专利名称：一种电能质量稳态指标预警方法
技术领域：
本发明涉及一种电能质量监控技术，特别是用于电力系统及电力用户配电网的电能质量监控技术。
背景技术：
电能质量的可以简单地定义为导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。仅由此定义就可以看出电能质量的重要性。随着全国电气化铁路的快速发展、大规模风力发电的并网接入、新型电力电子设备的广泛应用，由此而引发的电能质量问题越来越严重；而且伴随智能电网、微网的建设， 电能质量作为其中重要部分，必将得到更多的关注。为此，全国许多省份都在加紧建设相应的电能质量监控平台，全面掌握电能质量状况。电能质量预警作为监控平台的重要功能之一，可分析电能质量监测数据中的已存在或潜在电能质量问题，这对供电方和用户均有重要意义。对供电方而言，掌握全网电能质量状况，了解电能质量超标和异常线路，促使电能质量问题治理，防止其恶化；对用户特别是敏感用户而言，了解自身所用电的电能质量，为按质定价提供依据。由此可见，一种合理可行的电能质量预警方法，快速发现以存在和潜在电能质量问题，为电网的安全运行提供保障，充分发挥电能质量监控平台的巨大作用。对此，也有许多机构都对此进行了深入的研究。例如，中国专利CN01U9880.4、 CN200720045366. 6、CN200410064584. 5 和 CN200710012150. 4 等分别公开了多种电能质量监测装置或方法。但是，这些专利基本都集中在解决电能质量数据的采集方法或装置上；对于采集后的电能质量数据的处理或不涉及或语焉不详。其实，对电能质量数据的分析和处理是整个电能质量分析中最重要的一个环节， 特别是在数据采集的装置已经发展得比较成熟的今天。用哪些电能质量指标来评价电能质量以及每个指标的预警线的设置都非常重要。电能质量指标有很多种，其中大多数都有国家标准，只需和国家标准对照就能知道该指标是否超标。例如，《电能质量供电电压允许偏差》(GB12325-1990)规定电力系统在正常运行条件下，用户受电端供电电压的允许偏差为
(1)35kY及以上供电和对电压质量有特殊要求的用户为额定电压的正负偏差绝对值之和不超过10% ；
(2)IOkV及以下高压供电和低压三相用户为额定电压的+7% -7% ；
(3)220V低压单相用户为额定电压的+7% -10%。电能质量指标的预警线设置得太高容易导致预警不及时，致使系统未能及时发现某些异常而造成事故、或者造成一些较小的异常数据信息丢失；预警线设置得太低则容易造成系统频繁预警而造成不必要的人力浪费。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种监控多个电能质量指标，且对该指标进行分级预警的稳态指标预警方法。
为了实现上述的目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的
本发明的一种电能质量稳态指标预警方法，在电能质量在线监控装置和计算机的支持下实现，其特征在于包括以下步骤
1)根据实际情况预先选定监测的电能质量指标，所述电能质量指标包括以下指标中的一种或多种电压偏差、电压总谐波、电压三相不平衡度、短时间闪变、2 25次电压谐波和 2^25次电流谐波；并依照国家标准，针对每个选定的所述电能质量指标设定四个等级的预警阀值；
2)由所述电能质量在线监控装置实时采集电能质量数据，并将其输入计算机；
3)针对2)中采集的所述电能质量数据，由计算机分别通过1)中选定的所述电能质量指标对其进行分析，针对其中每一项所述电能质量指标，其分析的步骤均包括
3. 1)通过计算机计算该项指标当天的平均值及所述电能质量数据的标准差； 3. 2)将1)中计算出来的所述电能质量数据的标准差与该项指标相应的国家标准相比较，如果在国家标准范围内则视其为正常数据；否则，则视其为超标数据；
