基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的疫情階段電力用戶負(fù)荷特性畫(huà)像模型

2021-03-10 02:46:38陸曉徐春雷冷釗瑩吳海偉陳中

電力建設(shè) 2021年2期

關(guān)鍵詞：疫情用戶

陸曉，徐春雷，冷釗瑩，吳海偉，陳中

(1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司，南京市 210024；2.東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，南京市 210096)

0 引言

近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，各行各業(yè)用電需求急劇增長(zhǎng)，用電結(jié)構(gòu)不斷變化[1-3]，行業(yè)負(fù)荷特性呈現(xiàn)多樣化和復(fù)雜化發(fā)展趨勢(shì)[4-5]。電力行業(yè)數(shù)據(jù)包含豐富的用電行為信息，對(duì)其用電特性展開(kāi)分析，能夠挖掘出不同用戶的用電特征和規(guī)律[6-7]，對(duì)電力部門(mén)準(zhǔn)確識(shí)別客戶負(fù)荷特征、提供差異化服務(wù)、引導(dǎo)有序高效用電有著重要意義。特別是當(dāng)前新冠肺炎疫情流行的特殊時(shí)期，透過(guò)電力負(fù)荷數(shù)據(jù)，能有效識(shí)別企業(yè)復(fù)工復(fù)產(chǎn)情況，及時(shí)客觀地反映經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇水平，為疫情防控和復(fù)工復(fù)產(chǎn)決策提供輔助，對(duì)加強(qiáng)電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)管控、把握規(guī)劃方向發(fā)揮積極作用。

一般意義的電力負(fù)荷特性分析研究的是電力負(fù)荷隨時(shí)間變化的規(guī)律[8]，而新興的用戶標(biāo)簽和畫(huà)像技術(shù)能為電力負(fù)荷識(shí)別和特征分析提供一種新思路[9-10]，它是一種面向用戶，通過(guò)挖掘用電數(shù)據(jù)中的負(fù)荷特性，建立語(yǔ)義化畫(huà)像標(biāo)簽的重要方法。進(jìn)一步與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式結(jié)合能適應(yīng)目前大數(shù)據(jù)環(huán)境，更準(zhǔn)確、高效地刻畫(huà)不同行業(yè)負(fù)荷特性。

目前，有較多文獻(xiàn)采用畫(huà)像分析方法刻畫(huà)客戶用電行為。文獻(xiàn)[11]基于海量電力數(shù)據(jù)信息，建立客戶用電行為標(biāo)簽庫(kù)，采用模糊聚類(lèi)方法分析客戶用電行為模型，刻畫(huà)不同類(lèi)型客戶用電行為畫(huà)像。文獻(xiàn)[12]提出面向用戶行為的標(biāo)簽層次體系，基于密度、距離的聚類(lèi)算法和梯度提升度算法的標(biāo)簽生成方法，形成一整套電力用戶畫(huà)像技術(shù)。文獻(xiàn)[13]將標(biāo)簽畫(huà)像技術(shù)應(yīng)用到電力資產(chǎn)全壽命周期管理中，采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力資產(chǎn)特征的全面刻畫(huà)。

上述文獻(xiàn)大多側(cè)重于分析標(biāo)簽生成和畫(huà)像方法，缺乏對(duì)用電行為標(biāo)簽體系的深入研究，而全面、完善的用戶負(fù)荷特性標(biāo)簽體系是刻畫(huà)用戶行為的重要基礎(chǔ)。此外，大多文獻(xiàn)從日月年特性入手，僅選取負(fù)荷數(shù)據(jù)及曲線自身特性指標(biāo)，而有關(guān)各行業(yè)用戶的用電規(guī)律性和平順度指標(biāo)不夠完善，且很少有文獻(xiàn)涉及到負(fù)荷調(diào)控能力和疫情影響程度的分析。為此，文章提出一種基于實(shí)際負(fù)荷數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的負(fù)荷特性分析通用方法，針對(duì)新冠肺炎疫情對(duì)用電企業(yè)的影響，從用戶用電規(guī)律性、平順度、負(fù)荷調(diào)控能力以及疫情影響度這4個(gè)方面重新歸納和選取負(fù)荷特性指標(biāo)，全面構(gòu)建負(fù)荷特性標(biāo)簽體系，針對(duì)受疫情影響的各行業(yè)用戶建立全方位、多角度、立體化的負(fù)荷畫(huà)像模型。然后，針對(duì)各個(gè)負(fù)荷特性標(biāo)簽給出詳細(xì)的指標(biāo)計(jì)算方法。最后，通過(guò)算例對(duì)典型行業(yè)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并給出各指標(biāo)劃分標(biāo)準(zhǔn)。

