CN108062616B - 一种具有约束条件的用电异常检测系统 - Google Patents

一种具有约束条件的用电异常检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有约束条件的用电异常检测系统，所述约束条件由线损异常约束模型给出，所述线损异常约束模型包括判断非专线线路日线损异常和判断专线线路日线损异常；所述用电异常检测模型包括电量异常模型、功率因数异常模型、交流电压异常模型和交流电流异常模型；所述电量异常模型包括判断电量偏离程度、计算负控终端的电量值和电能表计量的电量值。本发明将线损异常作为约束条件的用电异常检测模型，具有误判少，准确率高，对样本需求量少等优点。

Description

一种具有约束条件的用电异常检测系统
技术领域
本发明涉及一种用电异常检测模型，特别是一种具有约束条件的用电异常检测系统。
背景技术
电力工业是国民经济的基础性产业，保证电网企业及时收回电费是确保电力发展的必要条件。
大数据技术在各个行业逐渐得到广泛的应用，大数据是指无法在可容忍的时间内用传统的IT技术、软硬件工具和数学分析方法，对其进行感知、获取、管理、处理和分析的数据集合。智能电网被看作是大数据应用的重要技术领域之一，用电信息采集系统是国家电网公司信息化建设的重要基础，是提升服务能力、延伸电力市场、创新交易平台的重要依托。目前国家电网公司的用电信息采集已经基本实现“全采集、全覆盖”，能够及时、完整、准确掌控广大电力用户的用电数据和信息。然而，如何应用用电信息采集系统多年来运行采集与沉淀的大量数据，研究防窃电的策略、分析数据处理方法、构建防窃电模型等，是该领域面临的具有挑战性的问题。
随着我国用电量的大幅增加，窃电手段也在日益变化。虽然我国供电系统已经展开反窃电措施及相关的防窃电措施，但是现有的传统防窃电措施难以发现越来越隐蔽的窃电方式。在防窃电措施中最重要的步骤就是用电异常的检测。现有的用电异常检测系统主要有以下几个缺陷。
(1)窃电行为的表现形式多种多样，但是传统的针对各种具体的窃电方式的用电异常检测方法都是比较单一方法的应用，导致收集的很多用电异常的信息应用彼此不相关，这样会导致较高的误报率率和漏报率，从而导致用电异常检测的整体准确率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，而提供一种具有约束条件的用电异常检测系统，其约束条件是由线损异常约束模型给出的，方便准确地对各种用电异常情况进行判别，并及时对窃电行为进行预警。
一种具有约束条件的用电异常检测系统，包括有线损异常约束模型及用电异常检测模型，所述的线损异常约束模型将约束条件发送给用电异常检测模型，所述的用电异常检测模型包括：电量异常模型、功率因数异常模型、交流电压异常模型及交流电流异常模型，这四个异常模型根据约束条件决定输出异常越界次数；
所述线损异常约束模型：包括判断非专线线路日线损异常和判断专线线路日线损异常，设定两个阈值作为判定条件:城网线损率判定阈值为5％～6％，农网线损率阈值为7％～8％；线损数据的采集，每天采集n组，n取大于等于1的整数，每次采集的数据立即进行判断线损率是否越界，累计5～10天线损率越界次数，累计线损越界次数值大于等于3～6时，作为用电异常检测模型需满足的约束条件；
所述的电量异常模型，以计算负控终端的电量值作为对比日用电量，读取电能表计量电量值作为日计费用电量，然后判断电量偏离率，电量偏离率＝(日计费用电量-对比日用电量)/日实际用电量，先判断偏离率是否大于等于偏离率阈值，大于则累计越界1次，然后累计5～10天电量偏离越界次数，最后，在满足约束条件时，电量异常模型输出5～10天电量越界次数；
所述的功率因数异常模型，判断功率因数是否超过阈值和功率因数偏离历史数据的程度，每隔一段时间采集一次，在满足约束条件时，功率因数异常模型输出功率因数越界次数值；
