5G网络切片技术在反窃电领域的应用前景

隋 缘

（天津师范大学，天津 300380）

0 引 言

现代生活中，人们已无法摆脱对电力的依赖，而窃电问题一直是业内“头疼”的事情。我国每年的窃电案例达15万例左右，因窃电造成的电费流失在200亿元左右，窃电引起的各类生产、安全事故所造成的损失更加巨大[1,2]，同时这种行为还扰乱了社会诚信公平体系。窃电行为具有设备智能化、手段专业化、行为隐蔽化、实施规模化、研究职业化、宣传网络化等特征[3]，分为高压、低压窃电两种类型。世界各国已研究出了诸多反窃电产品并得到应用，但反窃电管理迫切需要与数字化融合[2]。

当前，5G网络突破了传统的移动通信领域，承担起了各行业数字化转型的新使命，网络切片技术为5G网络提供了差异化的应用场景[4]，因此，5G网络切片技术在反窃电领域具有广阔的应用前景。

1 5G网络切片技术

5G网络切片白皮书指出，5G网络的不同功能和性能对各种用户提供不同的应用场景[5]，网络切片技术可以对不同应用场景的差异化服务提供技术支撑，专用的、虚拟化的、互相隔离的逻辑网络构建在一个通用物理平台，最大限度提升对外部环境、客户需求和业务场景的网络需求。

2 数字化反窃电技术现状

窃电分为用户私自增容、短接计量箱进出线窃电等与计量装置无关的方法和欠压窃电法、欠流窃电法、移相窃电法、扩差窃电法等与计量装置有关的方法[6]。反高、低压窃电的难度存在着很大的差别，如表1。

表1 反高、低压窃电难度

国内诸多学者经过多年的努力，在反窃电领域取得了较好的成效，而传统的检测手段已无法满足反高科技窃电的要求。随着数据时代的到来，技术人员可以结合数据挖掘、数据分析技术预测可能存在的窃电行为。在此，对国内数字化反窃电代表技术予以概述。

朱劲雷等人[7]发明了10 kV高损线路分支逐级分段快速定位系统。在固定式互感器中内置无线数据采集器，将一次侧电流的模拟信号通过高精度A/D转换芯片转换成数字量，无线短距离发送给表箱内的数据接收器，杜绝了在计量回路窃电和用户对传输信道破坏的可能，同时，外壳及铁心采用开口设计，加装转动轴、卡簧实现快速装、拆；对高损10 kV线路，在总输电线路、主干输电线回路、分支输电线路上安装无线传输互感器，将整个输电线路分成若干区域，形成节点布控网络；利用用电信息采集系统调取全部用户的负控监测数据，按照电流积分、功率比对，自动同时分析各组网单元电流情况，判断该线路各个节点功率是否平衡。当总输电线路负荷与节点分支输电线路及主干输电线回路负荷相当，主干输电线回路负荷与下一节点分支输电线路及主干输电线回路相当，分支输电线路负荷与分支输电线路配变负荷相当，为正常用电状态，否则判断为有主干输电线回路搭接窃电或分支用户窃电行为，从而实现对高压窃电用户实时监测和快速定位。

李伟等人[8]揭示了高压计量互感器内嵌遥控装置的窃电机理，找到了实际计量电流计算公式，分析了实验测试数据，厘清了遥控装置短接分流互感器二次输出实现窃电的真实性，提出了采用一体浇注式高压计量装置（或组合互感器）和在重要用户的计量回路安装二次回路巡检仪的反窃电方法。

在配电与用电节点已安装智能电表的智能电网环境下，郑思达等人[9]提出基于聚类的异常用电行为识别方法监测小用户级别的窃电行为，从智能电表收集的数据中提取用电特征，使用模糊聚类分析数据结构，分析假数据注入攻击等窃电行为，从而提取出正常用户的用电行为特征。

薛宇飞等人[10]设计的基于BP神经网络的反窃电系统，可以对用电用户进行用户能效等级、月用电量、用表类型、所在台区线损、三相不平衡率、功率因数、单耗、是否窃电等分析，比对数据信息对系统进行了功能测试，验证软件可用于电力窃电嫌疑分析，缩小搜索范围，提高反窃电工作效率

侯磊等人[11]建立了包括：业务结构、应用架构（窃电监测分析数据管理层、窃电监测分析业务层、窃电监测分析管理监控层、外围系统等4个层次）、数据架构、技术架构等智能防窃电系统分析模型，根据不同线路线损类别、用户类型和电压等级，对线损异常和用电异常的用户进行智能化过滤与提示，从而对窃电嫌疑户进行有效定位。

石盼等人[12]提出了基于改进小波神经网络的反窃电系统数学模型，得到用户窃电的嫌疑因子和窃电方式。许小卉等人[13]提出了基于配电物联网的反窃电预警系统，在电力物联网的基础上，结合大数据、人工智能深度机器学习技术，通过配电台区变-线-相-户分段、分层的窃电台区嫌疑分析，客户用电负荷曲线的特征分析，精准锁定窃电嫌疑用户，提高供电单位窃电预警能力。

王达等人[14]提出了低压小电量用户“远程+现场”批量筛查、遥控窃电装置的快速精准侦查方法。采用WiFi及GPRS双信道，实现现场及远程的数据传输；采用双CPU数据采集终端，提高抄读数据的准确率。低压台区巡检装置，可采集智能电表表号、电量、电压、电流、零序电流、有功功率、无功功率、功率因数、相位角、开盖记录等各项数据，通过欠流法、欠压法、移相法、表内扩差法，实现了对现场采集的异常数据进行批量筛选，确定嫌疑用户。

