基于用电信息采集的双向费控方法及装置与流程

本发明属于费控系统，具体涉及基于用电信息采集的双向费控方法及装置。

背景技术：

1、用电信息采集系统是“坚强智能电网”的重要组成部分，也是智能用电服务环节的技术基础，它的建设符合国际电网技术发展的方向，是贯彻科学发展观的重要体现，是实行阶梯电价政策、推进国家节能减排工作的重要技术支撑，实现电力用户全覆盖、信息全采集、全面支持预付费，有效提高电能计量、自动抄表等营销服务的自动化水平，随着智能电网研究的不断深入，用电客户与供电设施之间的交互越来越频繁，用户对用电自主权、选择权和参与权的渴望越来越迫切，从而大大提高了用电信息采集系统对双向互动技术的需求；因此，基于用电信息采集系统现有架构，为了智能地平衡和配送电力，需要充分采集用户用电信息(电力消耗地点、用电量和用电时间)，为此，必须在配电设施和电力用户之间支持电力和通信的双向流动；因此，提供一种集成结合ofdm调制技术的宽带plc信息通信技术、支持全面采集用户用电信息、实施电费控制、支持实时获取电费信息、主动交互调整用电模式、实现双向互动的基于用电信息采集的双向费控方法及装置是非常有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种集成结合ofdm调制技术的宽带plc信息通信技术、支持全面采集用户用电信息、实施电费控制、支持实时获取电费信息、主动交互调整用电模式、实现双向互动的基于用电信息采集的双向费控方法及装置。

2、本发明的目的是这样实现的：基于用电信息采集的双向费控方法，所述的方法包括以下步骤：

3、步骤1：基于用电信息采集系统采集用户的用电数据信息；

4、步骤2：数据预处理；

5、步骤3：用户用电信息特征分类；

6、步骤4：基于用电信息构建双向互动需求模型；

7、步骤5：基于需求模型选择费控模式。

8、所述的步骤1中的基于用电信息采集系统采集用户的用电数据信息包括电流、电压、有功功率、正向有功总电能数据。

9、所述的步骤2中的数据预处理具体为：用电信息采集过程中，由于电力线通信信道不稳定、千扰较大的可能因素，以及电表的突发性故障、数据传输和保存过程中出现的偶然问题因素，会造成采集成功率降低、采集失败、采集结果缺失情况；通过对数据进行有针对性的筛除或修正、对无效数据的识别和处理，从而得到较高质量的用电数据；具体包括以下步骤：

10、步骤2.1：一致性检验；

11、步骤2.2：缺失数据补全及预处理。

12、所述的步骤2.1中的一致性检验具体包括以下步骤：

13、步骤2.11：计算平均功率：通过计算正向有功总电能的平均变化率得到平均功率其中e是正向有功总电能；一致性条件为：正向有功总电能的平均变化率为平均功率，日常用电大多为有功功率，用电量为正向有功总电能，即当平均功率约等于有功功率时，认为数据是符合实际情况的；

14、步骤2.12：计算视在功率：有功功率p是将电能转化为其他形式能量的一种可以直接消耗掉的电功率；无功功率q表示电源与用电设备之间进行能量交换的规模；视在功率s表示发电设备的容量，也是发电设备能够提供的最大有功功率；s、p、q的关系为：在交流电路中，将电压与电流之间的相位差β的余弦值称为功率因数，用符号λ表示，在数值上，功率因数λ是有功功率和视在功率的比值：s、p、q关系满足勾股定理，s与u、i的关系为：s(k)＝u(k)i(k)(5)，s2(k)＝p2(k)+q2(k)(6)，用户通常为纯阻性负载，即p(k)≈s(k)，即如果达到有功功率约等于视在功率，则满足一致性条件，认为数据符合实际情况。

15、所述的步骤2.2中的缺失数据补全及预处理具体包括以下步骤：

16、步骤2.21：数据排序：由于电流、电压、功率和电能量的数据都是混乱的，因此需要预先对数据进行排序，使得每一条数据都能根据表号和时间一一对应起来，利用电表号与时间，首先按照电表号从小到大进行排序，然后根据年月日依次对同一个电表、不同的时间进行排序；

17、步骤2.22：缺失数据补全：电能量数据带有一定的连续性、单调性，可以对这种性质的数据进行线性插值补全，线性插值是利用缺失数据点两端采集成功的数据值，用过两端数据值的直线来近似表示原函数，根据直线方程y＝kx+b即可通过横坐标x得到纵坐标y值，线性插值可以近似用来替代原函数，也可以用来填补单调连续数据的缺失值。

18、所述的步骤2.22中的缺失数据补全具体包括以下步骤：

19、步骤2.221：电能量数据e具有单调非减性，且在短时间内可以视为连续的数据，因此对空缺的部分使用线性插值的方法进行补全，得到完整的电能量数据e；

20、步骤2.222：根据e，对于功率数据缺失部分，用平均功率一致性检验的性质，计算出功率p；

21、步骤2.223：由于电压存在一定的随机性，因此对空缺部分用公式生成：式中，ui代表序号i的电表电压集合；ui(t)代表序号i的电表在时刻的电压；代表序号i的电表电压的平均值；rands为-1到1之间的随机数；

