CN112162136A - 应用于配电网融合终端的防窃电方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明为应用于配电网融合终端的防窃电方法及系统，其方法包括：建立台区拓扑关系，位于台区的三相电能总表的每相电流等于各个户表的电流和，各个户表在对应相上是并联关系；采集三相电能总表安装处的电流、电压数据，上传并存储各个户表的电流、电压、功率方向数据，根据同一时间坐标、同一拓扑关系三相电能总表安装处电流、电压数据与各个户表的电流、电压数据的统计、分析，判断各个户表是否存在窃电行为。本发明可以在不增加设备的基础上对用户进行防窃电监测，节约成本、准确率高。

Description

应用于配电网融合终端的防窃电方法及系统

技术领域

本发明涉及用电管理技术领域，特别涉及应用于配电网融合终端的防窃电方法及系统。

背景技术

现代社会建立在以电力为基础的能源体系中，做好电力企业的供电保障对于确保经济的发展以及居民的生产、生活有着极为重要的意义，供电企业通过采用“一户一表”的方式、加强供配电线路的改造和采用更大容量的电能表等措施，极大地确保了居民的用电安全。但是在电力企业供电运营中发现，偷、窃电的行为仍时有发生，在严重损害供电企业经济效益的同时也对供电设备的安全造成了严重的影响。随着科技的进步与防偷、窃电手段的提高，偷、窃电行为也更为隐蔽和难以防范，给电力企业的安全运行带来了极大的安全隐患，电力企业需要构建起完善的防偷、窃电安全体系，切实保障电力供应的安全可靠运行。现有防窃电技术方案主要包括以下两类：

(1)在电能表计安装的地方、表计上安装各种防窃电硬件措施，达到防止窃电的目的。例如，在供电企业的防偷、窃电措施中，对于低压的疑似窃电用户，可以对其采用双向的电流计量电表，对比两个电表的计量数值，如两者之间的偏差较大则存在着偷、窃电行为。这个方案的原理还是计算电能输出与电能使用之间的差值来分析判断。

(2)通过对总的电能输出和各户表电能使用的差值来判断是否有窃电行为。可以将安装在室内的电能计量表移到室外集中安放，对于电能计量表需要采用绝缘的导线或是低压电缆封闭进入到防窃电分线盒，电能表的接线盒中应当加装防撬塑封，避免用户撬开电柜私自进行电表的改动从而进行偷窃电。对于高压用户也可采取同样的方式予以预防，对于一些距离变压器配电房较近的用户，可以在该用户的专用变压器的低压桩的头部添加一组计量电流互感器，而后将变压器的低压桩头以及电流互感器都封闭在护罩内。这些措施都是针对电能表防窃电的硬件措施。

上述方案(1)中，采用两个电表法无疑是最能发现用户窃电行为的措施，但是安装双向电流计量表无疑增加了电表的硬件投资，而且这部分投资比较大，窃电用户相对非窃电用户毕竟是少数，采用双表法增大了电力系统的投资。上述方案(2)中，采用电能总表与分户表电量差值法可以节省大量投资，但存在总表与分户表拓扑关系有错误、低压线损无法精确计算、表计计量误差等因素，造成对窃电不能准确判断。需要用电监察人员对所负责的片区要很熟悉才能起到一定的作用。此外，采用各种硬件防窃电措施对用能较大的用户效果比较明显，但对于居民用户由于数量庞大，对这部分用户的用电监察需要投入大量的人力、物力成本。

发明内容

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供应用于配电网融合终端的防窃电方法及系统，不需要增加防窃电设备，成本低，准确度高，能对窃电进行准确判断及定位。

本发明方法采用如下技术方案来实现，应用于配电网融合终端的防窃电方法，包括以下步骤：

建立台区拓扑关系，位于台区的三相电能总表的每相电流等于各个户表的电流和，各个户表在对应相上是并联关系；

采集三相电能总表安装处的电流、电压数据，利用各个户表上传并存储各个户表的电流、电压、功率方向数据，根据同一时间坐标、同一拓扑关系三相电能总表安装处电流、电压数据与各个户表的电流、电压数据的统计、分析，判断各个户表是否存在窃电行为。

