的统计数据后，再基于统计数据对整个测量域进行误差分析，从而可以准确评估测量域整体的误差状态、总表的误差状态以及各个分表的误差状态，具有广泛的推广价值。并且，在计算误差偏离度时是基于跳变前后的负荷测量差值，跳变前后的时间间隔非常短，电表的运行环境、运行状态基本保持不变，从而消除了影响量误差对于计算结果的影响，计算结果更准确，确保了后续误差分析的准确性。

另外，本发明的基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的系统同样具有上述优点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的方法的流程示意图。

图2是本发明优选实施例的图1中的步骤s2的子流程示意图。

图3是本发明另一实施例的基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的系统的模块结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

为了便于理解，如图1所示，本发明的优选实施例提供一种基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的方法，包括以下步骤：

步骤s1：对测量域内的总表和各个分表的负荷进行测量，获得海量负荷数据；

步骤s2：当判定测量域内出现单一负荷跳变时，分别获取总表和跳变分表在跳变前后的负荷测量差值，并基于总表和跳变分表在跳变前后的负荷测量差值计算该跳变分表相对于总表的误差偏离度；

步骤s3：重复执行步骤s2，直至形成所有分表相对总表的误差偏离度的统计数据；

步骤s4：基于统计数据对测量域进行误差分析。

在本实施例中，所述基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的方法，通过高密度、长时间地对测量域内的总表和各个分表的负荷进行测量以获得海量的负荷数据，然后基于单一负荷跳变情况获取总表和跳变分表在跳变前后的负荷测量差值，独特性地定义了跳变分表相对于总表的误差偏离度，在得到所有分表相对总表的误差偏离度的统计数据后，再基于统计数据对整个测量域进行误差分析，从而可以准确评估测量域整体的误差状态、总表的误差状态以及各个分表的误差状态，具有广泛的推广价值。并且，在计算误差偏离度时是基于跳变前后的负荷测量差值，跳变前后的时间间隔非常短，电表的运行环境、运行状态基本保持不变，从而消除了影响量误差对于计算结果的影响，计算结果更准确，确保了后续误差分析的准确性。

可以理解，在所述步骤s1中，通过高密度、长时间地对测量域内的总表和各个分表的负荷进行测量以获得海量的负荷数据。作为优选的，选择在特定的时间段对测量域内的总表和各个分表的负荷进行测量，例如后半夜，因为在后半夜的大部分时间内只有冰箱、热水器、空调等常用电器在周期性工作，更容易出现单一负荷跳变的情况。负荷数据可以是视在功率、有功功率、无功功率、功率因素、电流、有功电流、无功电流等电力系统的基本负荷参量，这些负荷参量随时间的变化特征可以应用于判断负荷的类型和归属，从而可以很好地适用于测量域的误差分析。另外，测量域可以是表箱，测量域的总表和分表则对应表箱内的总表和分表；测量域还可以是一段分支，测量域的总表则由该分支始、末节点的分支单元共同构成，测量域的分表则对应本段分支内的分表；测量域还可以是整个台区，测量域的总表即台区总表，测量域的分表即对应台区内所有分表。因此，从而不管是一个表箱、一段分支还是整个台区，本发明的基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的方法均适用。