22、步骤2.224：对于电流，空缺的部分利用公式计算得到：i＝p/u(8)；

23、步骤2.225：删除异常数据：找到电流为0，功率不为0的数据，以及功率为0，电流不为0的数据，记录下行号；

24、步骤2.226：进行一致性检验：平均功率差为视在功率差为|p(k)-s(k)|，由于在实际采集过程中，实时采集有时间延迟，若直接根据一致性检验删除数据会把大部分数据都删除掉，考虑到这个情况，需设置一个阑值，当差值超过一定阙值时，才记录下行号，即：|p(t)δt-(e(t+1)-e(t))|≤ε1(9)，|p(t)-u(t)×i(t)|≤ε2(10)，式中，ε1、ε2为阈值；δt为e数据之间的时间差；当找到一个t不满足上述的不等式时，记录下行号，同时，分别记录下平均功率差、视在功率差的不一致在时间序列上的频数；

25、步骤2.227：最后整理记录下的行号，根据行号，把电压、电流、功率、电能量表格中的这些数据删除，得到相对准确的数据。

26、所述的步骤3中的用户用电信息特征分类采用改进的gsa算法得到不同用户的用电特征，具体包括以下步骤：

27、步骤3.1：准备待测数据集xi和b组参考数据集xj，其中参考数据集根据待测数据集的正常值域的均匀分布随机生成数据；

28、步骤3.2：对待测数据集进行数据聚类，其中聚类个数k＝1,2,3,...,k，其中k为最大聚类个数，根据聚类结果，计算出离散度，其中离散度wk的定义为：dr＝∑di(12)，式中，i为类别的代号；n为第i类数据个数的总数；q为第i类数据的序号；m为数据维度的数据；u为第u个维度的数据；xcenter为i类数据的中心；xq,u为i类数据中第q个数据的第u维度的数据；xcenter,u为数据中心的第u个维度的数据；d为中心点到数据点的距离和；d为一个中间变量，为变量d之和；

29、步骤3.3：对于参考数据集的离散度wkb，下标b表示参考数据，由于求出的wkb在数值上较大，为了更易于观察，因此对wkb做对数处理，计算参考数据离散度的数学期望e：

30、步骤3.4：计算参考离散度的标准误差sdk，其定义为：

31、步骤3.5：计算gap值：gap定义为参考数据离散度的期望与待测数据离散度之差，用来表示离散度是否趋于平稳，gap值的定义为：gap(k)＝e(log(wkb))-log(wk)(16)，sk为e(log(wkb))的随机模拟误差，定义为为：选取最小的k值满足下式：gap(k)≥gap(k+1)-sk+1(18)；

32、步骤3.6：记录log(wkb)值和δgap(k)值，不需要立刻判断“求出最小k值满足δgap(k)＞0”要求，而是继续计算，直到所有log(wkb)值和δgap(k)值都被计算完成；

33、步骤3.7：找到所有满足δgap(k)＞0的k值，记为k0；

34、步骤3.8：找到所有k0中第一个满足下列不等式的k值：

35、

36、所述的步骤4中的双向互动需求模型包括专变用户双向互动需求模型、一般工商业用户双向互动需求模型和居民用户双向互动需求模型。

37、所述的步骤5中的费控模式包括本地费控业务模式和远程费控业务模式。

38、一种基于用电信息采集的双向费控的装置，它包括用于实现数据在电力线的调制、解调和数据收发功的宽带plc装置，所述的基于用电信息采集的双向费控的装置用于执行前述的基于用电信息采集的双向费控方法，所述的宽带plc装置包括armcpu子系统、基于ofdm通信的mac、电力线载波模拟前端以及集成外围接口。

39、本发明的有益效果：本发明为基于用电信息采集的双向费控方法，在使用中，本发明对采集到的用电信息进行数据预处理，通过添加缺失数据补全解决采集结果中的数据缺失问题，以使数据集更加完整，提高最终结果的准确度，使用电信息的分析更加完善；对数据进行一致性检验，并设置阈值，滤除错误数据和不符合实际情况的数据，使清洗后的数据满足需要；本发明利用改进gsa算法对数据进行分类并通过设置阈值进而得到更佳聚类个数；引用最大最小距离算法改进初始聚类中心的产生，由此改善聚类算法存在的聚类中心敏感问题；本发明在传统的费控系统上，集成结合ofdm调制技术的宽带plc信息通信技术，一方面支持电力公司全面采集用户用电信息，实施电费控制；另一方面支持电力用户实时获取电费信息并与电力公司主动交互调整用电模式，最终实现配电设施和电力用户之间的电力和通信双向互动；本发明具有集成结合ofdm调制技术的宽带plc信息通信技术、支持全面采集用户用电信息、实施电费控制、支持实时获取电费信息、主动交互调整用电模式、实现双向互动的优点。