基于数据驱动的不规则用电检测误差校正系统设计

宋辉，姬晓文，高琦，缑鹏超，王志强

（国网陕西省电力公司信息通信公司，陕西西安 710048）

数据驱动是与实时数据库相关的信息处理概念，作为数据库系统发展的一个重要分支条件，能够较好地适应数据信息的传输变化规律，并可在有限的处理时间内，生成多项实用执行指令。在电网数据库应用系统中[1-2]，数据驱动指令的执行速率影响电子信息的实际传输速率，一般情况下，二者始终保持相同的数值变化趋势。

由于不规则用电行为的存在，电网环境很难长时间保持稳定的应用传输状态。传统虚拟应用型误差校正系统在PCI 控制卡元件的作用下，确定与电网用户耗电行为相关的电子输入与输出流量，再借助时间维度条件，计算电能表元件所具有的误差校正能力。然而随着电信号输出量的增大，该系统所消耗的实际检测时长始终不能达到理想化数值条件。为解决此问题，引入数据驱动理论，在用电检测电路、EMI 滤波器等硬件设备元件的支持下，设计一种新型的不规则用电检测误差校正系统，并通过对比实验的方式，突出该系统的实际应用价值。

1 系统硬件设计

不规则用电检测误差校正系统的硬件执行环境由用电检测电路、步进式校正电机、EMI 滤波器3 部分共同组成，具体设计方法如下。

1.1 用电检测电路

用电检测电路可提供不规则用电检测误差校正系统的传输应用电子，由误差分析回路、电信号驱动回路两部分共同组成。其中，误差分析回路能够同时管制多个下级附属电阻，在数据驱动行为频繁发生的情况下，所接入电阻的实际阻值水平越高，该回路元件所具备的电子量感知能力也就越强[3]。电信号驱动回路可在多个C 级电容元件的作用下，更改最左侧输入端电阻的实际接入数值，再通过位于电路中部的变频调阻器实现对电网用户不规则用电行为的更改与调试，从而实现对待检用电误差量的校正与处理。用电检测电路示意图如图1 所示。

图1 用电检测电路示意图

1.2 步进式校正电机

步进式校正电机位于不规则用电检测误差校正系统的中层执行单元之中，可在用电检测电路的作用下，更改电力计的现有示数值，再借助光栅尺、滑动平台等元件，标定耗电设备中的不规则用电量传输极限值，从而实现对系统伺服电机执行输出能力的有效促进[4-5]。机架位于步进式校正电机的最外部，可支撑电子减速器与伺服电机的转动连接行为，在耗电设备电量感知能力不出现明显变化的情况下，光栅尺实际移动的物理位移量越大，步进式校正电机元件所具备的电子输出能力也就越强，反之则越弱。步进式校正电机结构如图2 所示。

图2 步进式校正电机结构

1.3 EMI滤波器

EMI 滤波器作为步进式校正电机的下级执行元件，包含STEP（脉冲管脚）、DIR（方向管脚,）、EN（28脚）、FAULT（27 脚）4 类电子输出接口，可在感知电网用户不规则用电行为的同时，对个别节点处的电信号指标参量进行详细记录[6-7]。STEP 电子输出接口能够与系统数据驱动主机直接相连，在整个用电检测误差校正过程中，始终对传输电子起到汇集调度处理的作用。DIR 电子输出接口能够接收STEP端发送出的电量检测信号，并可在EN 接口组织的作用下，将未完全消耗的电信号行为量存储于系统数据库主机之中[8-9]。FAULT 电子输出接口具备较强的电信号分散能力，可在接收系统数据驱动主机应用指令的同时，协调EMI 滤波器元件的现有连接状态，从而获得真实的用电检测误差校正结果。EMI滤波器结构如图3 所示。

图3 EMI滤波器结构

2 系统软件设计

在硬件执行环境的基础上，按照用电数据过滤、不规则电负荷特征确定、误差校正维度条件设置的处理流程，完成系统的软件执行环境搭建，两相结合，实现基于数据驱动不规则用电检测误差校正系统的顺利应用。

2.1 用电数据过滤

用电数据过滤也叫电网用户的不规则用电数据清洗，是对原始电量数据中存在的噪声信号进行滤除处理的工作过程。在实施用电数据过滤之前，首先需要删除电网环境中的“空白用户”，所谓“空白用户”是指在全年各个时间段内均不产生任何用电数据的用户主机设备[10]。然后再整合所有非“空白用户”节点处的不规则电子消耗量，并以此为基础，计算整个电网环境中的电信号误差数据缺失比例值。最后根据所记录的用电数据采集缺失值，滤除电网环境中的不规则用电检测误差信息[11-12]。设r0代表电网环境中最小的“空白用户”筛查条件，rn代表最大的“空白用户”筛查条件，在由上述两个系数限定的数值区间内，用户主机中的不规则用电行为越明显，过滤后所输出的用电数据量也就越大。联立上述物理量，可将基于数据驱动的用电数据过滤标准定义为：

