智能電表質(zhì)量評價方案和模型研究

李勇

摘要：智能電表是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚哪茉从嬃抗ぞ撸c日常的生活是緊密相連的。本文對不同用電環(huán)境下的環(huán)境，如溫度、濕度、低功率因數(shù)等主要影響因素進(jìn)行聚類和劃分，將不同環(huán)境下主要因素的出現(xiàn)頻率模擬收集到一個表掛表上。根據(jù)表中電能表的運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立誤差一致性評價模型，對不同廠家電能表的質(zhì)量進(jìn)行分類。

關(guān)鍵詞：智能電表;質(zhì)量評價方案;模型研究

引言

智能電表使人們?nèi)粘５哪茉从嬃抗ぞ撸梢詭椭藗冇行Э刂葡∪蹦茉吹睦寐剩苯雨P(guān)系到用戶和電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。電能表對自動化有影響，驗證尤為重要。近來，由于各個測量中心都建立了相應(yīng)的測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了不同廠家、不同型號、不同標(biāo)準(zhǔn)上傳數(shù)據(jù)的自動校驗和校驗錯誤，進(jìn)行針對性的執(zhí)行模擬和預(yù)測。比如廣州屬于典型的嶺南氣候，電子電能表的電子元器件和功能在潮濕、高溫、雷電等環(huán)境條件下容易出現(xiàn)故障。根據(jù)計量中心運(yùn)維數(shù)據(jù)，近三年用戶電度表（三相電度表）故障率在2.5%左右，根據(jù)用戶抽檢報告近三年，低壓住宅瓦數(shù)不合格率表（單相電能表）約2%。現(xiàn)階段，由于現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，實驗室在檢驗方面只能完成輔助電源和采集終端的質(zhì)量檢驗，需要針對特定場景模擬、讀取和分析現(xiàn)場條件。通過抄表終端對電能表數(shù)據(jù)進(jìn)行實時校驗，及時發(fā)現(xiàn)智能電表的質(zhì)量問題，完成電表全生命周期評價。因此，本文基于不同電源環(huán)境下的溫度、濕度、低功率因數(shù)等主要影響因素提出聚類分析，并通過獲取不同環(huán)境下主要因素的頻率進(jìn)行相關(guān)仿真。通過收集各廠家電表質(zhì)量，建立誤差一致性評價模型，對其他廠家電表質(zhì)量進(jìn)行評價。

一、智能電表評價方案的設(shè)計

由于智能電表的評估方案主要是盡可能模擬不同的用電環(huán)境，本文主要是運(yùn)用K-means聚類方法，通過添加不同頻率和相應(yīng)溫濕度的電應(yīng)力對不同的用電環(huán)境進(jìn)行分類。該計劃的設(shè)計前提。

（1）K-means聚類分析

這也是大數(shù)據(jù)分類經(jīng)常使用的方法，在大數(shù)據(jù)分類中占有重要地位。通過對劃分聚類、層次聚類、基于密度的聚類和基于網(wǎng)格的聚類的范圍和特點進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，分裂聚類和層次聚類的覆蓋范圍比較大，但并不適合，因為層次聚類的計算復(fù)雜度為O（n2），處理具有大量環(huán)境因素的樣品。因此，本文通過選擇運(yùn)用K-means聚類方法，K-means方法的計算復(fù)雜度為O（n），適合大數(shù)據(jù)處理和分析。但是，k-means方法大致有三個缺點：第一，K-means算法必須提前提供一個中間K，但K值的選擇通常是不確定的。第二，在大多數(shù)情況下，預(yù)先不確定一個給定的數(shù)據(jù)集應(yīng)該分為多少個類別。第三，在K-means算法中，需要先隨機(jī)選擇初始聚類質(zhì)心，然后重復(fù)計算。因此，選擇k-means分類方法對大量氣候數(shù)據(jù)和低功率因數(shù)等環(huán)境因素進(jìn)行分類。

