基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的反竊電分析與仿真研究

鄧麗娟

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昭通供電局，云南昭通 657000）

引言

電力是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)必不可少的資源，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)效益的原因，通過各式各樣技術(shù)性方法展開違法偷竊電力的問題時(shí)有發(fā)生，通過改變相序、切斷相電源、使用大電流倒表器、私自更改電流互感器或使用高電壓倒表器等竊電方式愈發(fā)常見。竊電行為既讓電力公司遭受財(cái)產(chǎn)上的重大損失，又對(duì)電力的使用以及供應(yīng)秩序產(chǎn)生了干擾。竊電方法也趨于豐富化以及潛藏性，還有往高端技術(shù)手段的形勢(shì)發(fā)展，然而現(xiàn)有的反竊電技術(shù)手段相對(duì)落后，電能計(jì)量裝置的反竊電功能十分缺乏，檢查裝備簡(jiǎn)陋。因此，實(shí)際工作過程中的反竊電檢測(cè)難度大、效率低。對(duì)電力公司的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)研與總結(jié)，得到下述關(guān)于反竊電工作的主要難點(diǎn)。

（1）竊取電能的現(xiàn)象客觀存在，但所造成的實(shí)際竊電量無(wú)法統(tǒng)計(jì)，使得相關(guān)部門面對(duì)此類現(xiàn)象的重視程度不夠。同時(shí)，在防范反竊電的事務(wù)中有很多的缺陷，譬如，應(yīng)用沒有具備反竊電作用的計(jì)量柜、運(yùn)用開放式計(jì)量設(shè)備、組裝電表接入電網(wǎng)的時(shí)候沒有封裝計(jì)量柜、接線盒等。

（2）竊電人員使用的竊電手段以及形式更加錯(cuò)綜繁雜，有較大的隱蔽性，因?yàn)閷?shí)踐經(jīng)驗(yàn)、學(xué)科知識(shí)、技術(shù)途徑的制約，部分用電管理人員不具備過硬的專業(yè)素質(zhì)，難以有效決策反竊電行為的發(fā)生方式與時(shí)機(jī)。

（3）竊電行為的認(rèn)定過程較為繁瑣，竊電行為的認(rèn)定所需要的證據(jù)難以獲取。

綜合上述分析不難發(fā)現(xiàn)，竊電行為是電力企業(yè)日常監(jiān)管與處罰的難點(diǎn)。受法制觀念淡薄、設(shè)備安全性差以及基層單位管理水平落后等多種因素的影響，竊電問題始終無(wú)法得到有效解決。從既往電力企業(yè)的監(jiān)管實(shí)踐看，竊電行為會(huì)引發(fā)龐大的財(cái)產(chǎn)損失，并且對(duì)電力系統(tǒng)形成了十分重大的安全危害。反竊電技術(shù)是對(duì)抗高科技竊電手法的重要工具，對(duì)降低電力公司的財(cái)產(chǎn)損失，保護(hù)用電可靠安全上發(fā)揮出關(guān)鍵的作用。近段時(shí)間，電力企業(yè)高度重視反竊電技術(shù)的改進(jìn)與反竊電監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)，以高科技反竊電技術(shù)與反竊電專項(xiàng)診斷治理活動(dòng)為基礎(chǔ)，深入打擊非法用電、竊電的現(xiàn)象，成為電力企業(yè)的重要研究工作。

因此，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成電路和通訊技術(shù)設(shè)計(jì)了一種可以提高電力企業(yè)反竊電能力并及時(shí)采集、統(tǒng)計(jì)并分析竊電行為發(fā)生范圍的方法，包括反竊電電路設(shè)計(jì)、信號(hào)采集器軟硬件設(shè)計(jì)及抗干擾設(shè)計(jì)等。最后，基于實(shí)例數(shù)據(jù)樣本對(duì)所提方法進(jìn)行測(cè)試與驗(yàn)證。

