一种基于相异度计算的电能质量稳态监测方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于相异度计算的电能质量稳态监测方法，在由电能监测终端和模型库构成的系统中，电能监测终端的输入端与电网监测点连接、通讯端连接所述模型库，包括以下步骤：一、数值采集步骤，二、标准度计算步骤，三、相异度计算步骤，四、模型匹配查询步骤，该方法采用标准度计算使电能质量的各类指标数值统一标准化，经过相异度计算进行聚类和分类，以达到电能质量故障的精确诊断、分析，随着电能质量数据的丰富、模型库的事件模型增加完善，模型库自动分析的结果将会更加准确，快速。
【专利说明】
一种基于相异度计算的电能质量稳态监测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于相异度计算的电能质量稳态监测方法，属于电能质量监测技 术领域。
【背景技术】
[0002] 电能质量(Power Quality)，从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流 质量、供电质量和用电质量。其可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电 流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬 态过电压、波形畸变(谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。
[0003] 电能质量的各类标准计算标准如下：
[0004] GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》计算电压畸变率，电流总谐波；
[0005] GB/T 12325-2008《电能质量供电电压偏差》计算电压偏差；
[0006] GB/T 15543-2008《电能质量三相电压不平衡》计算电压不平衡度GB/T15945-2008 《电能质量电力系统频率偏差》计算频率偏差；
[0007] GB/T 12326-2008《电能质量电压波动和闪变》计算电压长时闪变。
[0008] 随着国家电网建设的持续开展，目前国内大部分的省、市、地区均已建立起覆盖本 区域的电能质量在线监测网，每年均有大量的电能质量监测稳态统计数据存入到监测网的 数据库中，然而现有关于电能质量稳态故障的诊断方法缺乏对存入数据的分析与利用，难 以找出影响本区域内电能质量的根本原因，无法提供合理的治理方案。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于:针对上述现有技术存在的问题，提出一种基于相异度计算的 电能质量稳态监测方法，通过相异度计算方法将采集到的数据与样本数据进行对比分析， 并不断的录入数据扩充模型库，提高诊断的精确度，。
[0010] 为了达到以上目的，本发明的一种基于相异度计算的电能质量稳态监测方法，在 由电能监测终端和模型库构成的系统中，电能监测终端的输入端与电网监测点连接、通讯 端连接所述模型库，包括以下步骤，
[0011] 步骤一、数值采集步骤，电能监测终端每隔预定时间采集电网监测点电能质量电 能监测终端每隔预定时间采集监测点电能质量电压电流数值，在第二时间范围内计算为电 能质量指标数据，在第三时间范围获得电能质量指标数据的均方根值，将第四时间范围获 得所有电能质量指标数据的均方根值与对应的国标限值的差值取正整数值作为标准值。
[0012] 步骤二、标准度计算步骤，根据步骤一采集到的同一类指标各数值计算出该指标 的平均值和平均绝对差值，再通过Z分数算法计算出该类指标的标准度量值；
[0013] 步骤三、相异度计算步骤，根据步骤一中获取标准值的顺序构建标准值序列，根据 步骤二中获取标准度量值的顺序构建标准度量值序列，通过相异度距离公式计算出各标准 值与对应序列的标准度量值之间的距离值，距离值越趋近于0,两个对象之间的相似度越 大，反之则相似度越小;并将距离值作为元素构建该类指标数据的相异度矩阵；
