基于數(shù)據(jù)挖掘的電力物聯(lián)網(wǎng)多源業(yè)務(wù)體系研究

王曉冰 宋寶同 王方敏 李笑彤 呂風(fēng)波

摘要：以大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)思想為基礎(chǔ)，以電網(wǎng)運(yùn)行更安全、管理更精益、投資更精準(zhǔn)、服務(wù)更優(yōu)質(zhì)為目標(biāo)，深入研究基于數(shù)據(jù)挖掘的電力物聯(lián)網(wǎng)的多源業(yè)務(wù)體系，提出對內(nèi)對外業(yè)務(wù)體系構(gòu)架，為電力企業(yè)管理、電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃、用戶優(yōu)質(zhì)服務(wù)提出新思路。

關(guān)鍵詞：電力物聯(lián)網(wǎng);數(shù)據(jù)挖掘;業(yè)務(wù)體系

0 ? ?引言

隨著能源清潔低碳轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)，交直流輸電規(guī)模的迅速擴(kuò)大，電網(wǎng)復(fù)雜程度不斷提升。同時(shí)，電能消費(fèi)側(cè)用戶需求復(fù)雜多樣化，用戶行為對市場電價(jià)影響進(jìn)一步加深，電力市場內(nèi)電能交易周期、交易方式、競爭格局等發(fā)生了顯著變化。

經(jīng)過多年發(fā)展，電網(wǎng)已建設(shè)配電自動(dòng)化和設(shè)備精益管理系統(tǒng)，企業(yè)運(yùn)營、電網(wǎng)運(yùn)營和客戶服務(wù)等業(yè)務(wù)領(lǐng)域及各層級應(yīng)用初具規(guī)模，電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已具有一定的基礎(chǔ)，其業(yè)務(wù)體系構(gòu)建上仍具有一定的潛力。當(dāng)前智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展和智能配用電網(wǎng)的深入建設(shè)，使采集終端數(shù)量急劇增長，采集頻度大幅增強(qiáng)，電力用戶側(cè)數(shù)據(jù)呈指數(shù)級增長，且復(fù)雜程度增大。同時(shí)，隨著5G技術(shù)的日趨成熟，5G技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的融合將有助于電力大數(shù)據(jù)在電網(wǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測、新能源預(yù)測、用戶側(cè)畫像描繪、需求側(cè)響應(yīng)等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，產(chǎn)生新的商業(yè)模式[1]。挖掘電網(wǎng)數(shù)據(jù)的深層價(jià)值，為公共服務(wù)、政策制定、企業(yè)管理提供數(shù)據(jù)支撐，具有十分重要的意義。

1 ? ?需求分析

電力數(shù)據(jù)涉及電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電、用電、調(diào)度中的各個(gè)環(huán)節(jié)[2]。電力行業(yè)的數(shù)據(jù)主要來源于電力生產(chǎn)和電能使用的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個(gè)環(huán)節(jié)，可大致分為三類：一是電網(wǎng)運(yùn)行和設(shè)備檢測或監(jiān)測數(shù)據(jù);二是電力企業(yè)營銷數(shù)據(jù)，如交易電價(jià)、售電量、用電客戶等方面的數(shù)據(jù);三是電力企業(yè)管理數(shù)據(jù)。

根據(jù)目前的研究，電力數(shù)據(jù)主要分為客戶數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)五類。除了外部數(shù)據(jù)，以星級衡量外部企業(yè)對其他各類型數(shù)據(jù)的需求度，如圖1所示，可以看出外部對客戶數(shù)據(jù)的需求量最大，其次是設(shè)備數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)。主要原因是設(shè)備數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)主要與電網(wǎng)企業(yè)自身運(yùn)行管理相關(guān)，但是這些數(shù)據(jù)對外部企業(yè)來說并不能發(fā)揮較大的價(jià)值，因此需求量較小。但是用戶數(shù)據(jù)蘊(yùn)含較多信息，如用戶的用能行為、能耗水平等，這些數(shù)據(jù)可以支撐相關(guān)企業(yè)開展用戶側(cè)的節(jié)能服務(wù)、能源托管服務(wù)、運(yùn)維服務(wù)等相關(guān)增值服務(wù)，因此具有較大的需求量。

對公司上下游企業(yè)、科研及服務(wù)主體、其他跨領(lǐng)域主體（互聯(lián)網(wǎng)公司、金融機(jī)構(gòu)等）等單位開展電力數(shù)據(jù)需求方面的調(diào)研，結(jié)果如表1所示。

