CN106405276A - 一种基于ami数据的低压配电网窃电检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于AMI数据的低压配电网窃电检测方法，所述方法包括：计算公共点对应的相电压和判断属于所述公共点对应的相的用户是否窃电。本发明提供的方法利用智能电表量测数据，结合低压配电网拓扑结构和线路参数，能够有效检测三相低压配电网中存在旁路窃电行为的用户位置和窃电时段并估算其窃电量，进而可以针对性的解决窃电问题。

Description

一种基于AMI数据的低压配电网窃电检测方法

技术领域

本发明涉及一种窃电检测方法，具体讲涉及一种基于AMI数据的低压配电网窃电检测方法。

背景技术

随着经济发展和社会用电量的增加，窃电问题变得越来越突出，窃电方法也越来越繁多。窃电方式主要包括旁路窃电(私接外线、绕越表计)和窜改表计两大类。而大部分窃电现象发生在低压配网中。受限于高密度量测数据的获得，对于针对低压配网中普通用户的窃电检测，特别是旁路窃电及其窃电功率估计方面的研究较少，通常主要是靠人工检查的方式来实现。

人工检查的方式即耗费人力物力，也不能及时发现窃电行为，进而不能及时制止窃电行为，这样无形中就使得电网中电量的损失。现有技术中引进电子式电能表，其能检测出许多窃电行为，如欠(失)压法窃电、欠(失)流法窃电、移相法窃电等；而且，在相线零线电流不平衡时，电子式电能表采用大的一路进行计量；在电流反向时，采用功率绝对值计量；在主电压移除时，采用固定的电压值代替电压采样值进行计量；在发现电压电流之间相差很大，功率因数偏小时，采用惩罚性计量，由此来避免窃电所带来的损失。

但是，电子式电能表仍然不能有效解决低压配电网中存在的旁路窃电问题，因此，迫切需要一种低压配电网窃电检测方法，用于解决低压配电网中存在的旁路窃电问题。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种基于AMI数据的低压配电网窃电检测方法。

所述方法包括如下步骤：

(1)计算公共点对应的相电压；

(2)判断属于所述公共点对应的相的用户是否存在窃电。

优选的，所述步骤(1)的公共点包括：与用户节点连接的公共点和非用户节点上游的公共点。

优选的，所述与用户节点连接的公共点对应的相电压U_pcj如下式所示：

U_PCj＝U_j+Z·I_j (1)

式中：j：与某一用户相关联的电表编号；I_j：在设定的时间间隔内智能电表记录的用户的平均电流；U_j：在所述设定的时间间隔内的平均电压；Z：与j号电表相关联的用户所在线路的阻抗。

优选的，所述非用户节点上游公共点对应的相电压U_PCk3如下式所示：

U_PCk3＝U_k3+Z_mat·I_k3 (2)

式中，k：下游中间节点的编号；I_k3：是k号节点所在线路的三相电流向量；U_k3：k号节点的三相电压向量；Z_mat：是k号节点所在供电线路的3×3阻抗矩阵。

优选的，所述步骤(2)的公共点对应的相包括：用户节点相和非用户节点相；

所述非用户节点相包括：非用户节点下游的用户节点相；

优选的，所述用户节点相窃电的判断包括：根据所述用户节点相的电压与所述用户节点相对应的标准电压两者的比值是否小于阈值来判断所述用户是否存在窃电。

优选的，所述非用户节点下游的用户数目大于1时，窃电的判断包括：与非用户节点连接的用户相电压与所述用户相对应的标准电压两者的比值是否小于阈值来判断用户是否存在窃电。

优选的，所述标准电压的确定包括：将节点的相电压集中数据最大值作为所述标准电压。

优选的，所述非用户节点下游用户数目为1时，窃电的判断包括：自非用户节点上游至下游得到用户节点的相电压，与标准电压进行比较，判断差值是否超过阈值来确定此用户是否存在窃电。

优选的，所述标准电压的确定包括：将非用户节点的上级的再上一级非用户节点电压作为标准电压。

与最接近的现有技术相比，本发明具有以下优异效果：

本发明提出了一种基于AMI量测数据的数据分析方法，能够有效检测低压配电网中存在窃电行为的用户位置、窃电用户的窃电时段并估计窃电量的大小，进而可以针对性的解决低压配电网中窃电问题。

