CN109164319A - 一种楼宇用户用电异常判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种楼宇用户用电异常判定方法，基于的非入户量测终端安装于楼宇表箱内，表箱总开处采集分支点处三相电压，各用户入户开关处采集用户电流。该判定方法该分析方法包括构建电路模型，编写数学模型，馈线分支线路阻抗计算，用户异常用电行为判定；首先基于低压配电网拓扑结构建立电路模型；然后以电路模型为基础，建立线性数学模型；基于量测数据及阻抗校正函数计算馈线分支线路阻抗；根据用户入户段阻抗和馈线分支线路阻抗计算用户回路阻抗；将同节点不同用户所计算的用户回路阻抗进行比对，或者并分别与异常用电判断阈值进行比对，判断用户是否存在异常用电行为。本发明可有效发现用户窃电的异常用电行为，帮助电力管理者加强用电管理。

Description

一种楼宇用户用电异常判定方法

技术领域

本发明涉及电力管理技术领域，尤其涉及一种楼宇用户用电异常判定方法。

背景技术

随着线路使用期限的增加以及外在恶劣自然环境的侵蚀，线路会逐渐老化，老化线路一方面存在断线的可能，更多是电线老化后，绝缘性能下降，容易产生漏电或短路现象。单相接地短路故障是电网各类故障的主要原因，约占90％。对于配电网拓扑结构复杂，网络庞大，发生单相接地故障后原因排查通常需要耗及大量运检人员人力去现场排查，通常有分段巡查法、拉开支线法、细察询问法及仪器检测法等等，单相接地故障极大影响了电网的供电可靠性和用户的正常用电。此外，一直以来窃电现象时有发生，方法也越来越高明，这在一定程度上加大了电力检查的难度，给用电管理带来了不便，既影响电力企业的经济效益，还存在着极大的危险性。如何及时有效发现窃电等用户异常用电行为也是电力公司关注的焦点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种楼宇用户用电异常判定方法，以有效发现用户窃电的异常用电行为，帮助电力管理者加强用电管理，提高企业的经济效益，安全可靠地供用电。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种楼宇用户用电异常判定方法，包括：

步骤S1，通过非入户量测终端在楼宇表箱总开处采集分支点处三相电压，在各用户入户开关处采集用户电流；

步骤S2，根据用户端口电压、电流特性辨识用户的电气特征量和非电气特征量，进而辨识用户内电热负荷类型及其伏安特性；

步骤S3，根据楼宇表箱至用户的低压配电网网络拓扑结构构建电路模型，所述电路模型根节点为馈线分支线路与母线的连接点，中间节点为各分支箱，末端节点为用户端；

步骤S4，根据所述电路模型，以电路和用户负荷功率因素相等为假设条件，建立数学模型；

步骤S5，将非入户量测终端采集的数据以及阻抗校正函数代入所述数学模型进行计算，获得馈线分支线路阻抗；

步骤S6，根据辨识出的用户内电热负荷类型及其伏安特性计算入户段阻抗；

步骤S7，根据所述馈线分支线路阻抗和所述入户段阻抗计算用户回路阻抗；

步骤S8，将同节点不同用户计算的用户回路阻抗进行比对，或者分别与异常用电判断阈值进行比对，判断用户是否存在异常用电行为。

其中，所述步骤S4以低压电路为纯阻性电路，和用户负荷功率因素为1作为假设条件，建立用户回路电压方程。

其中，所述步骤S3建立的电路模型中，根节点用字母A标号，中间节点依次按顺序分别用字母标号，末端节点按顺序分别用数字标号，两节点间为线路阻抗，中间节点之间为馈线分支线路阻抗，阻抗标称分别用两端节点标号标注，按电流流向，前端节点在前，后端节点在后，节点电压用节点标号表示；则所述步骤S4具体包括：

步骤S41，建立计算每段阻抗的压降的公式如下：

ΔU＝Z*∑I_i (1)

上式中，∑I_i为阻抗Z上流经的所有用户的电流之和；

步骤S42，建立非入户终端所在的用户节点N的回路电压方程如下：

U_A＝Z_AB*∑I_i+Z_BC*∑I_i+...+Z_MN*∑I_i+U_N (2)

步骤S43，建立节点N对应的馈线分支线路阻抗地计算方式如下：

上式中，∑I_i(t1)-∑I_i(t2)仅为t1、t2两个时刻用户节点N上所有用户的电流之和的差值，Z'(t)为阻抗校正函数，所述阻抗校正函数用于代表该条馈线分支线路上其他用户在t1、t2两个时刻之间的负荷变化所对应线路压降变化的等效阻抗值。

