張健榮，張忠能

通過電能信息采集系統(tǒng)提升反竊電效率的研究

張健榮，張忠能

傳統(tǒng)反竊電工作開展，需要用電檢查人員在單個(gè)電費(fèi)賬單分析、得到舉報(bào)信息等人工處理方式，進(jìn)行現(xiàn)場檢查，工作效率和成效并不高。為提高檢查效率，法律數(shù)據(jù)取證，實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能設(shè)想，研究設(shè)計(jì)借助供電端和用戶端電能信息采集系統(tǒng)，以JAVA EE技術(shù)體系，開發(fā)與供電公司各信息化平臺相集成的深化應(yīng)用系統(tǒng)。例舉系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際效果和再改進(jìn)方向。

電能信息采集;高壓用戶;反竊電

0 引言

1.1竊電主要方式

單相有功功率為公式（1）：

現(xiàn)代社會運(yùn)行越來越離不開電力使用，電力保障著現(xiàn)代化的居民生活和企事業(yè)單位的運(yùn)營，用電支出費(fèi)用成為用電用戶必需的成本。根據(jù)客戶群和行業(yè)對電力需求量差別，電費(fèi)占用其總支出成本比例差別很大，從占5%~80%不等。在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)下，個(gè)別居民用戶和企事業(yè)單位會冒著違法的風(fēng)險(xiǎn)，以各種竊電方式，減少或沒有電費(fèi)支出。造成電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失，損害了其他用電客戶利益，存在人身安全用電隱患，擾亂了用電市場秩序。電力企業(yè)長期以來通過客戶端防竊電技術(shù)升級改造、現(xiàn)場抽查、舉報(bào)信息等方式開展反竊電工作。但是面對大量的用電客戶、分散的竊電客戶，不斷多樣化、多時(shí)段的竊電方法，造成電力企業(yè)反竊電工作的難度和被動(dòng)。

為改變反竊電工作被動(dòng)應(yīng)對、提高查實(shí)準(zhǔn)確性和及時(shí)性，研究和運(yùn)用以web為基礎(chǔ)的深化應(yīng)用平臺。針對電力企業(yè)售電量占60%以上的10kV及以上高壓用戶，通過供電側(cè)、用電側(cè)的電能信息采集數(shù)據(jù)，以自動(dòng)比對和分析，篩選出疑似竊電區(qū)域、客戶，能夠在線實(shí)時(shí)監(jiān)控的反竊電應(yīng)用系統(tǒng)，提升反竊電工作的信息化和智能化。

1 竊電與反竊電主要方式

電能表的計(jì)量是累計(jì)有功功率，即公式（2）：

公式（2）中，W為電量，P為有功功率，t為時(shí)間

從上述兩個(gè)公式，電壓、電流、功率因數(shù)和時(shí)間四個(gè)要素決定了電能表計(jì)量的數(shù)字。由此，竊電主要的方法，就是圍繞這四個(gè)要素展開：改變電流、斷開電壓聯(lián)片或電壓線圈的串聯(lián)分壓電阻、改變電能表的結(jié)構(gòu)和接線方式、修改電能表編程器、繞接計(jì)量裝置等方法。[1]隨著科技發(fā)展和專業(yè)人士參與，傳統(tǒng)的明顯竊電方式，已出現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控、電能表電路板改接等隱蔽方式，給竊電查處帶來了巨大困難。

1.2反竊電主要方式

目前的防止竊電方法主要是對現(xiàn)場計(jì)量裝置防打開、防改動(dòng)設(shè)想去升級改造，例如電能表、接線盒、計(jì)量箱、柜等設(shè)備封?。挥?jì)量箱柜防撬措施；集中裝表；室外裝表等，需要投入大量人力、物力、財(cái)力的技術(shù)防竊方式。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 確定反竊電方法

