基于電力大數據的客戶用電可靠性評估研究

蔡 璽，張 建，陳 輝，楊紅霞

（甘肅同興智能科技發展有限責任公司，甘肅 蘭州 730010）

0 引 言

隨著電力市場的逐步開放和供電企業管理的日益精細化，供電企業的關注點逐漸向用戶真實感知到的可靠性水平方向發展。供電可靠性是世界銀行“獲得電力”評價指標體系的一個重要指標。國網公司要求通過實施城市配電網供電可靠性提升工程和鄉村電氣化工程構建合理的網架結構，提高設備健康水平，優化配電網運行方式，提升電網故障搶修速度，持續加強不停電作業的能力，使客戶年均停電時間和次數持續降低，大幅提升供電可靠性。由于停電的時間和次數會顯著影響客戶的用電可靠性感知水平，因此開展基于電能數據的客戶用電可靠性評估研究對于供電企業的發展具有深遠意義。本文基于海量用戶側電能數據開展可靠性評估和提升工作，能夠切實提升相應的服務水平與供電效益，進而使供電企業具備持續競爭能力。

目前，我國已經開展了大量關于供電可靠性的研究工作，但由于其統計分析工作受限于技術手段，因此尚處于起步階段[1,2]。雖然面向系統的評價指標體系在我國供電可靠性評估過程中被廣泛采用，但使用范圍主要集中在中高壓用戶，在低壓用戶領域的相關研究較少[3,4]。此外，國內對用電可靠性的定義、指標體系的構建以及評估方法未取得統一意見。

綜上所述，本文依據世界銀行營商環境中關于“獲得電力”部分的供電可靠性評價方法，對客戶用電可靠性進行評估研究。首先，從世界銀行標準角度定義用電可靠性，考慮停電時間和停電次數兩方面因素，提出了一套基于客戶感知的用電可靠性評價指標體系；其次，設計了一種基于主客觀賦權法的用電可靠性的綜合評估方法；最后，以國網某電力公司為例，驗證提出的基于客戶感知的用電可靠性評價指標體系和基于主客觀賦權法的用電可靠性的綜合評估方法的合理性[5-9]。

1 用電可靠性概念、評價指標體系以及指標數據來源

1.1 用電可靠性概念

供電可靠性用于衡量一段時間內電力系統保持穩定運營而設備不發生故障的能力[10,11]。用電可靠性是從用戶側的角度出發，包括高壓用戶、中壓用戶以及低壓用戶，反映用戶能持續正常用電的能力。隨著工業生產用電量的加大和居民生活用電的激增，計劃停電和非計劃停電（故障問題導致停電）愈發普遍，對供電企業的增供擴銷產生了影響，降低了用戶滿意度，甚至可能造成經濟損失，因此研究客戶用電可靠性十分必要。

1.2 用電可靠性評價指標體系

本文結合實際工作情況，利用戶均停電次數和戶均停電時長等指標，構建用電可靠性綜合評價指標體系。用電可靠性指數是系統平均中斷時長指數和系統平均中斷頻率指數的綜合值。世界銀行“獲得電力”中對供電可靠性的評價主要基于系統平均中斷時長指數和系統平均中斷頻率指數，滿分為3分。如果系統平均中斷時長指數和系統平均中斷頻率指數小于等于12（相當于每月停電1 h），則加1分；如果系統平均中斷時長指數和系統平均中斷頻率指數小于等于1（相當于每年停電1 h），則再加1分。

1.3 用電可靠性評價指標數據來源

客觀數據來源于用電采集系統、95598系統、營銷系統以及PMS系統的監測數據，涉及的業務系統和核心數據項如表1所示。主觀數據來源于問卷調查結果。為確定指標體系各指標的權重，需要采用專家問卷的形式來確定。因此，選取10位電力業務專家和10位電力科研工作者進行訪談，根據實際的決策問題和自身的知識經驗來確定各屬性權重的排序，避免出現屬性權重與屬性實際重要程度相悖的情況[12-14]。

