Интеграция методов машинного обучения в электроэнергетическом секторе для снижения коммерческих потерь: обзор практики в сетевой организации

Ключевые слова: искусственный интеллект, интеллектуальные приборы учета, цифровая экономика, коммерческие потери, нейронные сети, машинное обучение

Аннотация

Внедрение технологии интеллектуальных сетей или интеллектуальных приборов учета (далее – ИПУ) электроэнергии позволяет оптимизировать функционирование энергосистем. Данные, собираемые такими устройствами, позволяют фиксировать потребление энергии каждые полчаса, выявлять случаи низкого качества энергоснабжения, попытки вмешательства в работу приборов учета, а также отслеживать важные события потребления услуг. Несмотря на использование интеллектуального оборудования, проблема неоплаченного энергопотребления остается актуальной даже при наличии системы удаленных измерений. Особенно остро стоят проблемы, связанные с намеренным хищением электрической энергии, которое представляет собой серьезную угрозу для электроснабжающих организаций. Таким образом, задачей исследования стало выявление возможностей применения искусственных нейронных сетей на основании обработки данных, полученных с ИПУ, для анализа данных потребителей и выявления случаев безучетного потребления. Итоговая разработка модели собственной нейросети позволила доказать гипотезу о применимости технологий искусственного интеллекта для борьбы с коммерческими потерями электроэнергии. Анализ результатов показал эффективность сверточных нейронных сетей в классификации временных рядов потребляемой энергии. Это подтверждает потенциал предложенной методики для практической реализации в сфере энергетики, обеспечивая своевременную и надежную информацию для управления ресурсами.

Благодарности
Работа выполнена за счет гранта, предоставленного Академией наук Республики Татарстан образовательным организациям высшего образования, научным и иным организациям на поддержку планов развития кадрового потенциала в части стимулирования их научных и научно-педагогических работников к защите докторских диссертаций и выполнению научно-исследовательских работ.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Литература

Putilova N.N., Proskuryakova M.M. (2015) Reduction of commercial losses of electric energy in electric grids. Business. Education. Law. Bulletin of Volgograd Business Institute, vol. 4(33), pp. 108–112 (in Russian).

TASS (2024) The UES said that Russia's energy consumption growth is 3.7%. Available at: https://tass.ru/ekonomika/20657729 (accessed 25 November 2025) (in Russian).

Fardiev I.Sh., Kurbangaliev T.R., Usmanov R.R., Yakhin S.R. (2023) The use of artificial intelligence in the form of neural networks for detection of fraud consumption. Experience of use in JSC "Grid Company". Electric power. Transmission and distribution, no. 6(81), pp. 28–31 (in Russian).

Lukovnikov D.V. (2017) Unaccounted and unmetered consumption of electricity. Proceedings of Bratsk State University. Series: Natural and Engineering Sciences, vol. 1, pp. 43–47 (in Russian).

Messinis G.M., Hatziargyriou N.D. (2018) Review of non-technical loss detection methods. Electric Power Systems Research, vol. 158, pp. 250–266. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2018.01.005

Vinogradov A.V., Borodin M.V., Yurov D.Yu. (2012) Prospects for the development of electricity metering systems. News from higher educational institutions of the Black Earth Region (Vesti vysshikh uchebnykh zavedeniy Chernozem'ya), no. 2, pp. 10–15 (in Russian).

Ghasemi A.A., Gitizadeh M. (2018) Detection of illegal consumers using pattern classification approach combined with Levenberg-Marquardt method in smart grid. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 99, pp. 363–375. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2018.01.036

Lepolesa L.J., Achari S., Cheng L. (2022) Electricity theft detection in smart grids based on deep neural network. IEEE Access, vol. 10, pp. 39638–39655. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3166146

Louw Q., Bokoro P. (2019) An alternative technique for the detection and mitigation of electricity theft in South Africa. SAIEE Africa Research Journal, vol. 110, no. 4, pp. 209–216. https://doi.org/10.23919/SAIEE.2019.8864147

