通过电能信息采集系统提升反窃电效率的研究

张健荣，张忠能

通过电能信息采集系统提升反窃电效率的研究

张健荣，张忠能

传统反窃电工作开展，需要用电检查人员在单个电费账单分析、得到举报信息等人工处理方式，进行现场检查，工作效率和成效并不高。为提高检查效率，法律数据取证，实时监控等功能设想，研究设计借助供电端和用户端电能信息采集系统，以JAVA EE技术体系，开发与供电公司各信息化平台相集成的深化应用系统。例举系统应用的实际效果和再改进方向。

电能信息采集;高压用户;反窃电

0 引言

1.1窃电主要方式

单相有功功率为公式（1）：

现代社会运行越来越离不开电力使用，电力保障着现代化的居民生活和企事业单位的运营，用电支出费用成为用电用户必需的成本。根据客户群和行业对电力需求量差别，电费占用其总支出成本比例差别很大，从占5%~80%不等。在经济利益的驱动下，个别居民用户和企事业单位会冒着违法的风险，以各种窃电方式，减少或没有电费支出。造成电力企业经济损失，损害了其他用电客户利益，存在人身安全用电隐患，扰乱了用电市场秩序。电力企业长期以来通过客户端防窃电技术升级改造、现场抽查、举报信息等方式开展反窃电工作。但是面对大量的用电客户、分散的窃电客户，不断多样化、多时段的窃电方法，造成电力企业反窃电工作的难度和被动。

为改变反窃电工作被动应对、提高查实准确性和及时性，研究和运用以web为基础的深化应用平台。针对电力企业售电量占60%以上的10kV及以上高压用户，通过供电侧、用电侧的电能信息采集数据，以自动比对和分析，筛选出疑似窃电区域、客户，能够在线实时监控的反窃电应用系统，提升反窃电工作的信息化和智能化。

1 窃电与反窃电主要方式

电能表的计量是累计有功功率，即公式（2）：

公式（2）中，W为电量，P为有功功率，t为时间

从上述两个公式，电压、电流、功率因数和时间四个要素决定了电能表计量的数字。由此，窃电主要的方法，就是围绕这四个要素展开：改变电流、断开电压联片或电压线圈的串联分压电阻、改变电能表的结构和接线方式、修改电能表编程器、绕接计量装置等方法。[1]随着科技发展和专业人士参与，传统的明显窃电方式，已出现远程遥控、电能表电路板改接等隐蔽方式，给窃电查处带来了巨大困难。

1.2反窃电主要方式

目前的防止窃电方法主要是对现场计量装置防打开、防改动设想去升级改造，例如电能表、接线盒、计量箱、柜等设备封印；计量箱柜防撬措施；集中装表；室外装表等，需要投入大量人力、物力、财力的技术防窃方式。

2 方案设计

2.1 确定反窃电方法

窃电行为多式多样，不断有新方法出现，但是无论采用何种方式，在窃电过程中，供电回路上必然出现用电量异常信息，即用电电量小于供电电量的合理值。

基于供用电电量不一致特征，将用电量与理论线路损耗量之和小于供电电量合理范围，作为判别窃电现象的条件。2.2 方案提出

依据上述判别窃电的条件，考虑窃电发现的及时性、准确性和查处效率，利用现有的供电端和用电端电能信息采集设备，开发出将两端采集到的同步数据进行自动比对，由系统分析筛选出疑似窃电用户的深化应用平台。

2.3总体设计思路

电力企业在10kV及以上的供电出线侧安装电能表，实时电能信息通过电力光纤专网通信方式，传送至电能量采集系统，作为供电端电量信息。10kV及以上的高压客户处安装有无线负荷控制管理终端，用电情况、电能表状态等信息实时通过230MHz无线电通信方式，传送至电力负荷管理系统，作为用电端电量信息。营销业务系统中的用户信息、表计参数等信息，作为用户端电量计算信息。将上述电能量采集系统、电力负荷管理系统、营销业务系统中的信息，整合至反窃电分析应用系统数据库。系统结构图如图1所示：

图1 系统结构图

反窃电分析应用系统根据供电线路所带用户数量不同，采用专线比对和公共线比对，两种情况分析方法。专线用户分析，直接将该户取得的用电量和其所连供电线路供电量比较判断。公共线用户分析，先计算同一供电线路下用户用电量总和与所连供电线路供电量比较判断。专线用户分析可以直接准确定位具体用户，公共线用户分析只能确定窃电区域和客户范围，无法直接定位具体用户，还需现场查实判断。专线和公共线接线图如图2所示：

图2 专线和公共线接线图

该应用平台取代传统现场抽查方式，改用信息化判断分析，缩小现场查勘范围；改变过去以月度、季度的分析周期，缩短为日、周的分析周期；转变以往现场长期蹲点和反复检查的方式，实时监控迅速出击；同时为后期窃电处理提供了证据和量化支撑。业务流程图如图3所示：

图3 系统业务流程图

3 方案实施

3.1应用架构设计

在系统业务流程基础上，将系统应用架构分为3个组成：应用管理层、监控分析层和系统支撑层。应用管理层负责数据高级应用和再分析，包括了窃电分析、线损率分析等功能。监控分析层负责基础数据收集、计算和实时数据召测，包括了数据分析、实时负荷监控等功能。系统支撑层负责应用集成和数据集成，包括了应用服务管理、系统参数管理等功能。系统应用架构图如图4所示：

