一种基于台区电量逻辑加和关系模型的台户关系辨识方法

技术领域

本发明涉及电力电网技术领域，尤其是涉及一种基于台区电量逻辑加和关系模型的台户关系辨识方法。

背景技术

在电力配网系统中，台户关系的准确辨识对于电网运营和管理至关重要。台户关系指的是电网中台区(变电站)与户(用户)之间的连接关系，它描述了每个台区所服务的用户范围和电力供应情况。准确辨识台户关系可以了解每个台区所服务的用户数量、用电负荷、用电特征等信息，从而实现精细化的供电管理、合理调度电力资源以及提供优质的电力服务。

传统的台户关系辨识方法主要依赖于人工调查、用户申报和台区计量数据，存在数据不准确、成本高昂、效率低下等问题。现有技术方法包括三种：1)基于智能电表数据的辨识方法：智能电表具有采集用户用电数据的能力，可以通过分析用户用电负荷曲线、用电行为特征等信息来识别台户关系。常用的方法包括聚类分析、时间序列分析、负荷曲线匹配等。2)基于智能感知设备的辨识方法：通过在电网中部署智能感知设备，如传感器、智能电表等，可以实时获取电网状态和用户用电信息，从而辅助辨识台户关系。这些设备可以提供用户用电负荷、电力质量、电压波动等数据，通过数据分析和模式识别技术来辨识台户关系。3)基于数据挖掘和机器学习的辨识方法：利用数据挖掘和机器学习技术，可以从大量的电力数据中发现隐藏的模式和规律，从而实现对台户关系的准确辨识。常用的方法包括关联规则挖掘、决策树、神经网络等。

基于目前的计量采集装置，台区变压器二次侧关口表计与台区用户侧可采集的负荷数据包括电流、电压和电量。用户侧与变压器关口侧的电流数据存在加和逻辑关系，但采集同步性较差，无法反映实时的变户关系；电压数据为96点采集数据，但低压台区用户侧与变压器二次侧关口表计的采集精度不同，用户侧电压数据保留一位小数，变压器二次侧关口表计仅为整数，且相邻台区间的用户电压波动性相似，因此无法采用传统变户关系辨识研究中基于相关性的异常检测算法。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种提高辨识精度的基于台区电量逻辑加和关系模型的台户关系辨识方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于台区电量逻辑加和关系模型的台户关系辨识方法，包括以下步骤：

采集台区总用电量和台区各用户的用电量，建立台区电量逻辑加和关系模型；

基于所述台区电量逻辑加和关系模型建立包含用户电量系数的台区电量逻辑加和方程组；

采用迭代方法求解所述台区电量逻辑加和方程组，获得用户电量系数，根据所述用户电量系数辨识出台户关系。

进一步地，采用I型和II型集中器采集所述台区总用电量和台区各用户的用电量。

进一步地，所述台区电量逻辑加和关系模型的表达式为：

w

式中，y

进一步地，所述区电量逻辑加和方程组的表达式为：

Y＝XW

Y＝[y

W＝[w

式中，Y代表台区变压器关口总表D天的电量序列；W代表待求解的用户电量系数；X代表待分析台区D天内n个用户的电量序列，每行代表一个用户i在D天内的电量序列，每列代表第t天各个用户的电量序列。

进一步地，所述迭代方法为最小二乘法。

进一步地，求解过程中，以最小化所述台区电量逻辑加和方程组误差的平方为目标函数，所述目标函数的表达式为：

式中，E为方程组误差的平方，y

进一步地，所述获得用户电量系数的具体步骤包括：

初始化：初始化用户电量系数；

单次迭代计算：计算单次迭代时的台区电量逻辑加和方程组的目标函数，根据目标函数求解关于用户用电量系数的梯度，并根据当前梯度更新用户用电量系数，重复执行此步骤直至单次迭代次数达到上限；

阶段性规约：将所述单次迭代获得的更新后的用户用电量系数进行规约，并作为下一次迭代循环的初值；

重复所述单次迭代计算和阶段性规约过程，直至总迭代次数达到上限，获得迭代最终的用户电量系数。

进一步地，所述关于用户用电量系数的梯度的表达式为：

式中，δ为梯度，E为方程组误差的平方，W

进一步地，所述阶段性规约的表达式为：

式中，W

进一步地，根据所述用户电量系数辨识出台户关系的具体步骤包括：

判断所述用户电量系数是收敛于1附近还是收敛于0附近，若收敛于1附近，则表明台户关系一致，若收敛于0附近，则表明台户关系不一致。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)相比于现有技术中采用电流或电压进行台户辨识的方法，本发明从电量数据展开研究，台区电量数据和用户电量数据的采集频率相同，能够为后续提高辨识准确度提供基础，并采用迭代方法逐步逼近可行解，能够获得精准的台户关系。