1 常用竊電手段與原理

1.1 電能計(jì)量原理

在計(jì)量電能的過程中，要求檢測(cè)基礎(chǔ)變量，如電流、電壓等，要想計(jì)量有功功率，要求利用電壓、電流脈沖的直流分量展開各種數(shù)字信號(hào)分析以及處理，如數(shù)字濾波、加法、乘積等[1-8]。計(jì)量無(wú)功功率使用的模型和有功功率的相似，其特別之處是要將電壓脈沖采樣移動(dòng)90°的相位再實(shí)施后續(xù)的動(dòng)作。

1.2 竊電手段

目前，已經(jīng)發(fā)生的或存在的竊電手段多種多樣，包括電壓法、電流法、分流法、擴(kuò)差法、移相法等。欠壓法指用戶利用特殊工具將室內(nèi)或者室外電能表進(jìn)行鉛封拆解，并將相關(guān)聯(lián)的電壓接線端子斷開，如圖1所示。?代表的是通過負(fù)載還有火線實(shí)際的電流，位于D點(diǎn)位置這一電流會(huì)被劃分為兩個(gè)分支支流，其中一個(gè)電流表示成?，其是途徑Rd轉(zhuǎn)移到屋內(nèi)的地線；剩下的一個(gè)分支電流是?，通過電能表中的電流線圈。要注意的是，將Ro接線到?通路支路中，所以就可以讓?出現(xiàn)了分流。Rd以及Ro都是電阻器件，在分流過程中不會(huì)對(duì)初始電流相位產(chǎn)生影響，有

圖1 分流竊電

所計(jì)量的功率為：

欠流法指用戶采用特殊手段，讓計(jì)量電流回路處于非正常工作狀態(tài)，如將電能表內(nèi)部的火線的進(jìn)、出線通過銅線來實(shí)現(xiàn)短接，詳細(xì)情況如圖2所示。切斷一般零線的輸入線，而把其輸出線和電阻R進(jìn)行串聯(lián)連接，同時(shí)和負(fù)載輸出線共同往屋內(nèi)地線進(jìn)行相連，在電阻R以及電能表中的電壓線圈進(jìn)行串聯(lián)分支通路中接入了負(fù)載電壓，讓電壓線圈和電阻R可達(dá)成分壓的功能，這對(duì)相位產(chǎn)生了影響，電能表減少記錄的電量；如果要D點(diǎn)，那么可以中止電能表保存電量數(shù)據(jù)。

圖2 分壓竊電

在上述兩種竊電模式下，電能計(jì)都是失效的，而亂接電線、擅自改造電表，不但會(huì)造成線路損耗，造成經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)對(duì)用電的安全造成一定的危害。針對(duì)此類竊電行為，電力公司的工作重點(diǎn)是開展通過反竊電技術(shù)與專項(xiàng)診治活動(dòng)等落實(shí)反竊電工作，堵漏增收，降低線損。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，建設(shè)智能用電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具有提高用電安全性，限制竊電和違法違規(guī)用電等功能。智能電力監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)電力線路的各類危害情況進(jìn)行監(jiān)控，如漏電、電弧、短路等，并實(shí)時(shí)采用有關(guān)電力設(shè)備的工作情況，同時(shí)利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至平臺(tái)中展開數(shù)據(jù)診斷以及剖析，從而達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控、異常預(yù)警等功能。智能供電網(wǎng)絡(luò)主要由監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)等構(gòu)成。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能技術(shù)，在配電、變電站內(nèi)部設(shè)置能源消耗測(cè)量設(shè)備，將電網(wǎng)運(yùn)行以及用戶用電行為等相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至智能管理平臺(tái)，由平臺(tái)的監(jiān)控模塊完成數(shù)據(jù)的集中管理與分析，是實(shí)現(xiàn)用電統(tǒng)計(jì)信息化、智能化的關(guān)鍵，對(duì)反竊電技術(shù)的升級(jí)有重要作用。

