一種基于相異度計算的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于相異度計算的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)監(jiān)測方法，在由電能監(jiān)測終端和模型庫構(gòu)成的系統(tǒng)中，電能監(jiān)測終端的輸入端與電網(wǎng)監(jiān)測點連接、通訊端連接所述模型庫，包括以下步驟：一、數(shù)值采集步驟，二、標準度計算步驟，三、相異度計算步驟，四、模型匹配查詢步驟，該方法采用標準度計算使電能質(zhì)量的各類指標數(shù)值統(tǒng)一標準化，經(jīng)過相異度計算進行聚類和分類，以達到電能質(zhì)量故障的精確診斷、分析，隨著電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的豐富、模型庫的事件模型增加完善，模型庫自動分析的結(jié)果將會更加準確，快速。
【專利說明】
一種基于相異度計算的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于相異度計算的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)監(jiān)測方法，屬于電能質(zhì)量監(jiān)測技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電能質(zhì)量(Power Quality)，從普遍意義上講是指優(yōu)質(zhì)供電，包括電壓質(zhì)量、電流 質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量。其可以定義為：導致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電 流或頻率的偏差，其內(nèi)容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、暫時或瞬 態(tài)過電壓、波形畸變(諧波）、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續(xù)性等。
[0003] 電能質(zhì)量的各類標準計算標準如下：
[0004] GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》計算電壓畸變率，電流總諧波；
[0005] GB/T 12325-2008《電能質(zhì)量供電電壓偏差》計算電壓偏差；
[0006] GB/T 15543-2008《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》計算電壓不平衡度GB/T15945-2008 《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》計算頻率偏差；
[0007] GB/T 12326-2008《電能質(zhì)量電壓波動和閃變》計算電壓長時閃變。
[0008] 隨著國家電網(wǎng)建設(shè)的持續(xù)開展，目前國內(nèi)大部分的省、市、地區(qū)均已建立起覆蓋本 區(qū)域的電能質(zhì)量在線監(jiān)測網(wǎng)，每年均有大量的電能質(zhì)量監(jiān)測穩(wěn)態(tài)統(tǒng)計數(shù)據(jù)存入到監(jiān)測網(wǎng)的 數(shù)據(jù)庫中，然而現(xiàn)有關(guān)于電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)故障的診斷方法缺乏對存入數(shù)據(jù)的分析與利用，難 以找出影響本區(qū)域內(nèi)電能質(zhì)量的根本原因，無法提供合理的治理方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于:針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種基于相異度計算的 電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)監(jiān)測方法，通過相異度計算方法將采集到的數(shù)據(jù)與樣本數(shù)據(jù)進行對比分析， 并不斷的錄入數(shù)據(jù)擴充模型庫，提高診斷的精確度，。
[0010] 為了達到以上目的，本發(fā)明的一種基于相異度計算的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)監(jiān)測方法，在 由電能監(jiān)測終端和模型庫構(gòu)成的系統(tǒng)中，電能監(jiān)測終端的輸入端與電網(wǎng)監(jiān)測點連接、通訊 端連接所述模型庫，包括以下步驟，
[0011] 步驟一、數(shù)值采集步驟，電能監(jiān)測終端每隔預定時間采集電網(wǎng)監(jiān)測點電能質(zhì)量電 能監(jiān)測終端每隔預定時間采集監(jiān)測點電能質(zhì)量電壓電流數(shù)值，在第二時間范圍內(nèi)計算為電 能質(zhì)量指標數(shù)據(jù)，在第三時間范圍獲得電能質(zhì)量指標數(shù)據(jù)的均方根值，將第四時間范圍獲 得所有電能質(zhì)量指標數(shù)據(jù)的均方根值與對應(yīng)的國標限值的差值取正整數(shù)值作為標準值。
[0012] 步驟二、標準度計算步驟，根據(jù)步驟一采集到的同一類指標各數(shù)值計算出該指標 的平均值和平均絕對差值，再通過Z分數(shù)算法計算出該類指標的標準度量值；
[0013] 步驟三、相異度計算步驟，根據(jù)步驟一中獲取標準值的順序構(gòu)建標準值序列，根據(jù) 步驟二中獲取標準度量值的順序構(gòu)建標準度量值序列，通過相異度距離公式計算出各標準 值與對應(yīng)序列的標準度量值之間的距離值，距離值越趨近于0,兩個對象之間的相似度越 大，反之則相似度越小;并將距離值作為元素構(gòu)建該類指標數(shù)據(jù)的相異度矩陣；