所述的交流电压异常模型，通过判断是否存在线损越界记录或者存在电量差值越界记录，最后，在满足约束条件时，交流电压异常模型输出电压越界次数值；
所述的交流电流异常模型，判断累计电流失流越界次数是否满足约束条件，如果满足约束条件时，交流电流异常模型输出电流越界次数值。
电量异常模型电量数据的采集，以每天为单位，每天采集一次，每次采集的数据立即进行电量偏离率的判断，先判断偏离率是否大于等于偏离率阈值，大于则累计越界1次，然后累计5～10天电量偏离越界次数。
所述的判断功率因数和功率因数偏离历史数据的程度的过程为：首先判断功率因数总大于0并且小于0.6的条件，然后判断功率因数偏离历史数据的程度，以每月为单位，每月采集一次。
功率因数偏离历史数据的程度的方法为：采用是与历史数据进行对比，判断是否有偏离。其步骤为：首先读取今年的N个月的功率因数，存入向量中，即X＝[x1,x2...,xi...xN]，然后读取前一年的N个月的功率因数，存入向量中，即X′＝[x1′,x2′,...,xi′...xN′]；偏离程度采用绝对切比雪夫距离判断，即：设定偏离阈值为30％～35％，即如果/>大于或等于该阈值，则判定当前功率因数偏离历史数据，属于功率因数异常的情况。
交流电压异常模型分别包括：判断高供高计三相四线电压异常模型、判断高供低计三相四线电压异常和判断高供高计三相三线电压异常。
分别设置高供高计三相四线电压阈值、高供低计三相四线电压阈值、高供高计三相三线电压阈值、所述的高供高计三相四线电压异常的过程为：先判断计量方式和电能表是否为高供高计和三相四线，再判断A、B、C相是否都小于相应的阈值，如果存在线损越界记录或者存在电量差值越界记录，最后，在满足约束条件时，交流电压异常模型输出电压越界次数值；所述的高供低计三相四线电压异常的过程为：先判断计量方式和电能表是否为高供低计和三相四线，再判断A、B、C相是否都小于相应的阈值，如果存在线损越界记录或者存在电量差值越界记录，最后，在满足约束条件时，交流电压异常模型输出电压越界次数值；所述的高供高计三相三线电压异常的过程为：先判断计量方式和电能表是否为高供高计和三相三线，再判断A或者C相是否都小于相应的阈值，如果存在线损越界记录或者存在电量差值越界记录，最后，在满足约束条件时，交流电压异常模型输出电压越界次数值。
所述的交流电流异常模型包括交流电流失流异常和电流不平衡异常。
所述的电流失流异常的分析与判断过程为：由历史数据构建用户电流状态模型，再通过用户电流状态模型比较当前电流是否偏离，如果没有发生偏离，则累计电流失流越界次数不变；如果发生偏离，则需要进一步判断是三相三线电流异常还是三相四线电流异常，若是三相三线电流异常，接着判断若A、C任一相小于0.5％～0.7％额定电流且B相大于等于0.5％～0.7％额定电流时，发生电流失流，累计电流失流越界次数加一；若是三相四线电流异常，接着判断A、B、C、三相电流中任一相电流小于0.5％～0.7％额定电流，并且另两相中至少一相电流大于10％～15％额定电流，累计电流失流越界次数加一，最后，在满足约束条件时，交流电流异常模型输出电流越界次数值；所述的电流不平衡异常的过程为：根据计算公式MAX(相电流-三相平均电流)/三相平均电流，如果不平衡率未大于设定阈值，则累计电流失流越界次数不变；如果不平衡率大于设定阈值，累计不平衡率越界次数加一，最后，在满足约束条件时，交流电流异常模型输出电流越界次数值。
所述的历史数据构建用户电流状态模型，取今年的N个月的电流值，构成向量X＝[x1,x2...,xi...xN]，同理取前一年的对应的N个月的电流值，构成向量X′＝[x1′,x2′,...,xi′...xN′]；用户电流状态模型由切比雪夫相对距离dcur(X′-X)＝maxi(|xi′-xi|)/N给出，以此判断用户电流偏离程度；设定偏离阈值为30％～35％，当dcur(X′-X)大于或等于该阈值时，判断产生偏离。
综上所述的，本发明相比现有技术如下优点：