2 智能預(yù)警與快速定位竊電系統(tǒng)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要有兩個(gè)功能：①竊電行為的智能預(yù)警；②快速準(zhǔn)確地定位竊電嫌疑戶。其中，竊電行為的辨識(shí)與預(yù)警包括：智能采集用電數(shù)據(jù)，診斷用電數(shù)據(jù)異常，實(shí)時(shí)分析和判斷竊電行為，AI智能預(yù)警技術(shù)；對(duì)盜竊犯罪嫌疑人進(jìn)行位置的確定，可以采取在防盜設(shè)施中加裝GPS定位設(shè)備和隱藏?cái)z像機(jī)等手段。該系統(tǒng)的主要功能是診斷出電力數(shù)據(jù)的不正常、電力竊電行為的實(shí)時(shí)分析，解決辦法如圖3所示。

圖3 智能預(yù)警與快速定位竊電的解決方案

2.2 基礎(chǔ)算法

建立電力系統(tǒng)中的竊電模型并對(duì)其進(jìn)行分析，確定用電數(shù)據(jù)處理的算法，是異常數(shù)據(jù)診斷的基礎(chǔ)。模型解析和建模思想見圖4?；谝延械脑O(shè)備數(shù)據(jù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)算法，深入研究竊電用戶的相似度，從多個(gè)方面進(jìn)行了特征選取與相似性檢測(cè)，對(duì)使用者進(jìn)行了聚類運(yùn)算，構(gòu)造了一個(gè)智能的故障診斷分析模式，并在此基礎(chǔ)上抽取了盜竊數(shù)據(jù)的異常數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行深入挖掘，從而構(gòu)造出了竊電-線損數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)和優(yōu)化。本研究的基本方法包括二階聚類法、深度學(xué)習(xí)、異常檢測(cè)等。

圖4 基于深度學(xué)習(xí)的用戶竊電行為檢測(cè)模型

二階聚類是對(duì)BIRCH聚類的改良，它將聚類過程劃分成預(yù)聚類、準(zhǔn)聚類和正規(guī)聚類聚類。首先，通過對(duì)全部數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)距，構(gòu)造CF數(shù)據(jù)集，將相似性高的數(shù)據(jù)納入到相同數(shù)據(jù)中，而不具有相同程度的數(shù)據(jù)就會(huì)產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)。其次，利用預(yù)聚類結(jié)果作為數(shù)據(jù)，利用凝聚方法對(duì)各個(gè)樹狀結(jié)點(diǎn)進(jìn)一步歸類，并利用BayesianInformation（BIC）或AkaikeInformation（AIC）進(jìn)行判定，得到最優(yōu)的群集方法。針對(duì)電力系統(tǒng)龐大的工作壓力，采用二階聚類法和大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合，通過二階聚類法獲得的用戶類型再進(jìn)行細(xì)分，根據(jù)用戶負(fù)載特性曲線的特點(diǎn)，按照時(shí)間、季節(jié)、地域、用戶類型等進(jìn)行了細(xì)致的劃分。

深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)的重要組成部分，它是以多層次資料為基礎(chǔ)，利用多種不同處理層次來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的高度抽象算法。針對(duì)電力系統(tǒng)中的用戶異常用電行為，采用記憶深度學(xué)習(xí)算法構(gòu)建檢測(cè)模型，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理等方面的深入研究。該系統(tǒng)采用Tensor Flow的深度學(xué)習(xí)架構(gòu)，數(shù)據(jù)源為某電力企業(yè)的歷史數(shù)據(jù)，訓(xùn)練前對(duì)深度學(xué)習(xí)所用數(shù)據(jù)進(jìn)行了脫敏分析以確保資料的安全；在此基礎(chǔ)上，針對(duì)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤、重復(fù)等問題，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)先處理。