附图说明

图1为本发明的低压配电网局部拓扑示意图；

图2为本发明的低压配电网拓扑图；

图3为本发明的某一公共点相电压全天24个时段估计值；

其中，1-公共点、2-主干线路、3-用户线路、4-用户节点。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

本发明提供一种基于AMI数据的低压配电网窃电检测方法，所述方法包括如下步骤：

(1)计算公共点对应的相电压；

(2)判断属于所述公共点对应的相的用户是否存在窃电。

所述步骤(1)的公共点包括：与用户节点连接的公共点和非用户节点上游的公共点。

所述与用户节点连接的公共点对应的相电压U_pcj如下式所示：

U_PCj＝U_j+Z·I_j (1)

式中：j：与某一用户相关联的电表编号；I_j：在设定的时间间隔内智能电表记录的用户的平均电流；U_j：在所述设定的时间间隔内的平均电压；Z：与j号电表相关联的用户所在线路的阻抗。

所述非用户节点上游公共点对应的相电压U_PCk3如下式所示：

U_PCk3＝U_k3+Z_mat·I_k3 (2)

式中，k：下游中间节点的编号；I_k3：是k号节点所在线路的三相电流向量；U_k3：k号节点的三相电压向量；Z_mat：是k号节点所在供电线路的3×3阻抗矩阵。

所述步骤(2)的公共点对应的相包括：用户节点相和非用户节点相；

所述非用户节点相包括：非用户节点下游的用户节点相；

所述用户节点相窃电的判断包括：根据所述用户节点相的电压与所述用户节点相对应的标准电压两者的比值是否小于阈值来判断所述用户是否存在窃电。

所述非用户节点下游的用户数目大于1时，窃电的判断包括：与非用户节点连接的用户相电压与所述用户相对应的标准电压两者的比值是否小于阈值来判断用户是否存在窃电。

所述标准电压的确定包括：将节点的相电压集中数据最大值作为所述标准电压。

所述非用户节点下游用户数目为1时，窃电的判断包括：自非用户节点上游至下游得到用户节点的相电压，与标准电压进行比较，判断差值是否超过阈值来确定此用户是否存在窃电。

所述标准电压的确定包括：将非用户节点的上级的再上一级非用户节点电压作为标准电压。

具体实施例：

设N为所研究的低压配电网节点数。arr为通过自下而上，先用户节点后非用户节点排列的网络拓扑排序后的节点编号数组。up为上级节点编号数组。采用电压差方法进行低压配电网窃电检测的基本流程如下：

(1)对用户节点的处理；

1)每次从arr数组中按顺序选出一个用户节点，其编号设为k；通过up数组得到节点k的上级节点编号m。

2)得到用户节点k的所属相W(W∈{A,B,C})。

3)通过节点k计算节点m的W相电压U_pc。

4)将U_PC存入节点m的W相电压存储矩阵中。

5)将节点k的电流累加到节点m的W相电流中。

附图1为一种典型低压配电网的局部拓扑图，其中用户均为单相用户。用户节点旁的标号表示其在图中的编号及其所属相位(比如“2a”表示该单相用户编号为2，所属相为A相)。公共结合点(point of coupling，PC)，简称公共点，在本发明中指非叶节点(中间节点或根节点)，也即非用户节点。

对于用户节点(单相节点)，利用智能电表量测数据与用户段线路参数可以将公共点对应相的电压计算出来(比如从节点1到节点P1的A相的计算)。根据欧姆定律：

U_PCj＝U_j+Z·I_j (1)

式中：j是与某一用户相关联的电表编号；I_j是智能电表在设定时间间隔(比如1h)内记录的用户平均电流；U_j为在设定时间间隔内的平均电压；Z是与j号电表连接的用户线路的阻抗；U_PCj是与j号电表连接的用户节点的公共点对应相的电路电压。

(2)检测非用户节点下游相有多个用户时的窃电情况；

1)每次从arr(节点编号数组)数组中按顺序选出一个非用户节点，其编号设为k；若节点k不是根节点，通过up(上级节点编号数组)数组得到该节点的上级节点编号m。

2)对节点k的每一相，从该相电压存储矩阵中选出该相电压标准值U_std。

3)对节点k的每一相，通过该相U_std与该相电压存储矩阵中来自用户节点的U_PC进行比较，判断差值是否超过阈值来确定对应的用户是否在相应时刻可能存在窃电。标记满足窃电判定条件的用户并计算其窃电功率。

