5G網絡切片技術在反竊電領域的應用前景

隋 緣

（天津師范大學，天津 300380）

0 引 言

現代生活中，人們已無法擺脫對電力的依賴，而竊電問題一直是業內“頭疼”的事情。我國每年的竊電案例達15萬例左右，因竊電造成的電費流失在200億元左右，竊電引起的各類生產、安全事故所造成的損失更加巨大[1,2]，同時這種行為還擾亂了社會誠信公平體系。竊電行為具有設備智能化、手段專業化、行為隱蔽化、實施規模化、研究職業化、宣傳網絡化等特征[3]，分為高壓、低壓竊電兩種類型。世界各國已研究出了諸多反竊電產品并得到應用，但反竊電管理迫切需要與數字化融合[2]。

當前，5G網絡突破了傳統的移動通信領域，承擔起了各行業數字化轉型的新使命，網絡切片技術為5G網絡提供了差異化的應用場景[4]，因此，5G網絡切片技術在反竊電領域具有廣闊的應用前景。

1 5G網絡切片技術

5G網絡切片白皮書指出，5G網絡的不同功能和性能對各種用戶提供不同的應用場景[5]，網絡切片技術可以對不同應用場景的差異化服務提供技術支撐，專用的、虛擬化的、互相隔離的邏輯網絡構建在一個通用物理平臺，最大限度提升對外部環境、客戶需求和業務場景的網絡需求。

2 數字化反竊電技術現狀

竊電分為用戶私自增容、短接計量箱進出線竊電等與計量裝置無關的方法和欠壓竊電法、欠流竊電法、移相竊電法、擴差竊電法等與計量裝置有關的方法[6]。反高、低壓竊電的難度存在著很大的差別，如表1。

表1 反高、低壓竊電難度

國內諸多學者經過多年的努力，在反竊電領域取得了較好的成效，而傳統的檢測手段已無法滿足反高科技竊電的要求。隨著數據時代的到來，技術人員可以結合數據挖掘、數據分析技術預測可能存在的竊電行為。在此，對國內數字化反竊電代表技術予以概述。

朱勁雷等人[7]發明了10 kV高損線路分支逐級分段快速定位系統。在固定式互感器中內置無線數據采集器，將一次側電流的模擬信號通過高精度A/D轉換芯片轉換成數字量，無線短距離發送給表箱內的數據接收器，杜絕了在計量回路竊電和用戶對傳輸信道破壞的可能，同時，外殼及鐵心采用開口設計，加裝轉動軸、卡簧實現快速裝、拆；對高損10 kV線路，在總輸電線路、主干輸電線回路、分支輸電線路上安裝無線傳輸互感器，將整個輸電線路分成若干區域，形成節點布控網絡；利用用電信息采集系統調取全部用戶的負控監測數據，按照電流積分、功率比對，自動同時分析各組網單元電流情況，判斷該線路各個節點功率是否平衡。當總輸電線路負荷與節點分支輸電線路及主干輸電線回路負荷相當，主干輸電線回路負荷與下一節點分支輸電線路及主干輸電線回路相當，分支輸電線路負荷與分支輸電線路配變負荷相當，為正常用電狀態，否則判斷為有主干輸電線回路搭接竊電或分支用戶竊電行為，從而實現對高壓竊電用戶實時監測和快速定位。

李偉等人[8]揭示了高壓計量互感器內嵌遙控裝置的竊電機理，找到了實際計量電流計算公式，分析了實驗測試數據，厘清了遙控裝置短接分流互感器二次輸出實現竊電的真實性，提出了采用一體澆注式高壓計量裝置（或組合互感器）和在重要用戶的計量回路安裝二次回路巡檢儀的反竊電方法。

在配電與用電節點已安裝智能電表的智能電網環境下，鄭思達等人[9]提出基于聚類的異常用電行為識別方法監測小用戶級別的竊電行為，從智能電表收集的數據中提取用電特征，使用模糊聚類分析數據結構，分析假數據注入攻擊等竊電行為，從而提取出正常用戶的用電行為特征。

