一种电网用户用电功率曲线数据填补方法和装置与流程

本发明涉及大数据的数据填补领域，具体讲涉及一种电网用户用电功率曲线数据填补方法和装置。

背景技术：

随着大数据时代的到来和电力系统信息化程度的不断提高，电力大数据呈爆炸式增长，且种类也越来越多。现有电力系统分析中多用采集的数据建立模型实现用户用电分析，对后续窃电检测、负荷预测等提供帮助，对智能电网业务模式创新和发展极为重要。

电力系统中的各类数据的监控与采集是电力系统调度运行、安全稳定分析、设备状态与风险评估的基础。然而，在电力系统的实际运行中，由于数据采集通道错误、远程终端单元故障等原因会导致观测数据出现反常态势，与大多数观测值不一致，此外由于线路的检修、切负荷停电和大事件冲击有可能会导致观测数据违背常规，使电力系统数据对智能电网系统的分析造成困难，因此在数据分析前需采用一种数据补充方法将缺失的数据补充完整，提高电力系统数据分析的准确性和曲线类数据的可用性，为后续分析提供支持。

技术实现要素：

为满足现有技术发展的需要，本发明提供了一种电网用户用电功率曲线数据填补方法。

本发明提供的电网用户用电功率曲线数据填补方法，其改进之处在于，所述方法包括：

根据台区线路T的状态估计线损率，并根据用户日曲线状态估计缺失的用户功率；

微调线损率估计值和缺失的用户功率估计值。

进一步的，所述线损率的估计包括：

按下式计算样本R_dm在时刻(d,m)∈G时的线损率r_dm0：

其中，样本R_dm＝[r_dm1,r_dm2,…,r_dmN]，P_dmT：台区总功率；r_dmn：用户n在d天时刻m的功率占台区总功率的比率，P_dmn：用户n的功率；P_dm0：线损功率；N：台区下的用户数目；n：用户编号，为从1到N的整数；时刻(d,m)：第d天的时刻m的记录，d∈D，D：记录日的集合；m∈M,M：记录时刻的集合；G：台区所有用户功率记录的时刻集合。

进一步的，所述线损率的估计包括：

时刻样本R_dm不完整，则通过“城市块距离”的K-近邻算法在u个用户有记录的数据中节选最近的k₁个样本按下式估计样本R_dm的线损率

式中，i：天数，i∈D；j：时刻数，j∈M；n₁,n₂,…,n_u：表示u个用户；第i天第j时刻用户n_u的功率占台区总功率的比率；u个用户在第i天第j时刻的线损率。

进一步的，所述缺失的用户功率的估计包括：

设第d天用户n的功率日曲线记录为L_dn＝[P_d1n,P_d2n,…,P_dMn]，在时刻通过“相关性距离”的K-近邻算法在第i天用户t的功率日曲线记录中节选相关性最大的k₂个样本按下式估计缺失的用户功率数据

式中，m_l:采集数据的时刻；第i天t个用户记录m_w时刻点的功率,w＝1,2,3…,l；l：样本数量；

进一步的，在所述微调前，根据用户功率记录和估计的线损率按下式估计缺失功率的总和

其中，e：记录了功率的用户n₁,n₂,…,n_u；f：缺失功率记录的用户q₁,q₂,…,q_v；有不完整记录时刻时，样本R_dm的线损率。

进一步的，所述微调包括：

在时刻选择k₂个中的值作为需要填补的的估计值分别计算并与比较，设差值最小的为

进一步的，计算线损率设置阈值r₁，r₂并与比较，确定最终估计的线损率：

若则线损率的估计值为

若则线损率的估计值为

若则线损率的估计值为

进一步的，根据估计的线损率按下式计算缺失用户功率的和

对估计的用户功率按比例缩放，得最终的缺失功率估计

一种电网用户用电功率曲线的数据填补装置，所述装置包括：

估计单元，用于根据台区线路T的状态估计线损率，并根据用户日曲线状态估计缺失的用户功率数据；

调节单元，用于微调线损率估计和缺失的用户功率估计，完成缺失数据的填补。

进一步的，所述估计单元包括：

第一估计子单元，用于根据台区线路T的状态估计线损率；

第二估计子单元，用于根据用户日曲线状态估计缺失的用户功率数据；

所述调节单元包括：

第一调节子单元，用于根据设置的阈值和修正的线损率确定线损率的最终估计值；

第二调节子单元，用于根据线损率的最终估计值计算缺失用户功率值的最终估计值。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

(1)本发明提供的技术方案不对台区状态进行分类即可估计线路线损，可通过近邻算法快速便捷的找到状态最接近的台区时刻；不必对用户日曲线进行用电行为分类，可直接匹配最相似的日曲线进行缺失功率数据填补，有效提高数据填补的准确性和实效性，为电力系统数据分析提供数据支撑。

(2)本发明提供的技术方案用横纵结合的方式，通过两个维度方向分别对状态和缺失数据进行估计，并综合考虑进行微调，能够得到更优更稳健的结果，能有效提高曲线数据填补的正确性。

附图说明

图1为本发明提供的数据填补方法流程图；

图2为本发明提供的对缺失率和线损率微调的细节图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图，以具体实施例的方式详细介绍本发明提供的技术方案。

本发明提供的技术方案针对电网台区用户的用电曲线类数据的缺失问题，进行数据填补。在用电用户的电流、功率等曲线类数据的采集过程中，通常会出现缺失现象，以功率曲线类数据为例，本发明提供的技术方案包括：

