基于高频电流采样的有限范围内电能表计量故障诊断方法与流程

1.本发明涉及电能计量技术领域，更具体地说，它涉及基于高频电流采样的有限范围内电能表计量故障诊断方法。


背景技术：

2.随着全球能源转型进程的不断推进，尤其是碳中和、碳达峰的提出，高效的能源技术将是未来很长一段时间内的重要发展方向，作为客户和电力公司贸易结算的重要设备，电能表将扮演更加重要的角色。因此，如何保证电能表的质量始终处于良好的状态就成为摆在电力公司及质量管理部门面前亟需解决的问题。
3.有鉴于此，有人提出基于能量守恒原理，通过采集台区总表以及各分表的电能量信息，并引入误差系数的方式，构建总电量等于分表电量和的方程组，最终通过计算方程组，求解各个电能表的误差。上述方法在较大程度上取得了较好的成果。但在实际情况中，由于线路存在损耗，且在一般情况下损耗远远高于家庭用户的用电量，从而导致各个电能表的误差估计存在较大偏差或无法有效命中误差超差电能表。在这里需要特别说明的是，所谓误差超差电能表，特指电能表的误差超过国家或行业规定的阈值，该值一般不超过电能表的准确度等级。例如2级单相电能表的误差，不应该超过2％。
4.因此，如何研究设计一种能够解决上述问题的基于高频电流采样的有限范围内电能表计量故障诊断方法是我们目前急需解决的问题。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中电能表误差估计精度或命中率严重受限于损耗估计精度的问题，本发明的目的是提供基于高频电流采样的有限范围内电能表计量故障诊断方法，计算模型和实际应用常见高度吻合，不存在线路损耗问题，可有效提高电能表误差估计精度和命中率。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：基于高频电流采样的有限范围内电能表计量故障诊断方法，包括以下步骤：
7.采集有限范围内总表和各个分表同一时刻的电流瞬时值，多次采集后得到多组数据组成的总体样本空间；
8.根据总体样本空间中各个分表的采集数据建立系数矩阵，并根据总体样本空间中的所有数据建立增广矩阵，以及判断系数矩阵和增广矩阵的秩是否相等；若相等，则采集数据有效；若不相等，则采集数据无效；
9.若采集数据无效，则执行补采操作重新采集至少一组数据、且从原来的总体样本空间中丢弃相同组数的数据后得到新的总体样本空间，直至系数矩阵和增广矩阵的秩相等后得到最终的总体样本空间；
10.根据最终的总体样本空间建立误差计算模型，并求解误差计算模型后得到电能表误差数据，并将电能表误差数据与电能表的精度等级阈值对比后得到故障诊断结果。
11.进一步的，所述有限范围包括台区、表箱以及挂在到同一变压器下的若干只表计所组成的集合。
12.进一步的，所述总表的安装位置具体为：
13.台区的总表安装在变压器的低压侧；
14.或，台区的总表安装在高压侧或台区的总表采集的是高压侧的电流数据时，通过采取补偿措施将高压侧的电流折算成准确的低压侧电流。
15.进一步的，所述多组数据的采集过程具体为：
16.确定有限范围内总表的数量和各个分表的数量；
17.同一时刻下采集所有总表、各个分表的电流瞬时值，得到一组初始采集数据；
18.判断初始采集数据是否为有效数据，若为有效数据，则记为一次有效采集组；
19.以预设时间间隔重复采集，直至有效采集组数不低于分表的数量。
20.进一步的，若任意一组所述初始采集数据满足有效判断公式，则判断相应的初始采集数据为有效数据，有效判断公式具体为：
[0021][0022]
其中，x
ij
表示第i只电能表在第j次采集的电流瞬时值；n表示总表的数量和分表的数量之和。
[0023]
进一步的，所述预设时间间隔为分钟级、小时级间隔，且每个采集的数据相互独立、线性不相关。
[0024]
进一步的，所述系数矩阵具体为：
[0025][0026]
其中，a表示系数矩阵；x
(n
‑
1)(n
‑
1)
表示第n
‑
1只分表在第n
‑
1次采集的电流瞬时值；
[0027]
所述增广矩阵具体为：
[0028][0029]
表示增广矩阵；x
n(n
‑
1)
表示总表在第n
‑
1次采集的电流瞬时值，x
n
表总表，数量为1。
[0030]
进一步的，从原来的总体样本空间中丢弃数据的具体过程为：
[0031]
根据瞬时电流采样精度设定舍弃阈值δ；
[0032]
统计每一组采集数据中不大于舍弃阈值δ的数量c
j
，j表示第j次采集的采集数据；
[0033]
舍弃max(c
j
)所在组的全部数据。
[0034]
进一步的，所述舍弃阈值与瞬时电流采样精度保持一致或成倍数关系，倍数为1
‑
10的整数。
[0035]
进一步的，所述误差计算模型的计算公式具体为：
[0036]
ax＝b
[0037]
其中，a表示系数矩阵；x表示误差矩阵；b表示结果矩阵；
[0038]
所述误差矩阵具体为：
[0039][0040]
其中，ε
n
‑1表示第n
‑
1只电能表误差数据；
[0041]
所述结果矩阵具体为：
[0042][0043]
其中，x
n(n
‑
1)
表示第n只总表在第n
‑
1次采集的电流瞬时值。
[0044]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0045]
1、本发明基于高频电流采样的有限范围内电能表计量故障诊断方法所需要的全部信息均可通过传感器进行准确测量，易于获取，无影响模型准确度的因素，例如线损等，可实现准确计算；
[0046]