式中，e1代表第一个输入的不规则用电误差向量，en代表第n个输入的不规则用电误差向量，ΔY代表单位时间内的电信号传输变化量，Pˉ代表电网环境中的电量误差校正均值。

2.2 不规则电负荷特征

不规则电负荷特征可在数据驱动原理的作用下，计算与用电检测误差校正结果相关的随机变量协方差数值，再通过关联协方差对比的方式，确定校正系统指令执行所需的标准差系数。一般情况下，如电网环境中的协方差数值结果为正，相关隶属随机变量则会呈现出正相关性变化规律，即一个不规则用电检测变量增大，另外一个用电检测变量值也会随之增大；而一个不规则用电检测变量减小，另外一个用电检测变量值也会随之减小[13-14]。规定α0代表最小的不规则用电检测特征值，αn代表最大的不规则用电检测特征值，联立式（1），可将电网环境中的不规则电负荷特征条件表示为：

式中，u1代表第一个输出的不规则电信号反馈条件，un代表第n个输出的不规则电信号反馈条件，代表用电检测行为的误差校正权限，χ代表既定用电节点处的电量误差校正指标。

2.3 误差校正维度条件

误差校正维度是从时间维度上对不规则用电行为进行的总结，可在联合数据驱动条件、检测误差校正结果的前提下，建立必要的电信号筛查考核条件，从而实现对电信号传输资源的合理保护与节约。在特征匹配值条件保持不变的情况下，电网用户所承担的不规则电信号传输量越大，最终所设置的误差校正维度条件也就越清晰，反之则越模糊[15-16]。设Dˉ代表电网用户在单位时间内所消耗的电信号传输资源量，联立公式（2），可将系统所遵循的误差校正维度条件表示为：

式中，f代表既定的电信号考核筛查系数，β代表数据驱动权限在单位时间内的影响作用系数，代表不规则用电量的检测误差权限值。至此，实现各项软硬件执行环境的搭建，在数据驱动条件的支持下，完成新型不规则用电检测误差校正系统的设计。

3 实验结果分析

为验证基于数据驱动不规则用电检测误差校正系统的实际应用价值，设计如下对比实验。搭建用电误差校正系统，分别将实验组、对照组应用主机接入系统应用环境中，其中实验组主机搭载基于数据驱动不规则用电检测误差校正系统，对照组主机搭载虚拟应用型误差校正系统。在相同实验环境下，分别记录实验组、对照组相关实验指标的实际变化情况。

表1 记录了实验组、对照组电网用户电子消耗数据量在单位时间内的具体变化情况。

表1 电网用户电子消耗数据量对比表

分析表1 可知，实验组电网用户电子消耗数据量在第一个单位时间内始终保持稳定，从第二个单位时长开始，该项物理量的实际数值水平开始不断上升，至实验结束时达到最大值8.7×1014T。对照组电网用户电子消耗数据量在前3 个单位时长内一直保持不断下降的变化趋势，从第4 个单位时长开始逐渐趋于稳定，全局最大值仅能达到4.7×1014T，与实验组极大值相比，下降了4.0×1014T。综上可知，随着基于数据驱动不规则用电检测误差校正系统的应用，电网用户的电子消耗数据量确实得到了一定程度的促进。

表2 记录了当电信号传输量处于1.0×1013～9×1013T 之间时，系统用电误差检测时长的实际变化情况。

分析表2 可知，随着电信号传输量的增大，实验组用电误差检测时间一直呈现不断上升的变化趋势，全局最大值仅能达到4.3 ms。对照组用电误差检测时间则在一段时间的数值稳定状态后，开始趋于阶段性上升，全局最大值达到了6.9 ms，与实验组极大值相比，上升了2.6 ms。综上可知，随着基于数据驱动不规则用电检测误差校正系统的应用，用电误差检测时间值得到了有效抑制，可实现对电网环境的实时化监测。

表2 系统用电误差检测时长对比表

4 结束语

新型不规则用电检测误差校正系统在数据驱动技术的支持下，联合用电检测电路、步进式校正电机等多个硬件执行设备，在获取用电数据信息的同时，实现对误差校正维度条件的有效完善。从实用性角度来看，电网用户电子消耗数据量的增大、用电误差检测时间的缩短，能够较好维护电网系统的实时监测环境，符合准确获取电网用户用电消耗数据的实际应用需求。