基于用電信息數(shù)據(jù)挖掘的智能反竊電研究與應用

張瑞

摘要： 本文全面分析了竊電的常用手段及原理，提出了在高壓用戶的T接關(guān)口增加采集點，對低壓用戶批量查竊監(jiān)測，實現(xiàn)用電信息采集系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)與關(guān)口采集數(shù)據(jù)挖掘、差動分析，應用竊電數(shù)據(jù)模型和算法，準確定位竊電嫌疑戶及竊電方式的方法。介紹了該系統(tǒng)物理架構(gòu)、高壓采集終端、低壓批量查竊終端的主要功能及設計方案。通過實例驗證竊電戶篩選流程，為甄別、準確打擊竊電行為奠定了基礎。

Abstract： This paper analyzes the commonly used methods and principles of stealing electricity， and puts forward the methods of increasing collecting points at T-joint of high voltage users， bulk theft monitoring of low voltage users， realizing the data collection and data mining of raw data acquisition system， dynamic analysis， using stealing data model and algorithm， to accurately position suspects and stealing ways. The main functions and design scheme of the system physical structure， high voltage collection terminal and low voltage bulk seized terminal are introduced. The electricity-stealing users screening process is verified by practical example， which lay a foundation for identifying and accurately combating electricity stealing behavior.

關(guān)鍵詞： 用電信息采集系統(tǒng)；反竊電；精準定位；嵌入技術(shù)

Key words： power information collection system；anti-stealing；precise positioning；mbedding technology

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）35-0051-04

0 引言

近年來，隨著智能電表和用電信息采集系統(tǒng)的全面推廣，使利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對抄錄的電能表實時電流、電壓、相角、事件記錄等海量數(shù)據(jù)進行快速、智能、準確的竊電判斷成為可能[1-3]，但在應用中發(fā)現(xiàn)存在一些盲區(qū)，如 “一次搭接”、“互感器分流”、“二次電纜分流”、“表前接線盒分流”等竊電方式，特別是針對智能表的強磁干擾、高頻干擾、加裝遙控等高科技隱蔽性竊電難以判斷。同時由于低壓用戶信息采集通信模式采用低壓載波-GPRS分段式通信模式，受通信速率、用電信息采集系統(tǒng)容量的限制，竊電分析數(shù)據(jù)只能通過透抄來實現(xiàn)，增加了查竊的難度。如何用電信息數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)反竊電的精準打擊，一直是電力學者和用電檢查人員研究的課題。

1 竊電方式分析

根據(jù)電量計算公式：W=Pt=Uitcos？準，竊電者從公式中四個因素下手，竊電方式可分為兩大類，即有表法竊電和無表法竊電。有表法竊電是針對電能計量裝置竊電方式，其竊電方式大體可以分為欠壓竊電、欠流竊電、移相竊電、擴差竊電、干擾竊電五種方式[4]。無表法竊電是針對供配電線路的竊電方式，在電能計量裝置前T接用電。

2010年至2015年衡水市查處竊電1736起，其中高壓戶竊電168起，按照用戶竊電方式分類如表1。

可以看出，用戶在實際實施竊電過程中，高壓用戶以欠壓法、欠流法和干擾法竊電為主，且智能高科技干擾法竊電逐年增加；低壓用戶以欠流法竊電為主，欠壓法、擴差法竊電為輔。用電信息采集系統(tǒng)受本身系統(tǒng)建設的限制，不能有效防范、快速發(fā)現(xiàn)欠流法竊電中的表前分流竊電和干擾法竊電，低壓用戶通過透抄來分析竊電，往往線路、臺區(qū)線損高了，再派人去現(xiàn)場進行用戶普查，同時由于針對性不強，易走漏消息，經(jīng)常造成用戶在檢查前銷毀竊電現(xiàn)場證據(jù)，竊電者不能受到應有的懲罰。本文根據(jù)高、低壓用戶的現(xiàn)場實際及竊電方式分布情況，在用電信息采集系統(tǒng)的基礎上開發(fā)反竊電精準定位平臺，即高壓“雙監(jiān)控”+低壓批量查竊平臺，實現(xiàn)從原來的撒網(wǎng)式反竊電到精準定位打擊的轉(zhuǎn)變。

