一種數字化電能計量系統的誤差評估系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于智能電網設備在線狀態監測領域，更具體地，涉及一種基于多參量退 化模型的數字化電能計量系統誤差評估方法。
【背景技術】
[0002] 隨著科學技術的進步，電力系統朝著數字化和智能化方向不斷發展，數字化變電 站是智能電網的重要組成部分。在數字化變電站中，電能計量不再采用傳統的電能計量裝 置，而是采用全數字化電能計量裝置，典型的三相數字化電能計量裝置組成如圖1所示。位 于高壓側的組合式電子互感器1-3分別為A相組合式電子互感器、B相組合式電子互感器和 C相組合式電子互感器，其中，組合式電子互感器包括組裝在一起的電子式電流互感器和電 子式電壓互感器，經同步時鐘4同步，分別采集A相母線5、B相母線6以及C相母線7的電 流和電壓，采集的數據以一定的格式如FT3經光纖發送給低壓側的合并單元8。合并單元8 將接收的采樣數據再以IEC61850-9-2/LE幀格式發送到數字式電能表9。數字式電能表9 采用一定的電能算法計算出電能。數字式電能表9具有RS485或紅外接口，用于與其他設 備進行通信。
[0003] 數字電能計量系統是智能變電站的關鍵環節之一，實現數字電能計量系統工程化 應用和狀態檢修，符合"堅強智能電網"要求。近年來，對數字電能計量系統的理論和試驗 研究有很多，主要目的是提升其穩定性和可靠性，推進其工程化應用。對于數字電能計量系 統，最重要的是誤差特性，為了掌握數字電能計量系統的運行誤差規律，江蘇電科院和廣東 電科院等科研單位建立了數字電能計量監測系統，能獲取數字電能計量系統的運行環境參 數和誤差數據，但沒有進一步利用這些數據。重慶電科院提出了的電能計量系統狀態檢驗 策略，使電能計量系統的狀態檢修再進一步。這些工作雖然取得了成果，但分別存在不足之 處：（1)沒有充分利用監測系統獲取的數據評估計量系統的誤差狀態；(2)依靠經驗評估計 量系統的狀態而非科學合理的數學模型。
[0004] 目前針對大多數輸變電設備的狀態評估模型和評估方法均有較為完善的研究體 系，但針對數字電能計量系統評估模型和方法基本處于空白，導致電能計量系統只能定期 檢定或出現計量誤差超差之后停電檢修，影響了供電可靠性，也增加了運維成本。數字電 能計量系統誤差評估的難點在于：（1)誤差影響因素多，計量誤差是這些因素綜合作用的 結果，難以建立單一因素對計量誤差的影響模型；（2)電能計量系統的誤差性能參量和影 響量數據多，且相互之間無明確關系，難以采用傳統數據處理方法得到有用的結果（3)各 影響因素對計量誤差的作用此消彼長，使得其評估方法顯著有別于大多設備的性能評估方 法，沒有成熟可用的評估模型。數字化電能計量系統在運行中暴露出的穩定性問題使其不 能大量用于工程實踐，而且對數字化電能計量系統的誤差評估也一直缺乏有效方法。總之， 為了正確評估數字化電能計量系統的誤差，需要采用新的評估模型和采用現代數據處理方 法。
[0005] 本發明針對數字化電能計量系統特征，采用多參量退化誤差評估模型，結合誤差 評估約束條件，對數字化電能計量系統誤差狀態作出合理評估。利于推進數字電能計量技 術工程化應用，推進數字電能計量系統狀態檢修，具有重要理論和實踐意義。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術中存在的問題，本申請提供的是一種數字化電能計量系統的誤差評 估系統及方法，其中通過對BP神經網絡的具體結構及其設置方式進行研究和涉及，實現了 對數字化電能計量裝置誤差狀態在線監測。
[0007] 為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種數字化電能計量系統的誤 差評估系統，該誤差評估系統用于對數字化電能計量裝置進行在線誤差狀態評估，并包括 環境傳感單元、電流電壓傳感單元和中央處理單元，其特征在于：
[0008] 所述環境傳感單元包括溫度傳感器、濕度傳感器、第二微處理器，以及第二直流電 源；其中該溫度傳感器、濕度傳感器分別用于對作為監測對象的數字化電能計量系統所處 環境執行溫度、濕度進行實時測量，并將共同傳輸給所述第二微處理器，該第二直流電源則 用于對所述中的其他組成單元提供工作電源；
[0009] 所述電流電壓傳感單元包括電磁式電流互感器、電磁式電壓互感器、第一微處理 器，以及為電流電壓傳感單元內各器件供電的第一直流電源；其中所述電流互感器、所述電 壓互感器用于對所述數字化電能計量系統的頻率和諧波進行實時測量；
