基于數(shù)據(jù)驅動的不規(guī)則用電檢測誤差校正系統(tǒng)設計

宋輝，姬曉文，高琦，緱鵬超，王志強

（國網(wǎng)陜西省電力公司信息通信公司，陜西西安 710048）

數(shù)據(jù)驅動是與實時數(shù)據(jù)庫相關的信息處理概念，作為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展的一個重要分支條件，能夠較好地適應數(shù)據(jù)信息的傳輸變化規(guī)律，并可在有限的處理時間內(nèi)，生成多項實用執(zhí)行指令。在電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)中[1-2]，數(shù)據(jù)驅動指令的執(zhí)行速率影響電子信息的實際傳輸速率，一般情況下，二者始終保持相同的數(shù)值變化趨勢。

由于不規(guī)則用電行為的存在，電網(wǎng)環(huán)境很難長時間保持穩(wěn)定的應用傳輸狀態(tài)。傳統(tǒng)虛擬應用型誤差校正系統(tǒng)在PCI 控制卡元件的作用下，確定與電網(wǎng)用戶耗電行為相關的電子輸入與輸出流量，再借助時間維度條件，計算電能表元件所具有的誤差校正能力。然而隨著電信號輸出量的增大，該系統(tǒng)所消耗的實際檢測時長始終不能達到理想化數(shù)值條件。為解決此問題，引入數(shù)據(jù)驅動理論，在用電檢測電路、EMI 濾波器等硬件設備元件的支持下，設計一種新型的不規(guī)則用電檢測誤差校正系統(tǒng)，并通過對比實驗的方式，突出該系統(tǒng)的實際應用價值。

1 系統(tǒng)硬件設計

不規(guī)則用電檢測誤差校正系統(tǒng)的硬件執(zhí)行環(huán)境由用電檢測電路、步進式校正電機、EMI 濾波器3 部分共同組成，具體設計方法如下。

1.1 用電檢測電路

用電檢測電路可提供不規(guī)則用電檢測誤差校正系統(tǒng)的傳輸應用電子，由誤差分析回路、電信號驅動回路兩部分共同組成。其中，誤差分析回路能夠同時管制多個下級附屬電阻，在數(shù)據(jù)驅動行為頻繁發(fā)生的情況下，所接入電阻的實際阻值水平越高，該回路元件所具備的電子量感知能力也就越強[3]。電信號驅動回路可在多個C 級電容元件的作用下，更改最左側輸入端電阻的實際接入數(shù)值，再通過位于電路中部的變頻調(diào)阻器實現(xiàn)對電網(wǎng)用戶不規(guī)則用電行為的更改與調(diào)試，從而實現(xiàn)對待檢用電誤差量的校正與處理。用電檢測電路示意圖如圖1 所示。

圖1 用電檢測電路示意圖

1.2 步進式校正電機

步進式校正電機位于不規(guī)則用電檢測誤差校正系統(tǒng)的中層執(zhí)行單元之中，可在用電檢測電路的作用下，更改電力計的現(xiàn)有示數(shù)值，再借助光柵尺、滑動平臺等元件，標定耗電設備中的不規(guī)則用電量傳輸極限值，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)伺服電機執(zhí)行輸出能力的有效促進[4-5]。機架位于步進式校正電機的最外部，可支撐電子減速器與伺服電機的轉動連接行為，在耗電設備電量感知能力不出現(xiàn)明顯變化的情況下，光柵尺實際移動的物理位移量越大，步進式校正電機元件所具備的電子輸出能力也就越強，反之則越弱。步進式校正電機結構如圖2 所示。

圖2 步進式校正電機結構

1.3 EMI濾波器

EMI 濾波器作為步進式校正電機的下級執(zhí)行元件，包含STEP（脈沖管腳）、DIR（方向管腳,）、EN（28腳）、FAULT（27 腳）4 類電子輸出接口，可在感知電網(wǎng)用戶不規(guī)則用電行為的同時，對個別節(jié)點處的電信號指標參量進行詳細記錄[6-7]。STEP 電子輸出接口能夠與系統(tǒng)數(shù)據(jù)驅動主機直接相連，在整個用電檢測誤差校正過程中，始終對傳輸電子起到匯集調(diào)度處理的作用。DIR 電子輸出接口能夠接收STEP端發(fā)送出的電量檢測信號，并可在EN 接口組織的作用下，將未完全消耗的電信號行為量存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機之中[8-9]。FAULT 電子輸出接口具備較強的電信號分散能力，可在接收系統(tǒng)數(shù)據(jù)驅動主機應用指令的同時，協(xié)調(diào)EMI 濾波器元件的現(xiàn)有連接狀態(tài)，從而獲得真實的用電檢測誤差校正結果。EMI濾波器結構如圖3 所示。