1 用戶負(fù)荷特性標(biāo)簽

傳統(tǒng)的負(fù)荷特性標(biāo)簽覆蓋不夠全面，文章從調(diào)度部門(mén)的角度出發(fā)，考慮電網(wǎng)公司最關(guān)心的負(fù)荷規(guī)律性、平順度、負(fù)荷調(diào)控能力以及疫情影響程度這4個(gè)方面的負(fù)荷特性，將其作為分析用戶負(fù)荷特性的4個(gè)通用標(biāo)簽。

用電規(guī)律性的分析是電力部門(mén)實(shí)施負(fù)荷調(diào)控措施的基礎(chǔ)。在該標(biāo)簽中，全方面考慮負(fù)荷在一年中的變化情況，分別從傳統(tǒng)日內(nèi)、周、月、季度以及季節(jié)用電規(guī)律5個(gè)維度，結(jié)合工商業(yè)用電特征，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行豐富和細(xì)分，具體指標(biāo)和分類(lèi)如表1所示。

表1 用電規(guī)律性標(biāo)簽

用戶的用電平順度對(duì)于電網(wǎng)安全、可靠、有效運(yùn)行有重要意義。為了綜合評(píng)價(jià)負(fù)荷在一天內(nèi)的平穩(wěn)程度，考慮已有日負(fù)荷的峰谷差率、負(fù)荷率以及新定義的波動(dòng)度和沖擊度指標(biāo)，如表2所示。

表2 用電平順度標(biāo)簽

電力部門(mén)選擇有較大可調(diào)能力的用戶實(shí)施負(fù)荷調(diào)控措施以保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。在負(fù)荷調(diào)控能力標(biāo)簽中，主要從已有的負(fù)荷重要程度、新定義的基于電價(jià)和基于激勵(lì)的負(fù)荷調(diào)控能力三方面考慮，如表3所示。

表3 負(fù)荷調(diào)控能力標(biāo)簽

最后，2020年初由于新冠疫情的影響，很多企業(yè)都受到了影響。為了從實(shí)際電力負(fù)荷數(shù)據(jù)中挖掘各用戶受影響程度，新定義了疫情停工減產(chǎn)程度、疫情復(fù)工復(fù)產(chǎn)程度2個(gè)指標(biāo)，具體指標(biāo)如表4所示。

表4 疫情影響程度標(biāo)簽

2 基于數(shù)據(jù)挖掘理論的負(fù)荷特性指標(biāo)計(jì)算

2.1 用戶典型負(fù)荷曲線提取方法

典型日負(fù)荷曲線是能反映某用戶全年整體負(fù)荷水平和規(guī)律性的日負(fù)荷曲線，選取與各類(lèi)日負(fù)荷曲線的聚類(lèi)中心最相近的實(shí)際負(fù)荷曲線作為典型曲線。首先，判斷該用戶全年365條日負(fù)荷曲線的最佳聚類(lèi)數(shù)，根據(jù)聚類(lèi)數(shù)利用模糊C均值聚類(lèi)方法[14]獲得聚類(lèi)中心曲線。然后，在全年所有負(fù)荷曲線中選取與此聚類(lèi)中心最為相近的日負(fù)荷曲線作為典型日負(fù)荷曲線。

2.2 用電規(guī)律性

2.2.1日內(nèi)用電規(guī)律

1)日內(nèi)工作時(shí)間特性。

(1)

2)日夜用電特性。

設(shè)定白天工作時(shí)間為06:00—18:00，夜晚工作時(shí)間為18:00—次日06:00。通過(guò)計(jì)算典型負(fù)荷曲線白天用電量Qd和夜晚用電量Qn的比值A(chǔ)12，來(lái)判斷日夜用電特性，如式(2)所示。

(2)

式中：Pt為t時(shí)刻負(fù)荷曲線上的負(fù)荷值。

3)早晚高峰特性。

(3)

