基于電網(wǎng)數(shù)據(jù)的城中村用電指數(shù)分析

梁雪青 杜舒明 趙小凡 劉超

摘 要 城中村用電問題是困擾城中村居民日常生活的基本問題，是城中村改造與安全管控迫切需要解決的問題。為提高城中村用電質(zhì)量，本文基于海量電網(wǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、挖掘等方法，對(duì)城中村居民用電行為與低壓用電負(fù)荷特征進(jìn)行了分析，并結(jié)合負(fù)荷影響因素構(gòu)建城中村負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，以期科學(xué)預(yù)測(cè)城中村用電高峰段，提高城中村用電規(guī)劃水平，促進(jìn)其用電問題科學(xué)解決。

關(guān)鍵詞 電網(wǎng)數(shù)據(jù) 城中村 用電指數(shù) 負(fù)荷預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2022）02-0061-03

基于科學(xué)技術(shù)在電力工業(yè)中的推廣使用，電力工業(yè)信息化、數(shù)字化、智能化水平大幅度提高，并產(chǎn)生了海量電網(wǎng)數(shù)據(jù)。通過各類數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)的科學(xué)使用，能夠從海量電網(wǎng)數(shù)據(jù)中了解用戶用電水平、用戶用電行為特征、用電用戶行為規(guī)律、用戶用電需求等，便于供電企業(yè)對(duì)用電用戶給予個(gè)性化、精細(xì)化服務(wù)，可在滿足用電用戶能源需求的同時(shí)，提升供電企業(yè)服務(wù)、管理、風(fēng)險(xiǎn)抵御能力。目前，基于電網(wǎng)數(shù)據(jù)的用電指數(shù)分析已經(jīng)取得一定成績(jī)，但多集中在企業(yè)用電評(píng)估，關(guān)于城中村用電情況的研究較少。本研究以城中村為例，以電網(wǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，擬通過用電行為分析與用電負(fù)荷分析，提升城中村用電質(zhì)量。

1 概述

為響應(yīng)國(guó)家對(duì)城市建設(shè)工程政策做出的要求，我國(guó)各個(gè)城市相繼展開了舊城改造、城中村拆遷、道路拓寬、立體交通新建等多項(xiàng)工作，然而基于更高標(biāo)準(zhǔn)的城市發(fā)展規(guī)劃，對(duì)電力規(guī)劃工作提出了更高的要求。因此，為確保全面做好電力規(guī)劃工作，要求電力部門需要竭力應(yīng)用各種數(shù)據(jù)來源及信息化系統(tǒng)，建立健全一個(gè)比較完善的城市電力規(guī)劃設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)，輔助電力部門電網(wǎng)規(guī)劃、電力工作決策、風(fēng)險(xiǎn)分析等各項(xiàng)工作繼續(xù)開展，為相關(guān)工作的開展鋪墊扎實(shí)的基礎(chǔ)條件。對(duì)于信息化系統(tǒng)而言，除了使用起來簡(jiǎn)單方便以外，展示結(jié)果也比較直觀，可以同時(shí)展現(xiàn)信息功能和圖形功能。重點(diǎn)在于，信息化系統(tǒng)的建設(shè)，可以有效地結(jié)合專業(yè)理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在能夠滿足科學(xué)性要求的基礎(chǔ)上，形成一個(gè)擴(kuò)展性強(qiáng)且結(jié)構(gòu)科學(xué)的城市電網(wǎng)輔助工作平臺(tái)。以城市發(fā)展和建設(shè)作為出發(fā)點(diǎn)，平臺(tái)可以供給工作人員綜合性更強(qiáng)、更全面且更可靠的信息資料，并且在此過程中全方位提高城市設(shè)計(jì)水平，繼而最大可能地達(dá)到城市生產(chǎn)及城市居民生活的用電需求。

2 電力規(guī)劃要點(diǎn)

2.1 潮流計(jì)算

在電力系統(tǒng)中，潮流計(jì)算屬于一種特別重要的計(jì)算方式，且它的工作內(nèi)容就是研究系統(tǒng)的運(yùn)行以及規(guī)劃過程中出現(xiàn)或潛在的一些問題。利用潮流計(jì)算可以檢驗(yàn)電力系統(tǒng)規(guī)劃方案實(shí)踐過程中的運(yùn)行方式是否達(dá)標(biāo)。且在系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中，又可以通過潮流計(jì)算提前預(yù)知網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及負(fù)荷變化，并對(duì)系統(tǒng)的安全性、系統(tǒng)線路元件、變壓器等進(jìn)行科學(xué)評(píng)估。

2.2 負(fù)荷預(yù)測(cè)

