電能計(jì)量數(shù)據(jù)聚類分析與竊電檢測(cè)研究

楊浩

摘 要：隨著電力系統(tǒng)智能化程度的提高，各種智能電能計(jì)量設(shè)備的普遍應(yīng)用，電能計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)積累了許多電能計(jì)量信息，采取數(shù)據(jù)挖掘手段對(duì)這些數(shù)據(jù)展開分析，能夠幫助電力部門把握客戶的用電行為，對(duì)預(yù)測(cè)負(fù)荷、管理負(fù)荷、用電故障檢測(cè)等具備顯著作用。竊電是影響電力系統(tǒng)發(fā)展的重大問題，既給國家經(jīng)濟(jì)帶來巨大損失，還威脅到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。伴隨技術(shù)的進(jìn)步，竊電方式逐漸多樣化，并且隱蔽性更強(qiáng)，由此給竊電檢測(cè)造成了較大困難?；谟秒姅?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電力計(jì)量信息分析方法與依靠K-Means聚類的電能計(jì)量信息分析方法，選擇歷史良好電能計(jì)量信息為基類，再和當(dāng)下時(shí)刻電力計(jì)量信息展開聚類分析，篩選異常電能量信息，找到可疑數(shù)據(jù)，為查處竊電現(xiàn)象提供線索。

關(guān)鍵詞：電能計(jì)量;聚類分析;竊電檢查

1.常用的竊電方法

竊電屬于電能非技術(shù)虧損的一個(gè)關(guān)鍵來源。由電能計(jì)量方面的電功率計(jì)算公式P=UIcosθ 得知，電能表計(jì)算電量是通過電壓、電流及功率因素決定，調(diào)整任意一個(gè)條件，均會(huì)造成電能計(jì)量設(shè)備少計(jì)，進(jìn)而引起竊電現(xiàn)象。另外，經(jīng)過調(diào)整電能計(jì)量設(shè)備自身的結(jié)構(gòu)也能夠引起竊電。所以常用的竊電方法包括：欠流法、欠壓方式、擴(kuò)差方式、移相法及強(qiáng)交流磁強(qiáng)法。

1.1欠流法

該方法是通過多種方式令流經(jīng)計(jì)量設(shè)備的電流降低甚至是0，進(jìn)而讓計(jì)量設(shè)備少計(jì)引起竊電。主要方法包括調(diào)整電流電路接法、調(diào)整電流互感設(shè)備變化、短接電流線路等。

1.2欠壓法

是指經(jīng)過多種方法令電能計(jì)量設(shè)備的電壓線圈喪失電壓或是降低所受電壓，進(jìn)而讓計(jì)量設(shè)備少計(jì)引起竊電。主要方法包含串聯(lián)電阻減壓、導(dǎo)致電壓回路接觸異常、調(diào)整電壓回路連線等。

1.3擴(kuò)差法

即通過各種手段改變計(jì)量設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)或其運(yùn)行條件，使其設(shè)備本身的誤差擴(kuò)大，致使電能計(jì)量設(shè)備少計(jì)或不計(jì)電量引起竊電。主要方法包括利用電流或機(jī)械外力損壞計(jì)量設(shè)備、破壞計(jì)量設(shè)備的正常運(yùn)行條件、拆卸計(jì)量設(shè)備改變其結(jié)構(gòu)性能等。

1.4移相法

指經(jīng)過調(diào)整電能計(jì)量設(shè)備內(nèi)電壓、電流之間穩(wěn)定相位關(guān)系，進(jìn)而造成電能計(jì)量設(shè)備慢轉(zhuǎn)甚至產(chǎn)生倒轉(zhuǎn)，由此令計(jì)量設(shè)備少計(jì)電量引起竊電。主要方法包含調(diào)整電表的正常連線、接入和電表沒有聯(lián)系的電壓、電流等。

1.5強(qiáng)交流磁強(qiáng)法

因?yàn)橛械碾娮邮诫娔苡?jì)量設(shè)備選擇步進(jìn)電機(jī)技術(shù)，但是步進(jìn)電機(jī)技術(shù)設(shè)備在強(qiáng)交變磁場影響下會(huì)智能計(jì)數(shù)，調(diào)整磁場方向，計(jì)數(shù)設(shè)備將迅速遞減計(jì)數(shù)，如此就會(huì)造成電能少計(jì)，進(jìn)而引起竊電。

上述幾種方法均是經(jīng)過調(diào)整電能設(shè)備的計(jì)量回路引起竊電。但是，伴隨科技的進(jìn)步，有些針對(duì)智能計(jì)量設(shè)備來竊電的方法也產(chǎn)生了，如高頻高壓偷電、紅外遙控偷電、大功率無線信號(hào)偷電。其中，高頻高壓偷電就是經(jīng)過影響電能設(shè)備的內(nèi)部運(yùn)行流程，損壞電能設(shè)備的運(yùn)行曲線，導(dǎo)致電能設(shè)備計(jì)量精準(zhǔn)度低，不能順利計(jì)量。大功率無線信號(hào)偷電是指影響電能設(shè)備的CPU，令電表少計(jì)甚至不計(jì)，該種方法還能夠隨時(shí)復(fù)原電表計(jì)量。這類高科技的偷電方法都較為隱蔽且難以發(fā)覺，偷電操作時(shí)間少，給竊電稽查造成了較大困難。

2.反竊電策略

反竊電策略應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)的竊電方法來確定。盡管竊電方法多樣化，但主要涉及兩點(diǎn)：其一，經(jīng)調(diào)整電能計(jì)量設(shè)備引起竊電;其二，繞過計(jì)量設(shè)備引起竊電。因?yàn)殡娔苡?jì)量設(shè)備通過電能設(shè)備、互感器以及二次回路構(gòu)成，所以能夠針對(duì)這些部分調(diào)整計(jì)量設(shè)備達(dá)到反竊電目的。反竊電不僅要采用技術(shù)措施，也必須管理措施。

