供电企业全方位防窃电实时监测技术_李文远.pdf

452023.06.DQGYCHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRYPRODVCT AND TECHNIC产品与技术供电企业全方位防窃电实时监测技术李文远（广东电网有限责任公司佛山顺德供电局）摘要：我国窃电行为屡禁不止，在损害供电企业经济利益的同时，威胁着电网正常供电秩序，本文提出供电企业全方位防窃电实时监测技术。采集供电企业用户异常用电数据，通过去量钢化与数值归一化步骤预处理异常用电数据，基于欧几里得距离的相似性考量，构建一个全方位防窃电实时监测模型。仿真实验结果表明，本文设计监测技术可以准确捕捉到窃电用户功率因数的变化，全方位防窃电监测效果较优。关键词：供电企业；全方位防窃电；防窃电监测；实时监测技术0 引言近些年来，我国国民经济获得前所未有的发展，为社会现代化进程提供动力的电能功不可没，无论是人们的日常生活，还是企业的生产作业都离不开电能的支持，所以我国国民对于电网供电质量要求严格。然而在巨大经济利益的诱惑下，窃电现象时常发生，很多电力用户不惜冒着生命危险进行窃电，屡禁不止的窃电行为已经成为我国供电企业运行发展过程中的重大难题。同时，随着科学技术的不断提升，用户窃电方法越来越多样化，使用传统人工定期巡检的窃电监测方法，无法发现具有高科技、高隐蔽等特点的用户窃电行为。在我国国民用电需求日益扩大的背景下，如果不对用户窃电行为及时进行遏制，不但会为供电企业带来巨大经济损失，甚至还威胁着电网的稳定运行状态，并且用户在窃电过程中难以保障自身生命安全。因此，本文针对防窃电实时监测技术展开深入研究，对推动电网的健康有序发展具有较大的学术及现实意义。1 采集供电企业用户异常用电数据一般情况下，供电企业用户的用电行为具有形式多样的特点，所以在监测用户窃电行为时可以从多个角度对用电的内在规律进行揭示，但是如果想要全方位地监测供电企业用户窃电行为，就需要系统地采集用户异常用电数据，将其整理为一套完整的指标体系从而对用户窃电行为进行实时监测1。一旦供电企业用户做出窃电行为，那么正常的用电数据就会出现异常变化，而且往往这些异常用电数据不是独立存在的，也就是一种用户窃电行为将会导致多种类型的异常用电数据出现，如果在监测用户窃电行为时仅采用单一指标作为依据，可能会导致监测结果不够精准，所以本文为提升防窃电监测技术的全面性与精确性，对多种常见窃电手段引起的异常数据进行提取2。首先是电压、功率因数、电流不平衡率这三个数据的采集，通常这类日负荷数据会在一个小范围内进行波动，不会发生突然升降的状况，如果日负荷数据出现异常那么说明供电企业用户存在窃电行为。然后需要采集月平均日冻结电量，如果供电企业用户出现窃电行为，此时该用户的电量数据相比其他用户而言一定是异常的，而且采集冻结电量数据，还可以消除负荷容量对实时监测效果的影响。最后需要持续采集一段时间的供电企业用户侧电流，从而得到电量不平衡2023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 452023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 452023/7/5 下午1:462023/7/5 下午1:46462023.06.DQGYCHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRYPRODVCT AND TECHNIC产品与技术电企业用户异常用电数据特征即可映射至复平面上，以此实现数据的去量钢化，提升数据质量可以确保防窃电监测的效果，是本文所构建监测模型中不可或缺的部分。3 构建全方位防窃电实时监测模型本文在构建供电企业全方位防窃电实时监测模型时5，首先于采集的用电异常数据中提取出负荷特征，并绘制出日负荷特征曲线，然后求出该曲线与正常用电负荷曲线之间的相似性，从而判断出该用户的用电行为是否异常。本文所构建的全方位防窃电实时监测模型如图 1 所示。率，计算如下：式中，表示用户用电量不平衡率；Z0表示根据采集用户侧电流计算所得电能增量值；Z1表示用户侧实际测量的电能增量值。当下，我国现有抄表技术的电流采集频率难以确保每分钟进行一次，所以在实际的供电企业用户异常数据采集中，需要采用交叉采集法，采集频率可根据供电企业情况自行设置，同时为避免电网波动对采集的数据产生影响，需要取其均值。2 预处理异常用电数据由于我国供电企业用户数量逐年呈递增趋势，同时在采集异常数据时受到远程通信的影响，造成采集的数据中存在一定不确定因素，所以在设计防窃电实时监测技术3之前，需要对采集的异常用电数据进行预处理。本文为提升供电企业用户异常用电数据的可比性，且满足全方位防窃电实时监测模型的构建条件，对异常用电数据进行去量纲化与数值归一化处理4，具体步骤如下，首先通过下式对异常用电数据进行归一处理：式中，表示归一化后的供电企业用户异常用电数据；表示初始异常用电数据；、分别表示异常用电数据相应属性的最小值与最大值。由于采集的异常用电数据均为实数，所以还需要利用下式对数据进行奇异化处理：式中，表示奇异化后的供电企业用户异常用电数据；表示异常用电数据的协方差；H 表示 Haar酉矩阵；W 表示数据维度。