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        線性趨勢(shì)預(yù)測(cè)的電廠關(guān)口電量追補(bǔ)研究

        2018-03-02 19:41:09王昕曹敏趙旭蔣婷婷趙艷峰李英娜
        軟件 2017年9期

        王昕+曹敏+趙旭+蔣婷婷+趙艷峰+李英娜

        摘要:關(guān)口計(jì)量準(zhǔn)確關(guān)系到供電企業(yè)和用戶的利益,本文針對(duì)電廠關(guān)口電量少計(jì)研究追補(bǔ)算法,采用線損法和線性擬合,針對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行對(duì)比研究。因?yàn)槔碚摼€損受環(huán)境影響,計(jì)算誤差較大,采用電廠和變電站的計(jì)量差值統(tǒng)計(jì)實(shí)際線損,考慮到電廠和變電站兩個(gè)回路的相似性,利用計(jì)量正常的II回實(shí)際線損計(jì)算追補(bǔ)電量,線性擬合法對(duì)計(jì)量異動(dòng)前后時(shí)段數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合,通過線性趨勢(shì)擬合預(yù)測(cè)得出追補(bǔ)電量。結(jié)合某關(guān)口電量少計(jì)案例,將短期采集的樣本分為樣本集和測(cè)試集,兩種算法對(duì)比,在供電企業(yè)短期生產(chǎn)狀況穩(wěn)定情況下線性擬合法計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度高于線損法。

        關(guān)鍵詞:電量追補(bǔ);權(quán)值系數(shù);線損法;線性擬合;特征識(shí)別

        0 引言

        關(guān)口電能表是電能的計(jì)量工具,其測(cè)量值直接關(guān)系到上網(wǎng)電費(fèi)收取是否公平合理。關(guān)口計(jì)量各環(huán)節(jié)可能存在電能計(jì)量裝置超差、失壓失流等問題,引起計(jì)量差錯(cuò),電能少計(jì),需要追補(bǔ)少計(jì)電量。電網(wǎng)運(yùn)行通常配備了電能量采集系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng),作為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電能計(jì)量系統(tǒng)正常運(yùn)行的手段,同時(shí)可以作為電量追補(bǔ)計(jì)算的參考數(shù)據(jù)源,但是也存在某些數(shù)據(jù)源不可靠的情況,因此需要考慮選擇合理的方法計(jì)算。變電站關(guān)口電量差錯(cuò)追補(bǔ)問題分析利用母線平衡法對(duì)失壓造成的差錯(cuò)電量進(jìn)行追補(bǔ),該方法中表碼誤差率和殘余電壓的取值誤差較大。電網(wǎng)系統(tǒng)電量追補(bǔ)方法研究提出線損法和功率法兩種電量追補(bǔ)的計(jì)算方法。計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)中的電量追補(bǔ)問題介紹了基于計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的電量追補(bǔ)方法,計(jì)算結(jié)果精確度不高。線損法是在異動(dòng)關(guān)口的對(duì)側(cè)關(guān)口計(jì)量數(shù)據(jù)正常情況下,電廠與變電站的相對(duì)差值作為線損計(jì)入,求出補(bǔ)追電量,線損法要求線損率標(biāo)準(zhǔn)偏差較小。線性擬合法需要在數(shù)據(jù)異動(dòng)期間,每隔固定時(shí)間段采集一次計(jì)量數(shù)據(jù),對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合,通過擬合曲線計(jì)算補(bǔ)追電量。本文采用綜合線損法和線性擬合法的方式,同時(shí)計(jì)算不同方法所得的追補(bǔ)電量,最后根據(jù)I回與II回的電量相對(duì)誤差的方式來提高電量追補(bǔ)的準(zhǔn)確度。

        1 基于線損和線性擬合的電量追補(bǔ)原理

        1.1線損法

        當(dāng)異動(dòng)關(guān)口的對(duì)側(cè)關(guān)口在計(jì)量系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)正常,且該系統(tǒng)的線損率比較穩(wěn)定,則可利用對(duì)側(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行電量追補(bǔ)計(jì)算,即線損法。在計(jì)算追補(bǔ)電量時(shí),利用計(jì)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計(jì)算線損率γ及其標(biāo)準(zhǔn)偏差6,得:

        式中,Efrom為潮流起始側(cè)電能;Eto。為潮流終點(diǎn)側(cè)電能;在n個(gè)相同時(shí)間段,分別得到各時(shí)間段的線損率yi。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)偏差δ比較小時(shí),線損率相對(duì)穩(wěn)定,使用該參數(shù)計(jì)算追補(bǔ)電量偏差較?。蝗魳?biāo)準(zhǔn)偏差比較大,則需要換其他的方法計(jì)算。在確定了線損率后,可利用計(jì)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來估計(jì)追補(bǔ)電量Ec,得:式中,E'from為潮流起始側(cè)實(shí)測(cè)電能。

        1.2 線性擬合法

        若電能在采樣期間保持穩(wěn)定增長(zhǎng),增長(zhǎng)量與時(shí)間呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系,可采用最小二乘法的原理來線性擬合,通過線性擬合找到一條能夠代表異動(dòng)時(shí)間段內(nèi)的電量與時(shí)間的變化關(guān)系,通過擬合函數(shù)就可以計(jì)算出這段時(shí)間內(nèi)的估計(jì)電量。線性度(非線性誤差)6L定義為校準(zhǔn)曲線與擬合直線間最大偏差ymax與滿量程輸出值yFS之比:

        利用最小二乘法擬合的直線,其校準(zhǔn)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的擬合直線上的點(diǎn)之間的殘差平方和最小,設(shè)擬合直線方程式為:

        y=kx+b

        (5)

        若實(shí)際校準(zhǔn)測(cè)試點(diǎn)有n個(gè),則第i個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)yi與擬合直線上相應(yīng)值之間的殘差為:

        i=yi-(kxi+6)

        (6)

        最小二乘法擬合直線的原理就是使

        對(duì)k和b的一階偏導(dǎo)數(shù)等于零,即:則k和b可表示為:

        將獲得的k和6值之后,代入式(6)即可得到擬合直線,按式(7)可求出誤差的最大值imax,即非線性誤差。根據(jù)異動(dòng)的時(shí)間段將所有數(shù)據(jù)分為若干組,計(jì)算各時(shí)間段的電量變化的近似曲線。其主要步驟如下:

        (1)根據(jù)異動(dòng)的時(shí)間段,將數(shù)據(jù)分為n組;

        (2)對(duì)每一組進(jìn)行線性擬合,計(jì)算其L值為L(zhǎng)i

        (3)選取線性度最小的數(shù)據(jù)為異動(dòng)期間的擬合樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合,得到的曲線作為異動(dòng)時(shí)間段的電量變化曲線;

        (4)對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合,通過擬合函數(shù)計(jì)算潮流起始側(cè)的電量Efrom

        (5)通過實(shí)測(cè)電量計(jì)算追補(bǔ)電量,即Ec=Efrom-Eto。

        2 電廠關(guān)口電量的異常數(shù)據(jù)識(shí)別與追補(bǔ)

        某關(guān)口電廠側(cè)的電壓變比為220kV/lOOV,電流變比為2400A/1A,則電廠側(cè)電表電量Eti為:

        △Eti=△Ei×2400x 2200

        (9)

        式中,△Eti,是每15min的電能量;△Ei=Ei+1-Ei; 臣和Ei+1分別是相鄰15min的兩次計(jì)量表的讀數(shù)。因此,每天15: 30至次日21: 30期間的電廠側(cè)電能累計(jì)Esum為:

        變電站側(cè)電壓變比為220kV/lOOV,電流變比為1500A/1A,則變電站側(cè)電表電量Et,為:

        △Eti=△Ei×1500×2200

        (11)

        式中,△Eti代表每15min的電能量,Ei是相鄰15min計(jì)量表讀數(shù)。endprint

        每天15:30至次日21: 30期間的電能累計(jì)Esum,采用式( 10)計(jì)算。根據(jù)(9)和(10)可得I回和II回變電站的電能;根據(jù)依據(jù)式(10)和(11)可得I回和II回電廠側(cè)的電能。

        圖l是9月30至10月1日每天15: 30至次日21: 30期間I回和II回線路變電站和電廠的電能累汁數(shù)據(jù),在9月30至10月1日的曲線中,I回線路電廠側(cè)與變電站數(shù)據(jù)差值較大,數(shù)據(jù)關(guān)系與I回和II回的其他時(shí)間段的趨勢(shì)有明顯差異。9月30日I回線路上,變電站電能5696427kWh,電廠側(cè)電能4540800kWh,電廠側(cè)電能小于變電站電能,發(fā)生電量少計(jì)。