2.1技術(shù)措施

（1）選擇專門的電能計(jì)量箱和電表箱

設(shè)置專門的電表箱能夠提高竊電難度，讓用戶不能觸碰電能設(shè)備。而且，竊電稽查者定時(shí)檢查電表，盡量減少竊電現(xiàn)象。

（2）密封變壓設(shè)備低壓輸出端到計(jì)量設(shè)備的導(dǎo)體

該種方法常用來預(yù)防無表竊電，而且對(duì)經(jīng)過二次線采取欠壓法、欠流法以及移相法偷電有顯著效果。

（3）選擇新一代電子式多功能智能電表

電子式電能設(shè)備存在無法倒裝、底度無法智能清零、不能隨意調(diào)整表計(jì)參數(shù)等特點(diǎn)，能夠有效避免竊電行為出現(xiàn)[1]。此外，多功能智能電表存在失壓、失流、電力失衡、逆相以及參數(shù)確定等事件智能記錄作用，可以有效避免竊電行為出現(xiàn)。

（4）優(yōu)化電能表連線

優(yōu)化電能表連線，能夠把相線與零線選擇不同色彩的導(dǎo)線且對(duì)號(hào)入座，避免欠流法和跨相偷電。出入電能表的電線應(yīng)盡可能縮短預(yù)留長度，避免擴(kuò)差法偷電。該種方法可以有效預(yù)防欠流法、欠壓方式、移相法以及擴(kuò)差法。

2.2管理措施

（1）提高檢測(cè)力度

用電檢測(cè)是達(dá)到反竊電目的的重要方法，包含重點(diǎn)檢測(cè)、臨時(shí)檢測(cè)、抽檢、普檢等形式。用電檢測(cè)過程，主要采取直觀檢測(cè)、現(xiàn)場檢測(cè)等方法確定竊電。檢測(cè)內(nèi)容有檢測(cè)電能表外表、鉛封、連線等是否存在問題。

（2）加強(qiáng)宣傳力度

給用電客戶積極宣傳電力法律法規(guī)，從多角度警示偷電的危害性及嚴(yán)重性，宣傳偷電行為的體現(xiàn)形式，指引客戶安全用電，嚴(yán)厲打擊竊電，創(chuàng)造一個(gè)穩(wěn)定用電的社會(huì)環(huán)境。

（3）加強(qiáng)培訓(xùn)

定時(shí)組織防偷電、反竊電的專業(yè)培訓(xùn)，對(duì)經(jīng)典的竊電案例展開分析，分享反竊電經(jīng)驗(yàn)，提升電力管理者的各種技能與業(yè)務(wù)能力。

另外，還有很多新的反竊電對(duì)策，如借助計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)（負(fù)荷管理平臺(tái)）實(shí)時(shí)監(jiān)控計(jì)量設(shè)備二次側(cè)的電壓、功率以及電流等各項(xiàng)參數(shù)的改變，當(dāng)變化超過指定閾值將智能報(bào)警。

3.K-Means聚類算法

這是James MacQueen等人總結(jié)的一種依靠相似性與中心距的空間信息分類方式。利用該聚類算法把電能計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行建模聚類分析，將其數(shù)據(jù)信息映射為空間里的點(diǎn)，按照點(diǎn)的密度與中心距能夠把空間細(xì)分為多個(gè)區(qū)域，就是簇。信息點(diǎn) 所屬的簇能夠表示成：

其中，kb 表示屬性數(shù)量，C表示簇，dkb 表示聚類C每個(gè)屬性維度的中心點(diǎn)。相同簇中的信息均靠近其聚類的中心點(diǎn)，所以他們存在很高的相似度。相反，不同簇里的信息差別很大。K-Means聚類示意圖見圖1所示。

3.1依靠ARMA與K-Means的異常判斷模型

（1）模型創(chuàng)建

依靠ARMA與K-Means的異常判斷模型是通過ARMA模型與K-Means聚類算法構(gòu)成。ARMA模型對(duì)輸進(jìn)的用電量信息序列完成時(shí)序創(chuàng)模，再展開短期預(yù)測(cè)，獲得各個(gè)時(shí)刻相應(yīng)的用電量預(yù)測(cè)值用作異常判斷的比對(duì)值。K-Means聚類算法對(duì)電能計(jì)量信息真實(shí)值與預(yù)測(cè)值的殘差項(xiàng)完成聚類分析，進(jìn)而完成對(duì)異常信息點(diǎn)的檢測(cè)。

（2）K-Means異常判斷

為了對(duì)原始信息完成異常識(shí)別，在基于ARMA模型得到各個(gè)歷史時(shí)刻電能計(jì)量比對(duì)值的前提下，與原始信息中的實(shí)際電能量作差，獲得i時(shí)刻的殘差項(xiàng)，即：

res（t）=│y（t）-x（t）│

其中， res（t）表示第t時(shí)刻的殘差值;y（t） 與x（t） 分別表示第i時(shí)刻的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值;t=1，2...，T。

再采取K-Means聚類法對(duì) 展開聚類分析，最終結(jié)果把這些信息分為多個(gè)簇與離群點(diǎn)，包含于簇內(nèi)的點(diǎn)是正常收集的信息，但在簇外的離群點(diǎn)即K-Means聚類算法所篩選出的異常數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]姚騰，李育靈，王嬋瓊， 等.電能計(jì)量互感器二次回路狀態(tài)識(shí)別系統(tǒng)[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，42（2）：143-147.

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