经过上述步骤处理后的供（1）（2）（3）图 1 全方位防窃电实时监测模型由图可知，本文所构建的实时监测模型的关键在于负荷曲线相似性的考量，本文引入欧几里得距离来实现。假设实际监测的供电企业用户日负荷曲线为 ，正常负荷曲线特征为 ，那么二者之间的欧几里得2023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 462023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 462023/7/5 下午1:462023/7/5 下午1:46472023.06.DQGYCHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRYPRODVCT AND TECHNIC产品与技术（4）表 部分窃电用户负荷数据表图 2 防窃电监测效果对比距离为：如果式（4）所求的距离 D 未超过设置的预警值，说明该用户无窃电行为，正常用电；反之如果所求距离 D 超过设置的预警值，则说明该用户用电异常，存在窃电行为。基于欧几里得距离来判断供电企业用户用电数据是否存在异常，关键就在于对用电负荷特征曲线的形态和走势进行衡量，所以欧几里得距离可以准确辨别用户是否存在窃电行为，为本文所设计的供电企业全方位防窃电实时监测模型提供有效依据。4 仿真实验为了验证本文所设计防窃电实时监测技术的可行性与可靠性，于 Matlab 软件上搭建一个仿真环境，展开对比实验分析。首先准备实验所需数据，在某供电企业中随机抽取 300 个用户半年的用电负荷数据，通过加权平均法获得各用户的日负荷曲线，并将该曲线与监测时间段的负荷曲线进行匹配，从而挑选出 24 个疑似窃电的用户负荷数据作为本次实验样本数据，如下表所示。基于表中所述实验样本数据，分别使用基于神经网络的防窃电监测技术、基于特征提取的防窃电监测技术与本文技术一起对这些用户的窃电行为进行监测，得到防窃电实时监测实验结果如图 2 所示。用户编号 月用电量同比 电量峰值电量谷值台区线损率10.150.090.720.6720.180.110.730.5130.170.260.850.8340.240.130.770.69.130.130.300.900.64140.200.270.880.73.230.140.291.000.78240.220.210.820.81时间段/h2023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 472023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 472023/7/5 下午1:462023/7/5 下午1:46482023.06.DQGYCHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRYPRODVCT AND TECHNIC产品与技术图 3 窃电用户总功率因数变化由图 2 可知，与对照组技术所得监测结果相比，本文技术所得监测数据曲线与高压侧数据曲线之间存在明显偏离，说明本文设计监测技术对供电企业防窃电监测的效果较好。为进一步判断本文设计防窃电实时监测技术的性能，再分别使用上述三种监测技术求出窃电用户的总功率因数进行对比分析，结果如图 3所示。由图 3 可知，对照组技术监测的总功率因数在整个监测时间段内没有出现明显的变化，而本文技术监测的总功率因数在监测时间段内发生明显变化，说明该技术监测到用电异常数据，主要是因为用电异常行为会导致总功率因数发生不稳定的情况。结合图 2 中监测效果可知，本文所设计的监测技术可以准确监测到用电异常行为，满足供电企业全方位防窃电实时监测要求。5 结束语电量结算涉及供电企业与用户等多方的经济效益，所以很多用户为提升自身利益，不惜触犯国家法律进行窃电。为了维护供电企业的利润以及电网供电秩序，本文设计一种全方位防窃电实时监测技术，并通过仿真实验验证了该技术的可行性。由于我国实际公开的窃电案例数据较少，今后作者还需不断收集窃电样本数据，进一步完善文中所设计防窃电实时监测技术，从而提升该技术的适用性，对推进我国电网发展具有重要研究价值。参考文献12345黎海生，许明柱，唐坚钊，等.全模块化防窃电低压计量装置及其关键技术研究 J.中国测试，2021，47（S1）：117-121.张晓新，王奇超，林峰，等.窄带物联网在专变用户防窃电应用中的研究 J.电子器件，2021，44（1）：178-181.丁斌，袁博，郑焕坤，等.基于大数据分析的电力信息系统安全状态监测技术研究 J.电测与仪表，2021，58（11）：59-66.樊陈，姚建国，常乃超，等.电网宽频振荡实时监测技术方案 J.电力系统自动化，2021，45（11）：152-159.朱永灿，张鹏，田毅，等.变电设备在线监测技术中的同步采集触发方法对比分析 J.中国电力，2022，55（3）：64-73.（收稿日期：2023-02-16）2023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 482023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 482023/7/5 下午1:462023/7/5 下午1:46