竊電行為多式多樣，不斷有新方法出現(xiàn)，但是無論采用何種方式，在竊電過程中，供電回路上必然出現(xiàn)用電量異常信息，即用電電量小于供電電量的合理值。

基于供用電電量不一致特征，將用電量與理論線路損耗量之和小于供電電量合理范圍，作為判別竊電現(xiàn)象的條件。2.2 方案提出

依據(jù)上述判別竊電的條件，考慮竊電發(fā)現(xiàn)的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和查處效率，利用現(xiàn)有的供電端和用電端電能信息采集設(shè)備，開發(fā)出將兩端采集到的同步數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)比對，由系統(tǒng)分析篩選出疑似竊電用戶的深化應(yīng)用平臺。

2.3總體設(shè)計(jì)思路

電力企業(yè)在10kV及以上的供電出線側(cè)安裝電能表，實(shí)時(shí)電能信息通過電力光纖專網(wǎng)通信方式，傳送至電能量采集系統(tǒng)，作為供電端電量信息。10kV及以上的高壓客戶處安裝有無線負(fù)荷控制管理終端，用電情況、電能表狀態(tài)等信息實(shí)時(shí)通過230MHz無線電通信方式，傳送至電力負(fù)荷管理系統(tǒng)，作為用電端電量信息。營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的用戶信息、表計(jì)參數(shù)等信息，作為用戶端電量計(jì)算信息。將上述電能量采集系統(tǒng)、電力負(fù)荷管理系統(tǒng)、營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的信息，整合至反竊電分析應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

反竊電分析應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)供電線路所帶用戶數(shù)量不同，采用專線比對和公共線比對，兩種情況分析方法。專線用戶分析，直接將該戶取得的用電量和其所連供電線路供電量比較判斷。公共線用戶分析，先計(jì)算同一供電線路下用戶用電量總和與所連供電線路供電量比較判斷。專線用戶分析可以直接準(zhǔn)確定位具體用戶，公共線用戶分析只能確定竊電區(qū)域和客戶范圍，無法直接定位具體用戶，還需現(xiàn)場查實(shí)判斷。專線和公共線接線圖如圖2所示：

圖2 專線和公共線接線圖

該應(yīng)用平臺取代傳統(tǒng)現(xiàn)場抽查方式，改用信息化判斷分析，縮小現(xiàn)場查勘范圍；改變過去以月度、季度的分析周期，縮短為日、周的分析周期；轉(zhuǎn)變以往現(xiàn)場長期蹲點(diǎn)和反復(fù)檢查的方式，實(shí)時(shí)監(jiān)控迅速出擊；同時(shí)為后期竊電處理提供了證據(jù)和量化支撐。業(yè)務(wù)流程圖如圖3所示：

圖3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

3 方案實(shí)施

3.1應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)分為3個(gè)組成：應(yīng)用管理層、監(jiān)控分析層和系統(tǒng)支撐層。應(yīng)用管理層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)高級應(yīng)用和再分析，包括了竊電分析、線損率分析等功能。監(jiān)控分析層負(fù)責(zé)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集、計(jì)算和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)召測，包括了數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)負(fù)荷監(jiān)控等功能。系統(tǒng)支撐層負(fù)責(zé)應(yīng)用集成和數(shù)據(jù)集成，包括了應(yīng)用服務(wù)管理、系統(tǒng)參數(shù)管理等功能。系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)圖如圖4所示：

圖4 應(yīng)用架構(gòu)圖

反竊電應(yīng)用分析平臺與多個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)之間存在應(yīng)用和數(shù)據(jù)集成。[2]這些集成通過一體化集成平臺實(shí)現(xiàn)，保持與各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的獨(dú)立性，確保各個(gè)系統(tǒng)互不影響。[3]營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)庫復(fù)制技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，電能量采集系統(tǒng)和電力負(fù)荷管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)抽取的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成。