[0010] 此外，所述中央處理單元同時與所述第一、第二微處理器相連，并根據測量數據實 時建立和更新多參量退化模型，評估數字電能計量系統當前及未來短時誤差狀態：
[0011] 所述計算機運行集成的數據分析處理軟件作為狀態評估平臺，（1)采用差分歸一 化預處理方法對所述測量數據進行預處理，（2)再采用人工神經網絡訓練退化網絡具體為： 將經差分歸一化處理的測量數據輸入到所述退化網格，求得差分對應的退化網格；（3)最 后再根據所述各傳感單元的所述測量數據評估所述數字電能計量系統當前及未來短時誤 差狀態，從而實現數字化電能計量裝置的誤差狀態監測。
[0012] 按照本發明的另一方面，提供了一種數字化電能計量系統的誤差評估方法，其特 征在于，該系統包括以下步驟：
[0013] (1)在同一采用率的前提下，分別對所述數字化電能計量系統的影響系統誤差的 因素以及相對應的系統誤差進行測量；所述影響系統誤差的因素為環境溫度、環境濕度、電 氣參數、頻率和諧波、電磁場、振動、通信異常、失壓、斷流中的一項或多項；
[0014] (2)采用差分歸一化預處理方法對所述測量數據進行預處理；
[0015] (3)再采用人工神經網絡訓練退化網絡，采用人工神經網絡進行學習訓練，并對訓 練網絡進行驗證，判斷訓練結果是否合理，如不合理則重新再訓練，直到驗證誤差滿足設定 值為止；
[0016] (4)最后再根據所述各傳感單元的所述測量數據通過所述退化網絡評估所述數字 電能計量系統當前及未來短時誤差狀態，從而實現數字化電能計量裝置的誤差狀態監測。
[0017] 優選地，在所述步驟（3)中，將經差分歸一化處理的測量數據輸入到所述退化網 格，求得差分對應的退化網格，以此來評估電能計量系統的誤差。
[0018] 總體而言，按照本發明的上述技術構思與現有技術相比，主要具備以下的技術優 占.
[0019] I、實現對數字化電能計量裝置誤差狀態在線監測，為數字電能計量系統提供一種 真正意義上的工程級狀態監測及檢修方法。
【附圖說明】
[0020] 圖1所示為現有技術中典型的數字化電能計量裝置結構示意圖；
[0021] 圖2所示為單相電能計量系統輸入輸出等效圖；
[0022] 圖3所示為電流、電壓測量誤差示意圖；
[0023] 圖4所示為基于多參量退化模型誤差狀態評估的評估步驟圖；
[0024] 圖5所示為基于多參量退化模型的數字化電能計量系統誤差評估方法系統組成 框圖；
[0025] 圖6所示為BP神經網絡結構示意圖；
[0026] 圖7所示為溫度原始數據曲線圖；
[0027] 圖8所示為溫度預處理數據曲線圖；
[0028] 圖9所示為ECT比差原始數據曲線圖；
[0029] 圖10所示為ECT比差預處理數據曲線圖；
[0030] 圖11所示為訓練迭代次數與誤差關系圖；
[0031] 圖12所示為誤差評估結果與實際運行誤差比對圖。
【具體實施方式】
[0032] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0033] 所述的評估模型為多參量退化模型。具體內涵如下：
[0034] 一個設備或系統的參數退化一般意味著性能下降。對于復雜設備或系統，表征性 能的參數往往有多個，使得在建立狀態評估模型時需要同時考慮這些參數。例如在變壓器 狀態評價中涉及到油中溶解氣體、絕緣電阻、介質損耗、油中微水等參數；斷路器狀態評價 中涉及到觸頭電磨損、分合閘線圈電流、開斷行程等參數。以變壓器狀態評估為例，假設表 征某變壓器性能的參數構成的集合定義為{Pl，P2, ...，Pn}，一個簡單而有效的性能評估 模型是：當max I Pi I (i = 1，2, ...，η)超過閾值時，給出評估結論"該變壓器的某一*性能會 下降至影響設備正常工作"。
[0035] 上述性能評估模型不適用于數字化電能計量系統評估。原因主要有三點：（1)計 量系統的某一性能參數退化，一般不會導致計量系統整體出現運行故障（2)計量系統各參 數的退化具有方向性，即參數退化對電能計量的影響并非絕對使計量誤差增大，也可能呈 此消彼長從而不影響整體計量誤差，例如電壓互感器比差向正方向變大，電流互感器比差 向負方向變大，計量系統仍然能正確計量電能；（3)在上述（1)和（2)前提下，不能以最大 退化量或者各退化量的加權和或乘積評估實際的數字電能計量系統的誤差。因此，針對數 字化電能計