Xia R., Gao Y., Zhu Y., et al. (2023) An attention-based wide and deep CNN with dilated convolutions for detecting electricity theft considering imbalanced data. Electric Power Systems Research, vol. 214, part A, article 108886. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2022.108886

Tsao Y.-C., Rahmalia D., Lu J.-C. (2024) Machine-learning techniques for enhancing electricity theft detection considering transformer reliability and supply interruptions. Energy Reports, vol. 12, pp. 3048–3064. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2024.08.068

Zidi S., Mihoub A., Qaisar S.M., et al. (2023) Theft detection dataset for benchmarking and machine learning based classification in a smart grid environment. Journal of King Saud University – Computer and Information Sciences, vol. 35, no. 1, pp. 13–25. https://doi.org/10.1016/j.jksuci.2022.05.007

Makshanov A.V., Zhuravlev A.E., Tyndykar L.N. (2024) Big data. St. Petersburg: Lan.

He K., Zhang X., Ren S., Sun J. (2016) Deep residual learning for image recognition. 2016 IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), Las Vegas, NV, USA, 2016, pp. 770–778. https://doi.org/10.1109/CVPR.2016.90

LeCun Y., Boser B., Denker J.S., et al. (1989) Backpropagation applied to handwritten zip code recognition. Neural Computation, vol. 1, no. 4, pp. 541–551. https://doi.org/10.1162/neco.1989.1.4.541

Krizhevsky A., Sutskever I., Hinton G.E. (2017) ImageNet classification with deep convolutional neural networks. Communications of the ACM, vol. 60, no. 6, pp. 84–90. https://doi.org/10.1145/3065386

Saqib S.M., Mazhar T., Iqbal M., et al. (2024) Deep learning-based electricity theft prediction in non-smart grid environments. Heliyon, vol. 10, no. 15, e35167. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e35167

Adil M., Javaid N., Qasim U., et al. (2020) LSTM and bat-based RUSBoost approach for electricity theft detection. Applied Sciences, vol. 10, no. 12, article 4378. https://doi.org/10.3390/app10124378

Zheng Z., Yang Y., Niuet X., et al. (2017) Wide and deep convolutional neural networks for electricity-theft detection to secure smart grids. IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 14, no. 4, pp. 1606–1615. https://doi.org/10.1109/TII.2017.2785963

Buzau M.-M., Tejedor-Aguilera J., Cruz-Romero P., Gómez-Expósito A. (2020) Hybrid deep neural networks for detection of non-technical losses in electricity smart meters. IEEE Transactions on Power Systems, vol. 35, no. 2, pp. 1254–1263. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2019.2943115

Bjelić M., Brković B., Žarković M., Miljković T. (2024) Machine learning for power transformer SFRA based fault detection. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 156, article 109779. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2023.109779

Jindal A., Dua A., Kaur K., et al. (2016) Decision tree and SVM-based data analytics for theft detection in smart grid. IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 12, no. 3, pp. 1005–1016. https://doi.org/10.1109/TII.2016.2543145

Cai Q., Li P., Wang R. (2023) Electricity theft detection based on hybrid random forest and weighted support vector data description. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 153, article 109283. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2023.109283

Wu R., Wang L., Hu T. (2018) AdaBoost-SVM for electrical theft detection and GRNN for stealing time periods identification. IECON 2018 – 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Washington, DC, USA, pp. 3073–3078. https://doi.org/10.1109/IECON.2018.8591459

Wu P., Liu J., Shen F. (2020) A deep one-class neural network for anomalous event detection in complex scenes. IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, vol. 31, no. 7, pp. 2609–2622. https://doi.org/10.1109/TNNLS.2019.2933554

Telikani A., Gandomi A.H., Choo K.-K.R., Shen J. (2022) A cost-sensitive deep learning-based approach for network traffic classification. IEEE Transactions on Network and Service Management, vol. 19, no. 1, pp. 661–670. https://doi.org/10.1109/TNSM.2021.3112283