其中，所述步骤S5具体包括：假定t1和t2时刻的根节点A的电压不变，将所述步骤S1采集的t1和t2两个时刻的电压、电流值，以及t1时刻的阻抗修正值代入前述公式(3)，求得馈线分支线路阻抗。

其中，所述阻抗校正函数Z'(t)通过以下步骤获取：

按照上述公式(3)，以5分钟作为一个计算时刻，计算出每日144个阻抗值；

通过概率分布函数推算出的阻抗值；

根据每个计算时刻实际计算的阻抗值与推算的阻抗值的差，获取阻抗修正值；

通过连续5～7日的整日阻抗修正值样本，利用概率分布函数拟合出所述阻抗修正函数Z'(t)。

其中，所述步骤S6计算入户段阻抗具体包含以下步骤：

步骤S61，根据所述步骤S1获取的用户节点电压U_C和根据步骤S2辨识出的用户内电热负荷的电流，计算该电热负荷的实际功率；

步骤S62，根据该电热负荷的实际功率推算该电热负荷的额定功率；

步骤S63，通过推算出的额定功率计算该电热负荷的额定工作电流；

步骤S64，根据步骤S2获取的该电热负荷的伏安特性，由该电热负荷的实际功率计算出电热负荷两端的实际电压U_i；

步骤S65，按照下述公式计算入户段线路阻抗：

Z_Ci＝(U_C-U_i)/I。

其中，所述步骤S8具体包括：

将同节点不同用户在多个时刻计算的用户回路阻抗进行比对，若某用户对应的用户回路阻抗均大于同节点其他用户的用户回路阻抗10倍以上，则判定该用户存在异常用电行为。

其中，所述步骤S8具体包括：

将某用户的用户回路阻抗与异常用电判断阈值进行比对，如果超过异常用电判断阈值，则判定该用户存在异常用电行为。

其中，所述的方法，还包括：

若某节点对应的馈线分支线路阻抗超过老化阈值，则判定该馈线分支线路存在线路老化断线危险或局部接触电阻过大。

其中，所述老化阈值设定为正常阻抗值的20倍以上。

本发明实施例的有益效果在于：通过用户回路阻抗的实时监测，有效发现用户窃电的异常用电行为，帮助电力管理者加强用电管理，提高企业的经济效益；还可及时发现线路老化现象，进行短路或断路故障预判，有效减少故障发生，提高供电可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种楼宇用户用电异常判定方法的流程示意图。

图2为本发明实施例中楼宇用户线路架构示意图。

图3为本发明实施例中构建的电路模型示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。

请参照图1所示，本发明实施例提供一种楼宇用户用电异常判定方法，包括：

步骤S1，通过非入户量测终端在楼宇表箱总开处采集分支点处三相电压，在各用户入户开关处采集用户电流；

步骤S2，根据用户端口电压、电流特性辨识用户的电气特征量和非电气特征量，进而辨识用户内电热负荷类型及其伏安特性；

步骤S3，根据楼宇表箱至用户的低压配电网网络拓扑结构构建电路模型，所述电路模型根节点为馈线分支线路与母线的连接点，中间节点为各分支箱，末端节点为用户端；

步骤S4，根据所述电路模型，以电路和用户负荷功率因素相等为假设条件，建立数学模型；

步骤S5，将非入户量测终端采集的数据以及阻抗校正函数代入所述数学模型进行计算，获得馈线分支线路阻抗；

步骤S6，根据辨识出的用户内电热负荷类型及其伏安特性计算入户段阻抗；

步骤S7，根据所述馈线分支线路阻抗和所述入户段阻抗计算用户回路阻抗；

步骤S8，将同节点不同用户计算的用户回路阻抗进行比对，或者分别与异常用电判断阈值进行比对，判断用户是否存在异常用电行为。

具体地，请先参照图2所示，非入户量测终端(NDTU)安装于楼宇表箱内，通过在表箱总开处采集分支点处三相电压，在各用户入户开关处采集入户电流，可辨识用户精细化负荷用电行为。具体地，非入户量测终端通过其内的电压互感器采集三相电压瞬时值u，并做基础数据有效值U的分析；非入户量测终端通过其内的电流互感器采集用户并网关口电流瞬时值i，并做有效值I的分析，FFP谐波分析等。非入户量测终端可辨识用户负荷类型，其特征在于，根据用户端口电压、电流特性辨识用户的电气特征量和非电气特征量，进而辨识用户内负荷类型及其伏安特性。

步骤S3构建的电路模型如图3所示，根节点用字母A标号，中间节点依次按顺序分别用字母标号，末端节点按顺序分别用数字标号。两节点间为线路阻抗，中间节点之间为馈线分支线路阻抗，中间节点和末端节点之间为入户线路阻抗，阻抗标称分别用两端节点编号标注，按电流流向，前端节点在前，后端节点在后，如Z_AB，Z_B1；节点电压用节点标号表示，如U_B，U_C等，流经入户线路的电流用数字表示，如I₁，I₂等。

