智能電網(wǎng)非法用電行為分布式檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明所設(shè)及的是智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域中的非法用電行為檢測系統(tǒng)，具體是一 種高效率快速響應(yīng)智能電網(wǎng)非法用電行為分布式檢測系統(tǒng)及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 智能電網(wǎng)是針對(duì)下一代電網(wǎng)改造提出的規(guī)劃設(shè)想，其核屯、意義在于引入智能設(shè) 備，更新原有機(jī)械裝置，使得電網(wǎng)全局信息交互更為方便直接，調(diào)控配置也智能化。直觀表 現(xiàn)有，引入智能電表，實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)和電網(wǎng)用戶間的雙向信息交互。
[0003] 非法用電行為是指用戶不按照合同使用電能，一般包含電力欺詐，偷電漏電等，電 力行業(yè)中，因該種行為產(chǎn)生的耗費(fèi)被稱作非技術(shù)性損耗。該一行為對(duì)于電網(wǎng)產(chǎn)生了巨大危 害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界各國每年生產(chǎn)的電能中，高達(dá)20%的份額為非技術(shù)性損耗。非法用電行 為主要有兩種攻擊手段：一種為物理攻擊，即通過對(duì)電表、變壓器、傳輸線路等進(jìn)行物理性 篡改（短接電表電路、破壞變壓器內(nèi)加壓煤油等），使得自身電能消費(fèi)不被記錄；另一種為 網(wǎng)絡(luò)攻擊，即針對(duì)電網(wǎng)內(nèi)的智能設(shè)備（智能電表、智能變壓器等）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)式入侵，篡改內(nèi) 部程序，更改計(jì)數(shù)器設(shè)置，同樣來逃避電能消耗的計(jì)費(fèi)。
[0004] 傳統(tǒng)電網(wǎng)中，非法用電行為的檢測通常會(huì)有如下幾個(gè)階段；1. 一線電力巡查人員 或者終端用戶報(bào)備可疑用戶、可疑片區(qū)及可疑行為；2.電力企業(yè)派出技術(shù)人員采集可疑用 戶或片區(qū)的電力數(shù)據(jù)，為了提高檢測的準(zhǔn)確度，通常會(huì)采樣2-3個(gè)月的數(shù)據(jù)；3.數(shù)據(jù)分析人 員針對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行周密分析，W此判斷是否非法用電。該方案對(duì)于人力資源耗費(fèi)巨大，且 時(shí)間周期長，精度不高，對(duì)于電網(wǎng)的覆蓋也十分有限。
[0005] 智能電網(wǎng)時(shí)代，人們借助智能設(shè)備，使得電力數(shù)據(jù)的采集更為快捷，但相比傳統(tǒng)電 網(wǎng)，智能設(shè)備的引入，使得非法用電行為的攻擊手段更為多樣，檢測也更為困難。非法用電 行為檢測作為領(lǐng)域內(nèi)熱點(diǎn)問題，其解決方法實(shí)施存在諸多難點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：
[0006] 1)全網(wǎng)覆蓋：電網(wǎng)作為關(guān)乎國計(jì)民生的骨干網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)眾多，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，全局而 言，異常行為的產(chǎn)生幾乎是每時(shí)每刻，對(duì)于全網(wǎng)的監(jiān)控是一大難點(diǎn)。
[0007] 2)快速響應(yīng)；智能電網(wǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量龐大，非法用電行為的分布面又十分廣泛， 如何開發(fā)算法，使得檢測機(jī)制能夠快速響應(yīng)是又一難點(diǎn)。
[000引 3)應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的攻擊行為；電網(wǎng)，尤其是智能電網(wǎng)引入的智能設(shè)備，使得針對(duì) 電網(wǎng)的非法攻擊行為在原有物理方式之外，增加了網(wǎng)絡(luò)攻擊的可能，網(wǎng)絡(luò)攻擊呈現(xiàn)復(fù)雜多 變的趨勢，非法用電者呈現(xiàn)的行為模式也難W界定。如何應(yīng)對(duì)不斷"創(chuàng)新"的非法用電行為 是另一難點(diǎn)。
[0009] 通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的檢測方法大多為集中式的機(jī)器學(xué)習(xí)分類 方法。如美國Toledo大學(xué)電子工程及計(jì)算機(jī)科學(xué)系的Soma化ekara Sreena化Reddy Depuru、Lingfeng Wang等人提出的基于支持向量機(jī)的非法用電行為檢測系統(tǒng)，首先對(duì)現(xiàn)有 電網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，獲取非法用電用戶和誠信用戶的電力消費(fèi)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行標(biāo) 定并分離特征值后，輸入支持向量機(jī)，對(duì)數(shù)據(jù)完成建模后，生成數(shù)據(jù)分類處理程序，之后才 將系統(tǒng)投入運(yùn)行，將電網(wǎng)內(nèi)各用戶一段時(shí)間內(nèi)的電力消費(fèi)數(shù)據(jù)交由支持向量機(jī)生成的分類 處理程序檢測判斷，如果程序?qū)⑵浞诸悶榉欠ㄓ秒娦袨椋瑒t標(biāo)定出該用戶，否則則略過該數(shù) 據(jù)。此方法有相當(dāng)?shù)木窒扌裕?.對(duì)于稠密網(wǎng)絡(luò)，機(jī)器學(xué)習(xí)檢測方法運(yùn)行時(shí)間長，效率低下； 2.檢測精度并不高，按現(xiàn)有應(yīng)用實(shí)例來看，準(zhǔn)確度在60%左右，最后仍然需要數(shù)據(jù)分析人 員來重新驗(yàn)證。3.訓(xùn)練樣本依賴度高，且針對(duì)其特征值不能及時(shí)更新，無法做到"實(shí)時(shí)"的 行為檢測。其他關(guān)于非法用電行為檢測的嘗試，采用的方法有統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、決策樹、神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)算法及遺傳算法等，該些方法都或多或少具有上述局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)存在的上述不足，提出一種基于線性方程簡化求解的分布式 高效率快速反應(yīng)的智能電網(wǎng)非法用電行為檢測系統(tǒng)，借助智能電網(wǎng)中的智能設(shè)備的可計(jì)算 能力，分布式地就地檢測用戶的非法用電行為，避免了數(shù)據(jù)集中式處理帶來的延遲耗費(fèi)，并 能穩(wěn)定地運(yùn)行處理稠密電網(wǎng)拓?fù)洌瑫r(shí)天然地覆蓋全局電網(wǎng)，"實(shí)時(shí)"地分析檢測智能電網(wǎng) 中的非法用電行為。
