本發(fā)明涉及大數據的數據填補領域，具體講涉及一種電網用戶用電功率曲線數據填補方法和裝置。

背景技術：

隨著大數據時代的到來和電力系統(tǒng)信息化程度的不斷提高，電力大數據呈爆炸式增長，且種類也越來越多?，F有電力系統(tǒng)分析中多用采集的數據建立模型實現用戶用電分析，對后續(xù)竊電檢測、負荷預測等提供幫助，對智能電網業(yè)務模式創(chuàng)新和發(fā)展極為重要。

電力系統(tǒng)中的各類數據的監(jiān)控與采集是電力系統(tǒng)調度運行、安全穩(wěn)定分析、設備狀態(tài)與風險評估的基礎。然而，在電力系統(tǒng)的實際運行中，由于數據采集通道錯誤、遠程終端單元故障等原因會導致觀測數據出現反常態(tài)勢，與大多數觀測值不一致，此外由于線路的檢修、切負荷停電和大事件沖擊有可能會導致觀測數據違背常規(guī)，使電力系統(tǒng)數據對智能電網系統(tǒng)的分析造成困難，因此在數據分析前需采用一種數據補充方法將缺失的數據補充完整，提高電力系統(tǒng)數據分析的準確性和曲線類數據的可用性，為后續(xù)分析提供支持。

技術實現要素：

為滿足現有技術發(fā)展的需要，本發(fā)明提供了一種電網用戶用電功率曲線數據填補方法。

本發(fā)明提供的電網用戶用電功率曲線數據填補方法，其改進之處在于，所述方法包括：

根據臺區(qū)線路T的狀態(tài)估計線損率，并根據用戶日曲線狀態(tài)估計缺失的用戶功率；

微調線損率估計值和缺失的用戶功率估計值。

進一步的，所述線損率的估計包括：

按下式計算樣本R_dm在時刻(d,m)∈G時的線損率r_dm0：

其中，樣本R_dm＝[r_dm1,r_dm2,…,r_dmN]，P_dmT：臺區(qū)總功率；r_dmn：用戶n在d天時刻m的功率占臺區(qū)總功率的比率，P_dmn：用戶n的功率；P_dm0：線損功率；N：臺區(qū)下的用戶數目；n：用戶編號，為從1到N的整數；時刻(d,m)：第d天的時刻m的記錄，d∈D，D：記錄日的集合；m∈M,M：記錄時刻的集合；G：臺區(qū)所有用戶功率記錄的時刻集合。

進一步的，所述線損率的估計包括：

時刻樣本R_dm不完整，則通過“城市塊距離”的K-近鄰算法在u個用戶有記錄的數據中節(jié)選最近的k₁個樣本按下式估計樣本R_dm的線損率

式中，i：天數，i∈D；j：時刻數，j∈M；n₁,n₂,…,n_u：表示u個用戶；第i天第j時刻用戶n_u的功率占臺區(qū)總功率的比率；u個用戶在第i天第j時刻的線損率。

進一步的，所述缺失的用戶功率的估計包括：

設第d天用戶n的功率日曲線記錄為L_dn＝[P_d1n,P_d2n,…,P_dMn]，在時刻通過“相關性距離”的K-近鄰算法在第i天用戶t的功率日曲線記錄中節(jié)選相關性最大的k₂個樣本按下式估計缺失的用戶功率數據