[0014] 步驟四、模型匹配查詢步驟，篩選步驟三相異度矩陣中最小的距離值，如果得到的 最小的距離值大于閥值，則認為無法匹配模型，將該組標準值序列發(fā)送至模型庫設(shè)定為新 模型，如果得到的最小的距離值小于閥值，則將該組標準值序列發(fā)送至模型庫調(diào)用該模型 的數(shù)值。
[0015] 電能質(zhì)量的各類指標數(shù)值由電能質(zhì)量監(jiān)測終端獲取，采用z分數(shù)算法進行各類指 標數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標準化，再構(gòu)建相異度矩陣，并采用曼哈坦距離算法進行相異度計算，根據(jù)計 算值與模型庫內(nèi)已有的模型進行匹配，完成電能質(zhì)量監(jiān)測，當模型庫無法進行匹配時，自動 記錄新的計算值并存儲更新模型庫。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)選方案是：電能質(zhì)量指標包括電壓偏差、電壓不平衡度、電壓畸變率、 總諧波電流、頻率偏差、長時閃變。
[0017] 優(yōu)選地，步驟一中預定時間為0.019ms，第二時間范圍為20ms，第三時間范圍為1分 鐘，第四時間范圍為1小時。
[0018] 優(yōu)選地，步驟二中平均值的計算公式為n
乎均絕對差值的計算公式為
，其中Xl為實時采集的監(jiān)測點指標數(shù)值， Sf為監(jiān)測點指 標數(shù)據(jù)的平均絕對差，i為采集的個數(shù)，mf為監(jiān)測點指標數(shù)據(jù)的平均值。
[0019] 更優(yōu)選地，步驟二中z分數(shù)算法的公式為
其中21為標準度量值，Sf為監(jiān) 測點指標數(shù)據(jù)的平均絕對差，Xl為實時采集的監(jiān)測點指標數(shù)值，Hlf為監(jiān)測點指標數(shù)據(jù)的平均 值。
[0020] 優(yōu)選地，步驟三中相異度距離公式為
其中m序列為模型庫中保存的某一模型序列值，Z1序列為步驟二中計算的標準度量值序列。
[0021] 優(yōu)選地，步驟三中構(gòu)建的矩陣公式關(guān)
[0022] 本發(fā)明有益效果為:采用標準度計算使電能質(zhì)量的各類指標數(shù)值統(tǒng)一標準化，經(jīng) 過相異度計算進行聚類和分類，以達到電能質(zhì)量故障的精確診斷、分析，隨著電能質(zhì)量數(shù)據(jù) 的豐富、模型庫的事件模型增加完善，系統(tǒng)自動分析的結(jié)果將會更加準確，快速。
【附圖說明】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0024]圖1為本發(fā)明實施例的流程框圖。
[0025]圖2為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】 [0026] 實施例一
[0027] 本實施例的一種基于相異度計算的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)監(jiān)測方法，如圖1所示，在由電能 監(jiān)測終端1和模型庫2構(gòu)成的系統(tǒng)中，電能監(jiān)測終端1的輸入端與電網(wǎng)3的監(jiān)測點連接、通訊 端連接所述模型庫2，包括以下步驟，
[0028] 步驟一、數(shù)值采集步驟，電能監(jiān)測終端1每隔預定時間采集電網(wǎng)3監(jiān)測點電能質(zhì)量 的各類電能監(jiān)測終端每隔預定時間采集監(jiān)測點電能質(zhì)量電壓電流數(shù)值，在第二時間范圍內(nèi) 計算為電能質(zhì)量指標數(shù)據(jù)，在第三時間范圍獲得電能質(zhì)量指標數(shù)據(jù)的均方根值，將第四時 間范圍獲得所有電能質(zhì)量指標數(shù)據(jù)的均方根值與對應(yīng)的國標限值的差值取正整數(shù)值作為 標準值。
[0029]步驟二、標準度計算步驟，根據(jù)十分鐘內(nèi)采集到的同一類指標各數(shù)值計算出該指 標的平均值和平均絕對差值，再通過z分數(shù)算法計算出該類指標的標準度量值。
[0030] 步驟三、相異度計算步驟，根據(jù)步驟一中獲取標準值的順序構(gòu)建標準值序列，根據(jù) 步驟二中獲取標準度量值的順序構(gòu)建標準度量值序列，通過相異度距離公式計算出各標準 值與對應(yīng)序列的標準度量值之間的距離值，距離值越趨近于0,兩個對象之間的相似度越 大，反之則相似度越小;并將距離值作為元素構(gòu)建該類指標數(shù)據(jù)的相異度矩陣。
[0031] 步驟四、模型匹配查詢步驟，篩選步驟3中相異度矩陣中最小的距離值，如果得到 的最小的距離值大于閥值，則認為無法匹配模型，將該組標準值序列發(fā)送至模型庫2設(shè)定為 新模型，如果得到的最小的距離值小于閥值，則將該組標準值序列發(fā)送至模型庫2調(diào)用該模 型的數(shù)值及解決方案。
[0032] 電能質(zhì)量的各類指標數(shù)值由電能質(zhì)量監(jiān)測終端獲取，采用z分數(shù)算法進行各類指 標數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標準化，再構(gòu)建相異度矩陣，并采用曼哈坦距離算法進行相異度計算，根據(jù)計 算值與模型庫內(nèi)已有的模型進行匹配，完成電能質(zhì)量監(jiān)測，當模型庫無法進行匹配時，自動 記錄新的計算值并存儲更新模型庫。
[0033] 電能質(zhì)量的各類指標包括電壓偏差、電壓不平衡度、電壓畸變率、總諧波電流、頻 率偏差、長時閃變。
[0034] 步驟一中預定時間為0.019ms，第二時間范圍為20ms，第三時間范圍為1分鐘，第四 時間范圍為1小時。
[0035] 步驟二中平均值的計算公式為
