分布式電力電能計(jì)量信息采集中的通信技術(shù)研究

陸瑾怡

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司中衛(wèi)供電公司，寧夏 中衛(wèi) 755000）

0 引 言

由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性和環(huán)境不確定性，分布式電力電能計(jì)量信息采集設(shè)備必須具備較高穩(wěn)定性，以確保通信技術(shù)的有效性[1]。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信和數(shù)據(jù)共享，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和智能傳感器需要建立高效、穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)。此外，電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理涉及大量數(shù)據(jù)和信息，需要建立完善的數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分類、存儲(chǔ)、查詢及分析等功能。

為解決分布式電力電能計(jì)量信息采集中通信技術(shù)的困境和挑戰(zhàn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開展一系列研究和實(shí)踐探索[2]。在硬件方面，一些研究機(jī)構(gòu)開發(fā)了新型的智能傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以提升設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。例如，采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程通信和數(shù)據(jù)共享[3]。在軟件方面，一些研究機(jī)構(gòu)開發(fā)了高效的數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分類、存儲(chǔ)、查詢及分析等功能。例如，采用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，快速處理和分析海量數(shù)據(jù)[4]。

雖然分布式電力電能計(jì)量信息采集中通信技術(shù)已經(jīng)取得了一定的研究成果，但仍然存在一些問題和挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步研究和解決。文章將重點(diǎn)探討分布式電力電能計(jì)量信息采集中的通信技術(shù)，為該技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供新的思路和方法。

1 分布式電力電能計(jì)量信息采集通信方法設(shè)計(jì)

1.1 構(gòu)建分布式電力電能計(jì)量信息采集通信數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫中需要記錄的信息較多，因此選擇4種重要的信息類型進(jìn)行單獨(dú)記錄，即能源計(jì)量表信息、信息管理、終端設(shè)置管理及數(shù)據(jù)庫上的所有數(shù)據(jù)管理信息[5]。數(shù)據(jù)庫的主要結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

能源計(jì)量表信息指包含準(zhǔn)確測(cè)量值和最大測(cè)量值等詳細(xì)信息，用于記錄電能表的各種數(shù)據(jù)。管理人員使用這些表可以更方便地查看能源消耗數(shù)據(jù)。

信息管理是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，涉及記錄和管理各種能耗數(shù)據(jù)。通過信息管理，可以有效地收集、存儲(chǔ)、分析及報(bào)告能源消耗數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)和組織更好地了解和管理能源使用情況[6]。

終端設(shè)置管理通常涉及開發(fā)終端參數(shù)信息表，用于登記某些參數(shù)和人員信息。這些信息對(duì)于管理和維護(hù)終端設(shè)備非常重要，主要包含終端設(shè)備信息、參數(shù)設(shè)置及人員信息等。通過終端設(shè)置信息管理，可以確保終端設(shè)備的正常運(yùn)行和高效維護(hù)，提高工作效率和服務(wù)質(zhì)量。

數(shù)據(jù)庫上的所有數(shù)據(jù)管理信息包括表結(jié)構(gòu)定義、數(shù)據(jù)插入、數(shù)據(jù)查詢及數(shù)據(jù)更新。對(duì)于大型企業(yè)和組織而言，通常需要使用數(shù)據(jù)庫記錄和管理各種信息。通過有效的數(shù)據(jù)庫管理，可以方便地記錄和管理企業(yè)、組織的能源計(jì)量表和終端設(shè)備的相關(guān)信息，并支持?jǐn)?shù)據(jù)的插入、查詢及更新等操作，從而提高數(shù)據(jù)的可靠性和使用效率。

1.2 異常用電信息識(shí)別

在構(gòu)建數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，文章采用高數(shù)據(jù)量、低數(shù)據(jù)密度的數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，便于額外的數(shù)據(jù)挖掘，減少存儲(chǔ)空間，提高異常用能信息的識(shí)別效率[7]。初始能耗信息從用戶采集傳輸?shù)讲杉瘜拥碾娏ο妮^大，文章使用分段集合近似的方法來提取數(shù)據(jù)序列，并劃分該數(shù)據(jù)序列的平均值。異常用電信息的識(shí)別流程如圖2 所示。

圖2 異常用電識(shí)別流程

識(shí)別有關(guān)用電的異常信息，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)竊電行為。計(jì)算每個(gè)初始用電數(shù)據(jù)序列段的平均值，將其劃分為相同長(zhǎng)度的段，然后用該段的所有數(shù)據(jù)替換計(jì)算出的平均值。假設(shè)原始電力使用信息為X=(x1,x2,…,xn)，降維數(shù)據(jù)表示為

式中：d為縮減信息序列的長(zhǎng)度；n為初始信息序列的長(zhǎng)度；xj為原始信息的序列；xi為平均片段的初始序列值。使用插值處理法預(yù)處理數(shù)據(jù)集中的缺失值，計(jì)算公式為

