國網(wǎng)福建省電力有限公司福州供電公司 鄭鷺洲 張登靈 彭志峰 李思韜

福建網(wǎng)能科技開發(fā)有限責(zé)任公司 林華寶 葉瀚

1 引言

竊電行為的存在是引起供電設(shè)備損壞、供電線路中斷以及供電系統(tǒng)癱瘓的首要原因，已威脅供電企業(yè)的生存與發(fā)展。因此，急需構(gòu)建一套智能化水平高、適應(yīng)范圍廣、監(jiān)測結(jié)果精準(zhǔn)以及操作簡便的防竊電預(yù)測模型。本文介紹的基于用電信息采集系統(tǒng)大數(shù)據(jù)構(gòu)建的防竊電模型是充分總結(jié)了常見竊電行為的本質(zhì)特征的基礎(chǔ)上構(gòu)建的，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線精準(zhǔn)預(yù)測用戶的竊電行為與竊電類型，在保障電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時，維護(hù)供電企業(yè)的合法權(quán)益。對本課題進(jìn)行深入的分析與研究，具有十分重要的意義。

2 竊電特征模型的構(gòu)建

2.1 竊電本質(zhì)特征分析

根據(jù)功率測量理論和電能計(jì)量的基本原理，可以得出電壓、電流以及電壓與電流之間的相位差等都會導(dǎo)致用戶負(fù)荷功率的改變，而用戶負(fù)荷功率的大小和產(chǎn)生時間的長短等則是決定其負(fù)荷消耗電能的主要因素[1]。因此，本文所設(shè)計(jì)的用電信息采集系統(tǒng)選取的特征參量包含了電壓、電流、線路損耗、電量以及功率因數(shù)等指標(biāo)，并以此為依據(jù)構(gòu)建移相法、欠壓法、擴(kuò)差法、欠流法、改變電流表接線法、改變互感器變比法、制造中性點(diǎn)位移法以及反向大電流法等8類竊電現(xiàn)象。

8類竊電現(xiàn)象魚骨圖如圖1所示。

圖1 8類竊電現(xiàn)象魚骨圖

在魚骨圖1中，主骨對應(yīng)的是竊電現(xiàn)象E，并將每個大骨劃分為多個相互平行的小骨，用來表示各類竊電現(xiàn)象的本質(zhì)特征。

2.2 電氣特征參量集合的建立

由圖（1）所總結(jié)的各類竊電現(xiàn)象的本質(zhì)特征間的關(guān)系，可以將電氣特征各參量的集合表達(dá)式總結(jié)為E={E1,E2,E3,E4,E5,E6,E7,E8}，8類竊電現(xiàn)象子集與子集元素的關(guān)系為式（1）：

式（1）中：Ej表示的是竊電現(xiàn)象子集；表示的是各類竊電現(xiàn)象的本質(zhì)特征。

為進(jìn)一步明確竊電現(xiàn)象子集與時間、環(huán)境、對象等特征參量之間的關(guān)系，本設(shè)計(jì)采用了多元組的形式標(biāo)識竊電事件與特征參量，用戶有竊電行為便可以被表述為在特定時間下、特定環(huán)境中發(fā)生的、具備相對應(yīng)特征參量的事件。竊電事件用多元組表達(dá)式概括為Eυ(j)=(T,V,O,i1,i2,i3, ···,in)，式中，T、V、O分別表示竊電事件的關(guān)聯(lián)時間、關(guān)聯(lián)環(huán)境以及關(guān)聯(lián)的對象，i1,i2,i3, ···,in則表示與竊電事件相關(guān)的電氣特征、事件特征以及線損特征等對應(yīng)參量[2]。通過上述表達(dá)式不難看出，竊電事件多元組與竊電現(xiàn)象子集之間存在著一一對應(yīng)的關(guān)系，本設(shè)計(jì)正是基于此對應(yīng)關(guān)系構(gòu)建的竊電本質(zhì)特征模型，在特征模型中共包含了25種描述竊電事件的本質(zhì)特征的參量，竊電方法關(guān)聯(lián)特征參量及其含義見表1。

