多功能現(xiàn)場用電檢查終端關(guān)鍵技術(shù)研究

侯克男　楊立新　樊　琳　丁賀蘋（北京南瑞智芯微電子科技有限公司，北京　102200）

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多功能現(xiàn)場用電檢查終端關(guān)鍵技術(shù)研究

侯克男楊立新樊琳丁賀蘋
（北京南瑞智芯微電子科技有限公司，北京102200）

摘要本論文提出了一種校驗(yàn)用戶電能表、查處用戶用電異常的方法。文中從多功能現(xiàn)場用電檢查終端硬件原理、軟件模型、最后到校驗(yàn)方法進(jìn)行理論說明，并重點(diǎn)對(duì)用電異常模型建立、公式計(jì)算、判斷流程進(jìn)行詳細(xì)闡述。用電異常判斷模型包括事件類判斷模型、電量類判斷模型、負(fù)荷類模型、線損類模型，通過評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)用公式計(jì)算每種模型所占比重，計(jì)算出用電異常嫌疑系數(shù)ELI比重值來判斷用戶用電狀況，再通過電能表精度校驗(yàn)的方法，最后確定用戶用電是否出現(xiàn)異常。整個(gè)過程包括用戶信息及電能量數(shù)據(jù)采集、用戶信息匹配及數(shù)據(jù)過濾、模型識(shí)別、現(xiàn)場精度校驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：用電異常判斷模型；用電異常嫌疑系數(shù)；精度校驗(yàn)；多功能

The Key Technology Research of Multi-functional Field Power Check Terminal

Hou Ke’nanYang LixinFan LinDing Heping
（Beijing Nari Smartchip Microelectronics Co.， Ltd，Beijing102200）

Abstract This paper proposes a method of checking watt-hour meter and power abnormity， and introduces the hardware principle， software model， checking method in details. The paper focus on the establishment of the electric anomaly model， formula calculation and judging process. The electric anomaly model includes in the event judgment model， electricity judgment model， power load model，line loss model. The terminal can calculate the proportion of each model and the value of ELI using the formula. Through cooperating with the method of checking the watt-hour meter accuracy， inspectors can determine whether the power abnormity has occurred. The whole working process of multi-function electric check terminal is included in collecting the users’ information and electric energy data， matching users’ information and filtering data， identifying electric anomaly model and checking the accuracy of watt-hour meter.

Keywords：electric anomaly model; ELI; accuracy checking; multi-function

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和用電量的增長，尤其伴隨著市場經(jīng)濟(jì)體系的建立，用電異常問題變得越來越突出，不僅給國家和電力經(jīng)營部門造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還嚴(yán)重干擾了正常的供用電秩序，甚至引發(fā)火災(zāi)，使供電設(shè)備損壞甚至造成大面積停電，影響公共電網(wǎng)安全和社會(huì)穩(wěn)定，一些不法分子私自在供電設(shè)施上亂接線造成人身事故的安全問題也時(shí)有發(fā)生。居民用戶數(shù)量龐大，年用電量總數(shù)及其龐大，因此居民用戶的用電異常已經(jīng)不能被忽視，必須要采用相應(yīng)措施來減少居民用戶用電異常事件的發(fā)生，給國家及供電企業(yè)挽回經(jīng)濟(jì)損失[1]。

針對(duì)目前逐年遞增的居民用戶用電異常案件，電力企業(yè)已經(jīng)采取了相關(guān)措施來應(yīng)對(duì)，例如：增強(qiáng)線損管理、完善查電制度、提高抄表次數(shù)等，現(xiàn)場稽查人員所帶的用電檢查工具大多數(shù)是萬用表及各類相應(yīng)的用電監(jiān)測(cè)設(shè)備。使用萬用表只能檢測(cè)用戶電壓、電流等信息，難以精確獲取用戶的用電信息。國內(nèi)外市場上也有諸多用于現(xiàn)場用電監(jiān)測(cè)設(shè)備和工具，但這些設(shè)備一般體積較大、笨重、不便于攜帶；有的設(shè)備雖然體積小巧，攜帶方便，但功能不全，智能化程度不夠，還需要人工記錄對(duì)比，現(xiàn)場用電稽查人員使用起來十分不便，有時(shí)甚至根本無法精確獲取用戶的用電信息情況，對(duì)于替換電表、更改電表信息、使電表失壓、失流、斷相等方法導(dǎo)致用電異常的案件，也無法查處[2-6]。