本发明将线损异常作为约束条件的用电异常检测模型，具有误判少，准确率高，对样本需求量少等优点。
附图说明
图1为本发明的一种具有约束条件的用电异常检测系统的原理框图。
图2为本发明的一种具有约束条件的用电异常检测系统的电量异常模型的工作流程图。
图3为本发明的一种具有约束条件的用电异常检测系统的功率因数异常模型的工作流程图。
图4为本发明的一种具有约束条件的用电异常检测系统的交流电压异常模型的工作流程图。
图5为本发明的一种具有约束条件的用电异常检测系统的交流电流异常模型的工作流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。
实施例1
一种具有约束条件的用电异常检测系统，其特征是，约束条件由线损异常约束模型给出，用电异常检测模型包括：电量异常模型、功率因数异常模型、交流电压异常模型和交流电流异常模型，该四个异常模型输出异常越界次数，是根据约束条件决定的；
所述线损异常约束模型：包括判断非专线线路日线损异常和判断专线线路日线损异常，设定两个阈值作为判定条件:城网线损率判定阈值为5.5％，农网线损率阈值为7.7％；线损数据的采集，每天采集1组，每次采集的数据立即进行判断线损率是否越界，累计5天线损率越界次数，累计线损越界次数值大于等于3时，满足约束条件；
所述的电量异常模型，其特征是，包括计算负控终端的电量值作为对比日用电量，读取电能表计量电量值作为日计费用电量，然后判断电量偏离率；
所述的判断电量偏离率的计算方法为：偏离率＝(日计费用电量-对比日用电量)/日实际用电量；电量数据的采集，以每天为单位，每天采集一次，每次采集的数据立即进行电量偏离率的判断，先判断偏离率是否大于等于偏离率阈值，大于则累计越界1次，然后累计5天电量偏离越界次数，最后，在满足约束条件时，电量异常模型输出5天电量越界次数；所述的偏离率阈值可以由软件设定，初始设定为50％，并能够根据实际数据修改。
所述的功率因数异常模型，其特征是，功率因数异常模型包括判断功率因数阈值和功率因数偏离历史数据的程度；
功率因数异常的阈值设定为0.6；
所述的判断功率因数和功率因数偏离历史数据的程度的过程为：判断功率因数总大于0并且小于阈值的条件，结合功率因数偏离历史数据的程度，最后，在满足约束条件时，功率因数异常模型输出功率因数越界次数值。功率因数异常模型，其特征是，功率因数偏离历史数据的程度的方法为：采用是与历史数据进行对比，判断是否有偏离。其步骤为：首先读取今年的N个月的功率因数，存入向量中，即X＝[x1,x2...,xi...xN]，然后读取前一年的N个月的功率因数，存入向量中，即X′＝[x1′,x2′,...,xi′...xN′]；偏离程度采用绝对切比雪夫距离判断，即：设定偏离阈值为30％，即如果/>大于或等于该阈值，则判定当前功率因数偏离历史数据，属于功率因数异常的情况；
所述的交流电压异常模型，其特征是，分别包括：判断高供高计三相四线电压异常模型、判断高供低计三相四线电压异常和判断高供高计三相三线电压异常；
高供高计三相四线电压阈值设为57.7V×80％；高供低计三相四线电压阈值设为220V×80％；高供高计三相三线电压阈值设定为所述的高供高计三相四线电压异常的过程为：先判断计量方式和电能表是否为高供高计和三相四线，再判断A、B、C相是否都小于57.7V×80％，如果存在线损越界记录或者存在电量差值越界记录，最后，在满足约束条件时，交流电压异常模型输出电压越界次数值；
所述的高供低计三相四线电压异常的过程为：先判断计量方式和电能表是否为高供低计和三相四线，再判断A、B、C相是否都小于220V×80％，如果存在线损越界记录或者存在电量差值越界记录，最后，在满足约束条件时，交流电压异常模型输出电压越界次数值；
所述的高供高计三相三线电压异常的过程为：先判断计量方式和电能表是否为高供高计和三相三线，再判断A或者C相是否都小于如果存在线损越界记录或者存在电量差值越界记录，最后，在满足约束条件时，交流电压异常模型输出电压越界次数值；