4)通过节点k计算节点m的三相电压U_pc3，其中节点k的各相电压来自节点k相应相的U_std。

5)将U_pc3的各相数据存入节点m的相应相电压存储矩阵中。将节点k的各相电流累加到节点m的相应相电流中。

中间节点(三相节点)的情况与之类似，考虑到线路间可能存在互感，采用三相一起向上计算的方式(比如从节点P2到节点P1的计算)：

U_PCk3＝U_k3+Z_mat·I_k3 (2)

式中：k为下游中间节点的编号；I_k3是该段线路的三相电流向量；U_k3为节点k的三相电压向量；Z_mat是该段供电线路的3×3阻抗矩阵；U_PCk3是从节点k向上计算得到的上游直接相连的公共点处三相电压向量。

为了获取公共点处的“标准电压”，本文为每个公共点的每一相都设置了一个电压比较集合。比较集合中存储着上传到该公共点某一相的U_pc。以附图1为例，表格1为图1中公共点P1的比较集合。

A相	1号	值：221.3
			A相	2号	值：221.4
A相	P2	值：221.5
			A相	P3	值：221.3
B相	P2	值：221.7
			C相	P2	值：221.5

表1

1号和2号用户节点求出U_pc后上传到节点P1的A相比较集合中。设节点P2已取得下方所有节点的U_pc数据，由它计算得到三相的U_pc数据上传到节点P1。节点P3同理。当节点P1下方直接相连的节点均已将计算得到的U_pc上传到节点P1相应相的电压比较集合后，就开始选出节点P1各相的标准电压以及检测该节点下游直接相连的用户节点的窃电情况。以节点P1的A相为例，选出A相比较集合中数据(两个来自用户节点，两个来自非用户节点的A相计算数据)的最大值作为该相的标准电压，然后通过A相标准电压来检测A相比较集合中上传的用户数据对应的下游用户窃电情况了。

窃电的存在常反映在对应点电压低于其正常用电时理应表现出的电压值。而从各支路计算到公共点的电压值理应相等，所以只要某一公共点的某相电压有了“标准值U_std”，就可以和下游计算上来的U_pc进行比较，当U_pc/U_std小于阈值，且上传U_pc的支路对应的下游节点为用户节点时即标记该用户可能存在窃电；在总采样时段内窃电标记数达到阈值的用户被判定存在窃电，窃电功率的计算公式为：

P_theft＝real[U·(U_std-U_PC)/Z] (3)

式中：U为智能电表采集的用户电压量测；Z为该段用户线路的阻抗；real(·)表示对结果取实部。

(3)检测非用户节点下游相仅有一个用户时的窃电情况。

1)自上而下计算所有非用户节点的电压。

2)每次选取一个用户节点，其编号设为k；通过up数组得到节点k的上级节点编号m和节点m的上级节点编号l。

3)得到用户节点k的所属相W(W∈{A,B,C})。

4)若节点m下游W相仅有一个用户k，向下执行，否则转到步骤7)。

5)通过节点k经过节点m计算节点l的W相电压U_pc。

6)将自上而下计算得到的节点l的W相电压作为该相U_std与U_pc进行比较，判断差值是否超过阈值来确定节点k是否在相应时刻可能存在窃电。标记满足窃电判定条件的用户并计算其窃电功率。

若还有其他用户节点未被选取，转到步骤2)，否则结束。

若非用户节点下游某相直接相连的用户仅有一个(比如节点P3下游相连的A相用户只有6号)，为检测该用户的窃电情况，采用如下方法：首先，自上而下计算非用户节点的电压；然后，对非用户节点下游某相仅有一个用户的情况，通过此用户的电压计算得到其上级的再上一级非用户节点电压(比如从6号节点计算至节点P3)；最后将此计算电压与通过自上而下计算得到的同一非用户节点电压(后者作为电压标准值)进行比较，判断差值是否超过阈值来确定此用户是否在相应时刻可能存在窃电。