4)峰谷特性顯現(xiàn)性。

以隸屬度指標(biāo)表征各時(shí)段峰谷屬性，定義峰隸屬度upeak(t)、谷隸屬度uvalley(t)，t時(shí)刻的峰谷隸屬度分別用偏大型梯形和偏小型梯形[15]表示：

(4)

一天Nt組峰谷隸屬度可得到特征指標(biāo)矩陣X：

X=[upeak(t)uvalley(t)]Nt×2

(5)

進(jìn)一步用模糊聚類(lèi)的方法根據(jù)峰谷隸屬度對(duì)典型負(fù)荷曲線劃分峰、谷、平時(shí)段，再結(jié)合峰谷時(shí)段劃分原則[15](峰時(shí)段和谷時(shí)段的持續(xù)時(shí)間不應(yīng)低于2 h)判斷用戶日用電曲線是否具有明顯峰谷，即得到指標(biāo)A14。

2.2.2周用電規(guī)律

1)周內(nèi)作休制度。

提取用戶典型不開(kāi)工日負(fù)荷曲線，并與該用戶典型開(kāi)工日負(fù)荷曲線的用電量進(jìn)行比較，計(jì)算其不開(kāi)工時(shí)電量與開(kāi)工時(shí)電量的比值α。計(jì)算一周內(nèi)某天實(shí)際用電量Qi與該用戶典型開(kāi)工日負(fù)荷曲線用電量Qtypical的比值A(chǔ)21，比較A21與α大小來(lái)判別用戶的周內(nèi)作休制度。

A21=Qi/Qtypical

(6)

2)周內(nèi)用電相似度。

計(jì)算用戶周內(nèi)用電相似度有助于了解其工作生產(chǎn)安排計(jì)劃。在計(jì)算周內(nèi)作休制度指標(biāo)后，如果用戶周內(nèi)每天都工作，則繼續(xù)進(jìn)行周用電相似度計(jì)算，選擇某一周的實(shí)際負(fù)荷曲線，計(jì)算其一周7天負(fù)荷曲線之間的Pearson相關(guān)系數(shù)A22，判斷工作日和休息日工作相似性。

Pearson相關(guān)系數(shù)[16]用于度量2個(gè)向量之間的線性相關(guān)性，根據(jù)日負(fù)荷曲線P1和P2定義相關(guān)系數(shù)ρ(P1，P2)：

(7)

式中：cov(P1,P2)為P1、P2的協(xié)方差；σP1、σP2分別為P1、P2的標(biāo)準(zhǔn)差。

周用電相似度矩陣A22可表示為一周內(nèi)兩兩相關(guān)系數(shù)的矩陣:

(8)

2.2.3月用電相似度

月用電相似度可以體現(xiàn)用戶在一年中不同月份的工作生產(chǎn)安排規(guī)律。月用電相似度大，說(shuō)明每個(gè)月的負(fù)荷水平相似；反之說(shuō)明每個(gè)月負(fù)荷水平具有較大差異。本文定義的月用電相似度A3表示一年內(nèi)每個(gè)月最大負(fù)荷的均值與年最大負(fù)荷之間的比值。

(9)

2.2.4季度用電相似度

定義季度用電相似度A4為一年每個(gè)季度最大負(fù)荷的均值與年最大負(fù)荷之間的比值。季度用電相似度大，說(shuō)明用戶4個(gè)季度的負(fù)荷水平相似；反之說(shuō)明用戶4個(gè)季度負(fù)荷水平具有較大差異。

(10)

2.2.5季節(jié)用電規(guī)律

一般來(lái)說(shuō)，用戶的負(fù)荷可以分為基本級(jí)和季節(jié)性負(fù)荷[17]。前者可由春秋季的典型負(fù)荷曲線表示，因?yàn)榇呵锛竟?jié)負(fù)荷主要為設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)負(fù)荷；后者分為夏季降溫負(fù)荷和冬季取暖負(fù)荷，夏季用戶會(huì)增加空調(diào)等負(fù)荷，冬季會(huì)增加取暖設(shè)備等負(fù)荷。

基本負(fù)荷計(jì)算公式如式(11)所示，求出春、秋季典型負(fù)荷曲線，以其平均值作為基礎(chǔ)負(fù)荷：

(11)

式中：Nspring、Nautumn表示春季和秋季典型負(fù)荷曲線數(shù)量；Pspring,d、Pautumn,d分別表示第d個(gè)春季和秋季典型負(fù)荷曲線的日負(fù)荷。