針對(duì)以上諸多問題，本文對(duì)多功能現(xiàn)場用電檢查終端進(jìn)行較深入的理論和實(shí)際研究，提出一種全新的查處居民用電異常的方法，可在現(xiàn)場讀取電力用戶的基本信息（例如，表計(jì)地址、互感器變比、脈沖常數(shù)、安裝位置、增益等）、事件信息（失壓、斷相、失流、逆相序、潮流反向、電流不平衡、開表蓋等）和電能信息，并通過與從主站系統(tǒng)獲取的相關(guān)信息進(jìn)行對(duì)比，從而在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)用電異常，為用電稽查工作提供指導(dǎo)[7-8]。

1　多功能現(xiàn)場用電檢查終端硬件組成

多功能現(xiàn)場用電檢查終端硬件原理框圖如圖1所示。

圖1　多功能現(xiàn)場用電檢查終端原理框圖

多功能現(xiàn)場用電檢查終端硬件部分主要由中央處理單元、RFID單元、紅外單元、RF射頻傳輸單元、存儲(chǔ)單元、光電轉(zhuǎn)換單元、看門狗保護(hù)單元、電源管理單元、電池單元、操作鍵盤單元、USB單元等組成。

1）中央處理單元

中央處理單元是保證正常工作的最小系統(tǒng)，負(fù)責(zé)調(diào)用整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)，管理所有系統(tǒng)外設(shè)。

2）RFID單元

RFID單元讀取電能表或電表箱的電子封印，獲取電能表的相關(guān)信息，如生產(chǎn)日期、資產(chǎn)編號(hào)等。RFID單元讀取的這些信息存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元中。

3）紅外單元

紅外單元通過電能表的紅外線通信端口讀取電能表的相關(guān)信息，讀取結(jié)果存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元中。

4）存儲(chǔ)單元

存儲(chǔ)單元除存儲(chǔ)上文提到的光電轉(zhuǎn)換單元、紅外單元和RFID單元獲得的數(shù)據(jù)之外，還存儲(chǔ)從主站系統(tǒng)導(dǎo)出的電能表的相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：序號(hào)、電能表表號(hào)、電能表計(jì)量電量與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電量比值、后級(jí)線路電流值、有無用電異常標(biāo)志。存儲(chǔ)單元可以采用SD卡為主要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

5）RF射頻傳輸單元

RF射頻傳輸單元主要用來控制電子負(fù)載通斷狀態(tài)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電子負(fù)載長時(shí)間接入電路中會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，此時(shí)，可以采用無線的方式控制電子負(fù)載從電路中切斷。

6）光電轉(zhuǎn)換單元

光電轉(zhuǎn)換單元的功能是捕捉電能表脈沖指示燈的閃爍，并將捕獲的閃爍光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，輸入到存儲(chǔ)單元。

7）電池單元和電源管理單元

電池單元主要采用可充電的鋰電池為終端提供工作電能。電源管理單元將電池單元輸出電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的系統(tǒng)供電電壓，并具有充電管理能力，具有充電狀態(tài)檢測(cè)、電池電量檢測(cè)、電量低報(bào)警和電量充滿提示等功能。

8）液晶顯示單元

液晶顯示單元用于顯示鍵盤輸入對(duì)應(yīng)的各設(shè)置項(xiàng)。除此之外，還用于顯示狀態(tài)，如與理論消耗電能的誤差、校驗(yàn)狀態(tài)提示、電能表信息及存在用電異常的可能性等。