步骤S4以电路模型为基础，以低压电路为纯阻性电路，和用户负荷功率因素为1作为假设条件，建立用户回路电压方程，其具体包括：

步骤S41，建立计算每段阻抗的压降的公式如下：

ΔU＝Z*∑I_i (1)

上式中，∑I_i为阻抗Z上流经的所有用户的电流之和。

步骤S42，建立非入户终端所在的用户节点N的回路电压方程如下：

U_A＝Z_AB*∑I_i+Z_BC*∑I_i+...+Z_MN*∑I_i+U_N (2)

步骤S43，建立节点N对应的馈线分支线路阻抗计算方式如下：

上式中，∑I_i(t1)-∑I_i(t2)为t1、t2两个时刻用户节点N上所有用户的电流之和的差值，U_N(t1)-U_N(t2)为t1、t2两个时刻用户节点N的电压差值，Z'(t)为阻抗校正函数，是本实施例引入的一个虚拟变量，代表该条馈线分支线路上其他用户在t1、t2两个时刻内负荷变化，所对应线路压降变化的等效阻抗值，Z'(t)中的t取t1时刻。

步骤S5计算馈线分支线路阻抗，举例来说，假设该馈线共6个节点，每个分支节点每相带3个用户，以分节点C处的A相电路为例，计算馈线分支线路阻抗的具体步骤如下：

1)分节点C处的非入户终端采集电压U_C，采集该节点所带用户电流I₄,I₅,I₆；

2)列t1和t2时刻C节点的回路电压方程：

假定t1和t2时刻的根节点A的电压基本不变，引入阻抗修正函数Z'(t)，对(4)、(5)两式处理后得：

3)代入步骤S1采集的t1和t2两个时刻的电压、电流值，以及t1时刻的阻抗修正值，即可求得馈线分支线路阻抗值。

需要说明的是，前述步骤中阻抗校正函数Z'(t)通过以下步骤获取：

1)按照上述公式(6)，以5分钟作为一个计算时刻，计算出每日144个阻抗值，需要说明的是，计算出的阻抗值既包含实际线路阻抗值，也包括变化的阻抗修正值；

2)通过概率分布函数推算出准确的阻抗值Z；

3)根据每个计算时刻实际计算的阻抗值与准确的阻抗值的差，获取阻抗修正值Z′；

4)通过连续5～7日的整日阻抗修正值样本，利用概率分布函数，拟合出阻抗修正函数Z'(t)。

所述步骤S6计算入户段阻抗具体包含以下步骤：

步骤S61，根据步骤S1获取的用户节点电压U_C和根据步骤S2辨识出的用户内电热负荷的电流，计算该电热负荷的实际功率；

步骤S62，根据该电热负荷的实际功率推算该电热负荷的额定功率；具体地，考虑到正常电热设备的功率并不是连续的，而是有典型值的，例如1kW、1.5kW、2kW等，可将这些典型值作为推算值，放入预先建立的可供判断的数据库里，具体计算时，对计算出的实际功率按照距离最近原则从该数据库里选择推算值，比如说通过计算的实际功率为1.4kW，则可推算其额定功率是1.5kW；

步骤S63，通过推算出的额定功率计算该电热负荷的额定工作电流；

步骤S64，根据步骤S2获取的该电热负荷的伏安特性，由该电热负荷的实际功率计算出电热负荷两端的实际电压U_i；

步骤S65，按照下述公式(7)计算入户段线路阻抗：

Z_Ci＝(U_C-U_i)/I (7)。

所述步骤S7计算用户回路阻抗，具体是将按公式(6)计算的馈线分支线路阻抗与按公式(7)计算的入户线路阻抗求和，如公式(8)所示：

Z_Ai＝Z_AB+Z_BC+Z_Ci (8)

步骤S8中对用户异常用电行为判定，具体包括：

将同节点不同用户所计算的用户回路阻抗进行比对，判断该用户是否存在异常用电，通常若某用户对应计算的用户回路阻抗持续远大于同节点其他用户所计算的用户回路阻抗10倍以上；或者超过异常用电判断阈值，则判定该用户存在异常用电行为，需要现场进一步检查落实。

若某用户对应的用户回路阻抗随着时间推移明显增大，则该用户可能存在线路老化，通过与老化阈值比对，如果超过老化阈值，则确定该用户存在线路老化断线危险或局部接触电阻过大，需要停电检修并排除故障。不同类型的线路阻抗值不相同，比如低压配电网常用的线缆YJV22-95，其阻抗的一般值为0.22欧/千米，其老化阈值设定一般为正常阻抗值的20倍以上。