本发明系统采用如下技术方案来实现，应用于配电网融合终端的防窃电系统，包括：

多个户表及位于台区的三相电能总表，建立多个户表与三相电能总表之间的台区拓扑关系，三相电能总表的每相电流等于该相各个户表的电流和，各个户表在对应相上是并联关系；

数据采集及存储模块，用于采集三相电能总表安装处的电流、电压数据，接收并存储各个户表上传的电流、电压、功率方向数据；

数据分析模块，用于根据同一时间坐标、同一拓扑关系三相电能总表安装处电流、电压数据与各个户表的电流、电压数据的统计、分析，判断各个户表是否存在窃电行为。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用电压、电流、功率方向等准实时数据判断是否有窃电行为发生，能够在较短时间(分钟级或秒级)内发现窃电行为并及时进行处理，减少电量损失；改变了传统的依靠电能量差值来判断是否窃电的方法，避免了电能量差值法由于存在较大的线损误差而造成的误判断或者是无法判断窃电的情形，也避免了电能量由于一般采用日结算或者月结算方式，而只能够在一天或者一个月结束时才能发现电量损失的情形。

2、本发明不需要额外增加防窃电设备即可对窃电行为进行检测，利用户表信息做集中分析、判断，及时、准确的发现用户的窃电行为，并及时上报给主管用电监察部门，供用电监察部分有效的开展防窃电工作，减少供电系统由于窃电造成的电能量损失，减少由于用户窃电发生的设备损坏造成的损失，成本低，具有极高的推广价值。

3、现有技术中采用电能量差值法判断是否窃电，即使发现有窃电行为也只能根据用电监察人员的经验去判断可能是哪一户或者几户存在窃电可能，即需要人工逐个排查，费时、费力，效率极低。而本发明能够及时发现窃电行为并且能够利用拓扑图进行逐点比较，通过比较确定是哪一户或者几户发生窃电行为，基本定位到户，省时、高效。

4、通过多事件信息比较可以过滤一些误报警信息，避免窃电行为的误判断。

附图说明

图1为本发明台区拓扑关系示意图；

图2为本发明防窃电系统的判断原理示意图；

图3是本发明实施例1的防窃电流程图；

图4是本发明实施例2的防窃电流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。

本发明涉及的部分缩略语和关键术语定义如下：

反向功率：正向功率是吸收系统的有用功,反向功率是向系统输送有用功。可以这样理解，电压方向不变的情况下，正向功率的电流方向是由电源侧指向用户侧的，反向功率的电流方向是从用户侧指向电源。

拓扑关系：拓扑关系是指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接、关联、包含和连通关系。

本发明首先建立台区拓扑关系，如图1所示，根据基尔霍夫定律位于台区的三相电能总表的每相电流等于各个户表的电流和。实时计算总表每相电流与各个户表的电流差值，理论上当电流不为零时就存在窃电行为，当某个用户有采用分流电流的方法窃电时，流入户表的电流减小，总表与各个户表的电流差值不为零，判断该用户存在窃电行为。考虑到低压的容性电流，可以考虑预设一个门槛值，当电流差值大于预设门槛值时才判断为存在窃电行为，发出窃电报警。

各个户表在对应相上(即某一相)是并联关系，电压相等，当某个用户采用电压窃电时，该户电表上采集的电压值降低，当采集到的电压降低时判断该户存在窃电可能，再将该户表电压与同样拓扑关系中的其他户表电压进行比较，如果同样拓扑关系中的其他户表电压未降低则判断该户存在窃电，当其他户表电压也存在降低时则认为该拓扑区域存在电压过低现象，不存在窃电现象。

如图2所示，本发明防窃电系统包括多个户表及位于台区的三相电能总表，并建立起多个户表与三相电能总表之间的台区拓扑关系，三相电能总表的每相电流等于该相各个户表的电流和，各个户表在对应相上是并联关系；还包括数据采集及存储模块、数据分析模块，数据采集及存储模块采集三相电能总表安装处的电流、电压数据，接收并存储各个户表上传的电流、电压、功率方向数据；数据分析模块根据同一时间坐标、同一拓扑关系三相电能总表安装处电流、电压数据与各个户表的电流、电压数据的统计、分析，判断各个户表是否存在窃电行为，存在窃电行为时将窃电行为的用户信息上报用电监察部门。

在实际应用中，通过在配电网台区和配电房的融合终端中安装运行本发明防窃电方法及系统的APP应用，可以就地对本台区和配电房所管辖的用户窃电行为进行判断和报警，将判断结果上送到配电网数据中台，供用电监察部门使用；无论是上述台区分支总电流等参数的获取，还是本发明整个窃电方法及系统的实施，均不需要增加其他设备。

对于智能单相电度表，首先的前提是存在窃电的行为不是大面积的，而是个别现象，那么针对个例的判断才能进行。本发明针对户表为智能单相电表的不同窃电方式采用的判据归纳如下：