表1 客觀數據來源及核心數據項表

2 客戶可靠性評估方法

客戶可靠性評價指標體系的評估方法主要有主觀賦權法和客觀賦權法兩類。本文采取主客觀綜合賦權的方式進行客戶可靠性評估。

2.1 主觀賦權法

主觀賦權法即專家調查法，主要是由業務專家和利益相關方進行評分，通過問卷或者訪談的方式征詢其意見，并統計和分析專家意見。它可以對大量難以采用技術方法進行定量分析的因素做出合理評估，并對指標的權重和評分進行分析，可表示為：

式中，aj為第j個指標的主觀權重；sj為第j個指標的滿分值；n為評分指標的個數。

2.2 客觀賦權法

由于主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）具有可消除評價指標之間的相關影響和可減少指標選擇的工作量等優勢，廣泛應用于數學建模分析。因此，本文選擇PCA進行權重測算，步驟如下。

第1步，構造樣本矩陣X(n×m)，其中有n個樣本，每個樣本中有m個指標，可表示為：

第2步，對樣本矩陣X進行變換，得Y=[yij]。需要說明的是，由于影響因素對被影響因素的貢獻率可能存在反向關系，即影響因素的值越大，對被影響因素的影響程度越低，因此需要對逆向指標取負值。

第3步，原始數據標準化：

對Y做標準化變換，得標準化矩陣Z：

第4步，計算標準化陣Z的樣本相關系數矩陣R：

第5步，求特征值：

解得p個特征值λ1≥λ2≥…≥λp≥0。

第6步，第i個變量的主成分向量uij=ziTbi0，j=1,2,…,m。

第7步，確定權重模型：

式中，F1,F2,…,Fm為分析后得到的m個主成分，且互不相關；，ui=(u1i,u2i,…,uni)恰好是R協方差矩陣的特征值對應的特征向量。

第8步，各成分貢獻率Pj為：

式中，k=λ1+λ2++λm。

第9步，可得各指標權重W'(n)和W(n)：

式中，t為主成分個數。

2.3 主客觀綜合賦權法

結合評價主體的主觀偏好和評價客體的客觀真實性，然后進行綜合賦權。

首先，生成權重矩陣W(m×n)，其中用wij表示第i個模型下指標j的權重值，有。

最后，計算指標綜合權重向量w(n)，其中向量元素，且wj滿足。

3 實例分析

根據上述理論研究，以國網某電力公司為研究對象進行實例分析。2019年，某電力公司全年的用電可靠性指數情況如表2所示。由表2可知：全年戶均停電時長總體呈先上升后下降的趨勢，峰值點在8月份；全年戶均停電次數總體也呈先上升后下降的趨勢，與全年戶均停電時長相似。根據主客觀賦權法分析可得，戶均停電時長和戶均停電次數的權重均為0.5，因此取系統平均中斷時長指數和系統平均中斷頻率指數的權重也均為0.5，進而得到該電力公司的用電可靠性指數總體呈先下降后上升的趨勢。取12個月用電可靠性指數的平均值為81.24%，其中2019年上半年所有月份的指數值均高于均值，而用電可靠性指數的谷值出現在8月份為45.78，明顯低于其他月份的指數值。究其原因，可能在于暑期工業、農業以及生活等行業用電量大，導致電力供應不足，出現停電時長較長和停電次數較多的問題。因此，該電力公司應重點關注該區域全年下半年的用電情況，實現削峰填谷。經實際調研可知，該電力公司與用電營商環境的評估結果一致，符合預期估計結果，表明設計的用電可靠性指數評估方法具有合理性。

表2 2019年某電力公司的用電可靠性指數情況

4 結 論

依據世界銀行“獲得電力”中關于供電可靠性評價方法，對客戶用電可靠性進行評估研究，提出了一套基于客戶感知的用電可靠性評價指標體系和基于主客觀賦權法的客戶用電可靠性綜合評估方法，并通過實例驗證了指標體系和評估方法的有效性。實例研究顯示，提出的綜合評估方法已考慮評價主體對相關指標的偏好，以減少評價過程中的主觀隨意性，從而使用電可靠性的綜合評估結果更加合理化，更符合實際運行的需要。隨著我國“獲得電力”指數的逐步上升，客戶用電可靠性作為其考核的重要指標將獲得進一步的提升。