夏季降溫負(fù)荷Pcooling和冬季取暖負(fù)荷Pheating的計(jì)算公式如式(12)所示。

(12)

通過(guò)判斷夏季降溫負(fù)荷占比A51和冬季取暖負(fù)荷占比A52來(lái)判斷用戶高溫和低溫敏感性，其計(jì)算公式如下：

(13)

2.3 用電平順度

(14)

在此基礎(chǔ)上為了進(jìn)一步描述日負(fù)荷曲線的平穩(wěn)程度，本文定義了2個(gè)新指標(biāo)：波動(dòng)度和沖擊度。

2.3.1波動(dòng)度

定義波動(dòng)度B3為歸一化典型負(fù)荷曲線的標(biāo)準(zhǔn)差，表征負(fù)荷的離散程度。波動(dòng)度大，則負(fù)荷分散程度大，說(shuō)明負(fù)荷波動(dòng)性大；反之則負(fù)荷分散程度小，說(shuō)明負(fù)荷波動(dòng)性小。

(15)

2.3.2沖擊度

(16)

2.3.3用電平順度綜合評(píng)分

以上4個(gè)指標(biāo)中，波動(dòng)度、沖擊度和峰谷差率越大，負(fù)荷曲線平順度越差；而負(fù)荷率越大，負(fù)荷曲線平順度越好。指標(biāo)計(jì)算完成后，對(duì)各個(gè)指標(biāo)先進(jìn)行各自評(píng)分，范圍為1～10分；再使用熵權(quán)法[18]得到各指標(biāo)的客觀權(quán)重；最后，對(duì)用電平順度標(biāo)簽進(jìn)行綜合評(píng)分，得分越高，平順度越差。

熵權(quán)法是一種客觀指標(biāo)權(quán)重分析方法，基本思路是根據(jù)指標(biāo)變異性的大小來(lái)確定客觀權(quán)重。首先給定指標(biāo)B1,…,B4，其中Bi={bi1,…,bij,…,bin}，n為用戶數(shù)量。將各個(gè)指標(biāo)的得分歸一化，得到b′ij：

(17)

求各指標(biāo)信息熵ei：

(18)

根據(jù)信息熵值，計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重wi：

(19)

最后，第j個(gè)用戶的用電平順度得分計(jì)算如下：

(20)

2.4 負(fù)荷調(diào)控能力

2.4.1負(fù)荷重要程度

評(píng)判負(fù)荷是否具有負(fù)荷調(diào)控能力前先要判別負(fù)荷的重要程度。因?yàn)槿藶楦淖兓蜷g斷重要負(fù)荷的生產(chǎn)計(jì)劃會(huì)影響社會(huì)安定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展。電力負(fù)荷應(yīng)根據(jù)對(duì)供電可靠性要求及中斷供電在政治、經(jīng)濟(jì)上所造成影響的程度進(jìn)行分級(jí)[19]。一般一級(jí)負(fù)荷不參與負(fù)荷調(diào)控，如交通運(yùn)輸業(yè)、公共服務(wù)和管理組織行業(yè)、鋼鐵冶煉行業(yè)中焦化、燒結(jié)和冶煉生產(chǎn)設(shè)備等。

2.4.2基于電價(jià)的調(diào)控能力

價(jià)格型負(fù)荷調(diào)控通過(guò)設(shè)定階梯電價(jià)、分時(shí)電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)等方式，引導(dǎo)用戶調(diào)整電力需求，實(shí)現(xiàn)削峰填谷的目的[20]。定義用戶基于電價(jià)的調(diào)控能力C21為該用戶電價(jià)響應(yīng)轉(zhuǎn)移電量Qprice與一天用電量Qtotal的比值。

C21=Qprice/Qtotal

(21)

2.4.3基于激勵(lì)的調(diào)控能力

激勵(lì)型負(fù)荷調(diào)控[20]是以直接補(bǔ)償或其他時(shí)段的優(yōu)惠電價(jià)引導(dǎo)用戶在系統(tǒng)需要或電力緊張時(shí)減少電力需求。選取典型的基于激勵(lì)調(diào)控的負(fù)荷曲線，定義用戶基于激勵(lì)的調(diào)控能力C22為該曲線中負(fù)荷削減的電量Qincentive與一天用電量的比值。