9）操作鍵盤單元

鍵盤由參數(shù)設(shè)置鍵和多功能鍵組成。參數(shù)設(shè)置鍵用于系統(tǒng)的設(shè)置輸入，應(yīng)包括輸入電流修正值；數(shù)據(jù)讀取有無聲、光提示；用電異常有無聲、光提示；設(shè)置判斷用電異常的過程閾值等。

10）USB單元

USB單元主要包括兩種功能：①讀取現(xiàn)場排查數(shù)據(jù)到PC；②充電。讀取現(xiàn)場排查數(shù)據(jù)到PC時(shí)，把存儲(chǔ)器虛擬成一個(gè)U盤，用戶只需要以操作U盤的形式把現(xiàn)場排查數(shù)據(jù)拷貝到PC即可。

2　多功能現(xiàn)場用電檢查終端原理

多功能現(xiàn)場用電檢查終端在現(xiàn)場讀取電力用戶的基本信息（例如，表計(jì)地址、互感器變比、脈沖常數(shù)、安裝位置、增益等）、事件信息（失壓、斷相、失流、逆相序、潮流反向、電流不平衡、開表蓋等）和電能信息，并通過與從主站系統(tǒng)獲取的相關(guān)信息進(jìn)行對(duì)比，從而在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)用電異常多功能便攜式現(xiàn)場用電檢查終端工作原理敘述如下：

2.1用戶信息及電能量數(shù)據(jù)采集

多功能現(xiàn)場用電檢查終端通過主站（營銷系統(tǒng)/計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)）獲取用戶信息，同時(shí)通過紅外、RFID分別讀取用電信息（包括用戶電能使用量、電流信息等）和用戶信息（包括電能表用戶信息、生產(chǎn)日期、資產(chǎn)編號(hào)等特殊信息等）[9-14]。

2.2用戶信息匹配及數(shù)據(jù)過濾

多功能現(xiàn)場用電檢查終端通過內(nèi)部設(shè)置信息匹配選項(xiàng)，把從主站獲取的信息與現(xiàn)場電能表獲取的信息進(jìn)行匹配度比對(duì)，方便判斷出此電表是否是正規(guī)廠家生產(chǎn)以及該表的生產(chǎn)日期、資產(chǎn)編號(hào)等特殊信息，若紅外或RFID讀取的信息與記錄的不一致，可能出現(xiàn)電能表損壞或被非法更換現(xiàn)象，從而完成數(shù)據(jù)過濾[15-17]。

2.3模型識(shí)別

若在2.2中未發(fā)現(xiàn)用電異常，則進(jìn)行2.3中繼續(xù)判斷（否則直接進(jìn)行異常結(jié)果顯示）。即用電異常監(jiān)測(cè)模型判斷，完成用電異常嫌疑系數(shù)ELI（ELI單位為%）分析。這里主要判斷日凍結(jié)電量、事件記錄、負(fù)荷記錄等。

2.4現(xiàn)場精度校驗(yàn)

在用戶電能表出線側(cè)接入標(biāo)準(zhǔn)電子負(fù)載，進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)校驗(yàn)誤差判斷。多功能現(xiàn)場用電檢查終端根據(jù)檢測(cè)到的電能表脈沖數(shù)來計(jì)算電能表在設(shè)定時(shí)間內(nèi)的計(jì)量電能值，同時(shí)計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載在該設(shè)定時(shí)間所消耗的電能值，將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì)，當(dāng)誤差超過設(shè)定閾值時(shí)，則存在用電異常嫌疑。