2 反竊電精準定位體系技術(shù)原理

通過建立反竊電智能診斷模型，對用電信息采集系統(tǒng)的用電信息及用戶關(guān)口側(cè)采集信息進行差動數(shù)據(jù)分析，對連續(xù)高損臺區(qū)采用便攜式低壓批量查竊終端，進行數(shù)據(jù)挖掘分析、篩選、定位的綜合信息管理體系，該體系綜合運用現(xiàn)代微電子技術(shù)、GPRS通信技術(shù)、軟件技術(shù)、嵌入式技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等，實現(xiàn)并完成竊電嫌疑戶的定位。

2.1 反竊電數(shù)據(jù)分析

釆用關(guān)口、用戶側(cè)的功率差動法實現(xiàn)反竊電分析。高壓用戶基于用電信息采集系統(tǒng)的電壓、電流、相角、事件記錄等記錄，在用戶線路T節(jié)點高壓側(cè)增加一處測量點，通過高壓無線采集設備，對用戶關(guān)口側(cè)數(shù)據(jù)進行采集，與用電信息采集系統(tǒng)用戶采集數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時差動分析，從用電源頭到用電計量處閉環(huán)，為反竊電分析提供技術(shù)保證，從而監(jiān)控專變用戶是否存在竊電疑似。

對電能數(shù)據(jù)分析、監(jiān)測，為竊電行為提供分析依據(jù)。對用戶的負荷、電壓、電流、表底、開蓋記錄、各種事件等的分析、篩選，確定竊電嫌疑戶。主要通過以下幾方面分析：

①電壓異常分析：根據(jù)采集的實時電壓對單、三相表計電壓數(shù)據(jù)判斷是否失壓或電壓異常。

②零火電流對比分析：針對單相負荷，有多少電流經(jīng)表計流入負荷，就有多少電流經(jīng)表計流回，因此對表計的零、火電流數(shù)據(jù)對比，就可判斷是否表外接線、加裝短路環(huán)或是否改動表計電子元等。

③接線異常分析：通過電流、電壓、相角的關(guān)系與提前置入常見的三相四線計量表計錯誤接線進行比對，自動判斷是哪種錯誤接線，自動生成竊電量計算值。

④電量異常分析：根據(jù)采集用戶凍結(jié)表底、日用電數(shù)據(jù)，分析用戶表底差是否存在突增、突減、連續(xù)為0、總與分電量和不符、反向電量、二三象限無功存在且變化等。

⑤多維度分析：根據(jù)在線監(jiān)測和智能分析事件信息，了解電能表當前工作狀態(tài)。通過對電能表相關(guān)事件、終端事件，如失流、失壓、斷相、逆相、開蓋及時間記錄等信息進行輔助分析，確定事件分析的正確性。

⑥關(guān)聯(lián)性分析：針對分析事件的用戶信息，分析用戶檔案、電能表和終端資產(chǎn)檔案、計量信息、接線方式和數(shù)據(jù)釆集情況，檢查用戶電量數(shù)據(jù)的完整性及對一次側(cè)、二次側(cè)的功率差動分析等信息。

2.2 高壓無線負荷采集終端

高壓無線負荷采集終端可帶電裝卸，采用感應式取電，內(nèi)含數(shù)據(jù)采集裝置和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，自身具備數(shù)據(jù)存儲和時鐘管理功能，能存儲一個月的曲線數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)密度點默認為每小時一個點，可以擴展為15分鐘一次數(shù)據(jù)密度存儲，可以微功率無線方式響應數(shù)據(jù)記錄儀的即時召喚和實時采集命令，無線傳輸距離可達1000米。數(shù)據(jù)記錄儀把采集的一次側(cè)負荷電流信息通過GPRS通道傳輸?shù)讲杉掌鳎M行負荷數(shù)據(jù)差動分析。

2.3 低壓批量查竊終端

低壓批量查竊終端是集數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、處理、打印為一體的智能分析查竊設備，有效避免了用電信息采集系統(tǒng)透抄時間長，不能系統(tǒng)判斷用戶竊電嫌疑的弊端。利用數(shù)據(jù)采集電路，能夠與智能表進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)對電能表數(shù)據(jù)的采集，并傳到處理器進行綜合分析，根據(jù)分析結(jié)果篩選出竊電嫌疑戶，實現(xiàn)不用開表箱、表蓋即可定位竊電嫌疑戶的功能，極大提高了低壓查處竊電的效率。

3 反竊電精準定位體系設計方案

3.1 高壓“雙監(jiān)控”設計方案

按分層模塊化設計，分高壓無線采集現(xiàn)場層、無線通訊層、信息平臺層三部分。系統(tǒng)整體框架圖如圖1。

①高壓無線采集現(xiàn)場層和無線通訊層主要由高壓無線采集器、數(shù)據(jù)記錄儀、GPRS通訊網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)存儲電腦組成。高壓無線采集器安裝在大客戶專變10kV配電網(wǎng)線路分支T接處，數(shù)據(jù)記錄儀讀取采集到的負荷信息并通過GPRS網(wǎng)絡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲電腦。現(xiàn)場系統(tǒng)安裝圖如圖2。

