(1.國網(wǎng)重慶市電力公司 合川區(qū)供電分公司，重慶 401520；2.重慶電力高等?？茖W(xué)校，重慶 400053)

用電信息采集系統(tǒng)是國網(wǎng)公司定期采集電力用戶用電信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)監(jiān)控的信息系統(tǒng)，能夠?qū)τ秒姰惓＿M(jìn)行報(bào)警和記錄。隨著智能電網(wǎng)不斷發(fā)展，智能電表逐步實(shí)現(xiàn)全覆蓋，用電信息采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量不斷增加，用電信息采集異常幾率越來越大，加上復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使大量異常信息被淹沒在海量數(shù)據(jù)之中得不到有效利用[1]。本文利用大數(shù)據(jù)分析方法，設(shè)計(jì)了用電異常檢測系統(tǒng)，充分利用海量的用電數(shù)據(jù)，進(jìn)行深度分析和科學(xué)判斷，高效快捷地檢測出異常數(shù)據(jù)，顯著提高異常判定的準(zhǔn)確度。

1 大數(shù)據(jù)分析在電網(wǎng)企業(yè)中的應(yīng)用

電力大數(shù)據(jù)在電力生產(chǎn)和電能使用中產(chǎn)生，其數(shù)量大、數(shù)據(jù)類型多、處理速度快、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高、價(jià)值高。電力大數(shù)據(jù)內(nèi)含電力行業(yè)內(nèi)部特征、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，能夠反映電力企業(yè)經(jīng)營管理情況和用戶用電特征，對于指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)、輔助社會(huì)減排和家庭節(jié)能都有積極意義[2]。目前，在大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，國網(wǎng)公司已經(jīng)在營銷、配電和資產(chǎn)全壽命周期管理等方面應(yīng)用多數(shù)據(jù)融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨部門、跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與共享；在電力交易和檢修方面應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行分區(qū)、分壓、分本、分臺(tái)區(qū)等不同范圍的線損計(jì)算；在用電服務(wù)方面應(yīng)用數(shù)據(jù)分析進(jìn)行能效綜合評(píng)價(jià)和電力消費(fèi)建議，開展用電互動(dòng)服務(wù)等。大數(shù)據(jù)在電力生產(chǎn)和服務(wù)中的應(yīng)用方興未艾，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)深入推進(jìn)，其應(yīng)用價(jià)值必將得到進(jìn)一步挖掘。

2 用電異常分析模型

用電信息采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)除用于配變電監(jiān)測、客戶負(fù)荷管理，以及負(fù)荷分析、電力營銷的決策輔助外，還是供電企業(yè)與電力客戶交易結(jié)算的唯一依據(jù)，其準(zhǔn)確性、完整性直接影響電力交易的公平性和供電企業(yè)優(yōu)質(zhì)服務(wù)形象?，F(xiàn)實(shí)情況下，通信故障、設(shè)備故障、電網(wǎng)波動(dòng)以及人為因素等，都會(huì)導(dǎo)致用電信息采集系統(tǒng)出現(xiàn)大量異常數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)蘊(yùn)藏著重要的事件信息，對這些異常數(shù)據(jù)特征進(jìn)行分析，建立用電異常分析模型，可提高用電異常檢測的準(zhǔn)確性和效率。按照計(jì)量裝置異常狀態(tài)的技術(shù)表征和數(shù)據(jù)特征，可將其分為電壓異常、電流異常、功率異常和電量異常等。

2.1 異常數(shù)據(jù)分析方法

根據(jù)電流、電壓、功率和電量數(shù)據(jù)類型，設(shè)置相應(yīng)閾值，對各種類型的曲線數(shù)據(jù)、日凍結(jié)數(shù)據(jù)、月凍結(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，一旦突破閾值，則進(jìn)行異常處理。由于用電信息采集系統(tǒng)存儲(chǔ)了海量的采集數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)速度是系統(tǒng)的最大瓶頸，為了不影響數(shù)據(jù)采集，需要設(shè)計(jì)合理的技術(shù)路線來實(shí)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的篩選和處理。根據(jù)工作要求和計(jì)算機(jī)內(nèi)存與磁盤的讀寫速度對比壓力測試，選擇固定周期、事后分析、前置機(jī)內(nèi)存處理的技術(shù)路線。即在保證不影響用電信息采集系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，按照一定的策略，固定周期對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比對篩選，將標(biāo)稱值、閾值等數(shù)據(jù)加載到前置機(jī)內(nèi)存中，對接收到的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，對超過閾值的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和處理，既適應(yīng)現(xiàn)有的業(yè)務(wù)要求，又保證數(shù)據(jù)的處理效率。其分析處理流程如圖1所示。

