李雷 周景 符兵 胡曉華 梁航

（國網(wǎng)河南內(nèi)鄉(xiāng)縣供電公司 河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣 474350）

目前電網(wǎng)企業(yè)在對竊電行為的辨識中，采用的方法包括通過人工進(jìn)行檢查，通過比對用電數(shù)據(jù)的真實性和合理性，來判斷配電網(wǎng)中是否發(fā)生了竊電行為。一旦發(fā)現(xiàn)某個配電臺區(qū)或某塊電能表計的數(shù)據(jù)存在明顯的異常情況時，則派專人前往現(xiàn)場檢查接線問題。這種排查配電網(wǎng)竊電行為的方法主要的缺點是人工成本較高、對竊電行為辨識的效率較低、并且準(zhǔn)確率也較低[1]，故應(yīng)對配電網(wǎng)竊電行為辨識方法加以創(chuàng)新，降低竊電行為辨識的成本并提高效率。本文首先介紹了電力物聯(lián)網(wǎng)下的數(shù)據(jù)架構(gòu)，之后闡述了配電網(wǎng)竊電行為辨識的一般方法，最后分析了數(shù)據(jù)挖掘在配電網(wǎng)竊電行為辨識中的應(yīng)用。

1 電力物聯(lián)網(wǎng)下的數(shù)據(jù)架構(gòu)

在配電系統(tǒng)中應(yīng)用信息技術(shù)、通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以構(gòu)建電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實時掌握配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)對配電網(wǎng)的監(jiān)視和控制。隨著電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，可以依靠電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所采集的配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，辨識配電網(wǎng)中可能存在的異常用電行為。電力物聯(lián)網(wǎng)下的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)如圖1所示。

從圖1 可知，數(shù)據(jù)架構(gòu)可以分為綜合感知層、邊緣技術(shù)層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和主站應(yīng)用層等四層結(jié)構(gòu)。配電網(wǎng)的用電數(shù)據(jù)信息通過綜合感知層進(jìn)行采集，并通過邊緣計算技術(shù)，實現(xiàn)對配電網(wǎng)不同區(qū)域數(shù)據(jù)的分布式計算處理，降低主站端的計算任務(wù)量，提高數(shù)據(jù)處理的效率[2]。經(jīng)過處理之后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸，達(dá)到配電系統(tǒng)主站。

2 配電網(wǎng)竊電行為的辨識指標(biāo)

當(dāng)配電系統(tǒng)主站接收到各個配電區(qū)域中的用電數(shù)據(jù)信息后，可以對配電網(wǎng)中的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計判斷配電系統(tǒng)的線損率，線損率的計算公式如下式（1）所示：

除了統(tǒng)計線損率數(shù)據(jù)異常，可以作為配電網(wǎng)可能存在竊電行為的判斷指標(biāo)外，還可以采用用電平穩(wěn)度來判別，計算公式如下式（2）所示：

式中：Q0為當(dāng)前月的用電量，Qave為全年的平均用電量，可以采用下式（3）進(jìn)行計算：

式中Q1至Q12為該配電區(qū)域近一年每個月的用電量。當(dāng)用電平穩(wěn)度指標(biāo)大于50%時，此時可以認(rèn)定該配電區(qū)域可能存在竊電行為[3]。

圖1：電力物聯(lián)網(wǎng)下的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)

圖2：數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在竊電行為辨識中的應(yīng)用流程

第三個竊電行為辨識指標(biāo)為用電峰谷差，計算公式如下式（4）所示：

式中Qmax和Qmin分別為配電區(qū)域近一年的最大用電量和最小用電量，即：

當(dāng)用電峰谷差指標(biāo)大于3 時，可以將該配電區(qū)域納入到用電排查范圍內(nèi)[4]。在后續(xù)的配電網(wǎng)竊電行為辨識中，可以根據(jù)這些指標(biāo)提取配電樣本數(shù)據(jù)特征，進(jìn)而對配電網(wǎng)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識。

3 配電網(wǎng)竊電行為辨識技術(shù)的應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在竊電行為辨識中的應(yīng)用流程

數(shù)據(jù)挖掘在配電網(wǎng)的運行中具有較大的應(yīng)用空間，本文主要以配電網(wǎng)竊電行為辨識應(yīng)用方面為例進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在竊電行為辨識中的應(yīng)用流程如圖2所示。在該技術(shù)中，首先需要進(jìn)行配電網(wǎng)用電數(shù)據(jù)收集，之后再對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并依據(jù)處理后的數(shù)據(jù)提取出相關(guān)的特征數(shù)據(jù)。利用數(shù)據(jù)分析算法，建立配電網(wǎng)竊電行為識別模型，獲取各個配電網(wǎng)格的竊電預(yù)警度。