1)针对改变电压的窃电行为，利用电表实时上报的电压信息，当户表电压有所下降时，与同样拓扑关系内的其他户表电压作比较，如果只是单个户表电压有所下降或者为零，而其他户表电压无下降，可以判断为有窃电行为；如果所有户表电压都相同，那么可能是拓扑关系这一区域存在电压低问题，而不是有窃电行为。此外，还可以通过采集表计开盖信息来作为窃电行为的补充判断依据。

也就是说，可以预先设定一个百分比阈值，当户表电压在原有电压基础上下降为原有电压的百分比，且小于该预先设定的百分比阈值时，判断为有窃电可能。

2)针对使用辅助变压器的窃电行为。使用辅助变压器窃电，也叫比流法窃电，用变压器二次输出大电流反向接入电度表的电流线圈，使电度表反向计量；这种方法没有什么痕迹，窃电者只需在供电部门每月抄表前，使电度表反转，减少一定电度即可。此时户表的电流方向与负荷电流方向相反，如果是过补偿，常用的单向费控智能电表会上送功率反向信息，通过功率反向信息确定相应户表(即相应用电客户)存在窃电行为。如果是欠补偿或者等补偿，用基尔霍夫定律计算电流差的方法误差会更小，用台区分支总电流与相应分支拓扑关系内所有户表的电流差作为判断是否有窃电的依据，理想状态下的电流差值为零，考虑到互感器和计量误差可以考虑一个可以设定的定值，可以为分支总电流的百分数。当计算到台区分支总电流与该分支拓扑关系内所有户表的电流差值大于该定值后上送窃电报警；具体哪个用户发生窃电，则通过将每个户表发生窃电报警时的电流值与上一个周波电流值进行比较，此时单个户表电流差值与分支总表和分支户表电流差值相等，从而判断是哪个户表存在窃电可能。这样的计算中有可能存在有的户表恰好有用电负荷减少的情况，但这种情况不会太多。

3)针对调换输入电度表的零线与火线，使零线流入电度表的电流为零的行为。由于电度量是受电压、电流、功率因素三方面影响的，而台区和配电房的电压要高于用户端的电压(低压线路压降)，再加上线路的线损，所以计算出的电度量偏差较大。所以用基尔霍夫定律计算电流差的方法误差会更小，用台区分支电流与该分支拓扑关系内所有户表的电流差作为判断是否有窃电的依据，理想状态下的电流差值为零，考虑到互感器和计量误差可以考虑一个可以设定的定值，可以为分支总电流的百分数。当计算到台区分支电流与该分支所有户表的电流差值大于该定值后，再计算每个户表两个周波电流差值，从而判断是哪个户表存在窃电可能。这样的计算中有可能存在有的户表恰好有用电负荷减少的情况，但这种情况不会太多。

对于智能三相电表的户表，其与单相电度表相比窃电的原理差不多，但窃电的实现手段更多，所以对于三相电度表的防窃电判据需要更多，具体如下：

1)针对改变电压的窃电行为，利用电表实时上报电压的信息，户表电压有一相、两相或三相下降，与同样拓扑关系内的其他户表对应相的电压作比较，如果只是单个户表电压有所下降或者为零，而其他户表电压无下降，可以判断为有窃电行为。如果分支或者台区只有一个用户，针对断开或者降低某一相电压的情形，通过将户表处相电压值和台区相电压值比较的方式判断是否窃电，因为电压会有压降的问题，所以需要有一个门槛值的设定。如果所有户表电压都相同，那么可能是拓扑关系这一区域存在电压低问题或者存在过负荷问题，而不是窃电行为。另外三相电度表户表可以通过改变三相电压相序的方法改变电压与电流之间的夹角，从而将减小有功功率增加无功功率，达到少计量电量的目的，这个可以通过相位角和反向有功功率报警来判断是否存在窃电。

2)针对使用辅助变压器的窃电行为。使用辅助变压器窃电，也叫比流法窃电，此时户表的电流方向与负荷电流方向相反，如果是过补偿，常用的单向费控智能电表会上送功率反向信息，通过功率反向信息确定该用电客户存在窃电行为。如果是欠补偿或者等补偿，用基尔霍夫定律计算电流差的方法误差会更小，用台区分支电流与该分支所有户表的电流差作为判断是否有窃电的依据，理想状态下电流差值为零，考虑到互感器和计量误差可以考虑一个可以设定的定值，可以为分支总电流的百分数。当计算到台区分支电流与该分支所有户表的电流差值大于该定值后认为有窃电行为发生，然后再计算每个户表两个周波电流差值，从而判断是哪个户表存在窃电可能。这样的计算中有可能存在有的户表恰好有用电负荷减少的情况，但这种情况不会太多。