最后顯示結(jié)果，最終判斷用戶是否存在用電異常。采用流程圖的表示方式如圖2所示。

圖2　多功能現(xiàn)場用電檢查終端工作流程

3　判斷模型建立

以三相電能表為例，主站系統(tǒng)采用前一年用電數(shù)據(jù)、前一年同期用電數(shù)據(jù)；日凍結(jié)電量取存儲(chǔ)每天零點(diǎn)時(shí)刻的電能量，并可存儲(chǔ)62天的數(shù)據(jù)；停電的總次數(shù)和累計(jì)停電時(shí)間采用最近10次停電發(fā)生及結(jié)束的時(shí)刻；事件記錄主要包括：失壓、全失壓、斷相、失流、逆相序、潮流反向、電流不平衡、開表蓋等事件。以失壓為例，表計(jì)可記錄最近10次失壓的開始及結(jié)束時(shí)刻的電壓、電流、功率及電能等；負(fù)荷記錄，需在表計(jì)事先設(shè)置好所需的參數(shù)及記錄間隔時(shí)間，存儲(chǔ)不少于40天的數(shù)據(jù)（最低1min間隔）[18-20]。

整個(gè)用電異常判斷評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包含了以下四類：電量類、事件類、負(fù)荷類、線損類。用電異常嫌疑指標(biāo)（Electric Larceny Index，ELI）以滿分100分計(jì)，各類在整體評(píng)價(jià)比重為事件40%、電量40%、負(fù)荷10%、線損10%，分?jǐn)?shù)越高則用電異常嫌疑更大。具體模型介紹如下：

3.1事件類判斷模型

通過記錄到失壓、全失壓、斷相、失流、逆相序、潮流反向、電流不平衡、開表蓋等事件，進(jìn)行事件發(fā)生前后歷史數(shù)據(jù)追溯。

利用電表記錄到的事件開始及結(jié)束時(shí)刻的電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)，若事件結(jié)束后，電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)異常（與事件發(fā)生前對(duì)比，如功率下降20%以上等），則ELI公式表示為

若發(fā)生事情的時(shí)間＜62天內(nèi)，則對(duì)事件發(fā)生前后3天的日凍結(jié)電量進(jìn)行比較，若Ei＜Ea－ 1（1－ 20%），則ELI公式表示為

事件類判斷流程如圖3所示。

3.2電量類判斷模型

計(jì)算電表記錄的n天（n＜62）電量數(shù)據(jù)平均值，公式表示為

計(jì)算主站獲取的歷史同期n天（n可自定義）電量數(shù)據(jù)平均值，公式表示為

圖3　事件類判斷流程圖

計(jì)算滑動(dòng)k天（k可自定義）的電量數(shù)據(jù)平均值，公式表示為

每日電量與n天電量數(shù)據(jù)平均值進(jìn)行比較，如某日Ei＜Avg E（1-10%），則ELI公式表示為

每日電量與歷史同期n天電量數(shù)據(jù)平均值進(jìn)行比較，如某日Ei＜Avg Eh（1-10%）；則ELI公式表示為

滑動(dòng)k天的電量數(shù)據(jù)平均值進(jìn)行前后比較，若AvgEj＜ AvgEj －1（1－ 20%），則ELI公式表示為

ELI在電量類判斷中累加不超過40%。

電量類判斷流程如圖4所示。

3.3負(fù)荷類模型

讀取負(fù)荷記錄，判斷各個(gè)點(diǎn)的電壓值（分相）是否低于額定電壓的80%，即Ui＜ 80% UN時(shí)，則ELI公式表示為

ELI在負(fù)荷類判斷中累加不超過10。

負(fù)荷類判斷流程如圖5所示。

3.4線損類模型

主站下發(fā)線損異常臺(tái)區(qū)標(biāo)志，該臺(tái)區(qū)下所有計(jì)量點(diǎn)均設(shè)置為線損異常，則ELI公式表示為

