基于大數(shù)據(jù)分析的高壓竊電模型診斷研究及應(yīng)用

摘 要：針對(duì)當(dāng)前電力企業(yè)面臨的線損壓力和反竊電要求，提出了基于用戶、臺(tái)區(qū)檔案以及電壓、電流曲線等海量數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)清洗、竊電特征分析、竊電檢測(cè)分析構(gòu)建竊電診斷模型的綜合解決方案。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證，竊電診斷模型判斷出的竊電嫌疑戶準(zhǔn)確率達(dá)到89%，實(shí)現(xiàn)了竊電用戶的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、精準(zhǔn)診斷，降低了電力企業(yè)的非技術(shù)性損失。

關(guān)鍵詞：反竊電；數(shù)據(jù)清洗；模型診斷

中圖分類號(hào)：TM73""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A""" 文章編號(hào)：1671-0797（2025）02-0010-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.02.003

0""" 引言

目前大部分省市電力用戶采集仍為24點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，隨著電力用戶計(jì)量裝置采集性能的提升，部分省市的采集點(diǎn)數(shù)已由24點(diǎn)上升為96點(diǎn)，電力用戶的采集變量包括電壓、電流、功率、功率因數(shù)等等，數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)上升，如何從海量數(shù)據(jù)中精確診斷并提取出竊電嫌疑用戶，是目前電力企業(yè)面臨的一大技術(shù)難題[1]。

高壓用戶竊電是指用戶通過(guò)改變計(jì)量裝置的接線方式使計(jì)量裝置不計(jì)量或少計(jì)量，從而達(dá)到用戶不交電費(fèi)或少交電費(fèi)的目的。高壓用戶計(jì)量裝置的接線方式分為三相四線制和三相三線制，電能量的計(jì)算公式分別為：

三相四線制：

W=P=3UIcos θ""""""""""""""""" （1）

三相三線制：

W=P=UIcos θ""" （2）

由公式（1）（2）得出，降低計(jì)量裝置的功率、電流、電壓等任一變量，均會(huì)造成電量少計(jì)，從而達(dá)到竊電的目的。按照這個(gè)原理將竊電的手法進(jìn)行分類，大體可分為欠壓法竊電、擴(kuò)差法竊電、移相法竊電、欠流法竊電、無(wú)表竊電等[2-4]。

1""" 模型構(gòu)造過(guò)程

本模型主要包括數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)清洗、特征構(gòu)造、模型構(gòu)建、模型驗(yàn)證優(yōu)化5個(gè)環(huán)節(jié)，其中數(shù)據(jù)清洗及特征構(gòu)造屬于關(guān)鍵點(diǎn)，模型構(gòu)建為重點(diǎn)，模型流程圖如圖1所示。

1）數(shù)據(jù)獲?。簭墓╇娖髽I(yè)營(yíng)銷系統(tǒng)獲取歷史反竊查違清單及用戶檔案數(shù)據(jù)，從用電采集系統(tǒng)調(diào)取用戶日電量、高壓用戶所在線路的日線損數(shù)據(jù)。

2）數(shù)據(jù)清洗：針對(duì)歷史竊電樣本進(jìn)行分析篩選及修正，同時(shí)從異常值檢測(cè)與處理、缺失值分析及處理等角度對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3）特征構(gòu)造：結(jié)合業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)探索，從時(shí)間維度、統(tǒng)計(jì)方法、采集指標(biāo)及指標(biāo)間關(guān)聯(lián)性等多方面構(gòu)建特征，為模型構(gòu)建提供基礎(chǔ)。

4）模型構(gòu)建：計(jì)算樣本指標(biāo)，將樣本集分為訓(xùn)練集和測(cè)試集，采用機(jī)器學(xué)習(xí)LightGBM分類算法，借助K折交叉驗(yàn)證方法，并通過(guò)調(diào)參策略獲取最優(yōu)參數(shù)，完成模型構(gòu)建。

5）模型驗(yàn)證優(yōu)化：在測(cè)試集上分析評(píng)估，利用精準(zhǔn)率、F-score、AUC等指標(biāo)對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估優(yōu)化；此外，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)，基于核查結(jié)果迭代優(yōu)化模型。

2""" 竊電模型診斷

高壓用戶竊電診斷包含三大核心子模型，分別為電壓異常診斷模型、電流異常診斷模型、中性線異常診斷模型。

2.1""" 電壓異常診斷模型

針對(duì)高供高計(jì)三相三線、三相四線用戶，三相相電壓數(shù)據(jù)值正常且大致相等，根據(jù)線電壓數(shù)據(jù)值診斷及等邊三角形原理，三相四線用戶至少其中一異常相電壓數(shù)據(jù)為正常情況下相電壓的倍或三相三線用戶至少其中一相電壓數(shù)據(jù)為線電壓的倍，可判斷出電壓互感器是一相極性接反或者兩相極性接反異常，從而引起少計(jì)量誤差失準(zhǔn)[5-7]。