Aghabozorgi S., Shirkhorshidi A.S., Wah T.Y. (2015) Time-series clustering – A decade review. Information Systems, vol. 53, pp. 16–38. https://doi.org/10.1016/j.is.2015.04.007

Hasan M.N., Toma R.N., Nahid A.-A., et al. (2019) Electricity theft detection in smart grid systems: A CNN-LSTM based approach. Energies, vol. 12(17), article 3310. https://doi.org/10.3390/en12173310

Esmael A.A., da Silva H.H., Ji T., da Silva Torres R. (2021) Non-technical loss detection in power grid using information retrieval approaches: A comparative study. IEEE Access, vol. 9, pp. 40635–40648. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3064858

Viegas J.L., Esteves P.R., Vieira S.M. (2018) Clustering-based novelty detection for identification of non-technical losses. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 101, pp. 301–310. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2018.03.031

Gubayeva L. (2023) Smart meters, big data and new competencies: How the digital transformation is going in the "Network Company". Realnoe Vremya (Real Time). Available at: https://realnoevremya.ru/articles/294427-kak-idet-cifrovaya-transformaciya-v-setevoy-kompanii?erid=Kra23mmud (accessed 25 November 2025) (in Russian).

Depuru S.S.S.R., Wang L., Devabhaktuni V., Nelapati P. (2011) A hybrid neural network model and encoding technique for enhanced classification of energy consumption data. 2011 IEEE Power and Energy Society General Meeting, Detroit, MI, USA, pp. 1–8. https://doi.org/10.1109/PES.2011.6039050

Yakhin Sh. (2025) An electric power consumption dataset for ML-training. GitHub. Available at: https://github.com/tlegenda/consumption_dataset (accessed 25 November 2025).

Wang D., Gan J., Mao J., et al. (2023) Forecasting power demand in China with a CNN-LSTM model including multimodal information. Energy, vol. 263, article 126012. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.126012

Zhang J., Khayatnezhad M., Ghadimi N. (2022) Optimal model evaluation of the proton-exchange membrane fuel cells based on deep learning and modified African Vulture Optimization Algorithm. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, vol. 44(1), pp. 287–305. https://doi.org/10.1080/15567036.2022.2043956

Han E., Ghadimi N. (2022) Model identification of proton-exchange membrane fuel cells based on a hybrid convolutional neural network and extreme learning machine optimized by improved honey badger algorithm. Sustainable Energy Technologies and Assessments, vol. 52, article 102005. https://doi.org/10.1016/j.seta.2022.102005

Guo H., Gu W., Khayatnezhad M., Ghadimi N. (2022) Parameter extraction of the SOFC mathematical model based on fractional order version of dragonfly algorithm. International Journal of Hydrogen Energy, vol. 47(57), pp. 24059–24068. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.05.190

Papernot N., McDaniel P. (2018) Deep k-nearest neighbors: Towards confident, interpretable and robust deep learning. arXiv:1803.04765. https://doi.org/10.48550/arXiv.1803.04765

Fawaz I.H., Forestier G., Weber J., et al. (2019) Deep learning for time series classification: A review. Data Mining and Knowledge Discovery, vol. 33, pp. 917–963. https://doi.org/10.1007/s10618-019-00619-1

Khattak A., Bukhsh R., Aslam S., et al. (2022) A hybrid deep learning-based model for detection of electricity losses using big data in power systems. Sustainability, vol. 14(20), article 13627. https://doi.org/10.3390/su142013627

Feng X., Hui H., Liang Z., et al. (2020) A novel electricity theft detection scheme based on text convolutional neural networks. Energies, vol. 13(21), article 5758. https://doi.org/10.3390/en13215758

Опубликован
2025-12-29
Как цитировать
КурбангалиеваД. Л., Курбангалиев Т. Р., УсмановР. Р., & ЯхинШ. Р. (2025). Интеграция методов машинного обучения в электроэнергетическом секторе для снижения коммерческих потерь: обзор практики в сетевой организации. Бизнес-информатика, 19(4), 68-87. https://doi.org/10.17323/2587-814X.2025.4.68.87
Раздел
Статьи