基于數據驅動的不規則用電檢測誤差校正系統設計

宋輝，姬曉文，高琦，緱鵬超，王志強

（國網陜西省電力公司信息通信公司，陜西西安 710048）

數據驅動是與實時數據庫相關的信息處理概念，作為數據庫系統發展的一個重要分支條件，能夠較好地適應數據信息的傳輸變化規律，并可在有限的處理時間內，生成多項實用執行指令。在電網數據庫應用系統中[1-2]，數據驅動指令的執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值變化趨勢。

由于不規則用電行為的存在，電網環境很難長時間保持穩定的應用傳輸狀態。傳統虛擬應用型誤差校正系統在PCI 控制卡元件的作用下，確定與電網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，該系統所消耗的實際檢測時長始終不能達到理想化數值條件。為解決此問題，引入數據驅動理論，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則用電檢測誤差校正系統，并通過對比實驗的方式，突出該系統的實際應用價值。

1 系統硬件設計

不規則用電檢測誤差校正系統的硬件執行環境由用電檢測電路、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則用電檢測誤差校正系統的傳輸應用電子，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，在數據驅動行為頻繁發生的情況下，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值，再通過位于電路中部的變頻調阻器實現對電網用戶不規則用電行為的更改與調試，從而實現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則用電檢測誤差校正系統的中層執行單元之中，可在用電檢測電路的作用下，更改電力計的現有示數值，再借助光柵尺、滑動平臺等元件，標定耗電設備中的不規則用電量傳輸極限值，從而實現對系統伺服電機執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，可在感知電網用戶不規則用電行為的同時，對個別節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數據驅動主機直接相連，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度處理的作用。DIR 電子輸出接口能夠接收STEP端發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數據庫主機之中[8-9]。FAULT 電子輸出接口具備較強的電信號分散能力，可在接收系統數據驅動主機應用指令的同時，協調EMI 濾波器元件的現有連接狀態，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 系統軟件設計

在硬件執行環境的基礎上，按照用電數據過濾、不規則電負荷特征確定、誤差校正維度條件設置的處理流程，完成系統的軟件執行環境搭建，兩相結合，實現基于數據驅動不規則用電檢測誤差校正系統的順利應用。

2.1 用電數據過濾

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

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

2.2 不規則電負荷特征

不規則電負荷特征可在數據驅動原理的作用下，計算與用電檢測誤差校正結果相關的隨機變量協方差數值，再通過關聯協方差對比的方式，確定校正系統指令執行所需的標準差系數。一般情況下，如電網環境中的協方差數值結果為正，相關隸屬隨機變量則會呈現出正相關性變化規律，即一個不規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]。規定α0代表最小的不規則用電檢測特征值，αn代表最大的不規則用電檢測特征值，聯立式（1），可將電網環境中的不規則電負荷特征條件表示為：

式中，u1代表第一個輸出的不規則電信號反饋條件，un代表第n個輸出的不規則電信號反饋條件，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則用電行為進行的總結，可在聯合數據驅動條件、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，從而實現對電信號傳輸資源的合理保護與節約。在特征匹配值條件保持不變的情況下，電網用戶所承擔的不規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代表電網用戶在單位時間內所消耗的電信號傳輸資源量，聯立公式（2），可將系統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，β代表數據驅動權限在單位時間內的影響作用系數，代表不規則用電量的檢測誤差權限值。至此，實現各項軟硬件執行環境的搭建，在數據驅動條件的支持下，完成新型不規則用電檢測誤差校正系統的設計。

3 實驗結果分析

為驗證基于數據驅動不規則用電檢測誤差校正系統的實際應用價值，設計如下對比實驗。搭建用電誤差校正系統，分別將實驗組、對照組應用主機接入系統應用環境中，其中實驗組主機搭載基于數據驅動不規則用電檢測誤差校正系統，對照組主機搭載虛擬應用型誤差校正系統。在相同實驗環境下，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、對照組電網用戶電子消耗數據量在單位時間內的具體變化情況。

表1 電網用戶電子消耗數據量對比表

分析表1 可知，實驗組電網用戶電子消耗數據量在第一個單位時間內始終保持穩定，從第二個單位時長開始，該項物理量的實際數值水平開始不斷上升，至實驗結束時達到最大值8.7×1014T。對照組電網用戶電子消耗數據量在前3 個單位時長內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，隨著基于數據驅動不規則用電檢測誤差校正系統的應用，電網用戶的電子消耗數據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值穩定狀態后，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，隨著基于數據驅動不規則用電檢測誤差校正系統的應用，用電誤差檢測時間值得到了有效抑制，可實現對電網環境的實時化監測。

表2 系統用電誤差檢測時長對比表

4 結束語

新型不規則用電檢測誤差校正系統在數據驅動技術的支持下，聯合用電檢測電路、步進式校正電機等多個硬件執行設備，在獲取用電數據信息的同時，實現對誤差校正維度條件的有效完善。從實用性角度來看，電網用戶電子消耗數據量的增大、用電誤差檢測時間的縮短，能夠較好維護電網系統的實時監測環境，符合準確獲取電網用戶用電消耗數據的實際應用需求。