3.2數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 數(shù)據(jù)分類

反竊電應(yīng)用分析平臺是一個(gè)深化再應(yīng)用平臺，其數(shù)據(jù)來源是，1）原生數(shù)據(jù)，通過外部接口轉(zhuǎn)入的數(shù)據(jù)，包括：營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)、電能量采集系統(tǒng)和電力負(fù)荷管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)。2）再生數(shù)據(jù)，在原生數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上再經(jīng)計(jì)算產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

考慮平臺數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)需求，從效益比角度，為減輕平臺實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸壓力，按傳送時(shí)間分兩種數(shù)據(jù)傳送方式。一種是每日晚間定時(shí)成批傳送當(dāng)日供電側(cè)電能表和負(fù)荷管理終端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以備后臺海量計(jì)算。另一種是單個(gè)客戶、供電線路、地方區(qū)域分析，可當(dāng)日進(jìn)行實(shí)時(shí)召測數(shù)據(jù)。

對于系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)采用增量備份策略。按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化定義分為，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是以二維表結(jié)構(gòu)的邏輯表達(dá)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)，包括了用戶基本信息、供電側(cè)電能表和電力負(fù)荷管理終端實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是視頻、語音、圖片等數(shù)據(jù)，包括設(shè)備現(xiàn)場位置、竊電取證等圖片、視頻。

3.2.2 數(shù)據(jù)部署

反竊電分析應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括從營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)復(fù)制過來的巨量基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，從電能量采集系統(tǒng)、電力負(fù)荷管理系統(tǒng)進(jìn)入反竊電分析應(yīng)用系統(tǒng)的外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)經(jīng)過ETL（Extract Transform Load）數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、裝載的過程，形成匯總數(shù)據(jù)，以支持分析、查詢等應(yīng)用。系統(tǒng)數(shù)據(jù)部署圖如圖5所示：

圖5 數(shù)據(jù)部署圖

3.3技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

采用JAVA EE技術(shù)體系，用組件化、動(dòng)態(tài)化的軟件技術(shù)，通過一體化企業(yè)級平臺的應(yīng)用集成，實(shí)現(xiàn)反竊電分析應(yīng)用系統(tǒng)的各接口組件能夠在企業(yè)內(nèi)協(xié)同工作、各層次上集成，實(shí)現(xiàn)重用。

在JAVA EE技術(shù)體系，采用MVC應(yīng)用框架，由界面控制器組件、界面操作組件、FLEX組件、JSP網(wǎng)頁組件和服務(wù)代理單元組成。[4]界面的顯示由FLEX組件、JSP網(wǎng)頁組件完成，網(wǎng)頁上的具體操作由界面操作組件通過服務(wù)代理單元調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層的具體服務(wù)來完成，由界面控制器組件負(fù)責(zé)統(tǒng)一調(diào)用不同的界面操作組件、FLEX組件和JSP網(wǎng)頁組件。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖6所示：

圖6 JAVAEE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 應(yīng)用案例

經(jīng)過線損比對后發(fā)現(xiàn)，一專線用戶線損率高達(dá)41.17%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常線損水平。在分析了該用戶每天的供售電量后，初步判定該用戶存在竊電嫌疑，于是決定立即行動(dòng)對該用戶進(jìn)行突擊檢查。到達(dá)用戶處，在對配電站計(jì)量柜進(jìn)行檢查的過程中，檢查人員發(fā)現(xiàn)該計(jì)量柜聯(lián)合接線盒左右兩封印被開啟，接線盒內(nèi)部連片固定螺絲松動(dòng)，位置異常，存在竊電痕跡。該用戶起初百般狡辯，企圖逃避責(zé)任，但在檢查人員出具的現(xiàn)場證據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)面前，用戶最終承認(rèn)了從7月上旬開始竊電的事實(shí)。

為該戶自7月7日至8月15日的供電量和回路售電量每日電量值。8月12日之前線損值明顯，當(dāng)日發(fā)現(xiàn)進(jìn)行竊電處理，之后供電量和回路售電量數(shù)值恢復(fù)正常如圖7所示：