3. 3)对于步骤3. 2)中分析得出的超标数据，统计该项指标当天的超标次数，如果该项指标的超标次数超过所述预警阀值中的第三级阀值则给出三级预警；否则，如果其超过所述预警阀值中的第四级阀值则给出四级预警。3. 4)对于步骤3. 2)中分析得出的正常数据，进行95%概率值检测，并对其进行相应的分级预警；
3. 5)步骤3. 4)中未进行预警处理的数据进行异常数据挖掘，并根据分析结果进行分级
预警；
4)将以上各步骤计算的数值及最终预警等级保存入数据库，并提供显示和查询的人机交互界面。优选的，所述步骤3. 4)中所述95%概率值检测包括以下步骤
1)从数据库读取当日数据该项指标的95%概率值；
2)上述95%概率值若大于等于所设三级95%概率阈值，则给出三级预警；否则，95%概率值若大于等于所设二级95%概率阈值，则给出二级预警；
优选的，所述步骤2、和3)之间还设置有数据完整度检验，根据该项指相应的国家标准，检验所述电能质量数据的完整度，完整度不符合要求的所述电能质量数据视为不正常数据，对其不进行后续分析。优选的，所述步骤3. 5)中所述异常数据挖掘包括以下步骤
1)根据该项指标设定滑动窗口的大小；
2)计算该项指标在指定时期内的期望值和标准差；
3)计算每个所述滑动窗口内的偏度和峰度及它们的乘积；
4)统计每个所述滑动窗口内的偏度和峰度的乘积的最大值及平均值，如果其最大值或平均值超过所述预警阀值中的第一级阀值或第二级阀值，则相应进行一级或二级预警。优选的，所述步骤2)中的所述指定时期为前一个月。优选的，所述步骤2)中的所述指定时期为当天。本发明的一种电能质量稳态指标预警方法的第二较佳实施例，是在电能质量在线监控装置和计算机的支持下实现的，其特征在于其包括以下步骤1)根据实际情况预先选定监测的电能质量指标，所述电能质量指标包括以下指标中的一种或多种负序电流，零序电流；并针对每个选定的所述电能质量指标设定两个等级的
预警阀值；
2)由所述电能质量在线监控装置实时采集电能质量数据，并将其输入计算机；
3)针对2)中采集的所述电能质量数据，由计算机分别通过1)中选定的所述电能质量指标对其进行分析，针对其中每一项所述电能质量指标，其分析的步骤包括
3. 1)通过计算机计算该项指标当天的平均值及所述电能质量数据的标准差； 3. 2)对所述电能质量数据进行异常数据挖掘，并根据分析结果进行分级预警；
4)将以上各步骤计算的数值及最终预警等级保存入数据库，并提供显示和查询的人机交互界面。优选的，所述步骤3. 2)中所述异常数据挖掘包括以下步骤
1)根据该项指标设定滑动窗口的大小；
2)计算该项指标在指定时期内的期望值和标准差；
3)计算每个所述滑动窗口内的偏度和峰度及它们的乘积；
4)统计每个所述滑动窗口内的偏度和峰度的乘积的最大值及平均值，如果其最大值或平均值超过所述预警阀值中的第一级阀值或第二级阀值，则相应进行一级或二级预警。优选的，所述步骤2)中的所述指定时期为前一个月。优选的，所述步骤2)中的所述指定时期为当天。本发明的一种电能质量稳态指标预警方法，建立了指标超标和异常两种类别，四个等级的预警结构；同时在异常挖掘环节，采用基于高阶统计量的时间序列挖掘算法，利用偏度和峰度来对潜在的电能质量数据异常进行分析，实践证明该预警方法层次分明，高效全面，算法效率高，准确性强，可操作性好。
图1是本发明的第一较佳实施例的流程框图； 图2是本发明的第二较佳实施例的流程框图3是超标监测模块的流程框图； 图4是95%概率值检测模块的流程框图； 图5是异常数据挖掘模块的流程框图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明具体介绍如下