C22=Qincentive/Qtotal

(22)

2.5 疫情影響程度

2.5.1疫情影響度

這里將疫情影響度定義為用戶在2020年疫情期間的總用電量與2019年同期用電量比值的倒數(shù)，以此來(lái)衡量其營(yíng)業(yè)或生產(chǎn)受疫情的影響程度。用戶k的疫情影響度D1為：

(23)

2.5.2疫情恢復(fù)度

定義復(fù)工復(fù)產(chǎn)指數(shù)為各行業(yè)用戶疫情期間每日生產(chǎn)恢復(fù)情況，用戶k第i天復(fù)工復(fù)產(chǎn)指數(shù)如下:

(24)

疫情恢復(fù)度為疫情后企業(yè)生產(chǎn)或營(yíng)業(yè)的恢復(fù)程度，這里將2020年3月初企業(yè)的復(fù)工復(fù)產(chǎn)指數(shù)作為恢復(fù)度。用戶k的疫情恢復(fù)度D2的計(jì)算公式如下：

(25)

式中：i1為3月初的日期編號(hào)。

3 算例分析

3.1 算例數(shù)據(jù)

為了準(zhǔn)確計(jì)算標(biāo)簽分界值，選取某省重要的10個(gè)行業(yè)19家典型用戶在2019年1月1日至2020年3月10日，一天96點(diǎn)的用戶專(zhuān)用變壓器負(fù)荷數(shù)據(jù)，包括信息傳輸軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、公共服務(wù)和管理組織(大學(xué))、黑色金屬冶煉壓延加工業(yè)、電子設(shè)備制造業(yè)、紡織業(yè)、船舶工業(yè)、建筑材料及制品業(yè)、石油化學(xué)業(yè)和商業(yè)。

首先對(duì)負(fù)荷數(shù)據(jù)剔除異常值并進(jìn)行預(yù)處理，再采用2.1節(jié)的方法提取各用戶典型負(fù)荷曲線，進(jìn)一步對(duì)各行業(yè)用戶的負(fù)荷特性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，用模糊C均值聚類(lèi)算法分別對(duì)每類(lèi)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果劃分指標(biāo)界限。

3.2 用電規(guī)律性算例分析

3.2.1日內(nèi)用電規(guī)律

1)日內(nèi)工作時(shí)間特性。

各用戶日內(nèi)工作時(shí)間特性如附錄A表A1所示，通過(guò)模糊聚類(lèi)得到日內(nèi)工作時(shí)間特性劃分標(biāo)準(zhǔn)，如表5所示。其中商業(yè)1、商業(yè)2屬于非24 h工作制，而其他工業(yè)屬于24 h工作制。

2)日夜用電特性。

日夜用電特性指標(biāo)如附錄A表A2所示，日夜用電特性判斷標(biāo)準(zhǔn)如表6所示。

表6 日夜用電特性判斷標(biāo)準(zhǔn)

3)早晚高峰特性。

早晚高峰特性指標(biāo)如附錄A表A3所示，早晚高峰判斷標(biāo)準(zhǔn)如表7所示。

表7 早晚高峰特性判斷標(biāo)準(zhǔn)

4)峰谷特性顯現(xiàn)性。

峰谷特性顯現(xiàn)性指標(biāo)如附錄A表A4所示，選取具有明顯峰谷時(shí)段的公共服務(wù)和管理組織業(yè)用戶(大學(xué)1)以及峰谷時(shí)段不明顯的鋼鐵冶煉業(yè)用戶1的負(fù)荷進(jìn)行比較，繪制其負(fù)荷曲線峰谷時(shí)段劃分圖，如圖1所示。

圖1(a)中，公共服務(wù)和管理組織業(yè)用戶(大學(xué)1)有明顯峰谷，因?yàn)樵撚脩魹榇髮W(xué)負(fù)荷，08:00—21:00為持續(xù)的峰時(shí)段，峰值出現(xiàn)在13:00，為 9.2 MW；而00:00—05:00為持續(xù)的谷時(shí)段，在凌晨04:00負(fù)荷水平減小至4.25 MW，這是因?yàn)榻淌摇?shí)驗(yàn)室和圖書(shū)館等在夜晚會(huì)長(zhǎng)時(shí)間停止使用；圖1(b)中，鋼鐵冶煉業(yè)用戶1無(wú)明顯峰谷，因?yàn)殇撹F企業(yè)是24 h工作制，日內(nèi)負(fù)荷水平一直保持波動(dòng)的、高水平的狀態(tài)。

