基于ITD和时间序列分析的计量误差计算方法技术

本发明专利技术公开了一种能够在线分析且预测误差较小的基于ITD和时间序列分析的计量误差计算方法。该基于ITD和时间序列分析的计量误差计算方法利用ITD分解法在线分离出计量误差历史时间序列的旋转分量和趋势分量，对于平稳变化的趋势分量采用ARMA模型进行误差建模预测，对于其他非平稳变化的旋转分量则由ARIMA模型实现该部分误差的预测，最后，将所有误差分量预测模型的预测值叠加综合，实时计算电能计量误差的预测结果，能够实现在线分析且预测误差较小。适合在关口计量设备状态评估技术领域推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及关口计量设备状态评估
，尤其是一种基于ITD和时间序列分析的计量误差计算方法。
技术介绍
随着电力行业市场化改革的深入进行，发电上网、跨区输电、跨省输电及省级供电等关口电量交换日益增加，电力企业开始更加关注自身经济利益的维护。如何确保电能计量装置的准确性，维持电力市场公平有序的运转是电力市场当前研究的一个重要课题。关口电能计量装置运行管理主要包括现场检验及周期轮换，DL/T 448-2000《电能计量装置技术管理规程》规定I类、II类和III类电能表的现场检验周期分别为至少3个月、6个月和1年。目前，这种现场检验方式已难以适应电能计量技术和电力公司精细化管理的要求，主要表现为：1)电网规模正在不断扩大，交易电量和电能计量装置也越来越多，在有限的人力条件下实现规范化的技术管理非常困难；2)传统人工现场检验的工作效率低，不能对装置进行实时监测和故障预警，尤其难以及时发现两次现场检验之间出现的计量问题，对电量追补工作带来了很大的困难。因此，须亟需在线监测电能计量装置的运行状态，对其误差水平进行实时测量和趋势预测，从而克服计量装置现场检验模式的弊端，提高其运行管理水平。特别是电能计量装置误差的变化趋势预测是其运行状态评估的重要环节，对于实现电能计量装置超差预警及优化检验周期具有重要的实用价值。电能计量装置的误差水平由电能表、电压和电流互感器、二次回路4个部分的误差综合而成，由于各部分误差来源的因素多样性和内在关联性，使得电能计量误差时间序列呈现显著的非平稳变化特征。现有研究仅对计量装置的误差进行在线监测，未给出计量误差趋势预测的具体方法。计量误差预测是其运行状态预报和故障预警的基础，考虑计量误差时间序列的随机性和不确定性，可采用目前普遍用于新能源发电预测的持续时间法、自回归滑动平均(Auto Regressive Moving Average，ARMA)法、卡尔曼滤波法及其他人工智能方法进行预测，也有研究提出将部分模型组合的预测方法，但是前述方法对于计量误差预测的适应性还需进一步研究。电能计量误差包含多种时间和频率尺度的分量，直接对该误差进行预测难以准确获得未来误差趋势的估计值。因此，须采用适当的时频分析法将电能误差分解成局部时间和频率尺度的序列分量，进而对各分量分别进行预测，以提高电能计量误差水平预测的准确性。目前主要采用小波变换、经验模式分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)和局部均值分解，其中小波变换利用固定的基函数分解时间序列，对其局部特征的表征能力有限，也无法进行自适应分解；而经验模式分解法则能把非平稳时间序列自适应地分解为多个本征模式分量，但该方法仍存在端点效应、模式混叠、过/欠包络等不足；为了解决过/欠包络问题和减缓端点效应，局部均值分解法将复杂时间序列分解成多个由调幅和调频信号相乘的乘积函数，但该方法的最优平滑步长选择困难，且计算量大无法用于在线分析。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够在线分析且预测误差较小的基于ITD和时间序列分析的计量误差计算方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案为：该基于ITD和时间序列分析的计量误差计算方法，包括以下步骤：A、将计量误差历史时间序列x(t)利用ITD法分解成n个旋转分量xR1(t),xR2(t),…,xRn(t)和1个趋势分量xT(t)；B、分别建立n个旋转分量xR1(t),xR2(t),…,xRn(t)的ARIMA预测子模型MR1,MR2,…,MRn，xRn(t)的ARIMA(p,d,q)模型为：式中：(1-z-1)d为d次差分运算算子，通过计算得到旋转分量模型系数和θRnj，i＝1,2,…,p和j＝1,2,…,q；C、建立趋势分量xT(t)的ARMA预测子模型MT，xT(t)的ARMA(p,q)模型为：式中：z-i为单位延时算子，和为自回归函数(p阶)和系数，θq(z-1)和θj为滑动平均函数(q阶)和系数，ε(t)为白噪声时间序列，通过计算得到趋势分量模型系数和θTj，i＝1,2,…,p和j＝1,2,…,q；D、利用如下公式计算分别计算趋势分量和旋转分量在τ＝t+1,t+2,…时刻的预测值，具体公式如下所述：E、将计算得到的趋势分量预测值和旋转分量值预测值叠加，得到τ时刻误差预测值x(τ)，所述进一步的是，在步骤A中，将计量误差历史时间序列x(t)利用ITD法分解成n个旋转分量xR1(t),xR2(t),…,xRn(t)和1个趋势分量xT(t)的方法如下所述：a、获取从0至t时刻的计量装置误差时间序列x(t)，设时间序列x(t)包含M个极值点Xi，对应的出现时刻为Ti(i＝1,2,…,M)，通过如下公式提取Ti至Ti+1时间段内基线信号L(t)， L ( t ) = L i + ( L i + 1 - L i X i + 1 - X i ) [ x ( t ) - X i ] , t ∈ [ T i , T i + 1 ] , L i + 1 = α [ X i + ( T i + 1 - T i T i + 2 - T i ) ( X 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于ITD和时间序列分析的计量误差计算方法，其特征在于包括以下步骤：A、将计量误差历史时间序列x(t)利用ITD法分解成n个旋转分量xR1(t),xR2(t),…,xRn(t)和1个趋势分量xT(t)；B、分别建立n个旋转分量xR1(t),xR2(t),…,xRn(t)的ARIMA预测子模型MR1,MR2,…,MRn，xRn(t)的ARIMA(p,d,q)模型为：式中：(1‑z‑1)d为d次差分运算算子，通过计算得到旋转分量模型系数和θRnj，i＝1,2,…,p和j＝1,2,…,q；C、建立趋势分量xT(t)的ARMA预测子模型MT，xT(t)的ARMA(p,q)模型为：式中：z‑i为单位延时算子，和为自回归函数(p阶)和系数，θq(z‑1)和θj为滑动平均函数(q阶)和系数，ε(t)为白噪声时间序列，通过计算得到趋势分量模型系数和θTj，i＝1,2,…,p和j＝1,2,…,q；D、利用如下公式计算分别计算趋势分量和旋转分量在τ＝t+1,t+2,…时刻的预测值，具体公式如下所述：E、将计算得到的趋势分量预测值和旋转分量值预测值叠加，得到τ时刻误差预测值x(τ)，所述