在总采样时段内窃电标记数达到阈值的用户被判定存在窃电。对于窃电用户，有窃电标记的采样时段均属于窃电时段。

具体实施例：

实施例介绍了利用本方法检测某低压配电网中的旁路窃电情况。

如附图2所示，该低压配电网共有23个节点，包含15个用户节点和8个非用户节点以及7条三相供电线路。各图形符号含义与附图1相同。考察时段一整天，采集时间间隔1小时。

以20号公共点B相为例考察与之相连的B相用户节点的窃电情况。在18-19时段：

17号中间节点向上计算到20号节点B相的U_PC结果U₁＝220.29；

10号用户节点量测得到的视在功率(666.74+j333.37)W，向上计算到20号节点B相的U_PC结果U₂＝220.26；

11号用户节点量测得到的视在功率(60-j40)W，向上计算到20号节点B相的U_PC结果U₃＝219.90；

窃电检测门限设为0.9985。标准电压U_std＝U₁＝220.29，U₂/U_std＝0.9999>0.9985，U₃/U_std＝0.9982<0.9985，因此在该时刻为11号用户节点加上窃电标志。根据式(3)和线路参数，估计其窃电功率为(1436+j636)W。

全天24个时段20号公共点B相的归一化U_PC监测结果如附图3所示。三个数据源U_pc1、U_pc2和U_pc3分别来自17号中间节点、10号用户节点和11号用户节点向上计算的数据。

附图3中，门限Threshold用红色虚线表示。从图上可以看出，11号用户可能存在窃电的时段为0点至2点以及15点至23点。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于AMI数据的低压配电网窃电检测方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)计算公共点对应的相电压；

(2)判断属于所述公共点对应的相的用户是否存在窃电。

2.如权利要求1所述的基于AMI数据的低压配电网窃电检测方法，其特征在于，所述步骤(1)的公共点包括：与用户节点连接的公共点和非用户节点上游的公共点。

3.如权利要求2所述的基于AMI数据的低压配电网窃电检测方法，其特征在于，所述与用户节点连接的公共点对应的相电压U_pcj如下式所示：

U_PCj＝U_j+Z·I_j (1)

式中：j：与某一用户相关联的电表编号；I_j：在设定的时间间隔内智能电表记录的用户的平均电流；U_j：在所述设定的时间间隔内的平均电压；Z：与j号电表相关联的用户所在线路的阻抗。

4.如权利要求2所述的基于AMI数据的低压配电网窃电检测方法，其特征在于，所述非用户节点上游公共点对应的相电压U_PCk3如下式所示：

U_PCk3＝U_k3+Z_mat·I_k3 (2)

式中，k：下游中间节点的编号；I_k3：是k号节点所在线路的三相电流向量；U_k3：k号节点的三相电压向量；Z_mat：是k号节点所在供电线路的3×3阻抗矩阵。

5.如权利要求1所述的基于AMI数据的低压配电网窃电检测方法，其特征在于，所述步骤(2)的公共点对应的相包括：用户节点相和非用户节点相；

所述非用户节点相包括：非用户节点下游的用户节点相。

6.如权利要求5所述的基于AMI数据的低压配电网窃电检测方法，其特征在于，所述用户节点相窃电的判断包括：根据所述用户节点相的电压与所述用户节点相对应的标准电压两者的比值是否小于阈值来判断所述用户是否存在窃电。

7.如权利要求5所述的基于AMI数据的低压配电网窃电检测方法，其特征在于，所述非用户节点下游的用户数目大于1时，窃电的判断包括：与非用户节 点连接的用户相电压与所述用户相对应的标准电压两者的比值是否小于阈值来判断用户是否存在窃电。

8.如权利要求6或7所述的基于AMI数据的低压配电网窃电检测方法，其特征在于，所述标准电压的确定包括：将节点的相电压集中数据最大值作为所述标准电压。

9.如权利要求5所述的基于AMI数据的低压配电网窃电检测方法，其特征在于，所述非用户节点下游用户数目为1时，窃电的判断包括：自非用户节点上游至下游得到用户节点的相电压，与标准电压进行比较，判断差值是否超过阈值来确定此用户是否存在窃电。

10.如权利要求9所述的基于AMI数据的低压配电网窃电检测方法，其特征在于，所述标准电压的确定包括：将非用户节点的上级的再上一级非用户节点电压作为标准电压。