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摘要：电能计量设备主要包括电能表、负控终端、采集器等计量类、计费类设备，直接关系供电企业的经营情况，随着社会经济的发展，电能计量技术的不断进步，电能表的管理工作也相应变的更加繁重。电能计量设备故障率分析机制是电能准确计量的前提，而通常计量设备故障率数据样本量少且数据缺失严重，难以对故障率数据进行准确评估分析。
关键词：计量设备故障;贝叶斯B样条
电能计量设备作为智能电网的神经末梢，具有数量多、分布广的特点，在电能信息采集与能源检测方面发挥着不可替代的作用。电能计量设备故障率评估与预测在电能计量设备可靠性规范设计、判定潜在可靠性问题与预算分配等方面具有重要指导意义。电能计量设备通常由大量电子元件组成，其故障的发生与时间、环境信息有较大相关性。
一、电能计量设备的现状
目前国内电能计量设备主要有两大类,一类是电能表校验装置,另一类是标准表。根据功能、使用场合、精度等级等各类又可划分为不同规格的设备。
1.电能表检定装置。国内电能表检定装置从电工式检定装置发展到电子式检定装置。电工式检定装置的主要特征是采用电工源,它利用调压器、升压器、变流器和移相器将市电转化为电压、电流供给被校表和标准表。由于电工式检定装置的功率稳定度、波形失真度、调节细度受电力线供电限制,指标较差且不能输出谐波,目前电工式校验装置已经淘汰,市场上主要是电子式检定装置。
2.标准表。标准表主要有单量程表和多量程表两类,每类均有采用模拟时分割乘法器和数字乘法器的产品。单量程表主要用于现场校验和准电子式检定装置,多量程则多用于工作标准和检定电能表校验装置。随着高精度安装式电能表、电子式表的应用,标准表也向高精度、多功能的方向发展。标准表精度最高做到0.02级,同时具备波形显示、谐波分析、基波电能等附加功能。0.1级标准表除单相现场校验外已经逐渐成为最低配置,具备电压、电流、功率因数、频率、谐波分析的数字化标准表成为主流。
3.测试电源。测试电源作为检定装置的信号发生设备,为检定提供激励信号。采用计算机技术和DDS数字波形合成技术的程控测试电源市场占有率最大。随着大电流安装式表的大量应用,对程控测试电源的输出功率也有了更高的要求。电源功率放大器主要有采用晶体管的模拟功放和采用SPWN技术的数字开关功放两种。
二、多层贝叶斯B样条的故障率评估
1.B样条基函数原理。贝叶斯模型常用于数据融合与预测分析。其中，贝叶斯B样条属于非参数模型，摆脱了广义线性贝叶斯模型对回归表达式的依赖，适用于拟合分散性的电能计量设备故障率数据。样条函数是一种连续、分段的多项式函数，任何给定阶次的样条函数均可表示为B样条基函数的线性组合形式。B样条函数可由两个参数唯一确定:多项式的阶数p与非递减的节点序列t1，…，tq。阶数为0的B样条包含1组分段的常函数:
式中:log函数保证了β取值为正数范围;εx，s为log函数模型的误差项;x表示时间节点序列，依据式(4)进行扩展，设定扩展后的节点序列［t'1，t'q］，即x［t'1，t'q］。B样条模型建立后需指定模型各层参数的先验分布，参数先验分布应反映参数值的不确定性程度，与此同时也需保证求解模型时的收敛性。贝叶斯理论认为模型各层的参数是随机的，参数的不确定性主要取决于历史经验或专家知识。对无历史信息的参数可取无信息均匀分布，但均匀分布在时间模型中无法有效的拟合实际数据，且容易造成收敛时间过长。针对电能计量设备故障率随时间变化这一模型，通常可取模型B样条系数αs，j服从随机游走先验分布。随机游走先验分布是一种基于先前状态，以布朗运动形式取值的过程，此时模型能充分跟随故障率变化，但也易造成模型对故障率数据的过拟合。据此，改进传统B样条系数的先验选取，采用一阶自回归先验作为系数的先验分布，以实现更加平稳的拟合。
3.模型验证与故障率预估。为验证模型的有效性，通过贝叶斯平均来验证改进后的一阶自回归先验分布平滑效果，并结合均方根误差(rootmeansquareerror，ＲMSE)与信息准则来对比验证模型拟合误差。信息准则是一种评价模型在相同观测值与相似结构下好坏的方法。其中，广应用信息准则(widelyapplicableinformationcriterion，WAIC)是一种不需多重高斯后验且相比偏差信息准则更准确的准则方法，相比常用的赤池信息量准则(Akaikeinformationcriterion，AIC)、贝叶斯信息准则(Bayesianinformationcriterion，BIC)可提供更多模型信息。
为实现小样本下的电能计量设备故障率的可靠性评估，本文分析了B样条基函数系数先验分布选对故障率拟合结果的影响。且能实现对电能计量设备的可靠度评估与故障率的预测，证明了本方法的有效性。
参考文献：
[1]李玉.高压电能计量故障检测电路与系统设计研究[D].开封:河南大学,2017.
[2]王倩.基于物联网的计量终端在线故障诊断系统[J].水电能源科学,2017,35(1):196-199.