基于大數據的配電網投入產出效益分析與決策技術研究

胡金東++梁小雨++高義新++郝菁++王震

摘 要：本文詳細闡述和研究了在如火如荼的互聯網大環境下大數據與配電網投入與產出效益分析與決策技術研究，介紹了配網規劃合理性、配網運行效率、配網線損、故障搶修和投訴、線路臺區停電、業擴報裝問題分析、項目投入產出等方面的業務聚類分析和關聯分析，用于對比項目投產前后供電能力和供電質量的提升情況，形成項目投入產出量化分析數據，實現配網項目建設后評估，確保精準投資、精益管理、精細運維。同時，利用數據挖掘技術，計算業務協同平衡點和參考閾值，實現對擬投資項目的事前量化評估，降低項目投入盲目性，提高投資效率。

關鍵詞：大數據；配電網；數據挖掘；投資效率

中圖分類號：F403.8 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0181-04

Abstract：In this paper， we studied in detail and researched on big data and power input&output efficiency analysis and decision-making technology in the flourishing environment of Internet. It introduced the rationality of distribution network planning， distribution network operation efficiency， distribution network line loss， fault repair and complaints， line area blackout， expanding new problem analysis， project input and output of business cluster analysis and correlation analysis. It is used to contrast the pre-project and after-project put into production ability and quality of power supply power supply situation， the formation of project input and output data， the quantitative analysis to achieve distribution network evaluation after project construction， to ensure accurate investment， lean management and fine operations. At the same time， it is to apply for the data mining technology， computing business coordination and balance is a reference threshold， implementation to be prior quantitative assessment of the investment projects， reduce project investment blindness and improve the investment efficiency.

Key words：Big data；Distribution Network；Data Mining；Investment Efficiency

1 引言

伴隨著社會經濟的發展，GDP的增長和產業結構在不斷的變化，電力最高負荷和銷售電量也在不斷地增長；電力公司需根據電力最高負荷和銷售電量的增長趨勢開展配網投資規模調整。

2013年國務院常務會議作出了“加強城市配電網建設，推進電網智能化”的部署，將加強城市配電網建設作為國家層面重要工作任務，為進一步加快改造配電網建設，提供了更有力的政策支持。

2015年，國家能源局下相關材料，指出近年來隨著加大我國配電網建設投入，配電網發展迅速，對該方面的研究的不斷深入，發現存在城鄉發展不平衡等各種局限性問題，供電的質量有很大提高空間。

同年，劉振亞董事長在國家電網公司第二屆職工代表大會第六次會議暨2015年工作會議上的報告中，明確提出要全面加強配電網建設。

近年來國家電網公司在信息化建設上，已全面實施SG-ERP工程，按照集約統一、嚴格調控、試點先行、積極穩步推進的工作思路，大力推動信息化健康、快速、可持續發展。

根據我國配網行業的特點，基于資產全壽命周期、“五位一體”的管理理念，結合國網公司配電業務現狀，以配網資產為載體歸集公司在配網領域的投入和產出，研究基于配電網運營數據、業務數據、資源數據的投入產出效益評價模型、分析方法；發現影響配電網投入產出效益的主要因素，進而提出切實可行的改進提升措施；同時，基于大數據的配電網投入產出效益挖掘分析場景，開展多因子關聯分析，進行配電網投入產出效益預測方法的研究，從而有力提升配電網運營的科學化和規范化。

構建適合電網企業配電網投入產出效益評價理論框架，建立投資效益評價的指標體系和綜合評價模型，對合理把握投資規模和時序、促進電網科學發展、實現配電網投資效益最大化具有重大意義。

第一，目前的投資效益評價主要是關于對電網網架的建設，為了電網安全運行，增強電網可靠性等方面。該研究認為應該在確保電網安全的基礎上，還要對配電網投入產出效益評價的各方面進行全面考慮，從而對今后的配電網的投資提供參考和決策依據。

第二，隨著我國國民經濟的迅猛發展，電力負荷逐年增加，配電網絡的結構也日趨復雜，造成耗損逐年增大。

通過該研究成果，實現對各供電公司配電網投資工作的監控，保證更加科學、合理的投資決策工作，實現對各供電公司考核，根據考核的結果來有效提高投資決策水平，以達到電網建設項目管理規范、合理、透明化管理。

2 國內外研究的現狀和發展趨勢

國外電力企業的投資效益評價主要涉及到可靠性統計方式：基于低壓用戶的方式：包括英國、法國等歐洲國家以及美國的大部分地區，均對所有終端用戶進行供電可靠性的統計和評價；基于中低壓配電變壓器的方式；西班牙、法國采用基于功率或者電量的方式。在各方面的評估下，國外可靠性的主要技術措施應用范圍廣，提高了供電質量等。