圖3 EMI濾波器結構

2 系統(tǒng)軟件設計

在硬件執(zhí)行環(huán)境的基礎上，按照用電數(shù)據(jù)過濾、不規(guī)則電負荷特征確定、誤差校正維度條件設置的處理流程，完成系統(tǒng)的軟件執(zhí)行環(huán)境搭建，兩相結合，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅動不規(guī)則用電檢測誤差校正系統(tǒng)的順利應用。

2.1 用電數(shù)據(jù)過濾

用電數(shù)據(jù)過濾也叫電網(wǎng)用戶的不規(guī)則用電數(shù)據(jù)清洗，是對原始電量數(shù)據(jù)中存在的噪聲信號進行濾除處理的工作過程。在實施用電數(shù)據(jù)過濾之前，首先需要刪除電網(wǎng)環(huán)境中的“空白用戶”，所謂“空白用戶”是指在全年各個時間段內(nèi)均不產(chǎn)生任何用電數(shù)據(jù)的用戶主機設備[10]。然后再整合所有非“空白用戶”節(jié)點處的不規(guī)則電子消耗量，并以此為基礎，計算整個電網(wǎng)環(huán)境中的電信號誤差數(shù)據(jù)缺失比例值。最后根據(jù)所記錄的用電數(shù)據(jù)采集缺失值，濾除電網(wǎng)環(huán)境中的不規(guī)則用電檢測誤差信息[11-12]。設r0代表電網(wǎng)環(huán)境中最小的“空白用戶”篩查條件，rn代表最大的“空白用戶”篩查條件，在由上述兩個系數(shù)限定的數(shù)值區(qū)間內(nèi)，用戶主機中的不規(guī)則用電行為越明顯，過濾后所輸出的用電數(shù)據(jù)量也就越大。聯(lián)立上述物理量，可將基于數(shù)據(jù)驅動的用電數(shù)據(jù)過濾標準定義為：

式中，e1代表第一個輸入的不規(guī)則用電誤差向量，en代表第n個輸入的不規(guī)則用電誤差向量，ΔY代表單位時間內(nèi)的電信號傳輸變化量，Pˉ代表電網(wǎng)環(huán)境中的電量誤差校正均值。

2.2 不規(guī)則電負荷特征

不規(guī)則電負荷特征可在數(shù)據(jù)驅動原理的作用下，計算與用電檢測誤差校正結果相關的隨機變量協(xié)方差數(shù)值，再通過關聯(lián)協(xié)方差對比的方式，確定校正系統(tǒng)指令執(zhí)行所需的標準差系數(shù)。一般情況下，如電網(wǎng)環(huán)境中的協(xié)方差數(shù)值結果為正，相關隸屬隨機變量則會呈現(xiàn)出正相關性變化規(guī)律，即一個不規(guī)則用電檢測變量增大，另外一個用電檢測變量值也會隨之增大；而一個不規(guī)則用電檢測變量減小，另外一個用電檢測變量值也會隨之減小[13-14]。規(guī)定α0代表最小的不規(guī)則用電檢測特征值，αn代表最大的不規(guī)則用電檢測特征值，聯(lián)立式（1），可將電網(wǎng)環(huán)境中的不規(guī)則電負荷特征條件表示為：

式中，u1代表第一個輸出的不規(guī)則電信號反饋條件，un代表第n個輸出的不規(guī)則電信號反饋條件，代表用電檢測行為的誤差校正權限，χ代表既定用電節(jié)點處的電量誤差校正指標。