平均絕對差值的計算公式為
其中X1為實時采集的監(jiān)測點指標數(shù)值，Sf為監(jiān)測點 指標數(shù)據(jù)的平均絕對差，i為采集的個數(shù)，mf為監(jiān)測點指標數(shù)據(jù)的平均值。
[0036] 步驟二中z分數(shù)算法的公式戈
，其中21為標準度量值，Sf為監(jiān)測點指標 數(shù)據(jù)的平均絕對差，X1為實時采集的監(jiān)測點指標數(shù)值，mf為監(jiān)測點指標數(shù)據(jù)的平均值。
[0037]步驟三中相異度距離公式為 <
其中m序 列為模型庫中保存的某一模型序列值，Z1序列為步驟二中計算的標準度量值序列。
[0038] 步驟三中構(gòu)建的矩陣公式為
[0039] 本實施以IlOkV某監(jiān)測點的數(shù)據(jù)為例，統(tǒng)計周期為1分鐘，序列周期為1小時，數(shù)據(jù) 個數(shù)為60個。表中列出前20個值。最終結(jié)果中模型2的匹配度最高。
[0040] 限值表





【主權(quán)項】
1. 一種基于相異度計算的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)監(jiān)測方法，在由電能監(jiān)測終端和模型庫構(gòu)成的 系統(tǒng)中，所述電能監(jiān)測終端的輸入端與電網(wǎng)監(jiān)測點連接、通訊端連接所述模型庫，其特征在 于，包括以下步驟， 步驟一、數(shù)值采集步驟，電能監(jiān)測終端每隔預定時間采集監(jiān)測點電能質(zhì)量電壓電流數(shù) 值，在第二時間范圍內(nèi)計算為電能質(zhì)量指標數(shù)據(jù)，在第三時間范圍獲得電能質(zhì)量指標數(shù)據(jù) 的均方根值，將第四時間范圍獲得所有電能質(zhì)量指標數(shù)據(jù)的均方根值與對應(yīng)的國標限值的 差值取正整數(shù)值作為標準值； 步驟二、標準度計算步驟，計算步驟一采集到的同一類指標各數(shù)值計算出該指標的平 均值和平均絕對差值，再通過Z分數(shù)算法計算出該類指標的標準度量值； 步驟三、相異度計算步驟，根據(jù)步驟一中獲取標準值的順序構(gòu)建標準值序列，根據(jù)步驟 二中獲取標準度量值的順序構(gòu)建標準度量值序列，通過相異度距離公式計算出各標準值與 對應(yīng)序列的標準度量值之間的距離值;并將距離值作為元素構(gòu)建該類指標數(shù)據(jù)的相異度矩 陣； 步驟四、模型匹配查詢步驟，篩選步驟三中相異度矩陣中最小的距離值，如果得到的最 小的距離值大于閥值，則認為無法匹配模型，將該組標準值序列發(fā)送至模型庫設(shè)定為新模 型，如果得到的最小的距離值小于閥值，則將該組標準值序列發(fā)送至模型庫調(diào)用該模型的 數(shù)值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相異度計算的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于： 所述電能質(zhì)量指標包括電壓偏差、電壓不平衡度、總諧波電流、電流畸變率、頻率偏差、長時 閃變。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相異度計算的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于： 步驟一中預定時間為〇. 〇 19ms，第二時間范圍為20ms，第三時間范圍為1分鐘，第四時間范圍 為1小時。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相異度計算的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于： 步驟二中平均值的計算公式為，平均絕對差值的計算公式為，其中Xl為實時采集的監(jiān)測點指標數(shù)值， Sf為監(jiān)測點指 標數(shù)據(jù)的平均絕對差，i為采集個數(shù)，mf為監(jiān)測點指標數(shù)據(jù)的平均值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種基于相異度計算的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)監(jiān)測方法，其特征在 于:步驟二中z分數(shù)算法的公式，其中21為標準度量值，sf為監(jiān)測點指標數(shù)據(jù)的 平均絕對差，Xl為實時采集的監(jiān)測點指標數(shù)值，mf為監(jiān)測點指標數(shù)據(jù)的平均值。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相異度計算的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于： 步驟三中相異度距離公式為d(i) = ( | mii-zii | + | mi2-zi21 + A + | min-zin | )，其中mi序列為模型 庫中保存的某一模型序列值，Zl序列為步驟二中計算的標準度量值序列。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種基于相異度計算的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)監(jiān)測方法，其特征在 于:步驟三中構(gòu)建的矩陣公式為
【文檔編號】G06F19/00GK106055855SQ201510256666
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年5月19日
【發(fā)明人】王巍, 尹柏清, 張帆, 張一帆, 潘大志, 胡宏彬, 李斌, 章曉敏, 林宇, 田曙光, 姚東方
【申請人】內(nèi)蒙古自治區(qū)電力科學研究院, 南京燦能電力自動化有限公司