基于人工智能的电能表运行误差监测数据拟合方法

基于人工智能的电能表运行误差监测数据拟合方法

张伟

国网临汾供电公司计量中心 山西省临汾市 041000

摘要：随着经济和电力行业的快速发展，电能表是电力系统中用于测量电能的仪表，电能表在运行期间会受到窃电、故障等因素影响，导致电能表出现运行误差或者超差，对供电公司或者用户造成较大损失。因此，为了有效避免上述因素造成的损失，提出考虑模型病态性的智能电表运行误差分析方法；人工智能是一种新兴技术，包含机器学习、群智能算法等，为了精准计算出电能表在运行过程中的误差数值，提出了基于人工智能的电能表运行误差监测数据拟合方法，该方法有效利用人工智能的自动运行优势，通过拟合误差数据与实际误差数据，并根据误差数据的拟合程度，实现电能表运行误差监测。

关键词：人工智能；电能表；运行误差；数据拟合

引言

智能电能表非常容易发生开关跳闸、断电无法工作等故障问题，研究出了一种完善的解决方法；通过调研智能电能表生产企业的信息化系统和生产过程数据，发现生产企业的信息化系统在不同企业间都存在各个信息系统之间分割严重的问题，导致企业内部的数据分布在各个数据仓库内，数据分散，需要对每个生产企业采集装置的采集功能进行定制化对接，基于边缘计算技术的业务系统能够更加切合采集终端，并进行数据处理。

1智能电能表概述

当前，在我国供电企业中使用率较高的电能表是先进且新型的智能电能表，该电能表是由多个单元组合而成的，与传统的电能表相比，具有实时监控、信息数据的存储和处理以及自动调整费率和计价等功能。通过应用智能电能表，可帮助供电企业不断优化供配电方案，促进电力技术不断地发展。近年来，随着电力技术的进步，智能电能表的功能呈多样化发展趋势，比如在电能表内设置处理程序，缴费后通过磁卡恢复供电、显示不同时间段的电价等。在供电企业中应用智能电能表，可以优化并改善相关业务流程以及项目，进一步提升供电企业供电服务质量水平。

2基于人工智能的电能表运行误差监测数据拟合方法

2.1电能表运行误差分析模型

低压台区配电变压器处安装高精度电能计量装置，称其为总电能表，用其完成整个台区用电总量的测量；并且整个台区的各用户均安装高精度电能计量装置，称其为分电能表。用电信息在实际采集时，分电能表的测量精度均低于总电能表一个等级，因此整个台区的总用电量用总表的测量数值表示。如果设定总电能表不存在测量误差、相对误差加权平均值不变，且该加权平均值为数个连续计量周期内的，可将其理解为电能表的误差水平在一定时间段内不存在变化。理论计算的主要条件是保证台区内户变关系正确。当采集电量数据存在缺失时，可将该时间段内所有电能表数据去除，只需保证选取数据量大于分电能表数量。

2.2智能电能表的框架设计

智能电能表的框架结构，决定着其内部各功能单元的物理连接方式，也决定着其实现法制计量与非法制计量部分相分离需采用何种技术手段。设计采用合理的框架结构，能有效降低各功能模块之间的相互影响，减小管理芯发生故障时对电能计量功能的影响，以保障并提高智能电能表的固有可靠性。目前智能电能表的架构方案，主要有“双芯”、“单芯双核”和分体式等方案。总结出了各方案的优缺点，“双芯”方案的可靠性较高，但可扩展性差，“单芯双核”方案由于计量算法不确定，其可靠性难以保障。比较结果说明，合理的框架结构设计，可有效提高智能电能表的固有可靠性。基于比较结果，研究者提出了以基表+主控板+功能模块的智能电能表设计方案。该方案能较好地实现智能电能表法制计量功能部分与非法制计量部分的分离，减小其他功能模块对核心模块即电能计量模块的影响；而且，该设计方案还便于对软件的可靠性进行独立测试和分析，可提高智能电能表固有可靠性的检测效率。