所述的交流电流异常模型包括所述交流电流异常模型包括电流失流异常和电流不平衡异常。根据电流失流异常、电流不平衡以及线损、电量等约束条件来判定；
所述的电流失流异常的分析与判断过程为：由历史数据构建用户电流状态模型，再通过用户电流状态模型比较当前电流是否偏离，如果没有发生偏离，则累计电流失流越界次数不变；
如果发生偏离，则需要进一步判断是三相三线电流异常还是三相四线电流异常；
若是三相三线电流异常，接着判断若A、C任一相小于0.5％额定电流且B相大于等于0.5％额定电流时，发生电流失流，累计电流失流越界次数加一；
若是三相四线电流异常，接着判断A、B、C、三相电流中任一相电流小于0.5％额定电流，并且另两相中至少一相电流大于10％额定电流，累计电流失流越界次数加一，最后，在满足约束条件时，交流电流异常模型输出电流越界次数值；
所述的电流不平衡异常的过程为：根据计算公式MAX(相电流-三相平均电流)/三相平均电流，如果不平衡率未大于设定阈值，则累计电流失流越界次数不变；如果不平衡率大于设定阈值，累计不平衡率越界次数加一，最后，在满足约束条件时，交流电流异常模型输出电流越界次数值。
所述的历史数据构建用户电流状态模型，取今年的N个月的电流值，构成向量X＝[x1,x2...,xi...xN]，同理取前一年的对应的N个月的电流值，构成向量X′＝[x1′,x2′,...,xi′...xN′]；用户电流状态模型由切比雪夫相对距离dcur(X′-X)＝maxi(|xi′-xi|)/N给出，以此判断用户电流偏离程度；设定偏离阈值为30％～35％，当dcur(X′-X)大于或等于该阈值时，判断产生偏离。
本实施例未述部分与现有技术相同。

Claims (9)

1.一种具有约束条件的用电异常检测系统，其特征在于：包括有线损异常约束模型及用电异常检测模型，所述的线损异常约束模型将约束条件发送给用电异常检测模型，所述的用电异常检测模型包括：电量异常模型、功率因数异常模型、交流电压异常模型及交流电流异常模型，这四个异常模型根据约束条件决定输出异常越界次数；
所述线损异常约束模型：包括判断非专线线路日线损异常和判断专线线路日线损异常，设定两个阈值作为判定条件:城网线损率判定阈值为5％～6％，农网线损率阈值为7％～8％，线损数据的采集，每天采集n组，n取大于等于1的整数，每次采集的数据立即进行判断线损率是否越界，累计5～10天线损率越界次数，累计线损越界次数值大于等于3～6时，作为用电异常检测模型需满足的约束条件；
所述的电量异常模型，以计算负控终端的电量值作为对比日用电量，读取电能表计量电量值作为日计费用电量，然后判断电量偏离率，电量偏离率＝(日计费用电量-对比日用电量)/日实际用电量，先判断偏离率是否大于等于偏离率阈值，大于则累计越界1次，然后累计5～10天电量偏离越界次数，最后，在满足约束条件时，电量异常模型输出5～10天电量越界次数；
所述的功率因数异常模型，判断功率因数是否超过阈值和功率因数偏离历史数据的程度，每隔一段时间采集一次，在满足约束条件时，功率因数异常模型输出功率因数越界次数值；
所述的交流电压异常模型，通过判断是否存在线损越界记录或者存在电量差值越界记录，最后，在满足约束条件时，交流电压异常模型输出电压越界次数值；
所述的交流电流异常模型，判断累计电流失流越界次数是否满足约束条件，如果满足约束条件时，交流电流异常模型输出电流越界次数值。
2.根据权利要求1所述的具有约束条件的用电异常检测系统，其特征在于：电量异常模型电量数据的采集，以每天为单位，每天采集一次，每次采集的数据立即进行电量偏离率的判断，先判断偏离率是否大于等于偏离率阈值，大于则累计越界1次，然后累计5～10天电量偏离越界次数。
3.根据权利要求1所述的具有约束条件的用电异常检测系统，其特征在于：所述的判断功率因数和功率因数偏离历史数据的程度的过程为：首先功率因数异常的阈值设定为0.6～0.65，并且判断功率因数总大于0并且小于该阈值的条件，然后判断功率因数偏离历史数据的程度，以每月为单位，每月采集一次。