圖1 典型用戶負(fù)荷曲線峰谷時(shí)段劃分

3.2.2周用電規(guī)律

1)周內(nèi)作休制度。

對(duì)各用戶的某一天不開(kāi)工的指標(biāo)分界α值進(jìn)行計(jì)算，得到當(dāng)A21<60%時(shí)，認(rèn)為該日為不開(kāi)工/不營(yíng)業(yè)日；反之，則該用戶一周無(wú)休。

2)周內(nèi)用電相似度。

選取交通運(yùn)輸業(yè)用戶2為例，計(jì)算一周7天的負(fù)荷曲線相似度，如表8所示。

表8 交通運(yùn)輸業(yè)用戶2一周負(fù)荷曲線相似度

通過(guò)表8中數(shù)據(jù)可知，該用戶周二至周五的負(fù)荷與周一的相似度較高，都大于0.60；而周六和周日與周一的相似度較低，僅有0.44和0.51，說(shuō)明該用戶在工作日和周末的負(fù)荷特性具有差異。這是因?yàn)樵撚脩魹榈罔F用戶，其用電情況主要受人們出行規(guī)律的影響，在工作日，00:00—05:45負(fù)荷基本保持不變，因?yàn)檫@段時(shí)間沒(méi)有列車(chē)運(yùn)行，只有照明等普通負(fù)荷，且有明顯的早高峰和晚高峰特性，在10:00—16:00期間負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定；而在節(jié)假日則沒(méi)有明顯的早晚高峰，負(fù)荷曲線在10:00—12:00、14:00—16:00以及19:00—21:00之間都處于較高水平，且晚上負(fù)荷曲線整體水平與工作日相比較高。

3.2.3月用電相似度

A3計(jì)算結(jié)果如附錄A表A5所示，由此可以得到月用電相似度判斷標(biāo)準(zhǔn)，如表9所示。

表9 月用電相似度判斷標(biāo)準(zhǔn)

3.2.4季度用電相似度

A4計(jì)算結(jié)果如附錄A表A6所示，得到季度用電相似度判斷標(biāo)準(zhǔn)，如表10所示。

表10 季度用電相似度判斷標(biāo)準(zhǔn)

3.2.5季節(jié)用電特性

A51、A52計(jì)算結(jié)果如附錄A表A7所示，高溫敏感性和低溫敏感性的判斷標(biāo)準(zhǔn)如表11所示。

表11 季節(jié)用電規(guī)律判斷標(biāo)準(zhǔn)

分別選取鋼鐵冶煉業(yè)用戶3、電子設(shè)備制造業(yè)用戶2和交通運(yùn)輸業(yè)用戶2，繪制其夏季降溫負(fù)荷曲線和冬季取暖負(fù)荷曲線，如圖2所示，并計(jì)算其夏季降溫負(fù)荷占比和冬季取暖負(fù)荷占比，如表12所示。

表12 典型用戶的季節(jié)用電規(guī)律性指標(biāo)計(jì)算

通過(guò)圖2和表12可以看出，鋼鐵冶煉業(yè)用戶3高溫和低溫敏感度較低，夏季降溫負(fù)荷和冬季取暖負(fù)荷占比僅為2.50%和7.77%，因?yàn)殇撹F企業(yè)嚴(yán)格按照生產(chǎn)計(jì)劃運(yùn)營(yíng)，受氣候因素影響較小；電子業(yè)用戶2高溫敏感度中，夏季降溫負(fù)荷占比達(dá)到20.48%，而低溫敏感度較低，冬季取暖負(fù)荷占比僅為1.14%，因?yàn)殡娮悠髽I(yè)具有精密儀器設(shè)備，這些設(shè)備對(duì)高溫敏感；交通運(yùn)輸業(yè)用戶2低溫敏感度較低，高溫敏感度較高，夏季降溫負(fù)荷占比高達(dá)32.28%，因?yàn)榈罔F在夏季空調(diào)負(fù)荷占比較大。

