通過電能信息采集系統提升反竊電效率的研究

張健榮，張忠能

通過電能信息采集系統提升反竊電效率的研究

張健榮，張忠能

傳統反竊電工作開展，需要用電檢查人員在單個電費賬單分析、得到舉報信息等人工處理方式，進行現場檢查，工作效率和成效并不高。為提高檢查效率，法律數據取證，實時監控等功能設想，研究設計借助供電端和用戶端電能信息采集系統，以JAVA EE技術體系，開發與供電公司各信息化平臺相集成的深化應用系統。例舉系統應用的實際效果和再改進方向。

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）：

現代社會運行越來越離不開電力使用，電力保障著現代化的居民生活和企事業單位的運營，用電支出費用成為用電用戶必需的成本。根據客戶群和行業對電力需求量差別，電費占用其總支出成本比例差別很大，從占5%~80%不等。在經濟利益的驅動下，個別居民用戶和企事業單位會冒著違法的風險，以各種竊電方式，減少或沒有電費支出。造成電力企業經濟損失，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。電力企業長期以來通過客戶端防竊電技術升級改造、現場抽查、舉報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、多時段的竊電方法，造成電力企業反竊電工作的難度和被動。

為改變反竊電工作被動應對、提高查實準確性和及時性，研究和運用以web為基礎的深化應用平臺。針對電力企業售電量占60%以上的10kV及以上高壓用戶，通過供電側、用電側的電能信息采集數據，以自動比對和分析，篩選出疑似竊電區域、客戶，能夠在線實時監控的反竊電應用系統，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

電能表的計量是累計有功功率，即公式（2）：

公式（2）中，W為電量，P為有功功率，t為時間

從上述兩個公式，電壓、電流、功率因數和時間四個要素決定了電能表計量的數字。由此，竊電主要的方法，就是圍繞這四個要素展開：改變電流、斷開電壓聯片或電壓線圈的串聯分壓電阻、改變電能表的結構和接線方式、修改電能表編程器、繞接計量裝置等方法。[1]隨著科技發展和專業人士參與，傳統的明顯竊電方式，已出現遠程遙控、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場計量裝置防打開、防改動設想去升級改造，例如電能表、接線盒、計量箱、柜等設備封印；計量箱柜防撬措施；集中裝表；室外裝表等，需要投入大量人力、物力、財力的技術防竊方式。

2 方案設計

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，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，作為判別竊電現象的條件。2.2 方案提出

依據上述判別竊電的條件，考慮竊電發現的及時性、準確性和查處效率，利用現有的供電端和用電端電能信息采集設備，開發出將兩端采集到的同步數據進行自動比對，由系統分析篩選出疑似竊電用戶的深化應用平臺。

2.3總體設計思路

電力企業在10kV及以上的供電出線側安裝電能表，實時電能信息通過電力光纖專網通信方式，傳送至電能量采集系統，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荷控制管理終端，用電情況、電能表狀態等信息實時通過230MHz無線電通信方式，傳送至電力負荷管理系統，作為用電端電量信息。營銷業務系統中的用戶信息、表計參數等信息，作為用戶端電量計算信息。將上述電能量采集系統、電力負荷管理系統、營銷業務系統中的信息，整合至反竊電分析應用系統數據庫。系統結構圖如圖1所示：

圖1 系統結構圖

反竊電分析應用系統根據供電線路所帶用戶數量不同，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確定位具體用戶，公共線用戶分析只能確定竊電區域和客戶范圍，無法直接定位具體用戶，還需現場查實判斷。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

該應用平臺取代傳統現場抽查方式，改用信息化判斷分析，縮小現場查勘范圍；改變過去以月度、季度的分析周期，縮短為日、周的分析周期；轉變以往現場長期蹲點和反復檢查的方式，實時監控迅速出擊；同時為后期竊電處理提供了證據和量化支撐。業務流程圖如圖3所示：

圖3 系統業務流程圖

3 方案實施

3.1應用架構設計

在系統業務流程基礎上，將系統應用架構分為3個組成：應用管理層、監控分析層和系統支撐層。應用管理層負責數據高級應用和再分析，包括了竊電分析、線損率分析等功能。監控分析層負責基礎數據收集、計算和實時數據召測，包括了數據分析、實時負荷監控等功能。系統支撐層負責應用集成和數據集成，包括了應用服務管理、系統參數管理等功能。系統應用架構圖如圖4所示：

圖4 應用架構圖

反竊電應用分析平臺與多個業務應用系統之間存在應用和數據集成。[2]這些集成通過一體化集成平臺實現，保持與各業務應用系統的獨立性，確保各個系統互不影響。[3]營銷業務系統內的數據采用數據庫復制技術進行數據集成，電能量采集系統和電力負荷管理系統數據采用數據抽取的方法實現數據集成。