國內電網行業的投資效益評價主要涉及電力市場評價、電網及電網規劃評價、企業經濟效益評價、企業績效評價等。在綜合評價方面主要對電源建設項目、電網規劃等進行評價，如電建設項目投資風險估計；對輸電網規劃的投融資糢式的研究；電網運行方式、電網設備檢修的可靠性評估。

對電網建設項目評估研究的相對而言比較充分，在配電網項目的供電能力、可靠性、經濟性、供電質量、合理性、規范性等基礎上，提出相對科學、完整的系統評估標準，并應用多維度分析法建立了評估方案。

在電網企業這個市場環境下，如何構建電網投資項目評價指標體系以及對投資綜合評價模型的研究；研究電網投資、電力消費和GDP增長三者之間的關系需要通過泛函數生產計算；對風險進行評估，提出適用于該市場環境的評價方法和市場評估模型；通過利用馬柯維茨投資組合理論來對電力項目投資總額的多項目進行合理的分配。

從國內外研究總體情況來看，電網投資效益評價研究主要以電力市場和發電工程為主，對電網的研究主要集中在農網和單電網項目的評價，這些研究主要涵蓋安全生產、目標責任制等傳統經濟。

綜上所述：

（1）對電力企業的投資效益評價主要以電力市場和發電工程為主，比如發電企業成本及收益、資產和風險管理等問題。對電網的研究側重于農網和單電網工程項目的評價，對配電的相關研究很少。

（2）在經濟、管理、工程、技術等領域都有深入的研究和應用，都具有較為成熟的研究體系。但在電網企業的配電網研究方面的資料相對比較匱乏。

（3）電網企業配電網投資效益研究評價的理論研究相對薄弱，國內還沒有形成配電網投資的評價指標體系，也沒有形成相應的評價模型。

3 投入產出評價模型發展的歷史

3.1 投資效益評價的早期

關于投資項目的效益評價，從資本主義時期起，企業以追求最大利潤為基本目標。古典派的經濟學者，大都集中對私有企業追求最高利潤的行為進行分析，他們設想投資項目的經濟環境政府執自由放任的態度，市場則是權衡商品價值的機器，就無需設置經濟管理機制，私人利益及社會利益。

3.2 傳統社會費用——發展效益的方法

隨著各國政府對公共事物認知和的提高人民生活質量的加強，政府對經濟進行更多的干預與指導。于此同時，經濟學家也通過關心社會效用、生活、消費水平、以及一些社會福利問題，提出福利經濟學。隨著政府計劃、公共服務和投資項目的增多，這就促進了項目評價理論基礎和實踐程序的發展，比較系統的方法論應運而生。

50年代初，隨著發展經濟學的出現，使項目評價在發展中國家的應用廣泛，這些國家通過科學判斷，理性分析，制定切合國家實際的國家計劃。因此發展經濟學將此作為發展中國家對項目評價的理論依據，因此項目評價也成為發展經濟學不可分割的組成部分。

3.3 “新方法”產生及應用

從70年代以來，經濟學家從政府等多方面進行研究分析，將項目評價在概念上從復雜到簡化，在計算上日趨規范化、表格化、程序化、簡單化和方法的實用性。在十一屆三中全會之后把可行性研究正式納入基本建設程序。

在這個階段，引起和使用西方國家項目的評價方法，并結合本國國情開展了廣泛且深入的研究工作。隨著電力改革的不斷深入，原先項目的投資主題由國家改為電力公司，也需要對輸變電項目進行經濟評價。

4 配電網經濟評價方法

配電網經濟評價方法主要包括最小費用法、收益/成本（B/C）法以及收益增量/成本增量（iB/C）法等三種方法，下面分別簡單介紹這三種方法的特點：

4.1 傳統的最小費用法

傳統的最小費用法以規劃項目費用最小為原則，規劃方案是單屬性的。該方法均衡協調項目的初始投資與長期運行、維護費用之間的關系，從而將項目費用降到最低，這種方法直觀也易于實現。

4.2 收益/成本比法（B/C法）

收益成本比法是以收益與成本兩者的比值來對項目進行的經濟評價，該規劃為多屬性，該方法同樣適用于方案以及項目的優選。

4.3 收益/成本得增量比法（iB/C法）

收益/增量的成本增量比法是通過收益增量與成本增量的比值來對項目進行經濟評價，該規劃同樣為多屬性。該比值不僅體現方案的經濟性，還衡量了方案決策的有效性和合理性。

5 大數據發展歷史簡要回顧

2005年Hadoop項目出現。其基于google的GFS、MapReduce、BigTbale三篇論文實現了開源的分布式計算框架，可在普通硬件上進行海量數據處理，逐漸發展成為治理分布式數據的基礎。