2.3安全机制

应用轻量级证书及可信快速验签机制、分布式授权终端认证接入、分布式可信授权认证管理模型技术等可信认证方法，在数据接口接入过程中，按照应用场景和数据传输方式使用对应的可信认证方式，使得在智能电能表数据采集过程中保证数据读写的安全。在数据读写的传输过程中，普遍使用数字密码加密的方式来实现数据安全防范，在区域与区域传输线路中建立密码体系，直接对交互数据进行加密，防止非法用户进行窃取关键信息，保证数据的完整性和可靠性。传统方法构造防火墙来防御外来非法用户入侵，但是再完美的防御技术始终存在一定的漏洞，因此本研究引入入侵检测和模拟攻防系统，在遇到危险应用时主动挖掘定位得到漏洞信息，并进行铲除。除了相应的数据安全保护，面对海量的安全风险数据还需要进行科学合理化管理，提高整个系统运行性能条件。

2.4多功能项目试验

一是端子排针检测。对检查装置的端子排针进行确认，准确判断电能表插孔是否可以正常接通。如果应用的是接线式的检定装置，还需要对脉冲线进行检查，确认其连接状态是否存在异常，必要情况下还需要对电能表内部的连线进行检查，判断是否因为电阻失效而导致的检测故障。二是无脉冲信号。如果在进行日计时试验时发现没有脉冲信号，首先要确认排除输出回路的异常，然后对多功能脉冲输出端子进行检查，将螺丝全部拧紧，以及确认日计时回路焊接是否存在异常，确认故障根本原因并处理。三是电表无法校时和清零。如果检测试验时发现电表不能够正常地进行校时和清零操作，首先要核定多功能配置地址与电表铭牌地址是否一致，如果两者不一致还需要进行预检，调整电表地址为自动读取的状态，且确认电表编程键为打开状态即可。

2.5计量误差补偿

计量电能的准确度，是反映智能电能表使用可靠性的最重要指标之一。排除存在窃电外，智能电能表计量电能的准确度，主要与电能质量、负荷大小以及环境温度等有关。前两者造成的误差，一般与智能电能表的计量模块的软硬件设计有关，很难在使用过程中消除。但由温度造成的智能电能表计量不准、可靠性降低等问题，则可通过后期的误差补偿加以补偿或改善。开展了低温环境下智能电能表计量性能的实验测试，并利于Matlab和Origin等软件对实验数据进行了分析，结果表明，低温下，智能电能表计量电能的误差会增大；进而建立了不同负荷下电能表误差随温度变化的数学模型，对智能电能表计量误差消除提供了理论依据。TDK71M6513H是一款高度集成的智能电能表SOC芯片，由它制成的智能电能表因温度变化造成的电能计量误差，主要来自于该SOC芯片的参考电压和时钟模块。鉴于此，为该款智能电能表专门设计了与参考电压和时钟频率有关的两种误差补偿算法，以有效补偿温度影响。基于热力学模型，仿真分析了智能电能表CPU、采样电阻器和计量芯片的温度分布情况，并实测了采样电阻器和计量芯片的温度特性，进而设计出一种标准规定的适用温度范围内智能电能表计量误差自适应校正方案。

结语

电能表计量误差未展现出较强的规律性，但电能表计量误差的标准差展现出伴随温度升高而先降低后增加的规律。利用该结果进行误差补偿，可以更好地提高电能表计量准确度，在监测现场运行环境的基础上，可对电能表现场计量误差进行预估，为现场电能表误差检定、运行状态监测提供参考。

参考文献:

［1］李蕊，韩柳，杨宝琳，等．智能电能表计量故障原因分析及预防措施［J］．科技通报，2017(9):113－117．

［2］徐璇，陈大成，曹文静．智能电能表计量故障原因分析［J］．电子测试，2017(4):85－86．

［3］张小艳．智能电能表现场运行中常见故障及处理措施［J］．科技创新与应用，2017(4):206．