式中：x為缺失值的數(shù)量；k為插值基數(shù)。基于式（2）分析數(shù)據(jù)集中的缺失值，結(jié)果表明缺失值往往在連續(xù)下降后趨于穩(wěn)定，其連續(xù)波動(dòng)值較大，用電單位的用電量變化較為顯著。將用電量變化的用電斜率表示為

式中：fj為用電量的年度變化；f'為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)年度變化的平均值；j為周期性變化；j'為統(tǒng)計(jì)期的平均周期性變化；m為最大周期。如果電力用戶參與竊電，將會(huì)增加線路損耗率。為防止其他因素導(dǎo)致線路損耗增加，將固定工作日定義為統(tǒng)計(jì)窗口，線路損耗值可以表示為

式中：p為類別數(shù)；pk為樣本點(diǎn)屬于k類的概率。

1.3 實(shí)現(xiàn)分布式電力電能計(jì)量信息采集通信

根據(jù)異常信息識(shí)別結(jié)果，確定異常滑動(dòng)窗口中包含的數(shù)據(jù)，使用滑動(dòng)窗口流動(dòng)數(shù)據(jù)來檢測(cè)異常。定義流量的輸出結(jié)果范圍在（0,1），其中（0,Y]為正常狀態(tài)下的流量數(shù)據(jù)，（Y,1）是異常狀態(tài)下的流量數(shù)據(jù)，Y表示歷史數(shù)據(jù)異常率。判斷數(shù)據(jù)是否異常，并將流量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在滑動(dòng)窗口緩沖區(qū)。檢測(cè)過程中出現(xiàn)異常的概率為

式中：uall為所有數(shù)據(jù)的異常速率；u(i)為數(shù)據(jù)的異常率。對(duì)更新的異常檢測(cè)結(jié)果按照數(shù)據(jù)大小的順序進(jìn)行排序，并計(jì)算其異常率。信息采集流程設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 信息采集通信流程

由圖3 可知，客戶的請(qǐng)求服務(wù)可以由收集接口服務(wù)處理。撰寫信函后，分析服務(wù)部門應(yīng)使用物理信道通信服務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)收集請(qǐng)求。如果接收到請(qǐng)求，接口服務(wù)必須將請(qǐng)求放置在協(xié)議分析服務(wù)的接口行上。當(dāng)請(qǐng)求返回時(shí)，任務(wù)調(diào)度服務(wù)對(duì)其進(jìn)行處理，并將結(jié)果返回給請(qǐng)求服務(wù)客戶端以進(jìn)行顯示操作，從而完成分布式電力電能計(jì)量信息采集通信。

2 實(shí)驗(yàn)論證

為驗(yàn)證分布式電力電能計(jì)量信息采集中通信技術(shù)的有效性，進(jìn)行以吞吐量為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的測(cè)試。考慮最終測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性，將文獻(xiàn)[2]方法和文獻(xiàn)[3]方法作為測(cè)試對(duì)照組，將本文方法作為實(shí)驗(yàn)組。為保障實(shí)驗(yàn)的公平性，在同一環(huán)境下利用3 種技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并分析結(jié)果。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

測(cè)試分布式電力電能計(jì)量信息采集中通信技術(shù)的應(yīng)用效果，測(cè)試模塊如圖4 所示。

圖4 測(cè)試模塊

在數(shù)據(jù)采集過程中，使用Hadoop 分布式文件系統(tǒng)，能夠有效地存儲(chǔ)能量測(cè)量信息。在信息收集過程中，應(yīng)根據(jù)用戶Hadoop分布式文件系統(tǒng)確定覆蓋范圍，計(jì)算吞吐量是否有效。吞吐量越多，結(jié)果越好。

2.2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

3種方法的吞吐量對(duì)比結(jié)果如圖5 所示。

圖5 3 種方法的對(duì)比結(jié)果

由圖5 可知，隨著客戶端數(shù)量的增加，吞吐量也逐漸增加，采用本文方法對(duì)分布式電力電能計(jì)量進(jìn)行信息采集通信的吞吐量遠(yuǎn)高于文獻(xiàn)[2]方法和文獻(xiàn)[3]方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文方法對(duì)分布式電力電能計(jì)量采集通信性能更優(yōu)。

3 結(jié) 論

文章從構(gòu)建分布式電力電能計(jì)量信息采集通信數(shù)據(jù)庫、異常用電信息識(shí)別等方面分析通信技術(shù)，并引出文章的研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)。通過研究發(fā)現(xiàn)該技術(shù)具有提高數(shù)據(jù)精度、降低運(yùn)營(yíng)成本、優(yōu)化資源配置等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于電力系統(tǒng)的智能化和綠色化發(fā)展具有重要意義。