2.3 誤差校正維度條件

誤差校正維度是從時間維度上對不規(guī)則用電行為進行的總結，可在聯(lián)合數(shù)據(jù)驅動條件、檢測誤差校正結果的前提下，建立必要的電信號篩查考核條件，從而實現(xiàn)對電信號傳輸資源的合理保護與節(jié)約。在特征匹配值條件保持不變的情況下，電網(wǎng)用戶所承擔的不規(guī)則電信號傳輸量越大，最終所設置的誤差校正維度條件也就越清晰，反之則越模糊[15-16]。設Dˉ代表電網(wǎng)用戶在單位時間內(nèi)所消耗的電信號傳輸資源量，聯(lián)立公式（2），可將系統(tǒng)所遵循的誤差校正維度條件表示為：

式中，f代表既定的電信號考核篩查系數(shù)，β代表數(shù)據(jù)驅動權限在單位時間內(nèi)的影響作用系數(shù)，代表不規(guī)則用電量的檢測誤差權限值。至此，實現(xiàn)各項軟硬件執(zhí)行環(huán)境的搭建，在數(shù)據(jù)驅動條件的支持下，完成新型不規(guī)則用電檢測誤差校正系統(tǒng)的設計。

3 實驗結果分析

為驗證基于數(shù)據(jù)驅動不規(guī)則用電檢測誤差校正系統(tǒng)的實際應用價值，設計如下對比實驗。搭建用電誤差校正系統(tǒng)，分別將實驗組、對照組應用主機接入系統(tǒng)應用環(huán)境中，其中實驗組主機搭載基于數(shù)據(jù)驅動不規(guī)則用電檢測誤差校正系統(tǒng)，對照組主機搭載虛擬應用型誤差校正系統(tǒng)。在相同實驗環(huán)境下，分別記錄實驗組、對照組相關實驗指標的實際變化情況。

表1 記錄了實驗組、對照組電網(wǎng)用戶電子消耗數(shù)據(jù)量在單位時間內(nèi)的具體變化情況。

表1 電網(wǎng)用戶電子消耗數(shù)據(jù)量對比表

分析表1 可知，實驗組電網(wǎng)用戶電子消耗數(shù)據(jù)量在第一個單位時間內(nèi)始終保持穩(wěn)定，從第二個單位時長開始，該項物理量的實際數(shù)值水平開始不斷上升，至實驗結束時達到最大值8.7×1014T。對照組電網(wǎng)用戶電子消耗數(shù)據(jù)量在前3 個單位時長內(nèi)一直保持不斷下降的變化趨勢，從第4 個單位時長開始逐漸趨于穩(wěn)定，全局最大值僅能達到4.7×1014T，與實驗組極大值相比，下降了4.0×1014T。綜上可知，隨著基于數(shù)據(jù)驅動不規(guī)則用電檢測誤差校正系統(tǒng)的應用，電網(wǎng)用戶的電子消耗數(shù)據(jù)量確實得到了一定程度的促進。

表2 記錄了當電信號傳輸量處于1.0×1013～9×1013T 之間時，系統(tǒng)用電誤差檢測時長的實際變化情況。

分析表2 可知，隨著電信號傳輸量的增大，實驗組用電誤差檢測時間一直呈現(xiàn)不斷上升的變化趨勢，全局最大值僅能達到4.3 ms。對照組用電誤差檢測時間則在一段時間的數(shù)值穩(wěn)定狀態(tài)后，開始趨于階段性上升，全局最大值達到了6.9 ms，與實驗組極大值相比，上升了2.6 ms。綜上可知，隨著基于數(shù)據(jù)驅動不規(guī)則用電檢測誤差校正系統(tǒng)的應用，用電誤差檢測時間值得到了有效抑制，可實現(xiàn)對電網(wǎng)環(huán)境的實時化監(jiān)測。

表2 系統(tǒng)用電誤差檢測時長對比表

4 結束語

新型不規(guī)則用電檢測誤差校正系統(tǒng)在數(shù)據(jù)驅動技術的支持下，聯(lián)合用電檢測電路、步進式校正電機等多個硬件執(zhí)行設備，在獲取用電數(shù)據(jù)信息的同時，實現(xiàn)對誤差校正維度條件的有效完善。從實用性角度來看，電網(wǎng)用戶電子消耗數(shù)據(jù)量的增大、用電誤差檢測時間的縮短，能夠較好維護電網(wǎng)系統(tǒng)的實時監(jiān)測環(huán)境，符合準確獲取電網(wǎng)用戶用電消耗數(shù)據(jù)的實際應用需求。