基于离群点检测的低压台区同期线损异常辨识研究

周丽霞，谭志强，郑思达，张勋，戚成飞

（国网冀北电力有限公司营销服务中心（计量中心），北京 100032）

离群点是一种对于数据对象存在形式的描述，与其他数据对象不同，这类数据对象参量能够同时受到多种不同检测条件的影响。有时离群点也被称为“异常数据”，而非离群点则被称为“正常数据”。在既定的数据集环境中，若一个数据对象属于全局型离群点，在不考虑其他干扰条件的情况下，可自发远离该集合之中的其他数据对象[1-2]。一般情况下，所有离群点检测方法都能在最短时间内确定全局离群点所处的实际连接位置。

在供电网络环境中，低压台区是对变压器低压供电范围或区域的统称。随着实际供电时间的延长，整个区域内的同期线损会出现明显增强的趋势[3]。为避免上述情况的发生，传统SVDD 型辨识测量手段在自适应FCM 算法的支持下，通过确定相邻线损节点之间的传输距离，再根据移相法窃电原理，对线损数值进行计数。但在此方法的应用过程中，定向电子之间的传输距离过长，易导致电压参量差数值的不断提升。为解决此问题，引入离群点检测原理，设计一种新型的低压台区同期线损异常辨识方法，在分类线损行为的同时，建立标准化应用核函数，再通过参数优化的方式，实现该方法的顺利应用。

1 基于离群点检测的低压台区同期线损计算

基于离群点检测的低压台区同期线损计算包含离群点定义、线损分类、最大负荷损失量确定3 个处理环节，具体操作方法如下。

1.1 离群点定义

在低压台区的检测范围之中，离群点也被称为异常点、偏离点或奇异值，与其他数据点具有明显的差异性特征，常常因线损量检测需求的不同，而有多种不同的异常量辨识机制。因此，离群点检测始终以弄清低压台区同期线损异常量产生机制为目标，且随着电压、电流等电力参数数值的增大，必须从辨识检测角度，提出多种假设计算条件。在电力数据集中，一个异常线损量数据点若明显偏离集合中的其他数据节点，通常可将该结构点定义为全局型离群点[4-5]。在既定应用环境中，若低压台区环境中的电力数据未进行清晰化处理，则会导致最后的辨识精度下降。设p代表低压台区环境中的电力参数应用系数，p′代表电力参数辨识权限值，联立上述物理量，可将异常线损量的离群点定义结果表示为：

其中，代表惯常性电量传输均值，代表待检测离群点的完全匹配系数，D代表电力参数离群系数。

1.2 线损分类

根据线损产生原因的不同，低压台区同期线损可以分为管理线损、理论线损两大类。其中，管理线损也叫电力线路中的营业或不明损失，是指由计量设备误差及其他人为因素造成的电能损失量，在电网低压台区运行管理过程中，可针对待检测离群点进行集中化处置与规划。理论线损也叫技术线损，是由电网设备运行产生的，在低压台区环境中，该项物理量无法直接避免，但可根据设备自身运行参数的执行情况计算得出[6-7]。具体异常线损量分类标准如表1 所示。

表1 线损分类标准

1.3 最大负荷损失量

最大负荷损失量是指传输电能在低压台区环境中的应用消耗总量，会随电信号传输时间的延长，出现明显累积趋势。所谓负荷描述的是一种动态的电子参量传输行为，在既定检测时间内，若离群点内的电量存储行为不出现明显变化，则传输线路内中电力负荷损失量也不会产生明显增大的变化趋势[8-9]。设emin代表低压同期线损，emax代表高压同期线损。在上述物理量的支持下，联立式（1），可将电网低压台区的电能最大负荷损失量表示为：

式中，Uˉ代表低压台区环境中的电压传输均值，Imax代表低压台区环境中的最大电流传输值，cosφ代表线损压差角的余弦值，ΔT代表低压台区同期线损量的单位检测时长。

2 线损异常辨识方法

在离群点检测原理的支持下，按照线损数据准备、核函数建立、辨识参数优化的处理流程，实现新型低压台区同期线损异常辨识方法的设计与顺利应用。

2.1 线损数据准备

由于待检测的离群点电能数据可能存在不一致的情况，因此在执行线损异常辨识指令前，需要对所有线损数据进行初步准备处理[10-11]。数据准备是指通过填补电能缺失值的方式，对整个低压台区内的噪声信息得到平滑化处置，从而使待辨识节点得到有效清洗，实现对固定数值区间内电压、电流、电阻等参数项的直接计算[12]。设R1、R2、…、Rn分别代表n个不同的连接电阻实值，在既定低压台区空间内，这些应用电阻的阻值不能在同一时间为零，也不能在同一时间达到物理最大值。Iˉ代表离群点检测原理影响下，既定电量传输线路所承担的电流均值，若不考虑其他干扰量对低压台区同期线损量造成的影响，则可认为该项物理系数的表现实值始终保持不变。在上述物理量的支持下，联立式（2），可将异常线损数据准备结果表示为：

