一种基于大数据分析的智能电表运行误差远程估计方法

智能电表是智能电网的重要组成部分，也是电网运行控制和供用电双方贸易结算的依据，其计量结果直接关系到电网安全及双方贸易结算是否公平合理，因此判定智能电表的运行误差状态尤为重要。我国已有超过5亿块电表运行，为了实现智能电能表由定期更换向状态更换的方式转变，并确保计量的准确性，运用全数据样本思维方式，挖掘海量电力用户量测数据，探寻一种高效精准的智能电表运行误差实时远程估计方法势在必行。

本文针对现有周期校验模式工作强度高、检定周期长、管理效率低下，难以全覆盖等问题，提出一种基于限定记忆递推最小二乘算法(limited memory recursive least squares algorithm，LMRLSA)求解的智能电表运行误差远程估计方法。该方法充分挖掘量测数据所蕴含的信息，提高了智能电表的误差远程估计的精确性和实时性，将有助于实现智能电能表由定期更换向状态更换的方式转变，并能够从技术手段上及时发现疑似异常计量点，克服目前人工排查工作量大、缺乏针对性的瓶颈，为高效的用电巡检提供支撑。

（1）基于大规模量测数据分析的智能电表运行误差远程估计架构

主要包括4个步骤：1）获取智能电表误差估计所需信息；2）对获取的信息进行预处理，以满足所构建的估计模型要求；3）建立智能电表运行误差远程估计模型，获得相应的求解方法；4）对智能电表误差参数估计结果精准性进行校核。其中步骤3）是保证智能电表运行误差远程估计高精准度的关键。典型基于量测数据分析的智能电表误差远程估计架构如图1所示。

图1  基于量测数据分析的智能电表误差远程估计架构

（2）智能电表误差参数求解关系

基于限定记忆的递推最小二乘估计的智能电表误差参数求解关系如图2所示，可知当新增加一组第T个时段的量测数据时，可采取如下步骤获取新的智能电表运行误差估计值：

步骤1：初值的选取，选取各元素均为0或较小的数；P(0,0)=αI，α为充分大的正数，通常可以取值在10⁵到10¹⁰之间。

步骤2：当T£L时，运用普通递推最小二乘算法获得电能表误差参数估计值及其对应的P(0,L-1)和增益矩阵K(0,L-1)，将其作为限定记忆最小二乘递推估计算法的初始量。

步骤3：随着量测次数的增加，当T>L时，每当获得一组新的量测数据Z(T)、y(T)，从第T-L个时段的至第T个时段的总表读数矩阵及分表读数矩阵Z(T-L,T)、Y(T-L,T)便更新一次，计算量测数据的协方差的逆矩阵P(T-L,T)和增益矩阵K(T-L,T)，以及第T个时段的智能电表的误差参数矩阵；并利用以上计算结果。如此反复迭代，这样在保持量测数据长度L固定不变得同时，通过不断迭代就可以得到最接近真实电能表误差的递推估计值。

图2  基于限定记忆的递推最小二乘估计的智能电表误差参数求解关系图

（3）运行误差估计方法的在线应用流程

智能电表运行误差远程估计在线应用的具体流程如图3所示。以基于LMRLSA远程估计为基础，通过不断更新量测数据，实时监测电能表误差值的变化情况，最后进行误差参数校核，分析估计的精准度。为了分析所提方法估计的智能电表误差参数的精准度，需要进行误差估计值的校核，可通过对所研究台区进行现场分层抽样来检测智能电表误差估计值。 

图3  智能电表运行误差远程估计在线应用流程图

（4）算例分析结果

以我国某市实际智能电表量测数据为对象进行分析，通过数据预处理过滤掉空载或轻载数据，获得不同时段的量测数据组作为分析样本。运用本文方法求解并获得该台区185块智能电表运行误差整体递推估计曲线，图4为基于第8000次至第9000次量测的电表运行误差估计结果，研究台区中有5块超差电能表，其中4块电表为正超差，1块为负超差，其余电能表的误差参数估计值均在正常误差允许范围内。

图4  智能电表误差递推估计结果

任取某时刻内的数据，可得到如图5所示的智能电表在该时段内的误差估计值。由用户信息采集系统获取的用户档案信息可以准确定位误差超差的智能电表编号所对应的用电客户信息、采集智能电表信息，基于获得的潜在超差电能表信息，通过进一步分析校验，确认智能电表误差超差的具体原因，例如正误差表示电能表老化损坏，负误差表示人为破坏电能表，存在窃电行为等。

图5  某时刻的智能电表误差估计值分布情况

本文提出了一种基于限定记忆递推最小二乘求解的智能电表误差远程估计方法，在理论与实例分析中体现如下优势：

（1）通过对用电数据进行预处理，解决低载运行状态相较于正常状态下电能表误差不一致的情况，提高了误差估计的精准性；

（2）采用基于限定记忆递推估计算法，提升了新数据对误差参数估计值的修正能力，通过调节记忆长度，避免了数据过饱和现象的发生，并提高了分析速度，有助于及时发现疑似异常计量点，为高效的用电巡检提供支撑；

（3）以台区为单元进行分析，可并行计算实现大规模智能电表运行误差远程估计方法，并且可应用于智能电表的状态更换，以及窃电、漏电在线检测等领域。

（4）由于影响智能电表误差远程估计的主要因素较为复杂，在递归估计过程中需采用相应技术提高线损计算的精度，减少线损对电能表误差估计的影响。

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