基于離群點檢測的低壓臺區同期線損異常辨識研究

周麗霞，譚志強，鄭思達，張勛，戚成飛

（國網冀北電力有限公司營銷服務中心（計量中心），北京 100032）

離群點是一種對于數據對象存在形式的描述，與其他數據對象不同，這類數據對象參量能夠同時受到多種不同檢測條件的影響。有時離群點也被稱為“異常數據”，而非離群點則被稱為“正常數據”。在既定的數據集環境中，若一個數據對象屬于全局型離群點，在不考慮其他干擾條件的情況下，可自發遠離該集合之中的其他數據對象[1-2]。一般情況下，所有離群點檢測方法都能在最短時間內確定全局離群點所處的實際連接位置。

在供電網絡環境中，低壓臺區是對變壓器低壓供電范圍或區域的統稱。隨著實際供電時間的延長，整個區域內的同期線損會出現明顯增強的趨勢[3]。為避免上述情況的發生，傳統SVDD 型辨識測量手段在自適應FCM 算法的支持下，通過確定相鄰線損節點之間的傳輸距離，再根據移相法竊電原理，對線損數值進行計數。但在此方法的應用過程中，定向電子之間的傳輸距離過長，易導致電壓參量差數值的不斷提升。為解決此問題，引入離群點檢測原理，設計一種新型的低壓臺區同期線損異常辨識方法，在分類線損行為的同時，建立標準化應用核函數，再通過參數優化的方式，實現該方法的順利應用。

1 基于離群點檢測的低壓臺區同期線損計算

基于離群點檢測的低壓臺區同期線損計算包含離群點定義、線損分類、最大負荷損失量確定3 個處理環節，具體操作方法如下。

1.1 離群點定義

在低壓臺區的檢測范圍之中，離群點也被稱為異常點、偏離點或奇異值，與其他數據點具有明顯的差異性特征，常常因線損量檢測需求的不同，而有多種不同的異常量辨識機制。因此，離群點檢測始終以弄清低壓臺區同期線損異常量產生機制為目標，且隨著電壓、電流等電力參數數值的增大，必須從辨識檢測角度，提出多種假設計算條件。在電力數據集中，一個異常線損量數據點若明顯偏離集合中的其他數據節點，通常可將該結構點定義為全局型離群點[4-5]。在既定應用環境中，若低壓臺區環境中的電力數據未進行清晰化處理，則會導致最后的辨識精度下降。設p代表低壓臺區環境中的電力參數應用系數，p′代表電力參數辨識權限值，聯立上述物理量，可將異常線損量的離群點定義結果表示為：

其中，代表慣常性電量傳輸均值，代表待檢測離群點的完全匹配系數，D代表電力參數離群系數。

1.2 線損分類

根據線損產生原因的不同，低壓臺區同期線損可以分為管理線損、理論線損兩大類。其中，管理線損也叫電力線路中的營業或不明損失，是指由計量設備誤差及其他人為因素造成的電能損失量，在電網低壓臺區運行管理過程中，可針對待檢測離群點進行集中化處置與規劃。理論線損也叫技術線損，是由電網設備運行產生的，在低壓臺區環境中，該項物理量無法直接避免，但可根據設備自身運行參數的執行情況計算得出[6-7]。具體異常線損量分類標準如表1 所示。

表1 線損分類標準

1.3 最大負荷損失量

最大負荷損失量是指傳輸電能在低壓臺區環境中的應用消耗總量，會隨電信號傳輸時間的延長，出現明顯累積趨勢。所謂負荷描述的是一種動態的電子參量傳輸行為，在既定檢測時間內，若離群點內的電量存儲行為不出現明顯變化，則傳輸線路內中電力負荷損失量也不會產生明顯增大的變化趨勢[8-9]。設emin代表低壓同期線損，emax代表高壓同期線損。在上述物理量的支持下，聯立式（1），可將電網低壓臺區的電能最大負荷損失量表示為：

式中，Uˉ代表低壓臺區環境中的電壓傳輸均值，Imax代表低壓臺區環境中的最大電流傳輸值，cosφ代表線損壓差角的余弦值，ΔT代表低壓臺區同期線損量的單位檢測時長。

2 線損異常辨識方法

在離群點檢測原理的支持下，按照線損數據準備、核函數建立、辨識參數優化的處理流程，實現新型低壓臺區同期線損異常辨識方法的設計與順利應用。

2.1 線損數據準備

由于待檢測的離群點電能數據可能存在不一致的情況，因此在執行線損異常辨識指令前，需要對所有線損數據進行初步準備處理[10-11]。數據準備是指通過填補電能缺失值的方式，對整個低壓臺區內的噪聲信息得到平滑化處置，從而使待辨識節點得到有效清洗，實現對固定數值區間內電壓、電流、電阻等參數項的直接計算[12]。設R1、R2、…、Rn分別代表n個不同的連接電阻實值，在既定低壓臺區空間內，這些應用電阻的阻值不能在同一時間為零，也不能在同一時間達到物理最大值。Iˉ代表離群點檢測原理影響下，既定電量傳輸線路所承擔的電流均值，若不考慮其他干擾量對低壓臺區同期線損量造成的影響，則可認為該項物理系數的表現實值始終保持不變。在上述物理量的支持下，聯立式（2），可將異常線損數據準備結果表示為：