[0014] 步骤四、模型匹配查询步骤，筛选步骤三相异度矩阵中最小的距离值，如果得到的 最小的距离值大于阀值，则认为无法匹配模型，将该组标准值序列发送至模型库设定为新 模型，如果得到的最小的距离值小于阀值，则将该组标准值序列发送至模型库调用该模型 的数值。
[0015] 电能质量的各类指标数值由电能质量监测终端获取，采用z分数算法进行各类指 标数据的统一标准化，再构建相异度矩阵，并采用曼哈坦距离算法进行相异度计算，根据计 算值与模型库内已有的模型进行匹配，完成电能质量监测，当模型库无法进行匹配时，自动 记录新的计算值并存储更新模型库。
[0016] 本发明的优选方案是：电能质量指标包括电压偏差、电压不平衡度、电压畸变率、 总谐波电流、频率偏差、长时闪变。
[0017] 优选地，步骤一中预定时间为0.019ms，第二时间范围为20ms，第三时间范围为1分 钟，第四时间范围为1小时。
[0018] 优选地，步骤二中平均值的计算公式为n
乎均绝对差值的计算公式为
，其中Xl为实时采集的监测点指标数值， Sf为监测点指 标数据的平均绝对差，i为采集的个数，mf为监测点指标数据的平均值。
[0019] 更优选地，步骤二中z分数算法的公式为
其中21为标准度量值，Sf为监 测点指标数据的平均绝对差，Xl为实时采集的监测点指标数值，Hlf为监测点指标数据的平均 值。
[0020] 优选地，步骤三中相异度距离公式为
其中m序列为模型库中保存的某一模型序列值，Z1序列为步骤二中计算的标准度量值序列。
[0021] 优选地，步骤三中构建的矩阵公式关
[0022] 本发明有益效果为:采用标准度计算使电能质量的各类指标数值统一标准化，经 过相异度计算进行聚类和分类，以达到电能质量故障的精确诊断、分析，随着电能质量数据 的丰富、模型库的事件模型增加完善，系统自动分析的结果将会更加准确，快速。
【附图说明】
[0023] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0024]图1为本发明实施例的流程框图。
[0025]图2为本发明的硬件结构示意图。
【具体实施方式】 [0026] 实施例一
[0027] 本实施例的一种基于相异度计算的电能质量稳态监测方法，如图1所示，在由电能 监测终端1和模型库2构成的系统中，电能监测终端1的输入端与电网3的监测点连接、通讯 端连接所述模型库2，包括以下步骤，
[0028] 步骤一、数值采集步骤，电能监测终端1每隔预定时间采集电网3监测点电能质量 的各类电能监测终端每隔预定时间采集监测点电能质量电压电流数值，在第二时间范围内 计算为电能质量指标数据，在第三时间范围获得电能质量指标数据的均方根值，将第四时 间范围获得所有电能质量指标数据的均方根值与对应的国标限值的差值取正整数值作为 标准值。
[0029]步骤二、标准度计算步骤，根据十分钟内采集到的同一类指标各数值计算出该指 标的平均值和平均绝对差值，再通过z分数算法计算出该类指标的标准度量值。
[0030] 步骤三、相异度计算步骤，根据步骤一中获取标准值的顺序构建标准值序列，根据 步骤二中获取标准度量值的顺序构建标准度量值序列，通过相异度距离公式计算出各标准 值与对应序列的标准度量值之间的距离值，距离值越趋近于0,两个对象之间的相似度越 大，反之则相似度越小;并将距离值作为元素构建该类指标数据的相异度矩阵。
[0031] 步骤四、模型匹配查询步骤，筛选步骤3中相异度矩阵中最小的距离值，如果得到 的最小的距离值大于阀值，则认为无法匹配模型，将该组标准值序列发送至模型库2设定为 新模型，如果得到的最小的距离值小于阀值，则将该组标准值序列发送至模型库2调用该模 型的数值及解决方案。
[0032] 电能质量的各类指标数值由电能质量监测终端获取，采用z分数算法进行各类指 标数据的统一标准化，再构建相异度矩阵，并采用曼哈坦距离算法进行相异度计算，根据计 算值与模型库内已有的模型进行匹配，完成电能质量监测，当模型库无法进行匹配时，自动 记录新的计算值并存储更新模型库。
[0033] 电能质量的各类指标包括电压偏差、电压不平衡度、电压畸变率、总谐波电流、频 率偏差、长时闪变。
