题名面向智能电网邻域网的窃电用户查找算法研究
作者夏小芳
答辩日期2018-11-27
授予单位中国科学院沈阳自动化研究所
授予地点沈阳
导师肖杨
关键词智能电网邻域网 窃电用户 查找 机器学习 实时测量
学位名称博士
其他题名Research on Malicous User Inspection Problem in Neighborhood Area Network in Smart Grid
学位专业控制理论与控制工程
英文摘要

基于实时测量的窃电用户查找机制,通过在邻域网中安装检测器等冗余设备来对用户进行监测和对窃电用户进行查找,具有准确率高、误检率低等优点,是当前的研究热点。针对现有基于实时测量的窃电用户查找机制冗余设备安装成本高、窃电用户查找时间长等,本文按照窃电用户数目多少及其确定性,针对单窃电用户场景和多窃电用户场景、有窃电前科场景和无窃电前科场景,对基于实时测量的窃电用户查找算法开展了较为系统的研究,取得如下创新性成果:(1)单窃电用户场景下的编码分组查找算法。本文首先分析了窃电用户的出现过程为泊松过程的本质,提出通过调整智能电表数据汇报周期的长短可确保在整个查找过程中邻域网中最多只出现一个窃电用户。在此基础上,提出一种基于二进制编码分组查找(Binary-Coded Grouping-based Inspection, BCGI)算法定位窃电用户。当邻域网中用户总数目和检测器总数目满足一定关系时,BCGI算法能根据检测器的状态一步定位窃电用户。针对实际应用中用户数和检测器数目不满足上述关系的窃电用户查找问题,本文又进一步提出了基于多进制编码分组的查找(M-ary Coded Grouping-based Inspection,MCGI)算法和一般化的基于二进制编码分组的查找(Generalized Binary Coded Grouping-based Inspection,G-BCGI)算法。上述两个算法的最大查找步数与用户总数目和检测器总数目之比分别呈分数幂和对数关系,且G-BCGI算法比MCGI算法的查找速度要快。(2)多窃电用户场景下的自适应分裂二分查找算法。本文首先分析邻域网中窃电用户数目服从二项分布,并提出相应算法估算窃电用户数目上限值。在此基础上,本文提出一种自适应分裂二分查找(Adaptive Binary Splitting Inspection,ABSI)算法。该算法能够在查找过程中自适应地将其查找策略在逐个查找策略和二分查找策略之间进行调整。具体地说,若待查用户集合中平均每两个用户包含至少一个窃电用户,则在下一个查找步中应用逐个查找策略;否则,在下一个查找步中采用二分查找策略对一定数目的用户进行查找。本文也进一步分析了ABSI算法的性能,包括查找步数最大值、最小值和阈值参数对窃电用户查找过程的准确率、假正\负率的影响。仿真结果表明,相比于现有算法,ABSI算法准确率高、假正\负率低、查找步数少以及应用范围广。(3)有窃电前科场景下的基于嫌疑评估的查找算法。考虑到窃电行为本质上是一种特殊形式的经济犯罪,本文提出基于犯罪学知识评估各个用户的前科窃电嫌疑。同时,根据历史电量消耗预测用户正常的电量消耗,通过比较用户的电量消耗预测值与电量消耗上报值来评估用户的电量偏差窃电嫌疑。基于前科窃电嫌疑和电量偏差窃电嫌疑建立数学模型对用户的窃电嫌疑进行综合评估。在此基础上,本文提出一种基于嫌疑评估的查找算法(Suspicion Assessment based Inspection, SAI),在查找过程中优先查找窃电嫌疑大的用户。对嫌疑较大的用户采用逐个查找策略;而对嫌疑较小的用户根据嫌疑程度建立一棵以用户为叶子结点的哈夫曼二叉树自顶向下查找。仿真结果表明,无论查找过程中是否出现新的窃电用户,SAI算法相比于现有算法均能更快定位窃电用户。(4)无窃电前科场景下的基于分组测试的启发式查找算法。在没有任何先验信息的前提下,本文提出基于查找过程中所得窃电用户和诚实用户数目等信息自适应地估算邻域网中窃电用户比例,并在此基础上提出一种基于分组测试的启发式查找算法(Grouping Testing based Heuristic Inspection,GTHI)。该算法能在查找过程中根据实时估算的窃电用户比例自适应地将其查找策略在逐个查找策略和分组测试策略中进行调整。具体地说,在没有查找到窃电用户之前,采用跳跃策略对邻域网中的用户进行查找。在查找到至少一个窃电用户后,若估算的窃电用户比例大于事先给定的阈值,则在下一个查找步中采用逐个查找策略;否则,在下一个查找步中采用分组测试策略,且所查找的用户数目也由估算的窃电用户比例决定。本文对GTHI算法的性能进行了分析,包括查找步数的最大值、最小值以及阈值选择分析。仿真结果表明,无论查找过程中是否出现新的窃电用户,GTHI算法相比于现有算法具有查找速度快或应用范围广等优点。

语种中文
产权排序1
页码126页
内容类型学位论文
源URL[http://ir.sia.cn/handle/173321/23639]  
专题沈阳自动化研究所_工业控制网络与系统研究室
推荐引用方式
GB/T 7714
夏小芳. 面向智能电网邻域网的窃电用户查找算法研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2018.
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