[0011] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0012] 一種智能電網(wǎng)非法用電行為分布式檢測系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于，包括智能電表數(shù)據(jù)采 集模塊、智能電表數(shù)據(jù)傳輸模塊、智能電表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、智能電表數(shù)據(jù)安全驗(yàn)證模塊和智 能電表核屯、計(jì)算模塊；
[0013] 所述的智能電表數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)收集電表附屬用戶的電能消費(fèi)信息；所述的智 能電表數(shù)據(jù)傳輸模塊通過智能電表間的無線傳輸連接，構(gòu)建基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送單元， 用W傳遞或者接收相關(guān)的計(jì)算結(jié)果，并借助數(shù)據(jù)安全驗(yàn)證模塊檢測數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)本身的 可靠性；所述的智能電表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)按指定形式、結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在電表內(nèi)存中，并 向外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)調(diào)用接口；所述的智能電表數(shù)據(jù)安全驗(yàn)證模塊，用于對(duì)數(shù)據(jù)完整性進(jìn)行 檢測W及訪問權(quán)限進(jìn)行控制，維護(hù)數(shù)據(jù)傳遞過程中的一致性及數(shù)據(jù)傳輸參與雙方的身份可 靠性；所述的智能電表核屯、計(jì)算模塊，計(jì)算本地附屬用戶的非法用電檢測參數(shù)及可推導(dǎo)的 其他用戶的智能電表數(shù)據(jù)，并調(diào)用數(shù)據(jù)傳輸模塊將計(jì)算結(jié)果傳輸出去。
[0014] 所述的智能電表數(shù)據(jù)采集模塊包括：數(shù)據(jù)采樣模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)調(diào)用模塊；所述的 數(shù)據(jù)采樣模塊連接智能電表數(shù)據(jù)接口，按照設(shè)定的采樣周期，獲取周期內(nèi)的智能電表數(shù)據(jù) 和；所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)調(diào)用模塊將采樣數(shù)據(jù)W鍵值對(duì)數(shù)組的形式組織，將之存儲(chǔ)在智能電表 內(nèi)存中，鍵值對(duì)是指時(shí)間周期與相應(yīng)電力數(shù)據(jù)的一一對(duì)應(yīng)。
[0015] 所述的智能電表數(shù)據(jù)傳輸模塊包括：數(shù)據(jù)接收模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，所述的數(shù)據(jù) 接收模塊負(fù)責(zé)和數(shù)據(jù)發(fā)送方建立數(shù)據(jù)傳輸通路，接收其發(fā)送的數(shù)據(jù)，并調(diào)用智能電表數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)模塊，W對(duì)象式文件的形式完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；所述的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊負(fù)責(zé)和數(shù)據(jù)接收方建 立數(shù)據(jù)傳輸通路，調(diào)用智能電表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊獲取指定數(shù)據(jù)內(nèi)容，向其發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0016] 所述的智能電表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包括：數(shù)據(jù)讀取模塊和數(shù)據(jù)寫入模塊，所述的數(shù)據(jù) 讀取模塊負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)文件名，查閱文件名和數(shù)據(jù)內(nèi)容存儲(chǔ)地址對(duì)照表，從智能電表內(nèi)存 中的實(shí)際物理地址處，讀取相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容；所述的數(shù)據(jù)寫入模塊負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)文件名、 數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)組織形式等參數(shù)信息和數(shù)據(jù)內(nèi)容本身，將實(shí)際數(shù)據(jù)內(nèi)容按照指定的數(shù)據(jù)類 型和組織形式寫入智能電表內(nèi)存。
[0017] 所述的數(shù)據(jù)安全驗(yàn)證模塊包括：數(shù)據(jù)完整性計(jì)算模塊和數(shù)據(jù)源身份驗(yàn)證模塊，所 述的數(shù)據(jù)完整性計(jì)算模塊獲取數(shù)據(jù)中的校驗(yàn)和數(shù)據(jù)信息，計(jì)算當(dāng)前數(shù)據(jù)內(nèi)容對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)和 值，與數(shù)據(jù)自帶的校驗(yàn)和值進(jìn)行比對(duì)，如果相同，則說明數(shù)據(jù)的完整性并未受到破壞，如果 不同，則丟棄該數(shù)據(jù)；所述的數(shù)據(jù)源身份驗(yàn)證模塊獲取數(shù)據(jù)中發(fā)送方信息，經(jīng)由接收方私鑰 解密后，鑒定數(shù)據(jù)源是否可靠，如果解密后獲取的數(shù)字序列在接收方驗(yàn)證庫可W查到，則數(shù) 據(jù)源可靠，否則丟棄數(shù)據(jù)。
[001引所述的智能電表核屯、計(jì)算模塊包括；LU矩陣分解模塊和回溯數(shù)值替換模塊，所述 的LU矩陣分解模塊通過智能電表數(shù)據(jù)傳輸