電壓異常診斷模型旨在挖掘采用欠壓法竊電的異常電力用戶。在存在一定電流數(shù)據(jù)的情況下，通過(guò)統(tǒng)計(jì)一定時(shí)間范圍內(nèi)各相欠壓點(diǎn)數(shù)，分析電壓數(shù)據(jù)是否超過(guò)給定閾值K，從而判斷高壓用戶是否存在欠壓竊電嫌疑。

判斷公式為：

I（f（xt）=0，f（yt）≠0）＞K

式中：K為閾值；f（xt）為電壓；f（yt）為電流。

滿足判斷公式的則為疑似欠壓法竊電用戶。

2.2""" 電流異常診斷模型

電流異常診斷模型主要包括失流異常診斷、三相電流不平衡診斷，旨在檢測(cè)采用欠流法竊電的異常用戶[8-10]。對(duì)于高壓用戶，欠流竊電法的特征主要表現(xiàn)為：某相電流失流或不平衡，另外兩相電流數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)一致，如圖2所示。因此采用相關(guān)性系數(shù)算法，計(jì)算非失流的兩相電流相關(guān)性系數(shù)，判斷是否超過(guò)閾值范圍，從而辨識(shí)欠流竊電嫌疑用戶[11]。

失流、不平衡判斷規(guī)則：電流為0的點(diǎn)數(shù)大于閾值K1（K1設(shè)為2）。

相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式如下：

ρX，Y==

=

式中：X為臺(tái)區(qū)供電量/線損率；Y為臺(tái)區(qū)售電量/用戶電量；cov（X，Y）為X與Y的協(xié)方差；σ為方差；E為期望。

根據(jù)設(shè)置的相關(guān)性系數(shù)閾值，判斷疑似欠流法竊電用戶。

2.3""" 中性線異常診斷模型

1）中性線未接或虛接診斷：主要針對(duì)三相四線用戶標(biāo)準(zhǔn)電壓規(guī)格，根據(jù)負(fù)荷不平衡情況下中性點(diǎn)漂移理論，負(fù)荷不平衡時(shí)各相電壓會(huì)發(fā)生變化，負(fù)載重的一相電壓降低，負(fù)載輕的一相電壓升高。假設(shè)其中一相日平均電壓高于閾值K2，一相日平均電壓低于K3；另一相日平均電壓在一定的范圍區(qū)間；若滿足異常天數(shù)閾值即判定為中性線未接或虛接。

2）相線、中性線反接診斷：根據(jù)三相四線用戶標(biāo)準(zhǔn)電壓規(guī)格，其中任意異常兩相日平均電壓高于閾值K4；另一相日平均電壓值正常，在一定范圍內(nèi)；滿足異常天數(shù)閾值即判定為相線、中性線反接。

3）三次諧波干擾診斷：針對(duì)三相四線用戶中性線電流值（中性線實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)值）大于最大相電流值N倍以上，并結(jié)合電能表存在有效異常事件記錄，則判定用戶存在三次諧波干擾。

3""" 應(yīng)用成效及查處案例

3.1""" 應(yīng)用成效

根據(jù)竊電3種診斷模型，從海量數(shù)據(jù)中提取出用電異常用戶44戶，并在東明、曹縣、成武、鄆城4個(gè)縣區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證，共發(fā)現(xiàn)計(jì)量異常或竊電39戶，竊電診斷模型綜合準(zhǔn)確率達(dá)到89%，如表1所示。

3.2""" 模型診斷案例

通過(guò)系統(tǒng)模型規(guī)則，發(fā)現(xiàn)用戶A三相電流嚴(yán)重不平衡，C相失流。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)核查，A、B相一次側(cè)實(shí)時(shí)電流與表計(jì)實(shí)時(shí)顯示電流一致，如圖3系統(tǒng)截圖所示。C相一次側(cè)實(shí)時(shí)電流61 A，表計(jì)C相實(shí)時(shí)顯示0.00 A，如圖4所示，此相基本不計(jì)量?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)C相互感器二次回路被人為折斷，初步判斷為人為竊電。后臺(tái)調(diào)取歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)此戶從2018年10月份開(kāi)始竊電，預(yù)計(jì)追補(bǔ)電費(fèi)70萬(wàn)元左右。

4""" 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)高壓用戶竊電時(shí)的電壓、電流特征，詳細(xì)介紹了電壓異常、電流異常、中性線異常三種異常診斷模型，根據(jù)模型特征從用電采集系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)中提取出用電異常用戶，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證，竊電模型正確率達(dá)到89%。同時(shí)介紹了模型現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)案例，為供電企業(yè)挽回了電量和電費(fèi)損失，維護(hù)了正常用電秩序。本文僅對(duì)高壓用戶竊電情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，未充分考慮低壓用戶的情況，為適應(yīng)各種用戶和不同竊電手法，診斷模型仍需進(jìn)一步完善。

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收稿日期：2024-09-23

作者簡(jiǎn)介：趙承楠（1987—），男，山東東明人，高級(jí)工程師，研究方向：電力市場(chǎng)營(yíng)銷。