2 ? ?電力數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘分析

針對外部應(yīng)用場景，深入開展電力數(shù)據(jù)的價(jià)值挖掘分析，公司電力數(shù)據(jù)外部應(yīng)用場景主要包括電力用戶服務(wù)、能源企業(yè)服務(wù)、社會(huì)公共服務(wù)與商業(yè)增值服務(wù)，其中電力數(shù)據(jù)在電力用戶服務(wù)上的價(jià)值主要在需求側(cè)響應(yīng)、節(jié)能改造、智能運(yùn)維、智能充電、業(yè)擴(kuò)報(bào)裝輔助分析、故障停電管理與用戶互動(dòng)、用電行為分析等方面[3-4]，在能源企業(yè)服務(wù)上的價(jià)值主要在可再生能源消納、儲(chǔ)能運(yùn)營、電力交易等方面，在社會(huì)公共服務(wù)上的價(jià)值主要在行業(yè)復(fù)工率、產(chǎn)業(yè)調(diào)整決策、經(jīng)濟(jì)調(diào)控決策、城市規(guī)劃、城市管理、智慧城市等方面，在商業(yè)增值服務(wù)上的價(jià)值主要在數(shù)據(jù)空間出租、金融欺詐監(jiān)測、廣告定向投放、商業(yè)布局規(guī)劃、設(shè)備入網(wǎng)檢測等方面。上述各類外部應(yīng)用場景下的電力數(shù)據(jù)價(jià)值增長點(diǎn)如表2所示。

3 ? ?對內(nèi)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體系架構(gòu)

對內(nèi)電力數(shù)據(jù)價(jià)值及業(yè)務(wù)體系主要集中在電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃、電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行、電網(wǎng)資產(chǎn)管理等方面，如圖2所示。

3.1 ? ?電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃

電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃工作包括負(fù)荷預(yù)測、可靠性評估、規(guī)劃方案制訂、投資效益分析等內(nèi)容。

3.1.1 ? ?負(fù)荷預(yù)測與建模

為了最大限度地提高電力規(guī)劃的質(zhì)量，關(guān)鍵就是要做好電力負(fù)荷預(yù)測。然而負(fù)荷預(yù)測的研究對象往往具有多樣性、復(fù)雜性、不確定性等非線性特征。傳統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測方法大致可以分為統(tǒng)計(jì)算法和智能算法，當(dāng)采樣量不大時(shí)，這種算法的預(yù)測結(jié)果非常受歷史數(shù)據(jù)的影響。大數(shù)據(jù)技術(shù)體現(xiàn)出了其處理海量數(shù)據(jù)的能力，為數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)分析提供了良好的平臺(tái)，具有考慮的影響因素全、數(shù)據(jù)的時(shí)間跨度更長、數(shù)據(jù)的空間顆粒度更細(xì)三點(diǎn)優(yōu)勢。

統(tǒng)計(jì)綜合法、總體測辨法和故障擬合法這三種建模方法都是對負(fù)荷進(jìn)行建模的主要應(yīng)用方法。而隨著大規(guī)模可再生能源的應(yīng)用，如何更好地協(xié)調(diào)能源優(yōu)化配置、接納新能源，建設(shè)供電可靠、用電和諧的新型電網(wǎng)成為新的研究課題。基于PMU/WAMS大數(shù)據(jù)的負(fù)荷建模框架如圖3所示。

3.1.2 ? ?電動(dòng)汽車需求分析

政策支持和群眾需求的上漲，使當(dāng)前電動(dòng)汽車的數(shù)量急劇上升，不考慮充電站的特性，僅基于少量數(shù)據(jù)建設(shè)簡單電網(wǎng)模型已不再適用于當(dāng)前的情況。充電站的特點(diǎn)在于其運(yùn)行規(guī)劃和交通流量、電網(wǎng)容量多個(gè)主體相關(guān)：前者影響電動(dòng)車用戶的充電和駕駛行為，后者影響電網(wǎng)的網(wǎng)損和用電波峰、波谷之差，甚至?xí)绊戨娋W(wǎng)的電能質(zhì)量[5]。當(dāng)前電動(dòng)車數(shù)量的急劇增加導(dǎo)致充電樁的信息規(guī)模同樣大大增加，形成了充電樁大數(shù)據(jù)。大量歷史數(shù)據(jù)的運(yùn)用，可為充電站的規(guī)劃運(yùn)行提供支撐，減少電動(dòng)汽車充電行為對電網(wǎng)的不利影響。

3.1.3 ? ?電網(wǎng)可靠性影響因素評估

我國配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已初具規(guī)模并逐漸增大，電網(wǎng)數(shù)據(jù)中的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、用電數(shù)據(jù)、安全管理數(shù)據(jù)等急劇增長，為大數(shù)據(jù)在電網(wǎng)可靠性評估中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。該方式可以更好地把控細(xì)節(jié)，有利于短期內(nèi)的可靠性評估和實(shí)時(shí)電網(wǎng)控制。大數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)全天實(shí)時(shí)的信息監(jiān)測和分析，通過提煉分析這些數(shù)據(jù)，有利于對電網(wǎng)負(fù)荷和電源出力進(jìn)行可靠預(yù)測，對電網(wǎng)可靠性進(jìn)行評估。該可靠性分析還需評價(jià)指標(biāo)、調(diào)度分析、財(cái)務(wù)績效等模塊全面綜合運(yùn)行。電網(wǎng)可靠性分析系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心的關(guān)系如圖4所示。