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理有助于后續(xù)用戶用電相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，這次系統(tǒng)選擇的是minmax標(biāo)準(zhǔn)化法，表達(dá)式為：

式（4）中，X表示歸一化處理后的結(jié)果，x表示某時(shí)段實(shí)際采集數(shù)值，min表示采集數(shù)據(jù)中的最小負(fù)荷，max表示采集數(shù)據(jù)中的最大負(fù)荷。在訓(xùn)練過程中，各個(gè)特征之間的關(guān)系通常包含于高維度數(shù)據(jù)，大量的電力數(shù)據(jù)存在復(fù)雜的特征關(guān)系，但要從高維度數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確提取出特定的特征類型、特征之間的關(guān)系，難度頗大。針對(duì)這一問題，考慮將高維度數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，生成X1、X2、X3子系統(tǒng)，再?gòu)淖酉到y(tǒng)中完成特征提取任務(wù)，降低過程的復(fù)雜性。本系統(tǒng)所使用的損失函數(shù)公式為：

式（5）中，yreal表示實(shí)際分類標(biāo)簽，yclass表示分類結(jié)果。該函數(shù)通過適應(yīng)性矩陣估計(jì)優(yōu)化獲取最小損失。

目前，竊電行為的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)采用狀況評(píng)價(jià)的算法，其基本思想是：①將三相直通表和互感器的接線模式結(jié)合起來，并對(duì)其進(jìn)行研究；②圍繞用電用戶，通過“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等關(guān)鍵控制要素的智能化互聯(lián)，構(gòu)建數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、診斷和預(yù)警等多維數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。偷盜用電行為主要有：切斷電源、改變儀表、調(diào)整零點(diǎn)、跨越測(cè)量等，本系統(tǒng)研判的依據(jù)是在用電期的小時(shí)段內(nèi)（2 s），供電電流基本不會(huì)發(fā)生10%或以上的電流浮動(dòng)，獲得總表與高壓采集單元同一時(shí)間的電流或可視功率，利用線損率、功率因數(shù)等不同的算法模式，繪制相應(yīng)曲線，對(duì)比曲線的差異計(jì)算該時(shí)間段是否存在線損異常，并根據(jù)不同的曲線變化率，將各離散的參數(shù)進(jìn)行篩選，并根據(jù)不同的曲線之間的差別，來確定一段時(shí)期的線損異常情況，并將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，從而得出偷盜的危險(xiǎn)。

2.3 數(shù)據(jù)分析方法

根據(jù)用戶電力消費(fèi)數(shù)據(jù)的分析，要求實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)中的電力需求，并對(duì)其所傳遞的電力特性進(jìn)行分析，從而對(duì)電力系統(tǒng)的用戶使用情況做出相應(yīng)的判定。在采集過程中，必須從電力行業(yè)的信息資源中提取歷史數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)的處理主要依靠已有的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，通過相關(guān)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、屬性以及問題數(shù)據(jù)的分配進(jìn)行初步的判定；數(shù)據(jù)預(yù)處理主要針對(duì)重復(fù)值、缺失值、離群值等進(jìn)行篩選，以減少對(duì)數(shù)據(jù)的處理和實(shí)時(shí)分析的不利作用；計(jì)算是用電數(shù)據(jù)分析的核心，需要在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)預(yù)處理的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行再次處理，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。線損檢測(cè)是故障診斷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它會(huì)對(duì)線路損耗率、損耗電量進(jìn)行定時(shí)的記錄，同時(shí)把它對(duì)比于理論數(shù)值，如果產(chǎn)生明顯的偏離，則會(huì)顯示所接負(fù)載存在計(jì)量異?；蚋`電行為。所以，通過分析線損理論的最大線損量，判斷總線損比是否在合理范圍，是篩查竊電嫌疑戶的有效方法。由于數(shù)據(jù)處理中的影響因素比較多，在技術(shù)上可以實(shí)時(shí)采集線損。本設(shè)計(jì)采用了基于實(shí)際損失的在線損耗計(jì)算方法，將其與理論損失進(jìn)行比較。在綜合比較兩種方法的優(yōu)點(diǎn)及各種指數(shù)的可用性后，把功率因素不平衡率、電壓不平衡率、電流不平衡率、臺(tái)區(qū)線損率、月用電量及合約電量等因素作為竊電判別的指標(biāo)。