負(fù)荷預(yù)測(cè)屬于電網(wǎng)規(guī)劃工作中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，且此環(huán)節(jié)為電網(wǎng)規(guī)劃提供了相當(dāng)一部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然而精度卻會(huì)影響到規(guī)劃進(jìn)程。另外，由于負(fù)荷預(yù)測(cè)范圍廣的緣故，對(duì)其造成影響的因素往往也比較多，這些因素之間還存在較高的不確定性，以及預(yù)測(cè)模型與預(yù)測(cè)方法多且優(yōu)勢(shì)各異、適用場(chǎng)合不同等特征。不僅如此，其預(yù)測(cè)思路也是各具特色，所以想要進(jìn)一步保證負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性往往比較難[1]。

3 城中村用電情況分析

城中村又被稱為“都市里的村莊”，是我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程中形成的特有現(xiàn)象。因其房租便宜、物價(jià)低廉、距離市中心較近、交通便捷，是外地務(wù)工人員居住的首選場(chǎng)所，吸引了許多微小中型商鋪[2]。在此背景下，城中村用電需求不斷增加，配變負(fù)荷不斷增加。例如，某城中村基于城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，2016年至2019年負(fù)荷年均增長(zhǎng)率達(dá)到5.4%，因?yàn)楣⒊鲎馐窃摮侵写逵秒姷闹饕愋?，約占城中村用電量的69%，故近些年其用電負(fù)荷受公寓出租率影響較大，在此期間呈現(xiàn)不穩(wěn)定變化，綜合分析該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)與城中村改建要求，預(yù)計(jì)未來3年城中村負(fù)荷仍將呈不斷上升趨勢(shì)，增產(chǎn)率可達(dá)到10%以上[3]?；诔侵写遑?fù)荷的不斷增加，以及城中村違規(guī)建設(shè)多、線路私接多、供電設(shè)施老舊等既有問題的影響，城中村用電高峰期電網(wǎng)常處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，停電、跳閘等問題頻繁發(fā)生，用電供求不平衡問題明顯，不僅影響了居民生活，也增加了用電風(fēng)險(xiǎn)。因此，筆者認(rèn)為有必要加強(qiáng)城中村用電指數(shù)分析，探尋科學(xué)有效的城中村用電問題解決對(duì)策，切實(shí)保障民生用電。綜合前述內(nèi)容，參考并分析相關(guān)的調(diào)查數(shù)據(jù)資料發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段城中村用電現(xiàn)狀主要表現(xiàn)出以下問題：

1.未將村民宅基地建設(shè)納入到城市規(guī)劃中，和供電企業(yè)規(guī)范管理間矛盾重重，整體呈現(xiàn)出不同程度的建設(shè)進(jìn)度差異，時(shí)常出現(xiàn)私拉亂接、零星報(bào)裝等問題。

2.在城中村建設(shè)及村民宅基地建設(shè)過程中，沒有預(yù)留配電房、線路走廊、臺(tái)區(qū)、報(bào)箱位置等，導(dǎo)致電網(wǎng)建設(shè)時(shí)常出現(xiàn)因設(shè)備或線路走廊不能定位而很難協(xié)調(diào)施工，經(jīng)常有無序或過載用電的情況。

3.因村民宅基地多高層建筑建設(shè)引起的用電量劇增、配電網(wǎng)總體建設(shè)規(guī)劃滯后的問題，頻繁地造成臺(tái)區(qū)負(fù)荷超載、表前后線過流燒壞或超容燒表、變壓器燒壞問題發(fā)生。

4.對(duì)當(dāng)前的電網(wǎng)規(guī)劃現(xiàn)狀調(diào)查得不夠深入，并且對(duì)區(qū)域負(fù)荷增長(zhǎng)的趨勢(shì)拿捏不準(zhǔn)，最終使得電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)方案無法達(dá)到客戶用電實(shí)需[4]。

4 電網(wǎng)數(shù)據(jù)及其獲取分析

基于電力工業(yè)與新一代信息技術(shù)的深入融合，電網(wǎng)信息化、自動(dòng)化、數(shù)據(jù)化、智能化水平大幅度提高。深圳、北京、上海、廣州、成都、南京、蘇州等一線、新一線城市用電信息數(shù)據(jù)采集覆蓋率超過95%，采集用電信息數(shù)據(jù)類型包括用戶用電量、每15分鐘用電功率、不同時(shí)間段電壓與電流變化等。與此同時(shí)，隨著近幾年各系統(tǒng)、平臺(tái)的互聯(lián)互通，信息共享水平大幅度提高，用電信息采集數(shù)據(jù)類型不斷增多，如地理信息數(shù)據(jù)、氣候信息數(shù)據(jù)、各類建筑物用電信息數(shù)據(jù)等。這在一定程度上為城中村用電指數(shù)分析提供了充足的信息數(shù)據(jù)。例如，采集居民用戶近幾年日負(fù)荷量、用電功率等信息，將異常數(shù)據(jù)剔除，采用局部線性插值法對(duì)居民用電信息數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，可有效提升居民用電行為特征分析質(zhì)量;采集城中村近幾年負(fù)荷變化數(shù)據(jù)、城中村氣象數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析技術(shù)檢驗(yàn)城中村負(fù)荷與氣象因素相關(guān)性，可有效探尋影響城中村負(fù)荷主要因素，有利于城中村負(fù)荷預(yù)測(cè)模型構(gòu)建。