3)对于有电流互感器的窃电方式，可以参考第2)种方式的判断。这时电流差要考虑电流互感器的变比。

下面将从电压、电流两个角度，分别列举相应的具体实施例，进一步详细说明本发明的防窃电方法。

实施例1

本实施例公开了一种防窃电方法，如图3所示，可以对目前常用的单相费控智能电表或者安装了信号采集器的用户进行监测，该方法包括以下步骤：

S11、接收待检测的用户电表(简称户表)实时上报的电压信息；

S12、判断待检测的用户电表电压是否下降，若下降则进入步骤S13，否则返回步骤S11；

S13、计算待检测的用户电表电压下降的百分比；

S14、判断待检测的用户电表电压下降的百分比是否大于预设的百分比阈值，是则进入步骤S15，否则返回步骤S11；

S15、获取同样拓扑关系内的其他用户电表电压；

在本步骤中，可以通过预设在台区的采样APP来获取用户电表电压。在配电网台区和配电房的融合终端中安装防窃电APP，可以就地对本台区和配电房所管辖用户的窃电行为进行报警和判断，将判断结果传送到配电网数据中台，供用电监察部门使用。

S16、判断同样拓扑关系内的其他用户电表电压是否下降，若同样拓扑关系内的其他用户电表电压没有下降则判定待检测的用户电表存在窃电行为，否则判定待检测的用户电表不存在窃电行为。

当判定待检测的用户电表存在窃电行为时发出报警信号，以及时提醒工作人员对发生窃电行为的用户进行进一步调查处理。

实施例2

本实施例公开了一种防窃电方法，如图4所示，可以对目前常用的单相费控智能电表或者安装了信号采集器的用户进行监测，该方法包括以下步骤：

S21、接收三相电能总表实时发送的实时电流信息I_总；

S22、接收与所述总表连接的n个分表(即户表)实时发出的实时电流信息I₁、I₂、I₃、···、I_n，其中n表示的是分表的编号，n大于等于1。

S23、计算n个分表发出的实时电流之和与总表所发出的实时电流信息I_总的差值d₁；具体计算公式为：d₁＝I₁+I₂+I₃+···、+I_n-I_总。

S24、判断所述差值d₁是否大于预设的第一差值阈值，若大于则发出窃电报警信号；否则判定n个分表不存在窃电行为；

由于总表所发出的电流值信息理论上与所有分表的电流值之和的差应该为0，即两者相等，如果差值超过了预设的第一差值阈值，则可以证明该总表所连接的n个分表中存在窃电的用户，此时系统应该发出窃电报警信号，并且在下面的步骤S25至S28中可以分析具体是那个分表存在窃电行为。

S25、获取n个分表在发出窃电报警信号时的电流值，得到电流数据集p1＝{I₁'、I₂'、I₃'、···、I_n'}；

S26、获取n个分表在发出窃电报警信号上一个周波时的电流值，得到电流数据集p2＝{I₁”、I₂”、I₃”、···、I_n”}；

S27、计算数据集P1中的每一个元素与数据集P2中相对应的元素的差值，得到电流差值数据集P3＝{J₁、J₂、J₃、···J_n}，其中J₁＝I₁”-I₁'；J₂＝I₂”-I₂'；···J_n＝I_n”-I_n'；

S28、将数据集P3中的每一个数据分别减去d₁并求绝对值，并判定所得到的绝对值最小的数据所对应的分表存在窃电行为。

通过本方法不仅可以在发生窃电时及时报警，还可以具体确定出是哪一户发生窃电，省时、高效。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.应用于配电网融合终端的防窃电方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立台区拓扑关系，位于台区的三相电能总表的每相电流等于各个户表的电流和，各个户表在对应相上是并联关系；

采集三相电能总表安装处的电流、电压数据，利用各个户表上传并存储的电流、电压、功率方向数据，根据同一时间坐标、同一拓扑关系三相电能总表安装处电流、电压数据与各个户表的电流、电压数据的统计、分析，判断各个户表是否存在窃电行为。

2.根据权利要求1所述的防窃电方法，其特征在于，实时计算三相电能总表每相电流与各个户表的电流差值，当电流差值大于根据低压的容性电流所预设的门槛值时，判断存在窃电行为。