2.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)GPRS無(wú)線通訊技術(shù)的防竊電、反竊電系統(tǒng)功能，能夠?qū)⒏`電報(bào)警信息以無(wú)線方式向監(jiān)測(cè)中心即時(shí)傳輸；同時(shí)，利用GPRS通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)終端電力的實(shí)時(shí)采集，并將其傳送至監(jiān)測(cè)站進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析。底層是一個(gè)終端數(shù)據(jù)收集裝置，它通過連接接近傳感器開關(guān)、USB攝像頭和GPS等終端裝置來獲取工作人員的面部特點(diǎn)和工作過程中的影像和其他的數(shù)據(jù)；第二層是邊緣層，將所收集到的影像資料經(jīng)由4G/5G網(wǎng)絡(luò)傳送到SIP云業(yè)務(wù)可視化系統(tǒng)；第三層是基于GB 28181和QT-ONVIF的標(biāo)準(zhǔn)，將視頻資料傳送到云端服務(wù)器。并通過QT、WVP、南網(wǎng)智瞰和云電智云等技術(shù)平臺(tái)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)向外開放公共界面、由第三方設(shè)備訪問、對(duì)外提供SDK授權(quán)、即時(shí)視頻回放、錄像認(rèn)證等功能向外調(diào)用；第四層是應(yīng)用層，擁有提供現(xiàn)場(chǎng)勘察、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、及時(shí)報(bào)警等多種功能，以提高防盜電控制的能力。

2.4.1 設(shè)計(jì)原則

為了安全、準(zhǔn)確和可靠地設(shè)計(jì)防竊電的遙控報(bào)警和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循下列幾點(diǎn)：①精確性。為了保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)和計(jì)算，必須采用各種方法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。②可靠性。系統(tǒng)的可靠度包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件電路、抗干擾軟件和故障診斷系統(tǒng)等方面。電力測(cè)量中的數(shù)據(jù)要保持良好的連續(xù)性和完整性，每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的電力信息都要記錄下來，要采用系統(tǒng)冗余和軟件冗余設(shè)計(jì)。③安全性。對(duì)終端采集設(shè)備要采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)，防止使用電力資料被非法修改。為了確保采集設(shè)備和監(jiān)制中心之間的通訊連接，還必須提供特殊的安全措施。④實(shí)用性。系統(tǒng)的實(shí)用功能涵蓋了設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、應(yīng)用等各個(gè)方面，產(chǎn)品能夠適應(yīng)不同的工作環(huán)境，工作穩(wěn)定，使用簡(jiǎn)便，維修方便。

2.4.2 設(shè)計(jì)步驟

防竊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體步驟如下：①選擇電能表：根據(jù)民用電能表的現(xiàn)狀以及電能表的發(fā)展趨勢(shì)，選用一款用途廣、有較大市場(chǎng)潛力的電能表進(jìn)行自動(dòng)信息采集的研究。②確定反竊電方案：根據(jù)電表的工作機(jī)理，分析竊電方法，以制定相應(yīng)的反竊電對(duì)策。③選擇系統(tǒng)通信方案：防竊電集成的通訊通道是由監(jiān)測(cè)站和系統(tǒng)終端采集設(shè)備組成的高層通訊通道。根據(jù)用戶需求和客觀情況，采用多種通信手段進(jìn)行通信。④設(shè)計(jì)系統(tǒng)終端：按需求選取相應(yīng)的控制器、通訊模塊等，實(shí)現(xiàn)終端設(shè)計(jì)、開發(fā)。⑤選取軟件開發(fā)系統(tǒng)：即監(jiān)控中心軟件以及系統(tǒng)終端采集器程序。前者是工作在信息采樣主機(jī)中，以Winsocket互聯(lián)網(wǎng)通信科技完成制造，支持使用C#，Delphi，Visual C++等技術(shù)；后者支持通過匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言完成設(shè)計(jì)編制。