表1 竊電方法關(guān)聯(lián)特征參量及其含義

3 大數(shù)據(jù)防竊電模型的構(gòu)建

3.1 防竊電模型的總體架構(gòu)分析

防竊電模型的構(gòu)建步驟如下。第一，以竊電事件多元組、竊電現(xiàn)象特征參量信息以及竊電事件間的聯(lián)系為依托，明確Eυ(j)中特征參量的閾值和竊電判定系數(shù)ηi，若出現(xiàn)特征參量超出閾值的情況，即可以判定用戶是否存在竊電行為，其中當(dāng)ηi=1 時，表示用戶存在竊電行為，ηi=0 時，表示用戶不存在竊電行為。第二，統(tǒng)計(jì)的特征參量超出閾值的次數(shù)，組建竊電嫌疑預(yù)測模型基礎(chǔ)架構(gòu)，并通過將竊電嫌疑預(yù)測模型與算法、數(shù)據(jù)等相結(jié)合的方式明確異常線損的約束條件。根據(jù)上述操作步驟，可以將以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的防竊電預(yù)測模型基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)。

大數(shù)據(jù)防竊電的結(jié)構(gòu)化模型如圖2所示。

圖2 大數(shù)據(jù)防竊電的結(jié)構(gòu)化模型

由圖2中可以直觀地看出，用電異常監(jiān)測模型的8個子模型都能夠獨(dú)立判斷用戶的用電行為是否超出正常情況，為竊電監(jiān)測模型提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)模塊則包含工況事件數(shù)據(jù)、線損數(shù)據(jù)、交流模擬量以及電能量數(shù)據(jù)等4個模塊，涵蓋了電力系統(tǒng)的各個方面。

3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

為了降低系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的難度，本文所設(shè)計(jì)的竊電預(yù)測模型還增加了算法模塊，將數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)降維處理、數(shù)據(jù)填充以及關(guān)聯(lián)分析等作為獨(dú)立模塊，有效增強(qiáng)了系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的質(zhì)量和效率。隨后，竊電嫌疑異常模型通過統(tǒng)計(jì)用電異常情況出現(xiàn)的次數(shù)，自動匹配并輸出竊電嫌疑的等級（共分為A、B、C三個等級，其中A 級竊電嫌疑較小、C 級竊電嫌疑較大），并輸出與竊電行為相對應(yīng)的用戶的信息。竊電嫌疑系數(shù)計(jì)算為式（2）：

式（2）中：T表示的是竊電嫌疑系數(shù)；Ti表示一天內(nèi)用戶在用電過程中產(chǎn)生的異常次數(shù)；εi表示各類用電異常模型對應(yīng)的權(quán)值。

此外，考慮到竊電事件Eυ的數(shù)據(jù)均來源是多維向量組構(gòu)成的集合，維數(shù)相對較大，如果直接將其作為竊電預(yù)測模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，會降低模型預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和效益性。因此，本位利用了多元組件Eυ(j)與竊電現(xiàn)象子集Ej之間的關(guān)系，將特征量數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，最終實(shí)現(xiàn)刪除與竊電事件無關(guān)特征參量，增強(qiáng)模型預(yù)測結(jié)果性能的目的。