通过上述说明可知，本发明实施例的有益效果在于，通过用户回路阻抗的实时监测，有效发现用户窃电的异常用电行为，帮助电力管理者加强用电管理，提高企业的经济效益；还可及时发现线路老化现象，进行短路或断路故障预判，有效减少故障发生，提高供电可靠性。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种楼宇用户用电异常判定方法，其特征在于，包括：

步骤S1，通过非入户量测终端在楼宇表箱总开处采集分支点处三相电压，在各用户入户开关处采集用户电流；

步骤S2，根据用户端口电压、电流特性辨识用户的电气特征量和非电气特征量，进而辨识用户内电热负荷类型及其伏安特性；

步骤S3，根据楼宇表箱至用户的低压配电网网络拓扑结构构建电路模型，所述电路模型根节点为馈线分支线路与母线的连接点，中间节点为各分支箱，末端节点为用户端；

步骤S4，根据所述电路模型，以电路和用户负荷功率因素相等为假设条件，建立数学模型；

步骤S5，将非入户量测终端采集的数据以及阻抗校正函数代入所述数学模型进行计算，获得馈线分支线路阻抗；

步骤S6，根据辨识出的用户内电热负荷类型及其伏安特性计算入户段阻抗；

步骤S7，根据所述馈线分支线路阻抗和所述入户段阻抗计算用户回路阻抗；

步骤S8，将同节点不同用户计算的用户回路阻抗进行比对，或者分别与异常用电判断阈值进行比对，判断用户是否存在异常用电行为。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4以低压电路为纯阻性电路，和用户负荷功率因素为1作为假设条件，建立用户回路电压方程。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S3建立的电路模型中，根节点用字母A标号，中间节点依次按顺序分别用字母标号，末端节点按顺序分别用数字标号，两节点间为线路阻抗，中间节点之间为馈线分支线路阻抗，阻抗标称分别用两端节点标号标注，按电流流向，前端节点在前，后端节点在后，节点电压用节点标号表示；则所述步骤S4具体包括：

步骤S41，建立计算每段阻抗的压降的公式如下：

ΔU＝Z*∑I_i (1)

上式中，∑I_i为阻抗Z上流经的所有用户的电流之和；

步骤S42，建立非入户终端所在的用户节点N的回路电压方程如下：

U_A＝Z_AB*∑I_i+Z_BC*∑I_i+...+Z_MN*∑I_i+U_N (2)

步骤S43，建立节点N对应的馈线分支线路阻抗地计算方式如下：

上式中，∑I_i(t1)-∑I_i(t2)为t1、t2两个时刻用户节点N上所有用户的电流之和的差值，Z'(t)为阻抗校正函数，所述阻抗校正函数用于代表该条馈线分支线路上其他用户在t1、t2两个时刻之间的负荷变化所对应线路压降变化的等效阻抗值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：假定t1和t2时刻的根节点A的电压不变，将所述步骤S1采集的t1和t2两个时刻的电压、电流值，以及t1时刻的阻抗修正值代入前述公式(3)，求得馈线分支线路阻抗。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述阻抗校正函数Z'(t)通过以下步骤获取：

按照上述公式(3)，以5分钟作为一个计算时刻，计算出每日144个阻抗值；

通过概率分布函数推算出的阻抗值；

根据每个计算时刻实际计算的阻抗值与推算的阻抗值的差，获取阻抗修正值；

通过连续5～7日的整日阻抗修正值样本，利用概率分布函数拟合出所述阻抗修正函数Z'(t)。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S6计算入户段阻抗具体包含以下步骤：

步骤S61，根据所述步骤S1获取的用户节点电压U_C和根据步骤S2辨识出的用户内电热负荷的电流，计算该电热负荷的实际功率；

步骤S62，根据该电热负荷的实际功率推算该电热负荷的额定功率；

步骤S63，通过推算出的额定功率计算该电热负荷的额定工作电流；

步骤S64，根据步骤S2获取的该电热负荷的伏安特性，由该电热负荷的实际功率计算出电热负荷两端的实际电压U_i；

步骤S65，按照下述公式计算入户段线路阻抗：

Z_Ci＝(U_C-U_i)/I。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S8具体包括：

将同节点不同用户在多个时刻计算的用户回路阻抗进行比对，若某用户对应的用户回路阻抗均大于同节点其他用户的用户回路阻抗10倍以上，则判定该用户存在异常用电行为。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S8具体包括：

将某用户的用户回路阻抗与异常用电判断阈值进行比对，如果超过异常用电判断阈值，则判定该用户存在异常用电行为。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

若某节点对应的馈线分支线路阻抗超过老化阈值，则判定该馈线分支线路存在线路老化断线危险或局部接触电阻过大。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述老化阈值设定为正常阻抗值的20倍以上。