圖2 典型用戶夏季降溫和冬季取暖負(fù)荷曲線

3.3 用電平順度算例分析

各用戶的用電平順度標(biāo)簽的各指標(biāo)計(jì)算結(jié)果如附錄A表A8所示，由此可以對(duì)波動(dòng)度、沖擊度、峰谷差率和負(fù)荷率進(jìn)行評(píng)分，采用熵權(quán)法得到各指標(biāo)的權(quán)重如表13所示，用戶的用電平順度綜合得分以及排序如表14所示。

表13 用電平順度標(biāo)簽各指標(biāo)權(quán)重

表14 用電平順度綜合得分和排序(由差到好)

與表中相同從表14中可知，鋼鐵冶煉業(yè)用戶1和用戶2平順度最低，平順度得分分別為7.11和7.33，而紡織業(yè)用戶1和石化業(yè)用戶1平順度最高，得分分別為0.32和0.33。用電平順度高低判斷標(biāo)準(zhǔn)如表15所示。

表15 用電平順度判斷標(biāo)準(zhǔn)

3.4 負(fù)荷調(diào)控能力算例分析

本算例以鋼鐵冶煉業(yè)用戶2為例，分析負(fù)荷調(diào)控能力的計(jì)算過(guò)程。鋼鐵企業(yè)均有一定比例的用電設(shè)備屬于可中斷運(yùn)行的設(shè)備，如辦公等配套用電設(shè)施、軋鋼生產(chǎn)線設(shè)備等。選取實(shí)施激勵(lì)型負(fù)荷調(diào)控措施的5條典型負(fù)荷曲線，如圖3所示。此外，鋼鐵企業(yè)會(huì)根據(jù)峰谷電價(jià)調(diào)整生產(chǎn)，將部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移至低電價(jià)時(shí)段，選取實(shí)施價(jià)格型負(fù)荷調(diào)控措施的4條典型負(fù)荷曲線，如圖4所示，相應(yīng)的負(fù)荷削減指標(biāo)分別如表16和表17所示。

表17 鋼鐵業(yè)用戶2價(jià)格型負(fù)荷調(diào)控典型曲線指標(biāo)

圖3 鋼鐵業(yè)用戶2激勵(lì)型負(fù)荷調(diào)控典型曲線

圖4 鋼鐵業(yè)用戶2價(jià)格型負(fù)荷調(diào)控典型曲線

由表16可知，在上述鋼鐵冶煉業(yè)用戶2的激勵(lì)型負(fù)荷調(diào)控典型負(fù)荷曲線中，該用戶基于激勵(lì)的調(diào)控負(fù)荷削減比均大于30%，平均值為38.79%；負(fù)荷削減最大值達(dá)到96.240 MW，平均值為75.990 MW；峰時(shí)段削減電量最大值為650.140 MW·h，平均值為463.084 MW·h。

表16 鋼鐵業(yè)用戶2激勵(lì)型負(fù)荷調(diào)控典型曲線指標(biāo)

由表17可知，該用戶基于電價(jià)的負(fù)荷調(diào)控負(fù)荷削減比約為10.43%，負(fù)荷削減平均值為20.12 MW，峰時(shí)段削減電量平均值為157.53 MW·h，相較于基于激勵(lì)的負(fù)荷削減值小。再通過(guò)分析建材業(yè)和石化業(yè)等用戶的負(fù)荷調(diào)控情況，得到負(fù)荷調(diào)控能力判斷標(biāo)準(zhǔn)，如表18所示。

表18 負(fù)荷調(diào)控能力判斷標(biāo)準(zhǔn)

3.5 疫情影響程度算例分析

各用戶疫情影響程度標(biāo)簽的各指標(biāo)計(jì)算結(jié)果如附錄A表A9所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可得到用戶疫情影響度和疫情恢復(fù)度判斷標(biāo)準(zhǔn)，如表19所示。

表19 疫情影響度和疫情恢復(fù)度判斷標(biāo)準(zhǔn)

選取疫情影響度較小且恢復(fù)度較高的電子設(shè)備制造業(yè)用戶2以及疫情影響度較高且恢復(fù)度較低的商業(yè)用戶1，繪制2020年1月30日—2月9日(圖中對(duì)應(yīng)日期編號(hào)為1至11)，2019年2月10日—2月20日(圖中對(duì)應(yīng)日期編號(hào)為1至11)的典型負(fù)荷曲線以及日用電量，如圖5和圖6所示。