其中，Un代表最后一个与低压台区同期线损量相关的电压数值，U1代表第一个与低压台区同期线损量相关的电压数值。

2.2 核函数建立

在电网低压台区中，非线性线损问题难以解决，因此需要引入核函数。以离群点检测原理为基础，将原有非线性输入电子量作为映射条件，直接作用于新的电能特征空间中，就可将原有的非线性分类问题转化为简单的线性问题[13-14]。核函数应用的基本技巧是通过非线性变换，将原有的电能空间映射到全新的低压台区电能空间之中，再通过电压量扩充、电流量扩充两种处理方法，实现对线损异常行为的定向性控制。规定un代表线性条件下的线损数据辨识系数，u1代表非线性条件下的线损数据辨识系数，λ代表电量离群点节点处的检测权限，联立公式（3），可将低压台区同期线损异常辨识的核函数条件定义为：

式中，f代表电能空间中的线损量映射系数，h代表电压量扩充条件，A代表电流量扩充权限，β代表既定扩充系数。

2.3 辨识参数优化

辨识参数优化是提出基于离群点检测低压台区同期线损异常辨识方法建立的最后一个环节，可在已知核函数条件的基础上，推导出既定区域中的电能实际消耗行为，从而使得线损异常量辨识精度水平的稳定提升。当电力输出水平逐渐趋于稳定时，低压台区内的所有电能都会在较短时间内达到最大值输出状态，从而使得待检测离群点所承担的电能值逐渐达到理想化水平[15-16]。设sn代表离群点检测行为支持下的最高同期线损输入量，联立式（4），可将辨识参数的优化结果表示为：

其中，ξ1代表核函数应用条件，ω1代表电能的最小处置权限值，D1代表异常性线损处置条件。至此，实现各项物理应用数值的计算与处理，在离群点检测原理的支持下，完成新型低压台区同期线损异常辨识方法的设计。

3 实用能力检测

为验证基于离群点检测低压台区同期线损异常辨识方法的实际应用价值，设计如下对比实验。通过人工干预的方式，分别将实验组、对照组线损控制主机接入同一电网低压台区检测环境之中，其中，实验组主机搭载基于离群点检测低压台区同期线损异常辨识方法，对照组主机搭载传统SVDD 型辨识测量手段。在其他实验条件保持不变的情况下，记录各项实验指标的实际变化情况。电网低压台区检测环境如图1 所示。

图1 电网低压台区检测环境

已知实时电压参量差、定向电子传输距离均能表示电网组织对同期线损量异常行为的实际抵抗能力，一般情况下，电压参量差值越低、传输距离值越短，电网组织对同期线损量异常行为的实际抵抗能力也就越强，反之则越弱。表2 记录了实验组、对照组实时电压参量差值与定向电子传输距离值的具体变化情况。

表2 实时电压参量差值对比表

分析表2 可知，随着实验时间的延长，实验组实时电压参量差基本保持不断下降的变化趋势，在实验过程中虽出现过一段时间的稳定状态，但对整体影响程度不大，全局最大值仅能达到35 V。对照组实时电压参量差则保持先小幅上升、再稳定、最后大幅上升的变化趋势，全局最大值达到了77 V，与实验组极值相比，上升了42 V。综上可知，随着基于离群点检测低压台区同期线损异常辨识方法的应用，实时电压参量差的实际数值水平得到有效控制，以此使得电网组织对同期线损量异常行为抵抗能力的不断增强。

分析表3 可知，随着实验时间的延长，实验组定向电子传输距离值始终保持相对稳定的变化状态，全局最大值也仅能达到3.8 μm。对照组定向电子传输距离值则始终保持先上升、再稳定的变化趋势，全局最大值达到了8.0 μm，与实验组极值相比，上升了4.2 μm。综上可知，随着基于离群点检测低压台区同期线损异常辨识方法的应用，定向电子传输距离值出现了明显下降的变化趋势，符合增强电网组织对同期线损量异常行为抵抗能力的实际应用需求。

表3 定向电子传输距离值对比表

4 结束语

与传统SVDD 型辨识测量手段相比，新型低压台区同期线损异常辨识方法在离群点检测原理的支持下，可实现对最大负荷损失量的精准定义，且随着线损数据准备量的增大，最终辨识参数也得到了有效的优化。从实用性角度来看，实时电压参量差值与定向电子传输距离值的下降，可促进电网组织对同期线损量异常行为抵抗能力的增强，在一定程度上满足了电网环境对于安全性与稳定性的需求。