2.5 系統(tǒng)架構(gòu)

2.5.1 系統(tǒng)功能

整個(gè)系統(tǒng)由采集器、GPRS模塊、GPRS無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信道、SIM卡、多功能電表、監(jiān)控中心等部分組成，下面分別介紹各個(gè)組成部分：①采集器：采集器主要完成反竊電、竊電信號(hào)的采集、電表參數(shù)設(shè)置及電量讀取的功能。采集器采用12個(gè)電流互感器和3個(gè)電壓互感器完成反竊電功能，利用輸入輸出端口獲取竊電脈沖，利用下行的RS-485端口和電表實(shí)現(xiàn)配置變量并提取電量，遠(yuǎn)程無(wú)線通信則是利用上行內(nèi)部設(shè)置的GPRS模塊以及調(diào)度中心來展開。②模塊化的GPRS。遠(yuǎn)程通訊模塊：GPRS模塊具有TCP/IP協(xié)議的處理能力，并具有短信和GPRS的數(shù)據(jù)傳送方式。③GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線信道：采用GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)中心和采集設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送。采集裝置以及監(jiān)測(cè)中心選擇IP地址，創(chuàng)建訪問鏈接后才可展開數(shù)據(jù)交換。④用戶識(shí)別卡：用戶的身份認(rèn)證卡片或SIM卡片，包含用戶數(shù)據(jù)、密鑰和認(rèn)證方式，以便于GSM認(rèn)證。使用者也可透過使用者身份卡完成系統(tǒng)的連線與資訊交流。在GPRS的無(wú)線模組中，要想實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，就需要接入SIM卡和被呼叫的數(shù)據(jù)服務(wù)。要接入GPRS系統(tǒng)，SIM卡需要使用GPRS服務(wù)。⑤多功能電表：本項(xiàng)目采用的所有電能表都是全電子式多功能電能表，其輸出端口是RS-485，達(dá)到我國(guó)相關(guān)要求。⑥監(jiān)控中心：一部帶有短信功能的電腦，在接入互聯(lián)網(wǎng)后，可以經(jīng)由Socket的網(wǎng)絡(luò)和采集裝置進(jìn)行GPRS的數(shù)據(jù)傳送，而短信模塊則與采集程序進(jìn)行短信的數(shù)據(jù)傳送。

2.5.2 體系結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)所完成的信息管理體系可劃分成兩個(gè)層面。底層是防竊電的數(shù)據(jù)收集單元，由采集單元和GPRS組成。其中最高級(jí)的是數(shù)據(jù)接收和處理，它包括與因特網(wǎng)相連的PC監(jiān)測(cè)和GSM短信發(fā)送設(shè)備。該采集機(jī)是本系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它包括：防竊電電路、竊電信號(hào)和電力采集控制器模塊，GPRS模塊內(nèi)置TCP/IP。接入GPRS系統(tǒng)后，GPRS無(wú)線Modem必須與監(jiān)測(cè)站進(jìn)行通信。在接收到來自于監(jiān)控室的數(shù)據(jù)收集指令后，通過總線與電能表進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。GPRS包含內(nèi)置協(xié)議處理器，用來處理與協(xié)議有關(guān)的資料并將其包裝起來。這些資料在GPRS/GSM網(wǎng)路上后，可以通過各種方法（例如ADSL）發(fā)送至各個(gè)使用者的控制中心。此外，在沒有GPRS服務(wù)、系統(tǒng)條件不佳的區(qū)域，如果用戶的終端參數(shù)（端口號(hào)碼、IP位址等）發(fā)生變化，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不暢通，則可以采用短信作為GPRS的輔助傳送。