3.根据权利要求1所述的防窃电方法，其特征在于，当某一户表采集到的电压降低时判断该户存在窃电可能，再将该户表电压与同样拓扑关系中的其他户表电压进行比较，如果其他户表电压未降低则判断该户存在窃电，当其他户表电压也降低时则判断该拓扑区域存在电压过低现象，不存在窃电现象。

4.根据权利要求1所述的防窃电方法，其特征在于，窃电行为的判断依据包括：

当户表电压有所下降时，与同样拓扑关系内的其他户表电压作比较，如果只是单个户表电压有所下降或者为零，而其他户表电压无下降，判断为有窃电行为；如果所有户表电压都相同，那么不是有窃电行为；

当户表的电流方向与负荷电流方向相反时，如果是过补偿，通过功率反向信息确定相应户表存在窃电行为，如果是欠补偿或者等补偿，用台区分支总电流与相应分支拓扑关系内所有户表的电流差作为判断是否有窃电的依据。

5.根据权利要求1所述的防窃电方法，其特征在于，所述防窃电方法包括以下步骤：

S11、接收待检测的户表实时上报的电压信息；

S12、判断待检测的户表电压是否下降，若下降则进入步骤S13，否则返回步骤S11；

S13、计算待检测的户表电压下降的百分比；

S14、判断待检测的户表电压下降的百分比是否大于预设的百分比阈值，是则进入步骤S15，否则返回步骤S11；

S15、获取同样拓扑关系内的其他户表电压；

S16、判断同样拓扑关系内的其他户表电压是否下降，若同样拓扑关系内的其他户表电压没有下降则判定待检测的户表存在窃电行为，否则判定待检测的户表不存在窃电行为。

6.根据权利要求1所述的防窃电方法，其特征在于，所述防窃电方法包括以下步骤：

S21、接收三相电能总表实时发送的实时电流信息I_总；

S22、接收与三相电能总表连接的n个户表实时发出的实时电流信息I₁、I₂、I₃、···、I_n，其中n表示户表的编号，n大于等于1；

S23、计算n个户表发出的实时电流信息之和与三相电能总表所发出的实时电流信息I_总的差值d₁；

S24、判断所述差值d₁是否大于预设的第一差值阈值，若大于则发出窃电报警信号；否则判定n个户表不存在窃电行为。

7.根据权利要求6所述的防窃电方法，其特征在于，所述防窃电方法还包括以下步骤：

S25、获取n个户表在发出窃电报警信号时的电流值，得到电流数据集p1＝{I₁'、I₂'、I₃'、···、I_n'}；

S26、获取n个户表在发出窃电报警信号上一个周波时的电流值，得到电流数据集p2＝{I₁”、I₂”、I₃”、···、I_n”}；

S27、计算数据集P1中的每一个元素与数据集P2中相对应的元素的差值，得到电流差值数据集P3＝{J₁、J₂、J₃、···J_n}，其中J₁＝I₁”-I₁'；J₂＝I₂”-I₂'；···J_n＝I_n”-I_n'；

S28、将数据集P3中的每一个数据分别减去差值d₁并求绝对值，判定所得到的绝对值最小的数据所对应的户表存在窃电行为。

8.应用于配电网融合终端的防窃电系统，其特征在于，包括：

多个户表及位于台区的三相电能总表，建立多个户表与三相电能总表之间的台区拓扑关系，三相电能总表的每相电流等于该相各个户表的电流和，各个户表在对应相上是并联关系；

数据采集及存储模块，用于采集三相电能总表安装处的电流、电压数据，接收并存储各个户表上传的电流、电压、功率方向数据；

数据分析模块，用于根据同一时间坐标、同一拓扑关系三相电能总表安装处电流、电压数据与各个户表的电流、电压数据的统计、分析，判断各个户表是否存在窃电行为。

9.根据权利要求8所述的防窃电系统，其特征在于，数据分析模块实时计算三相电能总表每相电流与各个户表的电流差值，当电流差值大于根据低压的容性电流所预设的门槛值时，判断存在窃电行为。

10.根据权利要求8所述的防窃电系统，其特征在于，数据分析模块判断是否存在窃电行为的依据为：当某一户表采集到的电压降低时判断该户存在窃电可能，再将该户表电压与同样拓扑关系中的其他户表电压进行比较，如果其他户表电压未降低则判断该户存在窃电，当其他户表电压也降低时则判断该拓扑区域存在电压过低现象，不存在窃电现象。

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