薛宇飛等人[10]設計的基于BP神經網絡的反竊電系統，可以對用電用戶進行用戶能效等級、月用電量、用表類型、所在臺區線損、三相不平衡率、功率因數、單耗、是否竊電等分析，比對數據信息對系統進行了功能測試，驗證軟件可用于電力竊電嫌疑分析，縮小搜索范圍，提高反竊電工作效率

侯磊等人[11]建立了包括：業務結構、應用架構（竊電監測分析數據管理層、竊電監測分析業務層、竊電監測分析管理監控層、外圍系統等4個層次）、數據架構、技術架構等智能防竊電系統分析模型，根據不同線路線損類別、用戶類型和電壓等級，對線損異常和用電異常的用戶進行智能化過濾與提示，從而對竊電嫌疑戶進行有效定位。

石盼等人[12]提出了基于改進小波神經網絡的反竊電系統數學模型，得到用戶竊電的嫌疑因子和竊電方式。許小卉等人[13]提出了基于配電物聯網的反竊電預警系統，在電力物聯網的基礎上，結合大數據、人工智能深度機器學習技術，通過配電臺區變-線-相-戶分段、分層的竊電臺區嫌疑分析，客戶用電負荷曲線的特征分析，精準鎖定竊電嫌疑用戶，提高供電單位竊電預警能力。

王達等人[14]提出了低壓小電量用戶“遠程+現場”批量篩查、遙控竊電裝置的快速精準偵查方法。采用WiFi及GPRS雙信道，實現現場及遠程的數據傳輸；采用雙CPU數據采集終端，提高抄讀數據的準確率。低壓臺區巡檢裝置，可采集智能電表表號、電量、電壓、電流、零序電流、有功功率、無功功率、功率因數、相位角、開蓋記錄等各項數據，通過欠流法、欠壓法、移相法、表內擴差法，實現了對現場采集的異常數據進行批量篩選，確定嫌疑用戶。

3 5G切片技術在電力行業應用現狀

5G網絡切片技術是一種端到端的技術[15]，每個端到端的切片由無線網絡子切片、核心網子切片、承載網子切片等組合而成，5G網絡切片的全生命周期管理由端到端的切片管理系統完成。當前5G切片技術在電力行業的研究與應用取得了一些進展，但還有諸多方面需要進一步研究。

2019年我國首次在國家電網天津津濱海公司海洋110 kV變電站東江路沿線區域[16]，采用5G無人機、5G無人車陸空一體化電力設施立體巡檢，2019年在500 kV深圳變電站[17]應用5G 技術實現變電站巡檢機器人端對端應用（操控平臺至機器人終端）。

李歡等人[18]根據5G網絡的特性和電網行業發展對通信的需求，研究了5G 網絡切片在電網中的架構設計、能力開放和安全隔離分區，開展了低時延高可靠的負荷控制、大帶寬的視頻監控、海量連接的智能表計等電力業務場景的試點測試與應用驗證工作。

賀金紅等人[19]根據電力物聯網的輸電環節、變電環節、配電環節、用電環節、電力物聯網的業務場景及通信需求，引入基于深度學習技術的流量智能預測機制，構建了包括感知接入側、無線通道側、平臺傳輸側的5G 網絡切片架構，實現了5G 網絡切片的AI支持模塊建立流量模型（預備階段）和切片管控模塊的智能化管理。

中國電信、國家電網和華為依托國家科技重大專項（2017ZX03001013-004-5G）“網絡切片技術研發、標準化與驗證”項目[20]，共同開展了5G切片在電力等行業典型案例的測試、驗證以及應用落地。基于智能電網的主要通信業務場景，逐一探討和分析不同業務場景下的業務特征和技術指標要求，總結了智能電網在發展過程中遇到的挑戰、5G網絡切片在智能電網中的潛在應用場景以及方案分析。