另外，在所述步骤s1中优选采用窗口抄读的方式获取总表和各个分表的负荷数据，一次时间窗口得到多个时间点的负荷数据，若一个时间窗口的多个负荷数据之间是平滑波动的，则采用平滑值作为负荷数据；若一个时间窗口的多个负荷数据之间存在跳变，则放弃该窗口期抄读到的负荷数据。因为在对总表和各个分表进行数据采集时需保证时间同步，以确保采集到的数据的可信度以及便于进行后续的误差偏离度计算。其中，时间同步包括采集时间同步和测量时间同步，采集时间同步是整个台区供电网络在同一时刻发起对不同电表的负荷抄读指令，测量时间同步是电表在接收到抄读指令后，在同一时刻进行负荷测量。高精度的时间同步，可以保证台区供电网络内所有设备的负荷统计的时间同步，是负荷跳变识别技术的基础。在本实施例中，台区供电网络的总表和各个分表都搭载有载波模块，共同构成一个载波网络，宽带载波网络具有高精度的时间同步，即载波网络中的所有载波模块按网络基准时间保持高精度同步，从而以网络基准时间作为时间系统，在载波模块上按同一时刻发起负荷的抄读指令，即可达到系统采集时间的同步。而对于测量时间同步，在电表中负荷的计量和读出分别由计量芯和管理芯实现，其中，计量芯负责周期性计量、记录负荷数据，管理芯负责从计量芯中读出负荷数据，因此计量负荷的时间点和读出负荷的时间点之间有一个随机的时间差，这个时间差在0到几百毫秒间，这个天然存在的时间差，导致测量时间很难精准同步。现有获取总表和各分表负荷值的方式都是单点抄读方式，其中，单点抄读是指按照一个时间点去抄读，结果得到一个抄读数据，但是采用单点抄读的方式无法消除测量时间不同步带来的影响。而本实施例优选采用窗口抄读的方式来获取总表和各分表的负荷值，具体为，按照一个时间窗口去抄读负荷值，一个时间窗口中包含多个时间点，一次时间窗口抄读就可以得到多个时间点的抄读数据。如果一个时间窗口抄读到的多个负荷数据之间是平滑波动的，那么可以认为该总表或分表的负荷在该抄读节点处于稳态，可以采用平滑值作为抄读的负荷数据，该平滑值可以采用窗口某时间点的负荷数据，也可以采用窗口多个负荷数据的平均值；如果一个时间窗口抄读到的多个负荷值数据是存在跳变的，则认为电表的负荷在该抄读节点不处于稳态，则放弃该时间窗口抄读到的负荷数据。例如，采集周期为1分钟，即1分钟抄读一次负荷数据，按窗口抄读，窗口为3秒，每秒读一次，这样每个抄读周期可以读到3个负荷数据，间隔1秒。如果这一抄读周期的3个数据是平滑波动，那么可以认为该总表或分表的负荷在该节点处于稳态，可以采用负荷值数据的平滑值作为抄读数据；如果这一抄读周期的3个负荷数据恰好存在跳变，则认为该总表或分表的负荷在该节点不处于稳态，则放弃该抄读数据。

因此，在所述步骤s1中，通过采用窗口抄读的方式并进行数据平滑以获取负荷的稳态值，对非稳态的数据直接丢弃，从而可以有效消除测量时间不同步带来的影响，确保抄读数据的准确性和可靠性。

可以理解，如图2所示，在所述步骤s2中基于以下步骤判断测量域内是否出现单一负荷跳变：

步骤s21：将各分表的负荷变化值与预设的有效负荷跳变门限值、负荷平滑波动门限值进行比较，若分表的负荷变化值大于等于预设的有效负荷跳变门限值，则判定该分表出现负荷跳变，若分表的负荷变化值小于预设的负荷平滑波动门限值，则判定该分表属于负荷平滑波动；

步骤s22：统计同一时刻各个分表的负荷变化状态，若只有一个分表出现负荷跳变，其它分表的负荷平滑波动，则判定测量域内出现单一负荷跳变，否则判定测量域内未出现单一负荷跳变。

可以理解，在所述步骤s21中，预设的有效负荷跳变门限值的取值通常较大，例如对于功率来说，定义有效负荷跳变门限值为1000w，当总表或分表的功率变化值超过1000w时，则判定该总表或分表出现负荷有效跳变，否则判定为未出现负荷跳变。而负荷平滑波动门限值的取值通常较小，例如对于功率来说，定义负荷平滑波动门限值为10w，当电表的功率变化值小于10w时，则判定为该电表负荷平滑波动，否则判定该电表不处于负荷平滑波动。而当整个测量域内只有一只分表出现负荷跳变，而其它分表的负荷平滑波动，则总表也会对应地呈现负荷跳变，则判定测量域出现单一负荷跳变，从而便于后续单独计算跳变分表相对于总表的误差偏离度，否则判定未出现单一负荷跳变，即出现多个负荷跳变或者测量域整体负荷平滑波动的情况。