疫情對(duì)多數(shù)電力用戶都造成了消極影響，從企業(yè)類(lèi)型來(lái)看，商業(yè)受疫情影響程度最大，而工業(yè)例如鋼鐵冶煉業(yè)、電子設(shè)備制造業(yè)等受疫情影響程度較小。其中，商業(yè)用戶1的疫情影響度為4.348，如圖5所示，該用戶在疫情期間幾乎不營(yíng)業(yè)，白天負(fù)荷大幅減少，日用電量降為2019年的20%左右。而電子設(shè)備制造業(yè)用戶2的疫情影響度為1.096，如圖6所示，該用戶在疫情期間負(fù)荷略有減少，減少4%～5%，日用電量與2019年相差不大。雖然大部分企業(yè)都因?yàn)橐咔闇p產(chǎn)，但是信息傳輸軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)在疫情期間負(fù)荷出現(xiàn)了較大漲勢(shì)，較2019年增長(zhǎng)了2～3倍，日用電量由原來(lái)的100 MW·h增加到280 MW·h，如圖7所示。

圖5 商業(yè)用戶1 2019年和2020年疫情同期典型曲線以及日用電量

圖6 電子設(shè)備制造業(yè)用戶2 2019年和2020年疫情同期典型曲線以及日用電量

圖7 信息傳輸軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)用戶1 2019年和2020年疫情同期日用電量

此外，從企業(yè)規(guī)模來(lái)說(shuō)，此次疫情中大型企業(yè)生產(chǎn)受影響度較小，恢復(fù)度屬于較高水平，負(fù)荷在2019年同期的95%以上；而中小企業(yè)普遍受影響度高且恢復(fù)度為中低水平，負(fù)荷僅為2019年同期的60%～85%，如紡織業(yè)用戶2相較紡織業(yè)用戶1來(lái)說(shuō)企業(yè)規(guī)模較小，其疫情影響度為4.505且恢復(fù)度僅為85%，而紡織業(yè)用戶1疫情影響度僅為1.007且恢復(fù)度高于100%。

3.6 用戶負(fù)荷特性標(biāo)簽

通過(guò)上述指標(biāo)的分類(lèi)，可以對(duì)算例中分析的19個(gè)用戶貼上相應(yīng)的負(fù)荷特性標(biāo)簽，以鋼鐵冶煉業(yè)用戶1為例，其負(fù)荷特性標(biāo)簽結(jié)果如圖8所示。

圖8 鋼鐵冶煉業(yè)用戶1的負(fù)荷特性標(biāo)簽

4 結(jié) 論

基于數(shù)據(jù)挖掘理論對(duì)用戶用電規(guī)律性、平順度、負(fù)荷調(diào)控能力以及疫情影響度四方面進(jìn)行負(fù)荷大數(shù)據(jù)分析，提出了電力用戶負(fù)荷特性分析通用方法，并建立了全面的負(fù)荷特性標(biāo)簽體系對(duì)用戶負(fù)荷特性畫(huà)像進(jìn)行刻畫(huà)。在算例中，通過(guò)對(duì)重要行業(yè)典型用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)的挖掘，給出了各指標(biāo)的分界標(biāo)準(zhǔn)，有利于電力部門(mén)更深入理解各行業(yè)用戶的用電特征，為電力調(diào)度部門(mén)實(shí)現(xiàn)客戶負(fù)荷特征的準(zhǔn)確識(shí)別和分類(lèi)提供方法依據(jù)，以達(dá)到高效率地為不同客戶提供差異化、針對(duì)性服務(wù)的目的。此外，還針對(duì)2020年新冠肺炎疫情期間重要電力用戶的用電情況，分析了重要行業(yè)受影響程度和恢復(fù)程度。

所提出的標(biāo)簽體系中只選取了典型指標(biāo)，雖然數(shù)量不多，但其所反映的行業(yè)用電特性覆蓋面還是比較全面的。此外，由于本文僅選取了10個(gè)重要行業(yè)中19個(gè)典型用戶進(jìn)行分析，為了獲得更精確的指標(biāo)分界和判斷標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)擴(kuò)大數(shù)據(jù)庫(kù)范圍。本文提出的負(fù)荷特性分析通用方法中，還可能缺乏一些特殊行業(yè)特有的負(fù)荷特性，今后將針對(duì)此方面開(kāi)展進(jìn)一步研究。

附錄A