(2)本发明采用最小二乘法迭代求解台区电量逻辑加和方程组，并在求解迭代过程中加入对用户用电量系数的阶段性规约，以避免部分用户系数收敛过快，使方程的解陷入局部最优，能够更准确地获得用户电量系数，台户关系辨识更加准确。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种基于台区电量逻辑加和关系模型的台户关系辨识方法，如图1所述，该方法包括以下步骤：

S1、获取采集台区总用电量和台区各用户的用电量，建立台区电量逻辑加和关系模型。

本实施例从电量数据入手展开研究，在目前的低压供电台区中广泛使用的采集器为I型和II型集中器，每日零点从变压器关口总电表与用电用户分电表召回一次电量读数，单位为kWh，保留两位小数。在不考虑线损的条件下，每日的变压器关口表计电量与各用户用电量应存在如下加和关系：

式中，y

w

式中，θ

S2、基于所述台区电量逻辑加和关系模型建立包含用户电量系数的台区电量逻辑加和方程组。

通过步骤S1可建立台户电量逻辑加和方程组：

Y＝XW

Y＝[y

W＝[w

式中，Y代表变压器关口总表D天的电量序列，W代表带求解的用户电量系数，X代表待分析台区D天内n个用户的电量序列，每行代表一个用户i在D天内的电量序列，每列代表第t天各个用户的电量序列。

为使方程能够求解，电量加和关系方程组的独立方程个数应大于带求解的用户系数个数，由于用户负荷存在不确定性，基本不存在用电量信息完全成比例的两组方程(即两组方程线性不相关)，因此，这里只需保证电量采集可用天数D大于待分析台区用户数n。

S3、采用迭代方法求解所述台区电量逻辑加和方程组，获得用户电量系数，根据所述用户电量系数辨识出台户关系。

基于上述中的电量逻辑加和方程组，求解待分析台区各用户电量系数W，由于待求解方程组维度较高(一个台区下用户规模往往为50200户)，没有固定的求解方式，只能采用迭代方法逼近可行解，常用的方式为最小二乘法(Least Square Method)，以最小化方程组误差的平方为目标函数，使用梯度下降(Gradient Descent)的方式逐渐逼近可能的解。基于上述中的分析，变户关系归属正确的用户，其电量系数在求解过程中应收敛在1附近；不属于本台区用户的电量系数应收敛于0附近。为避免求解过程的随机性带来的影响，在求解迭代过程中加入对用户用电量系数的阶段性规约，以避免部分用户系数收敛过快，使方程的解陷入局部最优。基于加和关系的变户电量关系方程组求解过程如下：

步骤1：输入电量数据，求解参数初始化：

a)输入待分析台区变压器总表和n个用户共D天的日用电量数据，总表的用电量数据构成D×1的台区总表电量矩阵Y，用户的用电量数据构成D×n的用户电量矩阵X；

b)初始化用户电量系数W为n×1的全1向量(初始状态，默认待分析用户都为户变档案正确用户)，加和关系用电量方程组可表示为Y＝XW；

设置求解参数：学习率为ε＝1×10

步骤2：电量关系方程求解

a)计算第i次迭代的方程组代价函数E，即电量加和关系方程组的误差平方，其计算公式为：

式中，X

b)求代价函数E关于用户用电量系数Ww

c)根据当前梯度δ更新系数向量为W

d)j＝j+1，若j＜＝K，则j＝j+1，回到步骤a)，进行下一次迭代。否则转入下一步；

e)若j>K，则r＝r+1。若r＜＝R，则j＝1，回到步骤a)，为避免求解过程不稳定造成部分用户电量系数收敛过快，从而影响对W整体的求解，在每次循环结束后需要对W

f)迭代结束，将迭代终值W

步骤3：异常用户分析

根据电量加和关系方程组用户电量系数W的参数估计值，判断各台区用户的变户一致情况：

1)若用户电量系数都收敛于1附近，说明各用户电量都对台区总电量有贡献，即台区各用户档案不存在营配不一致情况；

2)部分用户电量系数收敛至0附近，说明这类用户电量与台区总用电量及总线损无相关性，实际配电拓扑不属于本台区，可安排工作人员进行现场排查，对疑似营配不一致用户进行档案校核；

3)部分用户系数出现远大于1的情况，说明求解陷入局部最优，需要调整求解参数，重新对W进行拟合。

上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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、CDROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。

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。

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。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。