已知一个电网单相台区或多相台区的某一相线T，下面接有N个用电用户C₁,C₂,…,C_N。智能电表每隔一定时间t₀分钟记录台区和每个用户的功率，每天记录M点，其中M×t₀＝1440，共连续记录D天，即M×D个记录时刻的数据。对时刻(d,m)，即第d天的第m时刻的记录，T的输出功率为P_dmT，为全部已知；N个用户的功率分别为P_dm1,P_dm2,…,P_dmN，为全部已知或部分已知；线损功率为P_dm0≥0，并满足P_dm0＝P_dmT-(P_dm1+P_dm2+…+P_dmN)，当台区所有用户的功率都已知时，可以通过计算得到线损。问题需求就是要填补缺失部分的用户功率数据P_dmn。

本发明提供的电网用户用电功率曲线数据缺失的填补方法基于K-近邻算法，该方法中，为防止出现分母为0的情况，仅对台区总功率P_dmT＞0的记录进行后续工作，对于总功率P_dmT＝0的记录，下面所有缺失的用户功率全部记为0。首先通过估计台区T的状态来估计线损率，然后通过估计用户日曲线的状态来估计缺失的用户功率数据，技术路线图如附图1所示，具体流程如下：

(1)根据台区线路T的状态估计线损率r_dm0

对于时刻(d,m)的功率记录，用户n的功率占台区总功率的比率为通过每个用户功率占台区总功率的比率来估计当前时刻的线损率，具体细节如下：

设时刻(d,m)对应的样本数据为R_dm＝[r_dm1,r_dm2,…,r_dmN]，其中N表示用电用户数量，设G是台区所有用户功率记录完整的时刻集合，即对于时刻(d,m)∈G，台区下所有用户的功率都已知，所以此时样本数据R_dm是完整的，线损率可按下式计算得到：

将{(R_ij,r_ij0)|(i,j)∈}作为已知的(样本,线损率)集合，其中，i：天数，i∈D；j：时刻，j∈M。

而对于时刻台区下用户功率记录不完整，因此样本R_dm不完整，线损率未知，下面对R_dm进行线损率估计。设某时刻记录了u个用户n₁,n₂,…,n_u的功率，节选R_dm中有记录的部分并对所有已知样本进行相同的节选操作，通过“城市块距离”的K-近邻方法，在节选的已知样本中寻找最近的k₁个节选样本用它们对应的原样本的线损率的算术平均值来对样本R_dm的线损率进行初步估计，即

(2)根据用户日曲线状态估计缺失的用户功率数据

设用户n的第d天的功率日曲线记录为L_dn＝[P_d1n,P_d2n,…,P_dMn]，根据已知完整的用户日功率曲线，来估计不完整日曲线的缺失部分功率，具体细节如下：

对某一记录不完整的时刻分别估计每个缺失的用户功率记录P_dmq。由于P_dmq的缺失，日曲线L_dq一定不完整，节选L_dq中有记录的部分为：

设H_dq为L_it中所有和P_imt都有记录的日曲线集合，并对其进行节选其中，m_l:采集数据的时刻；P_imlj：第i天t个用户记录m_l时刻点的功率；l：样本数量；得到已知(样本,标签)集合{(L_it,P_imt)|,t)∈H_dq}。通过“相关性距离”的K-近邻方法，在已知样本中寻找相关性最大的k₂个样本按样本总功率比例估计P_dmq的k₂个候选值，

(3)填补数据的微调修正

设某时刻记录了u个用户n₁,n₂,…,n_u的功率，缺失v个用户q₁,q₂,…,qv。根据已知的用户功率记录和由(1)估计的线损率，可以估计缺失功率的总和

,其中，缺失的用户q_f的功率；不完整样本数据的线损率平均值。根据(2)中对缺失功率的估计，得到若干个估计j＝1,2,…,v,u＝1,2,…,k₂；其中，缺失用户q_f的估计值。下面以线损率估计为主导，对缺失功率估计和线损率估计进行微调，得到最终的线损率和用户功率数据的估计，技术图如附图2所示，具体细节如下：

在时刻对于每个需要填补的可以选择k₂个中的某一个作为估计值共有k₂^v种估计值。分别计算并跟进行比较，设差值最小的为

计算由此估计得到的线损率与进行比较，并设置2个阈值r₁，r₂：

如果则对线损率的最终估计为

如果则对线损率的最终估计修改为

如果则对线损率的最终估计修改为

根据最终估计的线损率计算缺失用户功率的和：

再对初步估计的用户功率按比例缩放，得到最终的缺失功率估计：

最终完成所有缺失数据的填补工作。

一种电网用户用电功率曲线数据填补装置，该装置包括：

估计单元，用于根据台区线路T的状态估计线损率，并根据用户日曲线状态估计缺失的用户功率数据；

所述估计单元包括：

第一估计子单元，用于根据台区线路T的状态估计线损率；

第二估计子单元，用于根据用户日曲线状态估计缺失的用户功率数据；

调节单元，用于微调线损率估计和缺失的用户功率估计，完成缺失数据的填补。

所述调节单元包括：

第一调节子单元，用于根据设置的阈值和修正的线损率确定线损率的最终估计值；

第二调节子单元，用于根据线损率的最终估计值计算缺失用户功率值的最终估计值。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。