【技术特征摘要】
1.基于ITD和时间序列分析的计量误差计算方法，其特征在于包括以下步骤：A、将计量误差历史时间序列x(t)利用ITD法分解成n个旋转分量xR1(t),xR2(t),…,xRn(t)和1个趋势分量xT(t)；B、分别建立n个旋转分量xR1(t),xR2(t),…,xRn(t)的ARIMA预测子模型MR1,MR2,…,MRn，xRn(t)的ARIMA(p,d,q)模型为：式中：(1-z-1)d为d次差分运算算子，通过计算得到旋转分量模型系数和θRnj，i＝1,2,…,p和j＝1,2,…,q；C、建立趋势分量xT(t)的ARMA预测子模型MT，xT(t)的ARMA(p,q)模型为：式中：z-i为单位延时算子，和为自回归函数(p阶)和系数，θq(z-1)和θj为滑动平均函数(q阶)和系数，ε(t)为白噪声时间序列，通过计算得到趋势分量模型系数和θTj，i＝1,2,…,p和j＝1,2,…,q；D、利用如下公式计算分别计算趋势分量和旋转分量在τ＝t+1,t+2,…时刻的预测值，具体公式如下所述：E、将计算得到的趋势分量预测值和旋转分量值预测值叠加，得到τ时刻误差预测值x(τ)，所述2.如权利要求1所述的基于ITD和时间序列分析的计量误差计算方法，其特征在于：在步骤A中，将计量误差历史时间序列x(t)利用ITD法分解成n个旋转分量xR1(t),xR2(t),…,xRn(t)和1个趋势分量xT(t)的方法如下所述：a、获取从0至t时刻的计量装置误差时间序列x(t)，设时间序列x(t)包含M个极值点Xi，对应的出现时刻为Ti(i＝1,2,…,M)，通过如下公式提取Ti至Ti+1时间段内基线信号L(t)，t∈[Ti,Ti+1]，式中：Li+1为Ti至Ti+1时间段内的基线提取算子，α∈[0,1]为常系数，若基线信号提取的极值点出现时刻T0＝0且仅提取至Ti-2至Ti-1时间段；b、计算Ti至Ti+1时间段内旋转分量提取算子Hi+1，Hi+1＝(1-Li+1)；c、利用Ti至Ti+1时间段内基线提取算子Li+1和旋转分量提取算子Hi+1将Ti至Ti+1时间段内时间序列x(t)依次分解为： x ( t ) = L i + 1 x ( t ) + H i + 1 x ( t ) = L i + 1 ( L i + 1 + H i + 1 ) x ( t ) + H i + 1 x ( t ) = [ H i + 1 ( 1 + L ...

【专利技术属性】
技术研发人员：何蓓，肖冀，周峰，蒋鑫源，周全，程瑛颖，李刚，
申请(专利权)人：国网重庆市电力公司，国家电网公司，成都思晗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50