3 5G切片技术在电力行业应用现状

5G网络切片技术是一种端到端的技术[15]，每个端到端的切片由无线网络子切片、核心网子切片、承载网子切片等组合而成，5G网络切片的全生命周期管理由端到端的切片管理系统完成。当前5G切片技术在电力行业的研究与应用取得了一些进展，但还有诸多方面需要进一步研究。

2019年我国首次在国家电网天津津滨海公司海洋110 kV变电站东江路沿线区域[16]，采用5G无人机、5G无人车陆空一体化电力设施立体巡检，2019年在500 kV深圳变电站[17]应用5G 技术实现变电站巡检机器人端对端应用（操控平台至机器人终端）。

李欢等人[18]根据5G网络的特性和电网行业发展对通信的需求，研究了5G 网络切片在电网中的架构设计、能力开放和安全隔离分区，开展了低时延高可靠的负荷控制、大带宽的视频监控、海量连接的智能表计等电力业务场景的试点测试与应用验证工作。

贺金红等人[19]根据电力物联网的输电环节、变电环节、配电环节、用电环节、电力物联网的业务场景及通信需求，引入基于深度学习技术的流量智能预测机制，构建了包括感知接入侧、无线通道侧、平台传输侧的5G 网络切片架构，实现了5G 网络切片的AI支持模块建立流量模型（预备阶段）和切片管控模块的智能化管理。

中国电信、国家电网和华为依托国家科技重大专项（2017ZX03001013-004-5G）“网络切片技术研发、标准化与验证”项目[20]，共同开展了5G切片在电力等行业典型案例的测试、验证以及应用落地。基于智能电网的主要通信业务场景，逐一探讨和分析不同业务场景下的业务特征和技术指标要求，总结了智能电网在发展过程中遇到的挑战、5G网络切片在智能电网中的潜在应用场景以及方案分析。

赵俊杰等人[21]分析了5G电力网络切片技术的结构、特点、底层技术原理、设计原理、部署原理、切片类型、应用场景、解决的问题等，按燃煤电厂uRLLC精准控制类信号采集与控制、mMTC物联网设备信息采集、eMBB移动智能设备数据双向通讯、视频语音数据采集与通讯等应用场景，构建了5G网络端到端切片的通信服务管理CSMF、切片管理NSMF、子切片管理NSSMF、现场部署管理和编排MANO步骤等全生命周期管理模型。

4 5G网络切片技术在反窃电领域应用前景

5G网络切片技术已在电力系统发、输、变、配、用电及应急通信等不同领域进行了尝试和利用，取得了令人满意的效果，为智能反窃电的应用提供了可能。不管是电力高压用户，还是电力低压力用户，都离不开建筑物或构筑物。随着数字时代的发展，智慧建筑所包含的新概念和新技术频繁出现在建筑物或构筑物中[22]。这就为5G网络切片技术应用于反窃电领域提供了应用场景和网络构架平台。

5G网络切片技术在端到端智能电网的高隔离性、提供差异化服务方面的应用处于起步的探索阶段[23]，但如何应用5G网络切片进行反窃电还未涉及，需要满足四个典型应用场景：在线监测、快速智能定位批量筛查、分布式配电自动化、精准窃电查勘。

4.1 在线监测

在线监测系统由主站系统、线路分支探测终端、用户侧计量终端以及其他附属设备组成。主站系统依靠服务器与5G智能手机融合，后台管反窃电系统，对用户的24 h功率平衡分析、窃电方式甄别；线路分支探测终端进行分段功率比例分析，查找各分支线路用电不正常区域，实现远程稽查；用户侧计量终端负责对重点用户采集用电数据，查找用电量变化异常节点。对 5G 网络切片提出了这样的通信要求：超高吞吐量 （Gb/s带宽的高清图像和视频传输）；广覆盖范围和高准确性。

4.2 快速智能定位批量筛查

5G网络切片的智能电表提供时时监测用户所消耗的电量，标记各分支线路分布式配电网中的异常测量值及智能读表设备安全交换的数字身份信息，直观清晰了解变压器和线路的运行状态，定位发现变压器过载、窃电、漏电等问题。对 5G 网络切片的通信要求：大规模访问，海量终端数；高密度的网络连接；用户信息的安全网络传输。

4.3 分布式配电自动化

基于5G网络切片技术的分布式配电自动化，可以实现供电区域不间断持续供电，事故隔离时间缩短至毫秒级。分布式配电自动化用户对通信网络的要求：网控制和保护设备的超低延迟、电网或通信网络遭攻击不断电、单个站点连接数千个电网控制和保护设备的高终端密度、5G通信网络的可靠性达到99.999%。

4.4 精准窃电查勘

基于5G网络切片技术依据用电信息采集系统调取全部用户的负控监测数据，按照电流积分、功率比对，自动同时分析各组网单元电流情况，判断该线路各个节点功率是否平衡。采用三种方法在误差允许的范围内进行负荷比对，若负荷相当，则为用电状态正常，否则，否则判断为有主干输电线回路搭接窃电或分支输电线路的用户有窃电现象。①总输电线路负荷与节点分支输电线路及主干输电线回路负荷的总和进行比对；②主干输电线回路与下一节点分支电线路及下一节点主回路负荷的总和进行比对；③分支输电线路负荷与分支分支输电线路配变负荷进行比对；从而实现对窃电用户实时监测和快速定位。精准窃电查勘要求5G网络必须满足：毫秒级快速响应、通信网络99.999%的可靠性、高设备密度，数十万个用户精确窃电状况控制。

5 结 论

窃电行为将造成国家巨大的经济损失，用电安全也面临着重大挑战。传统的反窃电手段实施效果差，5G网络切片技术的端到端网络由接入网、传输网、核心网组成，能够满足反窃电的四大典型场景，5G网络切片技术在反窃电领域具有广阔的应用前景。