（2）基于K-均值聚類的環(huán)境劃分和模擬

由于氣候的影響和現(xiàn)場能源環(huán)境的復(fù)雜性，電能表通常會導(dǎo)致測量精度出現(xiàn)問題。通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，主要與溫度、溫差、濕度、日照和能耗行業(yè)密切相關(guān)，能耗行業(yè)主要由七大波動因素引起：低功率因數(shù)、波形失真、過載、功率因數(shù)、動態(tài)負(fù)載、沖擊負(fù)載、電壓波動和電磁干擾。因此，采用11個指標(biāo)進(jìn)行聚類劃分，模擬相應(yīng)的環(huán)境因素及其發(fā)生頻率，低功率因數(shù)、波形畸變、過載、動載、沖擊載荷等七大波動因素，電壓波動和電磁干擾主要表現(xiàn)為各種電應(yīng)力。因此，電能表質(zhì)量評估系統(tǒng)的設(shè)計是通過模擬相應(yīng)電壓的頻率來進(jìn)行的。電網(wǎng)的運(yùn)行將產(chǎn)生瞬時過電壓、開關(guān)斷開、會議和電弧擊穿，造成EM脈沖組的干擾，短路或電容性負(fù)載將產(chǎn)生沖擊電流，非線性電荷將產(chǎn)生諧波干擾，電荷的抑制將產(chǎn)生短期的能量頻率過剩，感應(yīng)半徑將產(chǎn)生電壓，這些干擾從電網(wǎng)的電壓線或電流線傳輸?shù)诫姳恚瑢﹄姳肀旧砗屯ㄐ女a(chǎn)生影響。一是標(biāo)準(zhǔn)實驗室設(shè)備。這些設(shè)備發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)干擾表，并具有規(guī)定的測試方法。然而，這些設(shè)備的負(fù)載能力有限，只能進(jìn)行單米干擾測試。另一種模擬方法是實際負(fù)載模擬。該方法工作時間長，承載能力強(qiáng)。設(shè)計和實現(xiàn)方法如下：在電網(wǎng)運(yùn)行和貨物裝卸過程中經(jīng)常出現(xiàn)過電壓。因此，通過漸進(jìn)式變壓器、繼電器和PLC控制進(jìn)行模擬，產(chǎn)生瞬時3un電壓值，取高概率2un架空和低概率6～7un電壓的中間值。當(dāng)電網(wǎng)斷開開關(guān)觸點時，電弧將具有更大的振幅，并向生長邊緣抖動，即產(chǎn)生來自電網(wǎng)的脈沖干擾。來自電網(wǎng)的脈沖干擾通過電容器和電感負(fù)載斷開的DESCARGA模擬。電網(wǎng)中偶爾會發(fā)生短路故障或電容性負(fù)載，導(dǎo)致高沖擊電流。通過電容器的負(fù)載和描述來模擬沖擊電流對采樣電路的瞬態(tài)影響，以模擬電網(wǎng)沖擊電流。通常存在非線性電荷，很容易產(chǎn)生諧波，干擾電能表和饋電。在電網(wǎng)中，經(jīng)常會出現(xiàn)突然或瞬時的張力下降和高負(fù)載能量的突然故障，屬于電網(wǎng)電壓的臨時中斷和停電，PLC控制繼電器用于產(chǎn)生電網(wǎng)電壓的臨時中斷和停電，這將干擾電能表下的儲能和電能表的供電。電網(wǎng)中的過電壓、欠壓和能量過剩時間過長，研究了電壓升高、下降和電流互感器對工頻過電壓的影響。

（3）測試方案

結(jié)合不同制造商的規(guī)格，將儀表箱內(nèi)的100米分為十組，其中十米為cadA組并注冊。分批進(jìn)行實際和虛擬負(fù)載測試。模擬環(huán)境分區(qū)的不同條件，在同一批中對不同電表的相同測試點進(jìn)行測試，比較相應(yīng)測試的結(jié)果，并指定超出的誤差范圍。

二、計量誤差一致性評價模型

模型建立：根據(jù)上述實驗得到的數(shù)據(jù)，計算同一商家電能值在不同溫度下的相對誤差y，并將其視為正態(tài)分布，得到平均值y和相對誤差。測量同一商家的10個電能表的標(biāo)準(zhǔn)偏差y，然后分析不同溫度下測量精度的一致性水平。平均誤差y代表測量精度，越高越接近零，而測量標(biāo)準(zhǔn)偏差y代表誤差變化，所以測量精度越一致，取0越好，越接近零。考慮電能表電能的相對誤差y服從正態(tài)分布N（y，y2），將方程一致性評價量Y設(shè)為Y=n2+n2，同時滿足最小y?和y2（小波動）。標(biāo)準(zhǔn)化允許對不同單位或大小的指標(biāo)進(jìn)行比較和加權(quán)，通過去除數(shù)據(jù)的單位限制按相同比例縮放，并轉(zhuǎn)換為無量綱的純值。對平均值y進(jìn)行歸一化，均值y歸一化后轉(zhuǎn)換為區(qū)間（0，1） 中的n值。標(biāo)準(zhǔn)偏差y一化等于平均值y。若求出大小相同的n和n，代入式（1），則計算出一致性評價量Y。Y值越小，n2+n2越接近0，測量精度越高，一致性越好。將實驗的計算結(jié)果從小到大排序。數(shù)字越小，一致性越好。

結(jié)語

本文對不同用電環(huán)境的主要影響因素進(jìn)行聚類分析，得到主要影響因素在不同環(huán)境下的出現(xiàn)頻率，用于相關(guān)模擬。并通過建立的相關(guān)模型，對電表進(jìn)行了誤差一致性評價，取得了良好的效果，有利于電表的自動化監(jiān)控和推廣，大大提高了效率。

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