        2.1 線損法追補(bǔ)電量

        電廠計(jì)量關(guān)口表在2015年9月30日15: 30至2015年10月1日21: 30期間出現(xiàn)異動(dòng),需要對(duì)該段時(shí)間進(jìn)行電量追補(bǔ)計(jì)算。對(duì)9月30日到10月21日的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,依據(jù)公式(2)得出I回線損率標(biāo)準(zhǔn)偏差6為0.0035794,II回線損率標(biāo)準(zhǔn)偏差6為0.0050973,線損率標(biāo)準(zhǔn)偏差較小。圖2對(duì)電廠和變電站數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,計(jì)算H{線損法所需數(shù)據(jù)。

        由于I回和II回的線路參數(shù)指標(biāo)完全一致,采用II回電廠與變電站的相對(duì)差值作為管理線損計(jì)入,計(jì)量時(shí)間段內(nèi)的E估計(jì)=E變電站+線損,估計(jì)值與I回電廠側(cè)電能計(jì)量示值如圖3所示。

        計(jì)算表明,在2015年9月30日15: 30至2015年10月1日21:30期間,II回的線損為23463 kWh,相對(duì)誤差為20.61%,因此I回電廠側(cè)的估計(jì)電量為5719890 kWh,應(yīng)追補(bǔ)電量為1179090kWh。

        2.2 線性擬合法追補(bǔ)電量

        電廠能量數(shù)據(jù)按每15min進(jìn)行一次采樣,每15min記錄一次實(shí)時(shí)的電流、電壓、電量等數(shù)據(jù)。分析該采樣數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)三相電壓一直穩(wěn)定在58~60V之間,三相電流也一直保持在0.206A附近。

        三相電壓、電流也基本保持平衡,由此可以判定,電能在采樣期間保持穩(wěn)定增長(zhǎng),增長(zhǎng)量與時(shí)間呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系。因此,依據(jù)數(shù)據(jù)異動(dòng)的時(shí)間段(15:30:00至次日的21:30:00),采集了12組數(shù)據(jù),分別對(duì)每組數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法線性擬合,剔除廠家兩天節(jié)假日數(shù)據(jù)后,得出得擬合函數(shù)的一次項(xiàng)系數(shù)為k=0.008962,零次項(xiàng)系數(shù)為b=1305,圖4顯示了擬合曲線。

        利用擬合曲線對(duì)2015-9-30 15:30:00-2015-10-121:30:00的電量進(jìn)行估計(jì),電廠側(cè)的擬合電量為5678323.20 kWh,不值相對(duì)誤差為20.03%,應(yīng)追補(bǔ)電量為1137523.2 kWh。

        3 方案驗(yàn)證

        針對(duì)某電廠關(guān)口電能表由于I回線路的C相電流出現(xiàn)異常而導(dǎo)致電量少計(jì)的問題,采用兩種方法計(jì)算,通過實(shí)際的數(shù)據(jù)計(jì)算和結(jié)果的對(duì)比分析。9月30日至10月11日期間采用兩種方法計(jì)算追補(bǔ)電量。圖3給出每天計(jì)算誤差比較,線性擬合法計(jì)算結(jié)果相對(duì)誤差比線損法小,但誤差曲線波動(dòng)較大,由于采樣值較少引起的。適當(dāng)增加采樣值數(shù)量,可減小誤差波動(dòng)性。

        表2對(duì)比電量少計(jì)當(dāng)天數(shù)據(jù)。估計(jì)電量與II回電量相對(duì)誤差為正表明II回電量大于計(jì)算所得估計(jì)電量,為負(fù)表明小于估計(jì)電量,這兩種方案的估計(jì)結(jié)果與II回計(jì)量結(jié)果的相對(duì)誤差在0.3%~0.4%左右變化,誤差均較小,線性擬合法準(zhǔn)確性更高。

        4 結(jié)論

        線損法在I回和II回平衡、線路相關(guān)參數(shù)一致的情況下容易進(jìn)行計(jì)算,可較快的獲得估計(jì)結(jié)果,但同時(shí)也會(huì)把表計(jì)的誤差計(jì)入在內(nèi),且環(huán)境氣候等的波動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致線損率標(biāo)準(zhǔn)偏差比較大;線性擬合法對(duì)樣本進(jìn)行了均值化處理,如果選取的樣本與異動(dòng)數(shù)據(jù)規(guī)律接近,則能獲得較好的效果,但當(dāng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)波動(dòng)較大時(shí)誤差會(huì)增加,對(duì)采集的樣本數(shù)據(jù)的代表性有一定要求。本文案例中,利用線損法對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,相對(duì)誤差0.3981%,線性擬合的相對(duì)誤差為-0.3310%,最終采用線性趨勢(shì)預(yù)測(cè)的方式,為供電企業(yè)電量結(jié)算和電量追補(bǔ)提供了依據(jù)。endprint

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