2008年末，“大數據”得到部分美國知名計算機科學研究人員的認可，業界組織發表相關文獻（大數據計算：在商務、科學和社會領域創建革命性突破）。

從2009年開始，“大數據”成為互聯網信息技術行業的 流行詞匯，大數據起初成熟應用多在互聯網行業，互聯網上的數據逐年增長。

2011年5月，麥肯錫全球研究院發布大數據的相關報告：《大數據：創新、競爭和生產力的下一個新領域》，該報告一經發布，“大數據”迅速變成IT行業的熱門概念。

2011年12月，工信部發布的物聯網十二五規劃上，把信息處理技術作為4項關鍵技術創新工程之一被提出來，主要包括了海量數據的存儲、數據的挖掘、圖像和視頻智能分析，這都是大數據的重要組成部分。

2014年4月，世界經濟論壇以“大數據的回報與風險”主題發布了《全球信息技術報告》。報告認為，全球大數據產業的日趨活躍，技術演進和應用創新的加速發展，在保障國家安全方面的重大意義。

5.1 數據挖掘技術發展歷史簡介

從1989年到現在，數據挖掘的定義隨著人們研究的不斷深入也在不斷完善，目前比較公認的定義是Fayyad等給出的：數據挖掘是對數據進行有效、完整等最后以可理解模式對數據進行展示。

5.2 數據挖掘方法論

主要是采用CRISP-DM跨行業數據挖掘標準過程，主要包含有對商業的理解、對數據的理解、相關數據的準備、數據建模、模型的評估及模型的發布共6個主要步驟。

5.2.1 對商業的理解

即商業理解，在第一個階段我們必須從商業的角度上面了解該項目的要求，需要達到什么目的，并將這些目的與我們所需要做的工作結合起來。

主要工作包括：首先要確定該商業目標，接下來確定數據挖掘的目標，制定項目計劃。

5.2.2 對數據的理解

數據的理解階段開始于數據的收集工作，收集初始數據，對數據進行加工，描繪數據，并且探索數據特點及相關規律，進行簡單的統計，校驗數據的質量，包括數據的完整性，正確性，缺失值的填補等。

5.2.3 相關數據的準備

數據準備階段包括從基礎數據中構建最終數據（將作為建模工具的分析對象）的全部工作。數據的準備工作有可能被運行多次，而且其實運行順序并不是預先設定好的。這一階段的任務主要包括：指標，記錄，變量的選擇及轉換，以及對數據進行清理等等。