2.6 系統(tǒng)軟硬件配置

本項(xiàng)目包含的服務(wù)器涉及端口、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用等。系統(tǒng)配置無(wú)線數(shù)據(jù)傳送模塊，以實(shí)現(xiàn)用戶用電行為的動(dòng)態(tài)監(jiān)控與相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，主要借助移動(dòng)基站發(fā)送信息。對(duì)無(wú)線信號(hào)覆蓋較差的區(qū)域，采取安裝高增益外置天線等策略，保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。用電信息的管理采用云實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，硬件配置選用云計(jì)算一體機(jī)，服務(wù)器之間選用萬(wàn)兆交換機(jī)，軟件選擇集群架構(gòu)Hadoop。

2.6.1 硬件方案

系統(tǒng)的硬件方案設(shè)計(jì)主要包括電能表的選型，采集控制器的選型及無(wú)線通信模塊的選型等。

（1）電能表選型。全電子式電能表的突出長(zhǎng)處是自身?yè)碛辛己玫撵`敏度、方便自動(dòng)化檢測(cè)、可以遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)分析、方便遠(yuǎn)程集中信息的收集。因此本項(xiàng)目采用電子式三相四線多功能電表作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

（2）采集控制器選型。本系統(tǒng)終端采集器的核心控制芯片最終選擇PIC18F6620。PIC系列處理器的CPU是基于RISC（RISC）的嵌入式處理器，相比其他處理器，它具有更高的運(yùn)算速率、更低的工作電壓和功率消耗；第二，其直接的輸入與輸出驅(qū)動(dòng)力更強(qiáng)，其I/O可達(dá)25 mA；此外，PIC系列微處理器也是以Harvard為核心的雙總線架構(gòu)，并引進(jìn)了雙總線與二級(jí)命令流水的架構(gòu)。PIC 8比特處理器的特點(diǎn)是：命令數(shù)量較小（只需30多條），且運(yùn)行時(shí)間短，成本低。

（3）無(wú)線通信模塊選型。目前，GPRS數(shù)據(jù)的傳輸模塊在工業(yè)系統(tǒng)上的應(yīng)用較多，其中包含Sony/Ericsson的GR47系列、Wavecom的產(chǎn)品、摩托羅拉的G20和G18系列以及西門子的MC系列等。實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)被測(cè)系統(tǒng)的精度等級(jí)及數(shù)據(jù)處理需求選擇對(duì)應(yīng)的無(wú)線通信模塊。

2.6.2 軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心軟件是運(yùn)行在信息采集主機(jī)上的電量信息管理系統(tǒng)，目前，市場(chǎng)上能完成上述功能的軟件研發(fā)工具十分豐富，包含了Visual C#，Visual C++，Visual Basic，Delphi等。通過分析和比較，C#以簡(jiǎn)單、現(xiàn)代、安全、兼容、靈活等優(yōu)點(diǎn)，為用戶快速設(shè)計(jì)自己的軟件提供了最佳環(huán)境。該系統(tǒng)以Winsocket為核心，以多線程技術(shù)和Winsocket為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)中心的軟件功能，開發(fā)工具為Visual Studio 2005。

2.6.3 反竊電信號(hào)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

利用采集機(jī)自身CT的高電壓端獲取使用者使用的電能，與通過在用戶的低電壓電量計(jì)上的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而判定用戶是否竊電。在竊電行為發(fā)生時(shí)，電能表還能正常計(jì)量。一旦發(fā)現(xiàn)有竊電行為，在確定了竊盜的特征后，立刻將盜竊信息以無(wú)線方式傳送至監(jiān)控中心及所需的移動(dòng)電話，并開啟停止竊聽查詢的子程式。