图4 应用架构图

反窃电应用分析平台与多个业务应用系统之间存在应用和数据集成。[2]这些集成通过一体化集成平台实现，保持与各业务应用系统的独立性，确保各个系统互不影响。[3]营销业务系统内的数据采用数据库复制技术进行数据集成，电能量采集系统和电力负荷管理系统数据采用数据抽取的方法实现数据集成。

3.2数据架构设计

3.2.1 数据分类

反窃电应用分析平台是一个深化再应用平台，其数据来源是，1）原生数据，通过外部接口转入的数据，包括：营销业务系统、电能量采集系统和电力负荷管理系统数据。2）再生数据，在原生数据基础上再经计算产生的数据。

考虑平台数据的实时数据需求，从效益比角度，为减轻平台实时数据传输压力，按传送时间分两种数据传送方式。一种是每日晚间定时成批传送当日供电侧电能表和负荷管理终端的实时数据，以备后台海量计算。另一种是单个客户、供电线路、地方区域分析，可当日进行实时召测数据。

对于系统各种数据采用增量备份策略。按数据结构化定义分为，结构化数据和非结构化数据。结构化数据是以二维表结构的逻辑表达实现的数据，包括了用户基本信息、供电侧电能表和电力负荷管理终端实时数据等。非结构化数据是视频、语音、图片等数据，包括设备现场位置、窃电取证等图片、视频。

3.2.2 数据部署

反窃电分析应用系统的基础数据包括从营销业务应用系统复制过来的巨量基础业务数据，从电能量采集系统、电力负荷管理系统进入反窃电分析应用系统的外部系统数据。基础数据经过ETL（Extract Transform Load）数据抽取、转换、装载的过程，形成汇总数据，以支持分析、查询等应用。系统数据部署图如图5所示：

图5 数据部署图

3.3技术架构设计

采用JAVA EE技术体系，用组件化、动态化的软件技术，通过一体化企业级平台的应用集成，实现反窃电分析应用系统的各接口组件能够在企业内协同工作、各层次上集成，实现重用。

在JAVA EE技术体系，采用MVC应用框架，由界面控制器组件、界面操作组件、FLEX组件、JSP网页组件和服务代理单元组成。[4]界面的显示由FLEX组件、JSP网页组件完成，网页上的具体操作由界面操作组件通过服务代理单元调用业务逻辑层的具体服务来完成，由界面控制器组件负责统一调用不同的界面操作组件、FLEX组件和JSP网页组件。系统结构图如图6所示：

图6 JAVAEE系统结构图

4 应用案例

经过线损比对后发现，一专线用户线损率高达41.17%，远远高于正常线损水平。在分析了该用户每天的供售电量后，初步判定该用户存在窃电嫌疑，于是决定立即行动对该用户进行突击检查。到达用户处，在对配电站计量柜进行检查的过程中，检查人员发现该计量柜联合接线盒左右两封印被开启，接线盒内部连片固定螺丝松动，位置异常，存在窃电痕迹。该用户起初百般狡辩，企图逃避责任，但在检查人员出具的现场证据和监测数据面前，用户最终承认了从7月上旬开始窃电的事实。

为该户自7月7日至8月15日的供电量和回路售电量每日电量值。8月12日之前线损值明显，当日发现进行窃电处理，之后供电量和回路售电量数值恢复正常如图7所示：

图7 一专线用户窃电期间与窃电处理后的供用端两侧电量值

5 结束语

反窃电分析应用系统作为供电企业信息化平台的深化应用，在实际工作开展中，发挥了事半功倍的效果，提高了工作准确性、及时性和经济性。但是在运用过程中，发现四方面有待持续改进：

一是电能表参数错误、表计故障、缺相、两端时钟不同步、数据毛刺、数据断点、通讯中断、终端故障等问题。影响了分析质量。对于规律性的信息错误，可进一步开发算法，作为非反窃电工作的再深化应用，自动识别和筛选错误，提示问题原因，以便开展电能表调换、补电费、终端消缺等后续相关工作。

二是由于系统涉及多个其他应用系统海量数据传输和巨量计算分析，受制于服务器性能，开展全网架所有高压客户同时实时性比对分析还难以做到。目前只能对数量不大的疑似用户进行实时性比对监控。

三是系统对于专线用户窃电判断效果良好，对公共线用户难以直接判断定位，还需人工现场查勘。需进一步分析窃电用户负荷模型特点，建立有关数学模型，通过模型判别以提高定位效率。

四是系统覆盖面还只涉及高压客户，低压客户还未有效接入。但是随着公共变压器电能总表的全面安装和低压用电信息采集全覆盖，现正推进低压用户比对分析，最终将使得所有用电用户电能信息都可以数据采集、比对分析，反窃电信息化分析功能将真正充分利用。

[1] 曹峥.反窃电系统的研究与应用[D].上海:上海交通大学,2011.

[2] 田明,严珍珍.数据多维存储在电力负荷管理系统中的应用[J].电力需求侧管理,2009,11(3):38-41.

[3] 国家电网公司.国家电网公司信息化标准体系[J].电力信息化,2006,4(11):22-24.

[4] 丁晓.用电检查与反窃电智能信息平台的设计与应用[J].电力需求侧管理,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)

张健荣（1982-），男，上海交通大学计算机科学与工程系，硕士研究生，研究方向：计算机应用，上海，200240张忠能（1958-），男，上海交通大学计算机科学与工程系，副教授，研究方向：金融信息工程、电子商务、数据库技术，上海，200240