2.1.1 電壓異常分析策略

技術(shù)特征：當(dāng)計(jì)量裝置出現(xiàn)電壓采集異常、電壓回路異?；蛘`差增大等現(xiàn)象時(shí)[3]，表明計(jì)量裝置電壓發(fā)生了異常變化，表現(xiàn)出電壓長時(shí)間處于低水平狀態(tài)、電壓無任何指示、電壓突然發(fā)生變化、三相電壓出現(xiàn)不平衡狀態(tài)等特征，即欠壓、失壓、過壓、表計(jì)死機(jī)等現(xiàn)象。

圖1 異常數(shù)據(jù)分析處理流程

分析處理：前置機(jī)根據(jù)接線方式(單相、三線、四線)和計(jì)量方式加載計(jì)量裝置標(biāo)準(zhǔn)電壓，以及上、下限閾值。如三線表高供高計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相電壓57.5 V、四線表高供高計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相電壓100 V等，上限閾值設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)值的1.2 倍，下限閾值設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)值的0.85倍，連續(xù)電壓值相等時(shí)點(diǎn)數(shù)設(shè)置為15。若電壓值高于上限則為過壓，低于下限則為欠壓，24時(shí)點(diǎn)均為0則為失壓，連續(xù)15個(gè)時(shí)點(diǎn)電壓電流值相等則為死機(jī)(三線表需剔除B相)，對采集數(shù)據(jù)標(biāo)記過壓、欠壓、失壓、死機(jī)異常。

2.1.2 電流異常分析策略

技術(shù)特征：當(dāng)計(jì)量裝置出現(xiàn)電流采集異常、電流回路異常或誤差增大等現(xiàn)象時(shí)，計(jì)量裝置電流會(huì)發(fā)生異常變化，表現(xiàn)出電流長時(shí)間處于低水平狀態(tài)、電流無任何指示、電流突然發(fā)生變化、三相電流出現(xiàn)不平衡狀態(tài)等特征，即死機(jī)、電流失衡、二次串接的現(xiàn)象。

分析處理：由于電力用戶在不同的季節(jié)、時(shí)段和特定生產(chǎn)周期其用電特性不相同，簡單地通過閾值判斷異常存在大量誤報(bào)的情況。在分析大量用戶負(fù)荷情況、用電規(guī)律的基礎(chǔ)上，分類細(xì)化上限閾值。前置機(jī)根據(jù)接線方式加載計(jì)量裝置電流上限閾值并作異常判定，如三線表CT>1&&Imax<2 A等低電流不予關(guān)注。關(guān)于電流失衡判定，三線表和CT>1的四線表，其相電流20 A以下，失衡判定上限閾值取2 A；20 A以上，失衡判定上限閾值取最大電流值的10%。CT=1的四線表，其相電流200 A以下，失衡判定上限閾值取20 A；200 A以上，失衡判定上限閾值取最大電流的10%，連續(xù)3天均出現(xiàn)此情況，則為電流失衡。四線表若任意兩相電流絕對值相等，則為二次串接；連續(xù)15個(gè)時(shí)點(diǎn)，電壓電流值相等，則為死機(jī)。對采集數(shù)據(jù)標(biāo)記電流失衡、二次串接、死機(jī)異常。

2.1.3 功率異常分析策略

技術(shù)特征：通常情況下計(jì)量裝置所計(jì)有功功率均應(yīng)為正，但當(dāng)三線表低功率因數(shù)或無功倒送時(shí)，可能為負(fù)。四線表在感性負(fù)載時(shí)可能出現(xiàn)短時(shí)為負(fù)，CT極性反接、錯(cuò)相接線等也會(huì)導(dǎo)致計(jì)量裝置電流電壓異?；蛴?jì)量誤差等情況出現(xiàn)，對計(jì)量裝置的功率因素產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致總功率與各相功率之間產(chǎn)生計(jì)量偏差。

分析處理：前置機(jī)根據(jù)接線方式加載有功功率為負(fù)的上限閾值并作異常判定。如計(jì)量裝置連續(xù)3天出現(xiàn)P總=-PA+PB+PC，A相有功功率全為負(fù)或負(fù)值較大，存在計(jì)量裝置電流回路A相反極性；計(jì)量裝置連續(xù)3天出現(xiàn)P總≠PA+PB+PC，如果AB相電流為同一回路，則存在AB相CT二次端子互調(diào)造成AB相串聯(lián)。對采集數(shù)據(jù)標(biāo)記電流回路反極性、CT二次串接等。

2.1.4 電量異常分析策略

技術(shù)特征：當(dāng)計(jì)量裝置出現(xiàn)故障，受系統(tǒng)干擾或因竊電行為等因素影響時(shí)，計(jì)量裝置累積電量會(huì)出現(xiàn)多計(jì)量或少計(jì)量等異常現(xiàn)象，如總分時(shí)表碼不等、表碼數(shù)據(jù)跳變、主備表日誤差超閾值等。