3 應(yīng)用研究

3.1 特征分析

以某市電力公司的2.9萬(wàn)戶專變用戶為對(duì)象，選取2021年1月至12月期間存在竊電行為的145個(gè)用戶進(jìn)行重點(diǎn)分析。系統(tǒng)通過二階聚類完成竊電疑似分析目標(biāo)的特征分析，選取所屬行業(yè)、重要度標(biāo)識(shí)、預(yù)付費(fèi)標(biāo)識(shí)、可靠性標(biāo)識(shí)、電壓等級(jí)、信用等級(jí)為模型輸入，將原始竊電數(shù)據(jù)進(jìn)行分群，最終獲得兩個(gè)群體，具體見表1。由表1可知，本次研究納入的分析對(duì)象具有典型性。

表1 二階聚類分析結(jié)果

3.2 應(yīng)用效果

所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在南安電力公司110 kV水頭變10 kV福山線應(yīng)用。本線現(xiàn)有11個(gè)客戶專用的變電站，低壓測(cè)量站、高壓測(cè)量站、公用變壓器的數(shù)量分別是13個(gè)、4個(gè)、6個(gè)，一條完整的生產(chǎn)線就可以對(duì)整個(gè)設(shè)備的工作和性能進(jìn)行檢測(cè)，因此，在10 kV福山線全部完成后，進(jìn)行了試驗(yàn)。在10 kV福山線110 kV水頭變10 kV福山線上加裝了竊電檢測(cè)裝置。該系統(tǒng)已完成了電能自動(dòng)抄錄、線損統(tǒng)計(jì)、在線偷盜監(jiān)控等工作，取得了較好的結(jié)果。

2021年，某市電力公司啟動(dòng)新型竊電排查技術(shù)的探索和研究工作。通過智能預(yù)警與快速定位竊電系統(tǒng)提供的智能排查單元，對(duì)兩個(gè)重點(diǎn)片區(qū)進(jìn)行普查時(shí)發(fā)現(xiàn)，208個(gè)小區(qū)有盜竊。據(jù)初步計(jì)算，每年的發(fā)電量為2000億度，線路損耗通常在7%；采用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行防竊電作業(yè)后，采用智能化的報(bào)警及位置，可使線路損耗減少1%，以0.6元/度的電費(fèi)來估算，可使電網(wǎng)的實(shí)際收益提高一億元。取得了明顯的經(jīng)濟(jì)利益。除了能夠產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益之外，它還能夠產(chǎn)生較好的社會(huì)和行政效果。在社會(huì)福利方面，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以提高電力使用者的電力資料處理和防竊工作的準(zhǔn)確性，提高對(duì)偷盜和違反電力合同的處罰力度，從而為維護(hù)電力市場(chǎng)的穩(wěn)定和電力供應(yīng)提供了有利的環(huán)境，為正常用電秩序的維持與用電安全的保障創(chuàng)造了良好條件。在管理效益層面，既往采取的人工監(jiān)管模式存有諸多不足，實(shí)際管理效益低下。智能預(yù)警與竊電定位系統(tǒng)的應(yīng)用，將為管理人員的反竊電工作提供可靠工具，促進(jìn)基層電力企業(yè)反竊電管理水平的提升。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著竊電技術(shù)水平的不斷變化，我國(guó)電力企業(yè)要持續(xù)對(duì)技術(shù)進(jìn)行革新，通過高端前沿的各項(xiàng)技術(shù)，如人工智能、大數(shù)據(jù)等，不斷提升反竊電工作的信息化、智能化水平。要充分利用已有數(shù)據(jù)的處理問題，健全電力數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)和管理的鏈條，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來提升數(shù)據(jù)的處理速度，建立一套異常用電量數(shù)據(jù)的專家診斷體系，智能識(shí)別異常用電行為，對(duì)新時(shí)期反竊電工作具有重大的指導(dǎo)作用。