5.2.4 數據建模

在這一階段，會選擇和使用各種各樣的建模方法，通過建造，評估模型將其參數校準為最正確的值。

5.2.5 模型的評估

從數據分析的角度來判斷，在該階段中，已經完成一個或多個高質量的模型的建立。在這一階段結束之時，有關數據挖掘的使用應達成一致的決定。

5.2.6 模型的發布

模型的發布，即將其發現的結果以及過程組織成為可讀文本形式。模型的創建并不是項目的最終目的。建模期間增加的數據仍需要以用戶認可的方式呈現。

5.3 數據挖掘模式

數據挖掘模式有多種，按功能可分為兩大類：預測型模式和描述性模式。

預測型模式是根據數據項來確定某種結果。挖掘預測模式所使用的則是可以明確知道結果的數據。

描述型模式是對數據中存在的規則做一種描述，或者根據數據的相似性進行分組。但是描述性模式不能直接用于預測。

在實際應用中，往往根據模式的實際作用細分為以下6種：

（1）分類模式。分類模式是一個分類器，能夠把數據集中的數據項反映到某個既定的類上。

（2）回歸模式。回歸模式的函數定義與分類模式相似，它們的差別在于分類模式的預測值是離散的，回歸模式的預測值是連續的。

（3）時間序列模式。時間序列模式根據隨時間變化的數據的趨勢預測將來的值。

（4）聚類模式。聚類模式把數據劃分到不同的組中，組之間的差別盡可能大，組內的差別盡可能小。

（5）關聯模式。關聯模式是數據項之間的關聯規則。

（6）序列模式。序列模式與關聯模式相仿，而把數據之間的關聯性與時間聯系起來。為了發現序列模式，不僅需要知道事件是否發生，而且需要確定事件發生的時間。

6 現有研究工作的基礎

自SG186工作開展以來，國網山東省電力公司目前在用的系統主要有以下幾類：

（1）國家電網公司統一組織建設的ERP、規劃計劃、財務管理、生產管理、營銷管理、GIS等系統。

（2）自建的一些小的輔助管理系統。財務管理方面，國網山東電力以集中、統一、精益、高效地財務管理理念，實現核算管理、管理會計、費用管理、電價管理、收入管理、稅務管理、資產管理、資金管理、產權管理、物資財務管理、基建財務管理、薪酬財務管理、預算管理、財務績效評價、風險控制管理、財會隊伍建設等財務業務的“六統一”和“五集中”，并實現在山東電網的全面覆蓋；資金實時在線監控，為配網投入產出積累了大量有價值數據。

規劃管理方面，國網山東電力按照統一規劃、分級管理的方式，明確分工，建立涵蓋所有電壓等級和專項、層級的統一規劃和計劃應用，對規劃計劃的編制與調整等各環節提供有效的輔助手段；為有利開展配電網方面的投入研究提供了大量歷史數據。

生產管理方面，國網山東電力在電網生產標準化建設的基礎上，建立了以資產管理為核心覆蓋公司省公司、地市公司等基層單位、貫穿電網生產全過程的—體化生產管理信息平臺，實現設備臺帳管理、工單管理、缺陷故障管理、資產績效評估、安監管理、應急管理、可靠性管理等生產業務全覆蓋，滿足檢修成本分析需要，進一步推動資產全壽命周期成本管理的提升，實現電網生產的規范化、標準化和精細化管理，提高了電網生產管理水平。

國網山東省電力公司ERP、計劃、生產、財務、營銷等信息系統積累了大量的歷史數據，這些為充分、全面、高效地基于大數據技術開展配網投入產出效益分析和決策技術研究提供了準確數據源，同時也具備了課題研究展示的平臺基礎。

國網信通公司是國家電網公司的直屬綜合性科研單位，公司技術人員熟悉電力系統組織結構、電力業務現狀和需求發展，了解各種電力信息化業務系統及其接口方式，并形成了一支專家隊伍，這為本項目理論研究提供了良好的專業知識和人才資源儲備。

目前產業集團內各研發單位已在大數據相關關鍵技術及應用等領域開展研究工作，具備一定的基礎，主要包括：

（1）團隊建設方面：通過多種渠道招聘，引入高端數據分析等專業人才，從技術、分析、策劃幾個層面完善了團隊結構，該專業化大數據研發團隊成員包含業務專家、業務需求分析人員、數據架構專家、數據集成及模型設計實施人員、技術架構專家及技術研發人員等，是一支大數據管理和標準研究的核心團隊。

（2）技術儲備方面：對數據治理與應用數據挖掘以及數據分析等領域進行了長期的深入研究，產業集團自主開發了智能分析決策平臺，并于2014年9月在國網公司正式上線運行。目前已經應用于所有省市電力公司運監中心，對數據質量進行分析。

（3）業務積累方面：產業集團通過遨請業務專家進行專題交流，并長駐電力生產業務一線，深入了解和學習電力業務知識，實施了國網生產、調度等核心業務領域的信息管理系統，有深厚的業務背景和數據積累。

（4）項目實踐方面：產業集團通過不同的項目積累經驗、錘煉技術、鍛煉隊伍、積累業務知識。目前擁有自主產權的基于開源的大數據應用技術平臺，在營銷等業務領域，已經具有落地的大數據應用項目支撐。

（5）合作交流方面：與國際咨詢機構、業界主流廠商、科研院所、高效等單位進行大數據方面的相關交流，吸收其在電力能源以及其他行業大數據研究與實施經驗，通過交流研討等多種形式，深入了解并制定適于電網公司的大數據解決方案。

7 結語

傳統的配電網效能評估沿用了傳統的工程項目評估方法，屬于對配電網建成的后評估，評估結果具有一定的客觀性和參考意義，但其仍存在很大不足，主要表現在與配電網本身的結合性不強，僅從投資和收入等純財務角度對配電網進行評估，無法全面、確切反映投資對配電網產生的實際效益、效率、功能，從而很難對配電網建設提供應有的指導和借鑒，本項目將立足傳統的效能評估方法，綜合考慮供電服務能力、線損、供電可靠性等因素構建基于運營視角的投資效能評估體系，通過對配網項目的定量評價和定性分析，引導公司對投資規模、投資項目及投資時機進行合理安排，全面促進配電網發展方式由重視數量和質量向關注效率和效益轉變，加快現代配電網建設進程。