本发明的一种电能质量稳态指标预警方法，是在电能质量在线监控装置和计算机的支持下实现的。首先要根据实际情况预先选定监测的电能质量指标，本发明的预警方法适用于以下指标电压偏差、电压总谐波、电压三相不平衡度、短时间闪变、2 25次电压谐波和 2^25次电流谐波。这些方法都有各自的国家标准，针对每个选定的指标可以设定四个等级的预警阀值；一旦超过相应的阀值，系统立即发出相应的预警。根据各自情况的危害性，设置预警阀值针对超标数据，设置有三级和四级两个预警阀值进行预警；而针对95%概率值检测，设置有二级和三级两个预警阀值；针对异常数据挖掘，设置有一级和二级两个预警阀值。根据选定的指标可以采用不同的电能质量在线监控装置进行实时采集电能质量数据。 目前，电能质量监控的装置比较成熟，可根据需要选用。如图1所示，采集的电能质量数据，被输入到计算机针对每个选定的指标进行分析，其中每个指标相应的分析步骤均包括
首先，先检验数据的完整度。先筛选掉由于在线监控装置的错误或其它未知错误导致的荒谬数据，避免因其而得出错误的分析结果。其次，计算该指标的期望值和标准方差，可以以前一个月的数据为标本进行统计， 也可以采用当天的数据作为标本。并以此作为标准，将采集的数据与之比较，如果数据超过相应的阀值，则进行由超标监测模块进行分析；否则，则进行95%概率值检测。95%概率值检测中检验出的正常数据还要进行异常数据挖掘，进一步检测其中的异常数据。最终各个模块检测的结果都被写入数据库进行保存。如图3所示，超标监测模块中，首先统计该项指标当天的超标次数，当超标次数超过相应阈值后，直接给出相应等级的预警如果该项指标的超标次数超过所述预警阀值中的第四级阀值则给出四级预警；否则，如果其超过所述预警阀值中的第三级阀值则给出三
级预警。如图4所示，95%概率值检测模块中，首先取得该项指标当天的95%概率值，如果 95%概率值大于等于三级95%概率阈值，则给出三级预警，如果95%概率值大于等于二级 95%概率阈值，则给出二级预警。如图5所示，异常数据挖掘模块中，首先确定滑动窗口的大小，期望值和标准方差 (若能取到前一个月数据的平均值和标准方，则利用这两个值设定算法中涉及的期望值和标准方差，否则设定为该日数据的平均值和标准方差);从第一个窗口开始计算每个滑动窗口内的偏度和峰度，以及两者乘积；确定所有滑动窗口内偏度与峰度乘积的最大值，若乘积超过阈值，则检验相应滑动窗口内的平均值或者最大值是否超过相应阈值，若两个条件中至少一个满足条件，则判定数据异常成立，确定电能质量预警等级。最终的结果最后写入数据库进行保存。本发明的一种电能质量稳态指标预警方法还可以监控负序电流，零序电流，利用负序电流，零序电流与正序电流的比值作为分析对象。针对负序电流，零序电流，由于没有相应国家标准，如图2所示，直接进行数据异常挖掘，而不进行超标检测和95%概率值检测。上述实施例不以任何方式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种电能质量稳态指标预警方法，在电能质量在线监控装置和计算机的支持下实现，其特征在于其包括以下步骤1)根据实际情况预先选定监测的电能质量指标，所述电能质量指标包括以下指标中的一种或多种电压偏差、电压总谐波、电压三相不平衡度、短时间闪变、2 25次电压谐波和 2^25次电流谐波；并依照国家标准，针对每个选定的所述电能质量指标设定四个等级的预警阀值；2)由所述电能质量在线监控装置实时采集电能质量数据，并将其输入计算机；3)针对步骤2)中采集的所述电能质量数据，由计算机分别通过1)中选定的所述电能质量指标对其进行分析，针对其中每一项所述电能质量指标，其分析的步骤均包括3. 1)通过计算机计算该项指标当天的平均值及所述电能质量数据的标准差；3. 2)将1)中计算出来的所述电能质量数据的标准差与该项指标相应的国家标准相比较，如果在国家标准范围内则视其为正常数据；否则，则视其为超标数据；3. 3)对于步骤3. 2)中分析得出的超标数据，统计该项指标当天的超标次数，如果该项指标的超标次数超过所述预警阀值中的第三级阀值则给出三级预警；否则，如果其超过所述预警阀值中的第四级阀值则给出四级预警；3. 4)对于步骤3. 2)中分析得出的正常数据，进行95%概率值检测，对其进行相应的分级预警；3. 5)步骤3. 4)中未进行预警处理的数据进行异常数据挖掘，并根据分析结果进行分级预警；4)将以上各步骤计算的数值及最终预警等级保存入数据库，并提供显示和查询的人机交互界面。