其中，數(shù)據(jù)收集主要包括配電區(qū)域中的用電量、損失電量和特殊用電時期的用電數(shù)據(jù)等。對于數(shù)據(jù)的來源，可以從電能量系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)、用采系統(tǒng)和EMS 系統(tǒng)等獲取。在數(shù)據(jù)分析和處理中，包括對不合理的數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，對不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改等。在特征數(shù)據(jù)提取方面，主要的特征數(shù)據(jù)包括用戶的用電規(guī)律、不同配電區(qū)域和不同行業(yè)的用電規(guī)律、不同配電網(wǎng)格的線損規(guī)律等。

3.2 配電網(wǎng)竊電行為的辨識算法

3.2.1 系統(tǒng)聚類辨識算法

當(dāng)拿到配電樣本數(shù)據(jù)時，首先需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的處理，刪除無效的數(shù)據(jù)，對缺失的數(shù)據(jù)運用插值算法進(jìn)行補(bǔ)充，形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)集合。之后根據(jù)配電網(wǎng)竊電行為的辨識指標(biāo)，可以將配電網(wǎng)用電數(shù)據(jù)樣本劃分為不同的類別，本文主要采用系統(tǒng)聚類法（Hierarchical Clustering Method）進(jìn)行分析。在這種聚類算法中，包括分解法（divisively）和聚類法（agglomeratively）兩類。分解法是將一個整體類別根據(jù)配電網(wǎng)竊電行為的辨識指標(biāo)，逐步分成若干個更小的類別[5]。聚合法則是首先將各個數(shù)據(jù)樣本作為一個類別，再根據(jù)配電網(wǎng)竊電行為的辨識指標(biāo)，將樣本相似度較高或者評判距離較近的樣本作為一個類別，逐步組成更大的類別。

3.2.2 模糊C 均值聚類辨識算法

模糊C 均值聚類算法也可以用于配電數(shù)據(jù)樣本的聚類，并根據(jù)竊電行為的嚴(yán)重程度發(fā)出相關(guān)的預(yù)警。這種算法是將配電網(wǎng)竊電行為指標(biāo)相似較大的樣本劃入同一類別中，同時采用模糊數(shù)據(jù)，根據(jù)樣本到聚類中心之間的隸屬度大小進(jìn)行分類。在該算法中，對于條件與約定，隸屬度函數(shù)通常記作其中表示X 隸屬于A 集合。在算法的應(yīng)用過程中，將n 個樣本的特征向量Xi(i=1,2,…,n)分為nc個類，然后再找到聚類中心，使得聚類目標(biāo)函數(shù)J 達(dá)到最小。采用模糊的劃分方法時，隸屬矩陣u 中元素取值應(yīng)在0 到1 之間，同時樣本對各類的隸屬度之和為1，即：

可以采用歐式距離定義目標(biāo)函數(shù)，如下式所示：

綜合上式再利用拉格朗日變換即可得到使得上式達(dá)到最小的必要條件：

對于算法步驟，首先設(shè)定聚類數(shù)目，之后采用迭代算法計算式（8）和式（9），得到各類別的聚類中心Xci和隸屬度矩陣U。然后再根據(jù)建立的目標(biāo)函數(shù)，不斷進(jìn)行迭代計算，直到找到最優(yōu)解，停止計算，否則繼續(xù)進(jìn)入到迭代計算的過程中。根據(jù)所劃分的類別，定義不同的竊電等級，分別發(fā)出不同的預(yù)警度，如可以定義為低、中、高和嚴(yán)重等竊電配電區(qū)域，從而針對不同預(yù)警等級的配電區(qū)域采取不同的應(yīng)對措施。后期可以重點對竊電預(yù)警度較高的區(qū)域進(jìn)行接線檢查、電表檢查和數(shù)據(jù)詳細(xì)比對，治理配電網(wǎng)中的竊電行為。

4 結(jié)論

準(zhǔn)確辨識出配電網(wǎng)中存在的竊電行為，對于規(guī)范配電網(wǎng)線損管理、降低電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)營損失具有重要的價值。本文詳細(xì)分析了配電網(wǎng)竊電行為辨識的指標(biāo)、算法和在實際配電網(wǎng)中的應(yīng)用流程，對于及時發(fā)現(xiàn)存在竊電行為的配電區(qū)域、優(yōu)化配電網(wǎng)運行具有一定的意義。