3.2數據架構設計

3.2.1 數據分類

反竊電應用分析平臺是一個深化再應用平臺，其數據來源是，1）原生數據，通過外部接口轉入的數據，包括：營銷業務系統、電能量采集系統和電力負荷管理系統數據。2）再生數據，在原生數據基礎上再經計算產生的數據。

考慮平臺數據的實時數據需求，從效益比角度，為減輕平臺實時數據傳輸壓力，按傳送時間分兩種數據傳送方式。一種是每日晚間定時成批傳送當日供電側電能表和負荷管理終端的實時數據，以備后臺海量計算。另一種是單個客戶、供電線路、地方區域分析，可當日進行實時召測數據。

對于系統各種數據采用增量備份策略。按數據結構化定義分為，結構化數據和非結構化數據。結構化數據是以二維表結構的邏輯表達實現的數據，包括了用戶基本信息、供電側電能表和電力負荷管理終端實時數據等。非結構化數據是視頻、語音、圖片等數據，包括設備現場位置、竊電取證等圖片、視頻。

3.2.2 數據部署

反竊電分析應用系統的基礎數據包括從營銷業務應用系統復制過來的巨量基礎業務數據，從電能量采集系統、電力負荷管理系統進入反竊電分析應用系統的外部系統數據。基礎數據經過ETL（Extract Transform Load）數據抽取、轉換、裝載的過程，形成匯總數據，以支持分析、查詢等應用。系統數據部署圖如圖5所示：

圖5 數據部署圖

3.3技術架構設計

采用JAVA EE技術體系，用組件化、動態化的軟件技術，通過一體化企業級平臺的應用集成，實現反竊電分析應用系統的各接口組件能夠在企業內協同工作、各層次上集成，實現重用。

在JAVA EE技術體系，采用MVC應用框架，由界面控制器組件、界面操作組件、FLEX組件、JSP網頁組件和服務代理單元組成。[4]界面的顯示由FLEX組件、JSP網頁組件完成，網頁上的具體操作由界面操作組件通過服務代理單元調用業務邏輯層的具體服務來完成，由界面控制器組件負責統一調用不同的界面操作組件、FLEX組件和JSP網頁組件。系統結構圖如圖6所示：

圖6 JAVAEE系統結構圖

4 應用案例

經過線損比對后發現，一專線用戶線損率高達41.17%，遠遠高于正常線損水平。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，于是決定立即行動對該用戶進行突擊檢查。到達用戶處，在對配電站計量柜進行檢查的過程中，檢查人員發現該計量柜聯合接線盒左右兩封印被開啟，接線盒內部連片固定螺絲松動，位置異常，存在竊電痕跡。該用戶起初百般狡辯，企圖逃避責任，但在檢查人員出具的現場證據和監測數據面前，用戶最終承認了從7月上旬開始竊電的事實。

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，當日發現進行竊電處理，之后供電量和回路售電量數值恢復正常如圖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電量值

5 結束語

反竊電分析應用系統作為供電企業信息化平臺的深化應用，在實際工作開展中，發揮了事半功倍的效果，提高了工作準確性、及時性和經濟性。但是在運用過程中，發現四方面有待持續改進：

一是電能表參數錯誤、表計故障、缺相、兩端時鐘不同步、數據毛刺、數據斷點、通訊中斷、終端故障等問題。影響了分析質量。對于規律性的信息錯誤，可進一步開發算法，作為非反竊電工作的再深化應用，自動識別和篩選錯誤，提示問題原因，以便開展電能表調換、補電費、終端消缺等后續相關工作。

二是由于系統涉及多個其他應用系統海量數據傳輸和巨量計算分析，受制于服務器性能，開展全網架所有高壓客戶同時實時性比對分析還難以做到。目前只能對數量不大的疑似用戶進行實時性比對監控。

三是系統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，還需人工現場查勘。需進一步分析竊電用戶負荷模型特點，建立有關數學模型，通過模型判別以提高定位效率。

四是系統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，現正推進低壓用戶比對分析，最終將使得所有用電用戶電能信息都可以數據采集、比對分析，反竊電信息化分析功能將真正充分利用。

[1] 曹崢.反竊電系統的研究與應用[D].上海:上海交通大學,2011.

[2] 田明,嚴珍珍.數據多維存儲在電力負荷管理系統中的應用[J].電力需求側管理,2009,11(3):38-41.

[3] 國家電網公司.國家電網公司信息化標準體系[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計與應用[J].電力需求側管理,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，上海交通大學計算機科學與工程系，碩士研究生，研究方向：計算機應用，上海，200240張忠能（1958-），男，上海交通大學計算機科學與工程系，副教授，研究方向：金融信息工程、電子商務、數據庫技術，上海，200240