②信息平臺層由防火墻、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、采集數(shù)據(jù)服務器、接口子系統(tǒng)、智能分析服務器組成。系統(tǒng)與用電信息采集系統(tǒng)的接口，通過中間庫和Web Service方式，可對10kV線路下客戶的編號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電量起止碼等數(shù)據(jù)實現(xiàn)交互。與其他系統(tǒng)包括營銷業(yè)務應用系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)可根據(jù)業(yè)務需求，交互數(shù)據(jù)進行多維度綜合分析。

③智能對比判斷分析。系統(tǒng)對從用電信息采集系統(tǒng)提供的各類數(shù)據(jù)與高壓無線采集的數(shù)據(jù)進行差動對比分析，包括日、月電量判斷，三相電流誤差判斷，竊電可疑分析、報警等主要功能，并根據(jù)分析結(jié)果列出可疑用戶，進行報警。通過此種分析，可準確掌握疑似用戶的竊電時段和竊電規(guī)律，及時安排用電檢查人員進行突擊檢查不但能及時發(fā)現(xiàn)和制止竊電行為，還能夠提高破案的準確性和縮短破案時間，對竊電者產(chǎn)生強大的震懾。

3.2 低壓批量查竊平臺設計方案

按模塊化設計，由數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)傳輸器、數(shù)據(jù)存儲器、處理器、電源及電源保護裝置、液晶顯示屏和打印裝置組成。整體物理架構(gòu)如圖3，軟件開發(fā)原理框圖如圖4。

①數(shù)據(jù)采集器：設有4個采集電路（3相1備用），能夠與單相、三相智能表進行數(shù)據(jù)通信，實時采集電能表的電流、電壓、相角、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、表底、開蓋記錄事件等數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸器傳到處理器進行綜合分析。

②數(shù)據(jù)傳輸器：采用RS485通信模塊，滿足數(shù)據(jù)采集器與處理器之間的傳輸。

③數(shù)據(jù)處理器：采用64位微處理器，處理器主要介紹數(shù)據(jù)采集的電能表的數(shù)據(jù)，然后與數(shù)據(jù)存儲器中存儲的用戶信息進行比對分析是否存在竊電行為，處理器外接有USB接口模塊，可外接鍵盤、鼠標、U盤。

④數(shù)據(jù)存儲器：采用容量為2TB硬盤，以滿足整臺區(qū)數(shù)據(jù)的存儲。

⑤顯示屏：采用觸摸式液晶顯示屏，即可以用于信息輸入，同時能顯示處理后的結(jié)果，利于信息交互。

3.3 后臺智能分析應用

以衡水供電公司線損較高、竊電現(xiàn)象較為嚴重的勝利商場公變?yōu)槔?99個用戶，其中單相187戶，三相12戶，構(gòu)成測試樣本。

系統(tǒng)針對讀取的電能數(shù)據(jù)，按照設定的閥值進行讀取、智能分析（如圖5所示），系統(tǒng)自動生成一級預警（竊電嫌疑最大）4戶，二級預警12戶，同時對三相表用戶可自動繪出向量圖輔助進行竊電分析（如圖6所示）。

為了測試系統(tǒng)定位的準確性，安排12名檢查人員對該測試樣本中的所有用戶進行現(xiàn)場檢查，除查出一級預警竊電嫌疑戶4戶、二級預警竊電嫌疑戶7戶外（其他5戶因公用零線，判斷不正確），未發(fā)現(xiàn)其他竊電戶。

4 結(jié)束語

衡水供電公司2016年1-8月份定位竊電嫌疑戶732戶，查處竊電用戶607戶，追補電費及違約使用電費474萬元。

實踐證明，基于用電信息數(shù)據(jù)挖掘的智能反竊電可以實現(xiàn)對高損線路和高損臺區(qū)24小時自動遠程實時監(jiān)控，改變了以往大量人員大范圍撒網(wǎng)式用電檢查方式。發(fā)現(xiàn)嫌疑用戶后，及時安排用電檢查人員進行定點突擊檢查，所需檢查人員數(shù)量大大減少，解放了線損管理過程中的人力資源，進一步提高了營銷線損工作和反竊電工作效率。

參考文獻：

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