式中，m_l:采集數據的時刻；第i天t個用戶記錄m_w時刻點的功率,w＝1,2,3…,l；l：樣本數量；

進一步的，在所述微調前，根據用戶功率記錄和估計的線損率按下式估計缺失功率的總和

其中，e：記錄了功率的用戶n₁,n₂,…,n_u；f：缺失功率記錄的用戶q₁,q₂,…,q_v；有不完整記錄時刻時，樣本R_dm的線損率。

進一步的，所述微調包括：

在時刻選擇k₂個中的值作為需要填補的的估計值分別計算并與比較，設差值最小的為

進一步的，計算線損率設置閾值r₁，r₂并與比較，確定最終估計的線損率：

若則線損率的估計值為

若則線損率的估計值為

若則線損率的估計值為

進一步的，根據估計的線損率按下式計算缺失用戶功率的和

對估計的用戶功率按比例縮放，得最終的缺失功率估計

一種電網用戶用電功率曲線的數據填補裝置，所述裝置包括：

估計單元，用于根據臺區(qū)線路T的狀態(tài)估計線損率，并根據用戶日曲線狀態(tài)估計缺失的用戶功率數據；

調節(jié)單元，用于微調線損率估計和缺失的用戶功率估計，完成缺失數據的填補。

進一步的，所述估計單元包括：

第一估計子單元，用于根據臺區(qū)線路T的狀態(tài)估計線損率；

第二估計子單元，用于根據用戶日曲線狀態(tài)估計缺失的用戶功率數據；

所述調節(jié)單元包括：

第一調節(jié)子單元，用于根據設置的閾值和修正的線損率確定線損率的最終估計值；

第二調節(jié)子單元，用于根據線損率的最終估計值計算缺失用戶功率值的最終估計值。

與最接近的現有技術比，本發(fā)明提供的技術方案具有以下優(yōu)異效果：

(1)本發(fā)明提供的技術方案不對臺區(qū)狀態(tài)進行分類即可估計線路線損，可通過近鄰算法快速便捷的找到狀態(tài)最接近的臺區(qū)時刻；不必對用戶日曲線進行用電行為分類，可直接匹配最相似的日曲線進行缺失功率數據填補，有效提高數據填補的準確性和實效性，為電力系統(tǒng)數據分析提供數據支撐。

(2)本發(fā)明提供的技術方案用橫縱結合的方式，通過兩個維度方向分別對狀態(tài)和缺失數據進行估計，并綜合考慮進行微調，能夠得到更優(yōu)更穩(wěn)健的結果，能有效提高曲線數據填補的正確性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的數據填補方法流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的對缺失率和線損率微調的細節(jié)圖。

具體實施方式

以下將結合說明書附圖，以具體實施例的方式詳細介紹本發(fā)明提供的技術方案。

本發(fā)明提供的技術方案針對電網臺區(qū)用戶的用電曲線類數據的缺失問題，進行數據填補。在用電用戶的電流、功率等曲線類數據的采集過程中，通常會出現缺失現象，以功率曲線類數據為例，本發(fā)明提供的技術方案包括：

已知一個電網單相臺區(qū)或多相臺區(qū)的某一相線T，下面接有N個用電用戶C₁,C₂,…,C_N。智能電表每隔一定時間t₀分鐘記錄臺區(qū)和每個用戶的功率，每天記錄M點，其中M×t₀＝1440，共連續(xù)記錄D天，即M×D個記錄時刻的數據。對時刻(d,m)，即第d天的第m時刻的記錄，T的輸出功率為P_dmT，為全部已知；N個用戶的功率分別為P_dm1,P_dm2,…,P_dmN，為全部已知或部分已知；線損功率為P_dm0≥0，并滿足P_dm0＝P_dmT-(P_dm1+P_dm2+…+P_dmN)，當臺區(qū)所有用戶的功率都已知時，可以通過計算得到線損。問題需求就是要填補缺失部分的用戶功率數據P_dmn。

本發(fā)明提供的電網用戶用電功率曲線數據缺失的填補方法基于K-近鄰算法，該方法中，為防止出現分母為0的情況，僅對臺區(qū)總功率P_dmT＞0的記錄進行后續(xù)工作，對于總功率P_dmT＝0的記錄，下面所有缺失的用戶功率全部記為0。首先通過估計臺區(qū)T的狀態(tài)來估計線損率，然后通過估計用戶日曲線的狀態(tài)來估計缺失的用戶功率數據，技術路線圖如附圖1所示，具體流程如下：

(1)根據臺區(qū)線路T的狀態(tài)估計線損率r_dm0

對于時刻(d,m)的功率記錄，用戶n的功率占臺區(qū)總功率的比率為通過每個用戶功率占臺區(qū)總功率的比率來估計當前時刻的線損率，具體細節(jié)如下：

設時刻(d,m)對應的樣本數據為R_dm＝[r_dm1,r_dm2,…,r_dmN]，其中N表示用電用戶數量，設G是臺區(qū)所有用戶功率記錄完整的時刻集合，即對于時刻(d,m)∈G，臺區(qū)下所有用戶的功率都已知，所以此時樣本數據R_dm是完整的，線損率可按下式計算得到：