圖4　電量類判斷流程圖

圖5　負(fù)荷類判斷流程圖

線損類判斷流程如圖6所示。

圖6　線損類判斷流程圖

累加所有的ELI，若ELI≥50（可設(shè)置），則判斷為可能存在用電異常現(xiàn)象，需要進(jìn)行下一步的表計(jì)精度校驗(yàn)。

4　結(jié)論

本文通過對(duì)現(xiàn)場用電檢查終端的理論與實(shí)際的研究，其中主要包括對(duì)硬件原理的研究、用電異常模型的建立、模型識(shí)別的方法、模型識(shí)別的原理及公式、用戶信息匹配數(shù)據(jù)過濾的方法以及電能表精

度校驗(yàn)的方法。對(duì)各類型模型指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)分析與公式計(jì)算，計(jì)算出用電異常嫌疑指標(biāo)ELI，通過分析ELI來判斷用戶是否有用電嫌疑，為用電現(xiàn)場稽查人員提供一種有效查處用戶用電嫌疑的方法。

參考文獻(xiàn)

[1]任偉理， 殷樹剛， 白保華， 等. 電子式電能表防竊電新技術(shù)[M]. 北京: 中國電力出版社， 2013: 35-46.

[2]趙羨龍， 王金枝. 基于GPRS通信方式的用電管理系統(tǒng)及其智能終端[J]. 廣東電力， 2006（1）: 68-70.

[3]李春華. 智能防竊電系統(tǒng)有效遏制高科技竊電[C]//防治竊電管理及技術(shù)應(yīng)用成果暨2010年電力行業(yè)防治竊電工作交流大會(huì)論文集. 2010， 北京: 中國電力出版社， 2010: 8-11.

[4]劉博， 崔雪洋. 應(yīng)用電力負(fù)荷管理系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)防竊電功能[J]. 電力學(xué)報(bào)， 2007， 22（4）: 546-548.

[5]李景村. 防治竊電使用技術(shù)[M]. 北京: 中國水利電力出版社， 2009: 12-47.

[6]王玨昕， 孟宇， 殷樹剛， 等. 用電信息采集系統(tǒng)反竊電功能現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 電網(wǎng)技術(shù)， 2008， 32（S2）: 177-178.

[7]李晉. 防治竊電技術(shù)[J]. 電網(wǎng)技術(shù)， 2004， 7（1）: 23-24.

[8]殷樹剛， 張宇， 拜克明. 基于實(shí)時(shí)電價(jià)的智能用電系統(tǒng)[J]. 電網(wǎng)技術(shù)， 2009， 33（19）: 11-16.

[9]張晶. 智能電網(wǎng)200問[M]. 北京: 中國電力出版社，2012: 61-123.

[10]穆習(xí). 現(xiàn)場查處竊電實(shí)用技術(shù)[M]. 沈陽: 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社， 2006: 76-145.

[11]褚大華. 電子式電能表[M]. 北京: 中國電力出版社，2009: 21-66.

[12]Q/GDW 364—2009. 單相智能電能表技術(shù)規(guī)范[S].

[13]劉光輝. 防竊電措施與案例分析[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社， 2009: 78-83.

[14]姜力維. 違約用電和竊電查處與防治[M]. 北京: 中國電力出版社， 2012: 69-131.

[15]劉振亞. 智能電網(wǎng)技術(shù)[M]. 北京: 中國電力出版社，2010: 86-161.

[16]許曉慧. 智能電網(wǎng)導(dǎo)論[M]. 北京: 中國電力出版社，2009: 71-121.

[17]Gefaie. Ministry of Power， Energy and Mineral Resources， Government of Bangladesh[D]. National Energy Policy 2008.

[18]T. B. Smith， “Electricity theft: A comparative analysis，” Energy Policy， vol. 32， pp. 2067-2076， 2004.

[19]D. Appleyard， “Power theft: an insidious menace，”Power Economics， July 1999.

[20]S. Naiman， M. M. Kissaka and N. H.Mvungi， “Energy meter reading and tampering protection through powerline communication channel，” Proc. IEEE AFRICON， 7th AFRICON Conference in Africa，vols.1 ＆ 2， pp. 821-826， 2004.

侯克男（1983-），男，中級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化、輸配電及用電工程。

作者簡介