[0034] 步骤一中预定时间为0.019ms，第二时间范围为20ms，第三时间范围为1分钟，第四 时间范围为1小时。
[0035] 步骤二中平均值的计算公式为
平均绝对差值的计算公式为
其中X1为实时采集的监测点指标数值，Sf为监测点 指标数据的平均绝对差，i为采集的个数，mf为监测点指标数据的平均值。
[0036] 步骤二中z分数算法的公式戈
，其中21为标准度量值，Sf为监测点指标 数据的平均绝对差，X1为实时采集的监测点指标数值，mf为监测点指标数据的平均值。
[0037]步骤三中相异度距离公式为 <
其中m序 列为模型库中保存的某一模型序列值，Z1序列为步骤二中计算的标准度量值序列。
[0038] 步骤三中构建的矩阵公式为
[0039] 本实施以IlOkV某监测点的数据为例，统计周期为1分钟，序列周期为1小时，数据 个数为60个。表中列出前20个值。最终结果中模型2的匹配度最高。
[0040] 限值表
【主权项】
1. 一种基于相异度计算的电能质量稳态监测方法，在由电能监测终端和模型库构成的 系统中，所述电能监测终端的输入端与电网监测点连接、通讯端连接所述模型库，其特征在 于，包括以下步骤， 步骤一、数值采集步骤，电能监测终端每隔预定时间采集监测点电能质量电压电流数 值，在第二时间范围内计算为电能质量指标数据，在第三时间范围获得电能质量指标数据 的均方根值，将第四时间范围获得所有电能质量指标数据的均方根值与对应的国标限值的 差值取正整数值作为标准值； 步骤二、标准度计算步骤，计算步骤一采集到的同一类指标各数值计算出该指标的平 均值和平均绝对差值，再通过Z分数算法计算出该类指标的标准度量值； 步骤三、相异度计算步骤，根据步骤一中获取标准值的顺序构建标准值序列，根据步骤 二中获取标准度量值的顺序构建标准度量值序列，通过相异度距离公式计算出各标准值与 对应序列的标准度量值之间的距离值;并将距离值作为元素构建该类指标数据的相异度矩 阵； 步骤四、模型匹配查询步骤，筛选步骤三中相异度矩阵中最小的距离值，如果得到的最 小的距离值大于阀值，则认为无法匹配模型，将该组标准值序列发送至模型库设定为新模 型，如果得到的最小的距离值小于阀值，则将该组标准值序列发送至模型库调用该模型的 数值。2. 根据权利要求1所述的一种基于相异度计算的电能质量稳态监测方法，其特征在于： 所述电能质量指标包括电压偏差、电压不平衡度、总谐波电流、电流畸变率、频率偏差、长时 闪变。3. 根据权利要求1所述的一种基于相异度计算的电能质量稳态监测方法，其特征在于： 步骤一中预定时间为〇. 〇 19ms，第二时间范围为20ms，第三时间范围为1分钟，第四时间范围 为1小时。4. 根据权利要求1所述的一种基于相异度计算的电能质量稳态监测方法，其特征在于： 步骤二中平均值的计算公式为，平均绝对差值的计算公式为，其中Xl为实时采集的监测点指标数值， Sf为监测点指 标数据的平均绝对差，i为采集个数，mf为监测点指标数据的平均值。5. 根据权利要求1或4所述的一种基于相异度计算的电能质量稳态监测方法，其特征在 于:步骤二中z分数算法的公式，其中21为标准度量值，sf为监测点指标数据的 平均绝对差，Xl为实时采集的监测点指标数值，mf为监测点指标数据的平均值。6. 根据权利要求1所述的一种基于相异度计算的电能质量稳态监测方法，其特征在于： 步骤三中相异度距离公式为d(i) = ( | mii-zii | + | mi2-zi21 + A + | min-zin | )，其中mi序列为模型 库中保存的某一模型序列值，Zl序列为步骤二中计算的标准度量值序列。7. 根据权利要求1或6所述的一种基于相异度计算的电能质量稳态监测方法，其特征在 于:步骤三中构建的矩阵公式为
【文档编号】G06F19/00GK106055855SQ201510256666
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年5月19日
【发明人】王巍, 尹柏清, 张帆, 张一帆, 潘大志, 胡宏彬, 李斌, 章晓敏, 林宇, 田曙光, 姚东方
【申请人】内蒙古自治区电力科学研究院, 南京灿能电力自动化有限公司