將{(R_ij,r_ij0)|(i,j)∈}作為已知的(樣本,線損率)集合，其中，i：天數，i∈D；j：時刻，j∈M。

而對于時刻臺區(qū)下用戶功率記錄不完整，因此樣本R_dm不完整，線損率未知，下面對R_dm進行線損率估計。設某時刻記錄了u個用戶n₁,n₂,…,n_u的功率，節(jié)選R_dm中有記錄的部分并對所有已知樣本進行相同的節(jié)選操作，通過“城市塊距離”的K-近鄰方法，在節(jié)選的已知樣本中尋找最近的k₁個節(jié)選樣本用它們對應的原樣本的線損率的算術平均值來對樣本R_dm的線損率進行初步估計，即

(2)根據用戶日曲線狀態(tài)估計缺失的用戶功率數據

設用戶n的第d天的功率日曲線記錄為L_dn＝[P_d1n,P_d2n,…,P_dMn]，根據已知完整的用戶日功率曲線，來估計不完整日曲線的缺失部分功率，具體細節(jié)如下：

對某一記錄不完整的時刻分別估計每個缺失的用戶功率記錄P_dmq。由于P_dmq的缺失，日曲線L_dq一定不完整，節(jié)選L_dq中有記錄的部分為：

設H_dq為L_it中所有和P_imt都有記錄的日曲線集合，并對其進行節(jié)選其中，m_l:采集數據的時刻；P_imlj：第i天t個用戶記錄m_l時刻點的功率；l：樣本數量；得到已知(樣本,標簽)集合{(L_it,P_imt)|,t)∈H_dq}。通過“相關性距離”的K-近鄰方法，在已知樣本中尋找相關性最大的k₂個樣本按樣本總功率比例估計P_dmq的k₂個候選值，

(3)填補數據的微調修正

設某時刻記錄了u個用戶n₁,n₂,…,n_u的功率，缺失v個用戶q₁,q₂,…,qv。根據已知的用戶功率記錄和由(1)估計的線損率，可以估計缺失功率的總和

,其中，缺失的用戶q_f的功率；不完整樣本數據的線損率平均值。根據(2)中對缺失功率的估計，得到若干個估計j＝1,2,…,v,u＝1,2,…,k₂；其中，缺失用戶q_f的估計值。下面以線損率估計為主導，對缺失功率估計和線損率估計進行微調，得到最終的線損率和用戶功率數據的估計，技術圖如附圖2所示，具體細節(jié)如下：

在時刻對于每個需要填補的可以選擇k₂個中的某一個作為估計值共有k₂^v種估計值。分別計算并跟進行比較，設差值最小的為

計算由此估計得到的線損率與進行比較，并設置2個閾值r₁，r₂：

如果則對線損率的最終估計為

如果則對線損率的最終估計修改為

如果則對線損率的最終估計修改為

根據最終估計的線損率計算缺失用戶功率的和：

再對初步估計的用戶功率按比例縮放，得到最終的缺失功率估計：

最終完成所有缺失數據的填補工作。

一種電網用戶用電功率曲線數據填補裝置，該裝置包括：

估計單元，用于根據臺區(qū)線路T的狀態(tài)估計線損率，并根據用戶日曲線狀態(tài)估計缺失的用戶功率數據；

所述估計單元包括：

第一估計子單元，用于根據臺區(qū)線路T的狀態(tài)估計線損率；

第二估計子單元，用于根據用戶日曲線狀態(tài)估計缺失的用戶功率數據；

調節(jié)單元，用于微調線損率估計和缺失的用戶功率估計，完成缺失數據的填補。

所述調節(jié)單元包括：

第一調節(jié)子單元，用于根據設置的閾值和修正的線損率確定線損率的最終估計值；

第二調節(jié)子單元，用于根據線損率的最終估計值計算缺失用戶功率值的最終估計值。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權利要求保護范圍之內。