2、本发明基于高频电流采样的有限范围内电能表计量故障诊断模型可实现电能表运行误差的准确计算，可有效延长电能表使用寿命，避免资源浪费和电子垃圾；
[0047]
3、本发明基于高频电流采样的有限范围内电能表计量故障诊断，无需增加额外的硬件设备，投资小；
[0048]
4、本发明基于高频电流采样的有限范围内电能表计量故障诊断，可通过软件实现，全程无需人工干预，可有效排除人为因素干扰，确保结果的公平、公正。
附图说明
[0049]
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0050]
图1是基于总电流等于各支路电流和的电流平衡原理采样示意图；
[0051]
图2为本发明实施例中的流程图。
具体实施方式
[0052]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0053]
图1是基于总电流等于各支路电流和的电流平衡原理采样示意图，根据电路原理可知，i＝i
a
+i
b
+i
c
始终成立。
[0054]
实施例：基于高频电流采样的有限范围内电能表计量故障诊断方法，如图2所示，具体由以下步骤实现。
[0055]
步骤一：采集有限范围内总表和各个分表同一时刻的电流瞬时值，多次采集后得到多组数据组成的总体样本空间。
[0056]
有限范围包括台区、表箱以及挂在到同一变压器下的若干只表计所组成的集合等范围。
[0057]
需要注意的是，台区的总表一般安装在变压器的低压侧。若台区的总表安装在高压侧或台区的总表采集的是高压侧的电流数据时，则需要通过采取补偿措施将高压侧的电流折算成准确的低压侧电流。
[0058]
多组数据的采集过程具体为：确定有限范围内总表的数量和各个分表的数量，例如，假设分表个数为n
‑
1,总表个数为1；同一时刻下采集n只电能表的电流瞬时值，得到一组初始采集数据；判断初始采集数据是否为有效数据，若为有效数据，则记为一次有效采集组；以预设时间间隔重复采集，直至有效采集组数不低于分表的数量。
[0059]
若任意一组初始采集数据满足有效判断公式，则判断相应的初始采集数据为有效数据，有效判断公式具体为：其中，x
ij
表示第i只电能表在第j次采集的电流瞬时值；n表示总表的数量和分表的数量之和。
[0060]
需要注意的是，预设时间间隔为分钟级、小时级间隔，且每个采集的数据相互独立、线性不相关。
[0061]
步骤二：根据总体样本空间中各个分表的采集数据建立系数矩阵，并根据总体样本空间中的所有数据建立增广矩阵，以及判断系数矩阵和增广矩阵的秩是否相等；若相等，则采集数据有效；若不相等，则采集数据无效。
[0062]
系数矩阵具体为：
[0063][0064]
其中，a表示系数矩阵；x
(n
‑
1)(n
‑
1)
表示第n
‑
1只分表在第n
‑
1次采集的电流瞬时值。
[0065]
增广矩阵具体为：
[0066][0067]
表示增广矩阵；x
n(n
‑
1)
表示总表在第n
‑
1次采集的电流瞬时值，x
n
表总表，数量为1。
[0068]
步骤三：若采集数据无效，则执行补采操作重新采集一组数据、且从原来的总体样本空间中丢弃相同组数的数据后得到新的总体样本空间，直至系数矩阵和增广矩阵的秩相等后得到最终的总体样本空间。
[0069]
从原来的总体样本空间中丢弃数据的具体过程为：根据瞬时电流采样精度设定舍弃阈值δ；统计每一组采集数据中不大于舍弃阈值δ的数量c
j
，j表示第j次采集的采集数据；舍弃max(c
j
)所在组的全部数据。
[0070]
需要注意的是，舍弃阈值与瞬时电流采样精度保持一致或成倍数关系，倍数为1
‑
10的整数，也可以根据实际需要进行选择。如采样精度为1ma，则δ＝3ma。
[0071]
步骤四：根据最终的总体样本空间建立误差计算模型，并求解误差计算模型后得到电能表误差数据，并将电能表误差数据与电能表的精度等级阈值对比后得到故障诊断结果。
[0072]
误差计算模型的计算公式具体为：
[0073]
ax＝b
[0074]
其中，a表示系数矩阵；x表示误差矩阵；b表示结果矩阵。
[0075]
误差矩阵具体为：
[0076][0077]
其中，ε
n
‑1表示第n
‑
1只电能表误差数据。
[0078]
结果矩阵具体为：
[0079][0080]
其中，x
n(n
‑
1)
表示总表在第n
‑
1次采集的电流瞬时值，x
n
表总表，数量为1。
[0081]
例如，假设采集数据如表1所示。
[0082]
采样编号采集时刻总表用户a用户b用户c1t1x
n1
x
a1
x
b1
x
c1
2t2x
n2
x
a2
x
b2
x
c2
3t3x
n3
x
a3
x
b3
x
c3
[0083]
则通过表1的采样数据可建立系数矩阵a和常数项b，并建立计算模型ax＝b。
[0084]
[0085]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0086]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0087]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0088]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0089]
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。