2.根据权利要求1所述的一种电能质量稳态指标预警方法，其特征在于所述步骤 3. 4)中所述95%概率值检测包括以下步骤从数据库读取当日数据中该项指标的95%概率值；上述95%概率值若大于等于所设三级95%概率阈值，则给出三级预警；否则，95%概率值若大于等于所设二级95%概率阈值，则给出二级预警。
3.根据权利要求1或2其中之一所述的一种电能质量稳态指标预警方法，其特征在于 所述步骤幻和3)之间还设置有数据完整度检验，根据该项指相应的国家标准，检验所述电能质量数据的完整度，完整度不符合要求的所述电能质量数据视为不正常数据，对其不进行后续分析。
4.根据权利要求1或2其中之一所述的一种电能质量稳态指标预警方法，其特征在于 所述步骤3. 5)中所述异常数据挖掘包括以下步骤1)根据该项指标设定滑动窗口的大小；2)计算该项指标在指定时期内的期望值和标准差；3)计算每个所述滑动窗口内的偏度和峰度及它们的乘积；4)统计每个所述滑动窗口内的偏度和峰度的乘积的最大值及平均值，如果其最大值或平均值超过所述预警阀值中的第一级阀值或第二级阀值，则相应进行一级或二级预警。
5.根据权利要求4所述的一种电能质量稳态指标预警方法，其特征在于所述步骤2) 中的所述指定时期为前一个月。
6.根据权利要求4所述的一种电能质量稳态指标预警方法，其特征在于所述步骤2) 中的所述指定时期为当天。
7.一种电能质量稳态指标预警方法，是在电能质量在线监控装置和计算机的支持下实现的，其特征在于其包括以下步骤1)根据实际情况预先选定监测的电能质量指标，所述电能质量指标包括以下指标中的一种或多种负序电流，零序电流；并针对每个选定的所述电能质量指标设定两个等级的预警阀值；2)由所述电能质量在线监控装置实时采集电能质量数据，并将其输入计算机；3)针对2)中采集的所述电能质量数据，由计算机分别通过1)中选定的所述电能质量指标对其进行分析，针对其中每一项所述电能质量指标，其分析的步骤包括3. 1)通过计算机计算该项指标当天的平均值及所述电能质量数据的标准差；3. 2)对所述电能质量数据进行异常数据挖掘，并根据分析结果进行分级预警；4)将以上各步骤计算的数值及最终预警等级保存入数据库，并提供显示和查询的人机交互界面。
8.根据权利要求7所述的一种电能质量稳态指标预警方法，其特征在于所述步骤 3. 2)中所述异常数据挖掘包括以下步骤1)根据该项指标设定滑动窗口的大小；2)计算该项指标在指定时期内的期望值和标准差；3)计算每个所述滑动窗口内的偏度和峰度及它们的乘积；4)统计每个所述滑动窗口内的偏度和峰度的乘积的最大值及平均值，如果其最大值或平均值超过所述预警阀值中的第一级阀值或第二级阀值，则相应进行一级或二级预警。
9.根据权利要求8所述的一种电能质量稳态指标预警方法，其特征在于所述步骤2) 中的所述指定时期为前一个月。
10.根据权利要求8所述的一种电能质量稳态指标预警方法，其特征在于所述步骤2) 中的所述指定时期为当天。
全文摘要
本发明公开了一种电能质量稳态指标预警方法，在电能质量在线监控装置和计算机的支持下实现，其特征在于其包括以下步骤1)预先选定电能质量指标，可包括电压偏差、电压总谐波、短时间闪变等；并设定四个等级的预警阀值；2)实时采集电能质量数据，并分析其中每一项所述电能质量指标以进行分级预警；3)将以上计算出的数值及最终预警等级保存入数据库。本发明的一种电能质量稳态指标预警方法，建立了指标超标和异常两种类别，四个等级的预警结构；同时在异常挖掘环节，采用基于高阶统计量的时间序列挖掘算法，利用偏度和峰度来对潜在的电能质量数据异常进行分析，实践证明该预警方法层次分明，高效全面，算法效率高，准确性强，可操作性好。
文档编号H02J3/00GK102170124SQ20111006768
公开日2011年8月31日 申请日期2011年3月21日 优先权日2011年3月21日
发明者刘建坤, 吴志, 李群, 袁晓冬, 郑爱霞, 陈兵, 顾伟 申请人:江苏省电力试验研究院有限公司