4 大數(shù)據(jù)防竊電方法數(shù)據(jù)驗(yàn)證

4.1 欠流法

欠流法指的是一種將不平衡率λUB直接作為監(jiān)測閾值判定依據(jù)的監(jiān)測方法，其計(jì)算公式可以表示為式（3）：

式（3） 中：IA、IB、IC分別表示A 相電流、B 相電流以及C 相電流；Iavg則代表的是三相電流的平均值。

本文選取筆者所在電力公司某用戶2021 年4月28日交流電流數(shù)據(jù)對欠流法進(jìn)行驗(yàn)證，具體操作步驟為：第一，采用數(shù)據(jù)描點(diǎn)的方式獲取A 相電流與C 相電流的對比圖，并使用圓圈將出現(xiàn)電流不平衡現(xiàn)象的位置標(biāo)識出來。第二，使用不平衡率計(jì)算公式計(jì)算出三相電流異常數(shù)值，計(jì)算結(jié)果為40次。再次將計(jì)算數(shù)據(jù)輸入竊電預(yù)測模型，模型自動預(yù)測出該用戶存在的竊電嫌疑等級為B 級，存在較大竊電嫌疑。第三，經(jīng)實(shí)地檢測驗(yàn)證后，明確該用戶確實(shí)存在竊電行為。說明三相不平衡率的產(chǎn)生確實(shí)與用戶的竊電行為有關(guān)。

4.2 改變電能表接線法

在正常情況下，電能接線法所產(chǎn)生的功率因數(shù)總是維持在0～0.6的范圍內(nèi)，一旦超出該范圍，則可以視為異常數(shù)據(jù)。為驗(yàn)證此理論的可信度，本文選取了筆者所在供電公司某鄉(xiāng)鎮(zhèn)2021年3月15日至2021年3月20日的功率因數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，該區(qū)域內(nèi)的一個用戶在2021年3月19日出現(xiàn)兩次功率因素超出正常范圍的情況，并且嚴(yán)重偏離歷史數(shù)據(jù)，將異常數(shù)據(jù)輸入竊電嫌疑監(jiān)測模型后，模型將該用戶的竊電嫌疑等級評判為C級。經(jīng)實(shí)地驗(yàn)證后，證實(shí)該用戶確實(shí)存在竊電行為。

4.3 欠壓法

將欠壓法的判定條件總結(jié)為幾點(diǎn)方面：第一，高供高計(jì)三相四線所對應(yīng)的電壓閾值為57.7V×80%。第二，高供低計(jì)三相四線所對應(yīng)的電壓閾值220V×80%；高供高計(jì)三相三線所對應(yīng)的電壓閾值為[3]。本文選取筆者所在電力公司某街道辦事處一足浴店的用電數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)顯示2021年5月19日、5月20日以及5月21日三天的數(shù)據(jù)均低于正常值，說明該區(qū)域存在竊電嫌疑，將數(shù)據(jù)輸入竊電嫌疑預(yù)測模型后，模型將該用戶評判為C。經(jīng)實(shí)地驗(yàn)證后，證實(shí)該用戶確實(shí)存在竊電行為。

4.4 擴(kuò)差法

擴(kuò)差法的判定條件是線損率小于或等于8%。本文選取筆者所在電力公司轄區(qū)內(nèi)一村莊的線損數(shù)據(jù)分析，通過擴(kuò)差法判定條件篩選出半年內(nèi)出現(xiàn)的異常線損數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)輸入竊電嫌疑預(yù)測模型分析，模型判定該區(qū)域存在竊電嫌疑的登記為B級，經(jīng)實(shí)地驗(yàn)證后，得出該區(qū)域內(nèi)有8家用戶存在竊電行為。

5 結(jié)語

隨著市場經(jīng)濟(jì)體制的不斷完善和用戶用電成本的持續(xù)增加，近年來用戶違規(guī)用電、違法用電的行為也呈現(xiàn)出增加趨勢，不僅影響供電企業(yè)的合法利益，同時也在一定程度上增加了配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。本文所設(shè)計(jì)的基于用戶用電數(shù)據(jù)構(gòu)建的防竊電預(yù)測模型，可以根據(jù)配電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生的各類異常數(shù)據(jù)精準(zhǔn)預(yù)測出用戶的竊電行為，不僅可以有效規(guī)范用戶的用電行為，能夠在一定程度上保障供電企業(yè)的盈利能力和市場競爭能力。多次試驗(yàn)結(jié)果顯示，本文所設(shè)計(jì)的防竊電監(jiān)測模型監(jiān)測范圍全面、監(jiān)測結(jié)果精準(zhǔn)，值得在今后的工作中推廣和使用。