可以理解，在所述步骤s2中基于以下公式计算跳变分表相对于总表的误差偏离度：

(ε△p总-ε△pk)/△p测总＝(△p测总-△p测k)/△p测总

其中，定义(ε△p总-ε△pk)为总表和跳变分表k的误差偏离值，(ε△p总-ε△pk)/△p测总为总表和跳变分表k的误差偏离度，△p测总表示总表在跳变前后的负荷测量差值，△p测k表示跳变分表k在跳变前后的负荷测量差值，其中，选取在其它分表的负荷差值的和趋近于0时进行计算。

首先，电表的误差包括电表自身误差和影响量引起的误差，电表自身误差包括电流采样电路引起的误差，电压采样电路引起的误差，计量芯片引起的误差等；而关于影响量引起的误差：由于不同电表的运行环境(温湿度、电磁环境等)、运行状态各不相同，这些环境因素会带来影响量误差，并且影响量误差具有一定的随机性，有时会带来较大的计算偏差。

具体地，对于某一物理量(电压、电流、功率等)，它的真实值为y，测量值为y测，误差为ε，则y＝y测-ε(1)。

而对于负荷跳变前的时间点1，y1＝y测1-ε1，

对于负荷跳变后的时间点2，y2＝y测2-ε2，

两式相减，y2-y1＝y测2-y测1-(ε2-ε1)，

因此，针对同一测量点跳变前后时间点的负荷差值，上式转化为：

△y＝△y测-(ε2-ε1)

由于采用负荷跳变前后电表的测量值差值进行计算，跳变前后的时间间隔非常短，电表的运行环境、运行状态基本保持不变，从而消除了影响量误差对于计算结果的影响，并且在去除影响量误差后，电表的测量值差值的误差与测量值差值的真值之间近似呈线性关系，则ε2-ε1＝ε2-1＝ε△，上式转化为：△y＝△y测-ε△(2)，其中ε△表示测量值差值的误差。

而在测量域中，满足：总表的功率真值＝所有分表的功率真值之和。以总表和第k只分表出现跳变为例进行推导：

其中，p总表示总表的功率真值，pi表示第i只分表的功率真值，pk表示第k只分表的功率真值。

对于跳变前后时间点，上式取差值，

其中，△p总表示总表在跳变前后时间点的功率真值差值，δpi表示第i只分表在跳变前后时间点的功率真值差值，△pk表示第k只分表在跳变前后时间点的功率真值差值。

应用公式(2)，得到

即，其中εδp总表示总表的功率真值差值的误差，εδpk表示第k只分表的功率真值差值的误差，δp测总表示总表的功率测量值的差值，δp测k表示第k只分表的功率测量值的差值，δp测i表示第i只分表的功率测量值的差值，εδpi表示第i只分表的功率真值差值的误差。

当测量域内出现单一负荷跳变时，即所有分表中只有第k只分表出现负荷跳变，其余分表负荷平滑波动，此时，我们选取其它分表的负荷差值的和趋近于0时进行计算，由于趋近于0，更加趋近于0，则上式转化为：

εδp总-εδpk＝δp测总-δp测k

在这里，定义εδp总-εδpk为总表和第k只分表的误差偏离值，(εδp总-εδpk)/δp测总为总表和第k只分表的误差偏离度，则当测量域内出现单一负荷跳变时，此时误差偏离度计算如下：

(εδp总-εδpk)/δp测总＝(δp侧总-δp测k)/δp测总(3)。

可以理解，所述步骤s4具体为：

对统计数据进行分析，若所有分表与总表保持相似且合理的误差偏离度，则判定整个测量域的误差处于正常水平；若所有分表与总表保持相似的误差偏离度，且偏离度较大，则判定总表处于误差较大的状态；若个别分表与总表的误差偏离度较大，而其余分表保持相似的误差偏离度，则判定偏离度较大的分表处于误差较大的状态。