分析處理：根據(jù)電量值與合同容量、用電時(shí)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，前置機(jī)加載用戶合同容量和閾值，以容量和周期時(shí)間作為電量基準(zhǔn)值，閾值一般設(shè)為2倍，超過閾值即判定為電量異常。針對電量曲線數(shù)據(jù)，基準(zhǔn)電量=容量×分鐘數(shù)/60，超過閾值則為異常，其電量取前7天平均值進(jìn)行調(diào)整；針對日凍結(jié)數(shù)據(jù)，基準(zhǔn)電量=容量×24，超過閾值則為異常，按曲線擬合算法進(jìn)行擬合得出調(diào)整數(shù)據(jù)；針對月凍結(jié)數(shù)據(jù)，基準(zhǔn)電量=容量×24×當(dāng)月天數(shù)，超過閾值則為異常，按曲線擬合算法進(jìn)行擬合得出調(diào)整數(shù)據(jù)。對采集數(shù)據(jù)標(biāo)記電量異常。

2.2 異常檢測修正

對于用電信息采集系統(tǒng)，負(fù)荷數(shù)據(jù)中總存在正常的隨機(jī)變化。因此，異常數(shù)據(jù)判斷方法都會(huì)存在一定的誤差，可以通過提高或降低判斷標(biāo)準(zhǔn)和閾值，來放松或收緊對異常數(shù)據(jù)的判定。其判定的異常數(shù)據(jù)多幾個(gè)或少幾個(gè)，不影響該分析模型的估算要求。

在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，針對異常數(shù)據(jù)本身的修正卻是工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)，只能依靠挖掘用戶歷史負(fù)荷特征曲線，采用短期負(fù)荷預(yù)測進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，提高人工分析和修正的效率和可靠性。

3 用電異常檢測系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

本系統(tǒng)以用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，自動(dòng)進(jìn)行曲線比較、大數(shù)據(jù)分析，判斷用電異常數(shù)據(jù)，并按照數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、判定審核、異常發(fā)布、異常查驗(yàn)、異常確認(rèn)、數(shù)據(jù)備份的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行工單處理。系統(tǒng)用戶可以靈活定義工作角色，添加用戶，管理角色、用戶和業(yè)務(wù)之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程在本單位不同層次、不同部門、不同班組之間的協(xié)同，使該信息系統(tǒng)能夠適應(yīng)業(yè)務(wù)變化，減少系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)的成本。用電異常檢測系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

圖2 用電異常檢測系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

由系統(tǒng)用戶根據(jù)用電檢測設(shè)置用電異常檢測周期、數(shù)據(jù)備份周期和檢測數(shù)據(jù)日期，定期將專變用戶歷史數(shù)據(jù)以及終端和計(jì)量裝置的各種事件傳輸至中間庫，確保歷史數(shù)據(jù)與異常事件同步。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

目前國網(wǎng)公司下屬各供電企業(yè)營銷系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋各類用戶以及客戶業(yè)務(wù)信息，智能電表終端已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全覆蓋，用電信息采集系統(tǒng)能夠采集所有計(jì)量裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。其提供的海量數(shù)據(jù)是本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并基于多用戶、分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各子系統(tǒng)。用電異常檢測系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 用電異常檢測系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

5 結(jié)束語

本文提出一種利用大數(shù)據(jù)分析方法，分析檢測用電信息采集系統(tǒng)異常數(shù)據(jù)的解決方案，通過設(shè)計(jì)開發(fā)一套與業(yè)務(wù)管理相銜接的用電異常檢測系統(tǒng)，解決供電企業(yè)異常監(jiān)測不足、用戶用電行為異常帶來的損失等問題；有效彌補(bǔ)用電信息采集系統(tǒng)存在的異常報(bào)警數(shù)量大、查看和分析異常數(shù)據(jù)效率低等缺點(diǎn)；指導(dǎo)用電檢查人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)、快速處理用電異常行為。該系統(tǒng)適用于各基層供電企業(yè)，通過技術(shù)手段提高用電監(jiān)察人員工作效率，減少供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失，提高供電企業(yè)優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平。

[1] 國家能源局.電能信息采集與管理系統(tǒng)：第1部分 總則：DL/T698.1—2009 [S].北京：中國電力出版社，2009.

[2] 朱廣新.大數(shù)據(jù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].科技研究,2014(13)：566，568.

[3] 謝曉華.電能計(jì)量數(shù)據(jù)異常分析[EB/OL].(2016-11-10)[2017-08-10]. http://www.chinaqking.com/yc/2016/727949.html.