其中，Un代表最后一個與低壓臺區同期線損量相關的電壓數值，U1代表第一個與低壓臺區同期線損量相關的電壓數值。

2.2 核函數建立

在電網低壓臺區中，非線性線損問題難以解決，因此需要引入核函數。以離群點檢測原理為基礎，將原有非線性輸入電子量作為映射條件，直接作用于新的電能特征空間中，就可將原有的非線性分類問題轉化為簡單的線性問題[13-14]。核函數應用的基本技巧是通過非線性變換，將原有的電能空間映射到全新的低壓臺區電能空間之中，再通過電壓量擴充、電流量擴充兩種處理方法，實現對線損異常行為的定向性控制。規定un代表線性條件下的線損數據辨識系數，u1代表非線性條件下的線損數據辨識系數，λ代表電量離群點節點處的檢測權限，聯立公式（3），可將低壓臺區同期線損異常辨識的核函數條件定義為：

式中，f代表電能空間中的線損量映射系數，h代表電壓量擴充條件，A代表電流量擴充權限，β代表既定擴充系數。

2.3 辨識參數優化

辨識參數優化是提出基于離群點檢測低壓臺區同期線損異常辨識方法建立的最后一個環節，可在已知核函數條件的基礎上，推導出既定區域中的電能實際消耗行為，從而使得線損異常量辨識精度水平的穩定提升。當電力輸出水平逐漸趨于穩定時，低壓臺區內的所有電能都會在較短時間內達到最大值輸出狀態，從而使得待檢測離群點所承擔的電能值逐漸達到理想化水平[15-16]。設sn代表離群點檢測行為支持下的最高同期線損輸入量，聯立式（4），可將辨識參數的優化結果表示為：

其中，ξ1代表核函數應用條件，ω1代表電能的最小處置權限值，D1代表異常性線損處置條件。至此，實現各項物理應用數值的計算與處理，在離群點檢測原理的支持下，完成新型低壓臺區同期線損異常辨識方法的設計。

3 實用能力檢測

為驗證基于離群點檢測低壓臺區同期線損異常辨識方法的實際應用價值，設計如下對比實驗。通過人工干預的方式，分別將實驗組、對照組線損控制主機接入同一電網低壓臺區檢測環境之中，其中，實驗組主機搭載基于離群點檢測低壓臺區同期線損異常辨識方法，對照組主機搭載傳統SVDD 型辨識測量手段。在其他實驗條件保持不變的情況下，記錄各項實驗指標的實際變化情況。電網低壓臺區檢測環境如圖1 所示。

圖1 電網低壓臺區檢測環境

已知實時電壓參量差、定向電子傳輸距離均能表示電網組織對同期線損量異常行為的實際抵抗能力，一般情況下，電壓參量差值越低、傳輸距離值越短，電網組織對同期線損量異常行為的實際抵抗能力也就越強，反之則越弱。表2 記錄了實驗組、對照組實時電壓參量差值與定向電子傳輸距離值的具體變化情況。

表2 實時電壓參量差值對比表

分析表2 可知，隨著實驗時間的延長，實驗組實時電壓參量差基本保持不斷下降的變化趨勢，在實驗過程中雖出現過一段時間的穩定狀態，但對整體影響程度不大，全局最大值僅能達到35 V。對照組實時電壓參量差則保持先小幅上升、再穩定、最后大幅上升的變化趨勢，全局最大值達到了77 V，與實驗組極值相比，上升了42 V。綜上可知，隨著基于離群點檢測低壓臺區同期線損異常辨識方法的應用，實時電壓參量差的實際數值水平得到有效控制，以此使得電網組織對同期線損量異常行為抵抗能力的不斷增強。

分析表3 可知，隨著實驗時間的延長，實驗組定向電子傳輸距離值始終保持相對穩定的變化狀態，全局最大值也僅能達到3.8 μm。對照組定向電子傳輸距離值則始終保持先上升、再穩定的變化趨勢，全局最大值達到了8.0 μm，與實驗組極值相比，上升了4.2 μm。綜上可知，隨著基于離群點檢測低壓臺區同期線損異常辨識方法的應用，定向電子傳輸距離值出現了明顯下降的變化趨勢，符合增強電網組織對同期線損量異常行為抵抗能力的實際應用需求。

表3 定向電子傳輸距離值對比表

4 結束語

與傳統SVDD 型辨識測量手段相比，新型低壓臺區同期線損異常辨識方法在離群點檢測原理的支持下，可實現對最大負荷損失量的精準定義，且隨著線損數據準備量的增大，最終辨識參數也得到了有效的優化。從實用性角度來看，實時電壓參量差值與定向電子傳輸距離值的下降，可促進電網組織對同期線損量異常行為抵抗能力的增強，在一定程度上滿足了電網環境對于安全性與穩定性的需求。