圖7 一專線用戶竊電期間與竊電處理后的供用端兩側(cè)電量值

5 結(jié)束語

反竊電分析應(yīng)用系統(tǒng)作為供電企業(yè)信息化平臺的深化應(yīng)用，在實(shí)際工作開展中，發(fā)揮了事半功倍的效果，提高了工作準(zhǔn)確性、及時(shí)性和經(jīng)濟(jì)性。但是在運(yùn)用過程中，發(fā)現(xiàn)四方面有待持續(xù)改進(jìn)：

一是電能表參數(shù)錯(cuò)誤、表計(jì)故障、缺相、兩端時(shí)鐘不同步、數(shù)據(jù)毛刺、數(shù)據(jù)斷點(diǎn)、通訊中斷、終端故障等問題。影響了分析質(zhì)量。對于規(guī)律性的信息錯(cuò)誤，可進(jìn)一步開發(fā)算法，作為非反竊電工作的再深化應(yīng)用，自動(dòng)識別和篩選錯(cuò)誤，提示問題原因，以便開展電能表調(diào)換、補(bǔ)電費(fèi)、終端消缺等后續(xù)相關(guān)工作。

二是由于系統(tǒng)涉及多個(gè)其他應(yīng)用系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)傳輸和巨量計(jì)算分析，受制于服務(wù)器性能，開展全網(wǎng)架所有高壓客戶同時(shí)實(shí)時(shí)性比對分析還難以做到。目前只能對數(shù)量不大的疑似用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)性比對監(jiān)控。

三是系統(tǒng)對于專線用戶竊電判斷效果良好，對公共線用戶難以直接判斷定位，還需人工現(xiàn)場查勘。需進(jìn)一步分析竊電用戶負(fù)荷模型特點(diǎn)，建立有關(guān)數(shù)學(xué)模型，通過模型判別以提高定位效率。

四是系統(tǒng)覆蓋面還只涉及高壓客戶，低壓客戶還未有效接入。但是隨著公共變壓器電能總表的全面安裝和低壓用電信息采集全覆蓋，現(xiàn)正推進(jìn)低壓用戶比對分析，最終將使得所有用電用戶電能信息都可以數(shù)據(jù)采集、比對分析，反竊電信息化分析功能將真正充分利用。

[1] 曹崢.反竊電系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].上海:上海交通大學(xué),2011.

[2] 田明,嚴(yán)珍珍.數(shù)據(jù)多維存儲在電力負(fù)荷管理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力需求側(cè)管理,2009,11(3):38-41.

[3] 國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司信息化標(biāo)準(zhǔn)體系[J].電力信息化,2006,4(11):22-24.

[4] 丁曉.用電檢查與反竊電智能信息平臺的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電力需求側(cè)管理,2012,14(3):49-52.

Research on Guarding Against Power Theft Efficiency Enhancement Via Electrical Energy Information Collection System

Zhang Jianrong, Zhang Zhongneng
(Computer Science and Engineering Department ,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China)

Traditional guarding against power theft business, carried out by following two steps: 1)analyzed each electricity bills or manually dealt with reporting information; 2) on-site inspection and found out conclusion; which leaded to low working efficiency. To improve inspection efficiency, obtain valuable legal evidence, meanwhile to reach real-time monitoring. Under such kind of assumption, developed application systems platform for each subsidiary of State Grid to integrate the information with supplier and user through by JAVA EE technology system. Thereafter, example for the actual result and orientation after system applications.

Electrical Energy Information Collection; High-voltage Users; Guarding Against Power Theft

TP311

A

1007-757X(2014)01-00043-03

2013.12.15)

張健榮（1982-），男，上海交通大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系，碩士研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用，上海，200240張忠能（1958-），男，上海交通大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系，副教授，研究方向：金融信息工程、電子商務(wù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)，上海，200240