4.根据权利要求1所述的具有约束条件的用电异常检测系统，其特征在于：功率因数偏离历史数据的程度的方法为：采用是与历史数据进行对比，判断是否有偏离，其步骤为：首先读取今年的N个月的功率因数，存入向量中，即X＝[x1,x2...,xi...xN]，然后读取前一年的N个月的功率因数，存入向量中，即X′＝[x1′,x2′,...,xi′...xN′]；偏离程度采用绝对切比雪夫距离判断，即：设定偏离阈值为30％～35％，即如果/>大于或等于该阈值，则判定当前功率因数偏离历史数据，属于功率因数异常的情况。
5.根据权利要求1所述的具有约束条件的用电异常检测系统，其特征在于：交流电压异常模型分别包括：判断高供高计三相四线电压异常模型、判断高供低计三相四线电压异常和判断高供高计三相三线电压异常。
6.根据权利要求1所述的具有约束条件的用电异常检测系统，其特征在于：分别设置高供高计三相四线电压阈值、高供低计三相四线电压阈值、高供高计三相三线电压阈值、所述的高供高计三相四线电压异常的过程为：先判断计量方式和电能表是否为高供高计和三相四线，再判断A、B、C相是否都小于相应的阈值，如果存在线损越界记录或者存在电量差值越界记录，最后，在满足约束条件时，交流电压异常模型输出电压越界次数值；所述的高供低计三相四线电压异常的过程为：先判断计量方式和电能表是否为高供低计和三相四线，再判断A、B、C相是否都小于相应的阈值，如果存在线损越界记录或者存在电量差值越界记录，最后，在满足约束条件时，交流电压异常模型输出电压越界次数值；所述的高供高计三相三线电压异常的过程为：先判断计量方式和电能表是否为高供高计和三相三线，再判断A或者C相是否都小于相应的阈值，如果存在线损越界记录或者存在电量差值越界记录，最后，在满足约束条件时，交流电压异常模型输出电压越界次数值。
7.根据权利要求1所述的具有约束条件的用电异常检测系统，其特征在于：所述的交流电流异常模型包括交流电流失流异常和电流不平衡异常。
8.根据权利要求7所述的具有约束条件的用电异常检测系统，其特征在于：所述的电流失流异常的分析与判断过程为：由历史数据构建用户电流状态模型，再通过用户电流状态模型比较当前电流是否偏离，如果没有发生偏离，则累计电流失流越界次数不变；如果发生偏离，则需要进一步判断是三相三线电流异常还是三相四线电流异常，若是三相三线电流异常，接着判断若A、C任一相小于0.5％～0.7％额定电流且B相大于等于0.5％～0.7％额定电流时，发生电流失流，累计电流失流越界次数加一；若是三相四线电流异常，接着判断A、B、C、三相电流中任一相电流小于0.5％～0.7％额定电流，并且另两相中至少一相电流大于10％～15％额定电流，累计电流失流越界次数加一，最后，在满足约束条件时，交流电流异常模型输出电流越界次数值；所述的电流不平衡异常的过程为：根据计算公式MAX(相电流-三相平均电流)/三相平均电流，如果不平衡率未大于设定阈值，则累计电流失流越界次数不变；如果不平衡率大于设定阈值，累计不平衡率越界次数加一，最后，在满足约束条件时，交流电流异常模型输出电流越界次数值。
9.根据权利要求1所述的具有约束条件的用电异常检测系统，其特征在于：所述的历史数据构建用户电流状态模型，取今年的N个月的电流值，构成向量X＝[x1,x2...,xi...xN]，同理取前一年的对应的N个月的电流值，构成向量X′＝[x1′,x2′,...,xi′...xN′]；用户电流状态模型由切比雪夫相对距离dcur(X′-X)＝maxi(|xi′-xi|)/N给出，以此判断用户电流偏离程度；设定偏离阈值为30％～35％，当dcur(X′-X)大于或等于该阈值时，判断产生偏离。
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