趙俊杰等人[21]分析了5G電力網絡切片技術的結構、特點、底層技術原理、設計原理、部署原理、切片類型、應用場景、解決的問題等，按燃煤電廠uRLLC精準控制類信號采集與控制、mMTC物聯網設備信息采集、eMBB移動智能設備數據雙向通訊、視頻語音數據采集與通訊等應用場景，構建了5G網絡端到端切片的通信服務管理CSMF、切片管理NSMF、子切片管理NSSMF、現場部署管理和編排MANO步驟等全生命周期管理模型。

4 5G網絡切片技術在反竊電領域應用前景

5G網絡切片技術已在電力系統發、輸、變、配、用電及應急通信等不同領域進行了嘗試和利用，取得了令人滿意的效果，為智能反竊電的應用提供了可能。不管是電力高壓用戶，還是電力低壓力用戶，都離不開建筑物或構筑物。隨著數字時代的發展，智慧建筑所包含的新概念和新技術頻繁出現在建筑物或構筑物中[22]。這就為5G網絡切片技術應用于反竊電領域提供了應用場景和網絡構架平臺。

5G網絡切片技術在端到端智能電網的高隔離性、提供差異化服務方面的應用處于起步的探索階段[23]，但如何應用5G網絡切片進行反竊電還未涉及，需要滿足四個典型應用場景：在線監測、快速智能定位批量篩查、分布式配電自動化、精準竊電查勘。

4.1 在線監測

在線監測系統由主站系統、線路分支探測終端、用戶側計量終端以及其他附屬設備組成。主站系統依靠服務器與5G智能手機融合，后臺管反竊電系統，對用戶的24 h功率平衡分析、竊電方式甄別；線路分支探測終端進行分段功率比例分析，查找各分支線路用電不正常區域，實現遠程稽查；用戶側計量終端負責對重點用戶采集用電數據，查找用電量變化異常節點。對 5G 網絡切片提出了這樣的通信要求：超高吞吐量 （Gb/s帶寬的高清圖像和視頻傳輸）；廣覆蓋范圍和高準確性。

4.2 快速智能定位批量篩查

5G網絡切片的智能電表提供時時監測用戶所消耗的電量，標記各分支線路分布式配電網中的異常測量值及智能讀表設備安全交換的數字身份信息，直觀清晰了解變壓器和線路的運行狀態，定位發現變壓器過載、竊電、漏電等問題。對 5G 網絡切片的通信要求：大規模訪問，海量終端數；高密度的網絡連接；用戶信息的安全網絡傳輸。

4.3 分布式配電自動化

基于5G網絡切片技術的分布式配電自動化，可以實現供電區域不間斷持續供電，事故隔離時間縮短至毫秒級。分布式配電自動化用戶對通信網絡的要求：網控制和保護設備的超低延遲、電網或通信網絡遭攻擊不斷電、單個站點連接數千個電網控制和保護設備的高終端密度、5G通信網絡的可靠性達到99.999%。

4.4 精準竊電查勘

基于5G網絡切片技術依據用電信息采集系統調取全部用戶的負控監測數據，按照電流積分、功率比對，自動同時分析各組網單元電流情況，判斷該線路各個節點功率是否平衡。采用三種方法在誤差允許的范圍內進行負荷比對，若負荷相當，則為用電狀態正常，否則，否則判斷為有主干輸電線回路搭接竊電或分支輸電線路的用戶有竊電現象。①總輸電線路負荷與節點分支輸電線路及主干輸電線回路負荷的總和進行比對；②主干輸電線回路與下一節點分支電線路及下一節點主回路負荷的總和進行比對；③分支輸電線路負荷與分支分支輸電線路配變負荷進行比對；從而實現對竊電用戶實時監測和快速定位。精準竊電查勘要求5G網絡必須滿足：毫秒級快速響應、通信網絡99.999%的可靠性、高設備密度，數十萬個用戶精確竊電狀況控制。

5 結 論

竊電行為將造成國家巨大的經濟損失，用電安全也面臨著重大挑戰。傳統的反竊電手段實施效果差，5G網絡切片技術的端到端網絡由接入網、傳輸網、核心網組成，能夠滿足反竊電的四大典型場景，5G網絡切片技術在反竊電領域具有廣闊的應用前景。