其中，具体基于总表和分表的精度判断误差偏离度是否合理，例如总表和分表的精度都为1％，那么-2％～+2％的偏离度都可以认为是合理，具体的范围可以根据实际精度需要进行设定，在此不做具体限定。另外，基于各个分表相对于总表的误差偏离度的差值来判断是否近似，例如所有分表相对于总表的误差偏离度的差值均在预设的范围内，则认为所有分表相对于总表的误差偏离度近似，当某一分表相对于总表的误差偏离度超出预设范围，则认为该分表相对于总表的误差偏离度较大，其中，预设范围的具体取值根据实际需要进行设定。通过对统计数据进行分析，可以有效地判别测量域整体的误差状态、单个分表的误差状态以及总表的误差状态。

可以理解，作为优选的，所述基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的方法还包括以下步骤：

步骤s5：持续对测量域进行负荷实时测量，在出现单一负荷跳变的情况下，计算跳变分表相对于总表的误差偏离度，若后续计算出来的误差偏离度与统计出来的误差偏离度有较大差值，并且该差值后续不消失，则判定该跳变电表故障；若后续该差值消失，则判定是由于临时出现的影响量导致的误差。

在所述步骤s5中，通过持续对测量域进行负荷实时测量，可以有效地判别各个跳变分表出现误差的原因，从而可以针对性地采取措施以减小误差。

另外，如图3所示，本发明的另一实施例还提供一种基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的系统，其优选采用如上所述的基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的方法，其包括

数据测量单元，用于对测量域内的总表和各个分表的负荷进行测量，以获得海量的负荷数据；

数据处理单元，用于判定测量域内是否出现单一负荷跳变，在判定测量域内出现单一负荷跳变时计算跳变分表相对于总表的误差偏离度，并形成所有分表相对于总表的误差偏离度的统计数据；

误差分析单元，用于基于统计数据对测量域进行误差分析。

可以理解，海量负荷数据的存储和处理在云服务器上进行，误差分析可以在云服务器上进行或者通过本地计算机登入云服务器后在本地计算机进行。

可以理解，作为优选的，所述数据测量单元还用于持续对测量域进行负荷实时测量；

所述误差分析单元还用于将后续计算出来的误差偏离度与之前统计出来的误差偏离度进行比较，若两者的差值较大且该差值后续不消失，则判定该跳变电表故障；若后续该差值消失，则判定是由于临时出现的影响量导致的误差。

另外，所述数据测量单元、数据处理单元和误差分析单元的具体执行过程在上述方法实施例中已对应地进行了阐述，故在此不再赘述。

在本实施例中，所述基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的系统，通过高密度、长时间地对测量域内的总表和各个分表的负荷进行测量以获得海量的负荷数据，然后基于单一负荷跳变情况获取总表和跳变分表在跳变前后的负荷测量差值，独特性地定义了跳变分表相对于总表的误差偏离度，在得到所有分表相对总表的误差偏离度的统计数据后，再基于统计数据对整个测量域进行误差分析，从而可以准确评估测量域整体的误差状态、总表的误差状态以及各个分表的误差状态，具有广泛的推广价值。并且，在计算误差偏离度时是基于跳变前后的负荷测量差值，跳变前后的时间间隔非常短，电表的运行环境、运行状态基本保持不变，从而消除了影响量误差对于计算结果的影响，计算结果更准确，确保了后续误差分析的准确性。

另外，本发明还提供一种计算机可读取的存储介质，用于存储基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时执行如上所述的基于单一负荷跳变进行测量域误差分析的方法。

一般计算机可读取介质的形式包括：软盘(floppydisk)、可挠性盘片(flexibledisk)、硬盘、磁带、任何其余的磁性介质、cd-rom、任何其余的光学介质、打孔卡片(punchcards)、纸带(papertape)、任何其余的带有洞的图案的物理介质、随机存取存储器(ram)、可编程只读存储器(prom)、可抹除可编程只读存储器(eprom)、快闪可抹除可编程只读存储器(flash-eprom)、其余任何存储器芯片或卡匣、或任何其余可让计算机读取的介质。指令可进一步被一传输介质所传送或接收。传输介质这一术语可包含任何有形或无形的介质，其可用来存储、编码或承载用来给机器执行的指令，并且包含数字或模拟通信信号或其与促进上述指令的通信的无形介质。传输介质包含同轴电缆、铜线以及光纤，其包含了用来传输计算机数据信号的总线的导线。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。