5 城中村居民用電行為分析

因?yàn)槌侵写逵秒婎愋椭幸跃用裼秒姙橹?，故本次研究?duì)城中村居民用電行為進(jìn)行分析，以便對(duì)城中村居民用電實(shí)施個(gè)性化管控。

5.1 城中村絕對(duì)用電指數(shù)分析

通常情況下可通過絕對(duì)用電指數(shù)分析居民用電行為。在此過程中，相關(guān)人員需要對(duì)城中村居民日用電量進(jìn)行采集與統(tǒng)計(jì)，獲取平均日用電量中位數(shù)，即“絕對(duì)用電指數(shù)”。并在此基礎(chǔ)上劃分居民用電類型，通?？蓜澐譃榈秃碾娪脩?、中耗電用戶、高耗電用戶、異常用戶等幾種類型[5]。例如，根據(jù)城中村與市中心的距離，從近、較近、較遠(yuǎn)三個(gè)區(qū)域選取3個(gè)城中村（表示為“1號(hào)村、2號(hào)村、3號(hào)村”）運(yùn)用絕對(duì)用電指數(shù)進(jìn)行居民用電行為分析?；?00天居民日用電量數(shù)據(jù)采集和處理，得出表1所示結(jié)果。分析表中數(shù)據(jù)可知：三個(gè)城中村絕對(duì)用電指數(shù)差異不大，2號(hào)村絕對(duì)用電指數(shù)最高，中耗電用戶居多，均存在異常用戶;根據(jù)不同類型用戶用電情況繪制曲線，發(fā)現(xiàn)城中村低耗電用戶、中耗電用戶、高耗電用戶曲線形狀大致相同，即夏冬季為居民用電高峰期，低耗電、中耗電與高耗電用戶夏季用電量均最高，可能與當(dāng)?shù)叵募狙谉幔照{(diào)、風(fēng)扇等電器使用率高相關(guān);高耗電用戶冬季用電量較中耗電用戶、低耗電用戶多，可能與居民溫度敏感程度不同相關(guān)。

5.2 城中村冬夏季敏感指數(shù)分析

為掌握城中村居民夏季、冬季用電行為特征，可進(jìn)行冬夏季敏感指數(shù)分析。同樣以上述三個(gè)城中村為例，先統(tǒng)計(jì)分析600天城中村居民平均日用電量，結(jié)合用電曲線獲取城中村居民單位用電曲線，根據(jù)用電曲線表現(xiàn)將用戶劃分為異常用電用戶與正常用電用戶，將異常用電用戶剔除，計(jì)算正常用電用戶不同季節(jié)單位用電量，獲取其夏季敏感指數(shù)與冬季敏感指數(shù)，以中位數(shù)作為城中村冬夏季敏感指數(shù)，并在此基礎(chǔ)上將城中村居民分為非常敏感用戶、一般敏感用戶、不敏感用戶（見表2）。分析表中數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)1號(hào)村冬夏季敏感指數(shù)>2號(hào)村>3號(hào)村，說明1號(hào)村冬夏季用電量最高;各城中村中均存在溫度不敏感用戶，此類用戶冬夏季平均用電量較少;城中村多數(shù)居民屬于一般敏感用戶，其夏季用電量最高，冬季用電量稍高于春季與秋季但無顯著差異;非常敏感用戶四季用電量均較高，冬夏季最為明顯，可能和其使用的電氣設(shè)備、用電習(xí)慣有關(guān)。

根據(jù)絕對(duì)用電指數(shù)、冬夏季敏感指數(shù)分析，可對(duì)城中村居民用電行為具有一定了解，為城中村居民用電管理提供指導(dǎo)。與此同時(shí)，為進(jìn)一步提高城中村居民用電管理質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)供電側(cè)個(gè)性化、智能化服務(wù)，可從用戶電器類型、經(jīng)濟(jì)收入、文化程度、用電習(xí)慣、家庭結(jié)構(gòu)等多層面對(duì)城中村用戶用電行為進(jìn)行細(xì)致分析，探尋科學(xué)、有效用電指導(dǎo)與管理對(duì)策。

6 城中村低壓用電負(fù)荷分析

基于電網(wǎng)數(shù)據(jù)，可對(duì)城中村低壓用電負(fù)荷情況進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，以更好地改善城中村電能資源供需環(huán)境，解決城中村用電高峰期電能供需不均衡問題。以某城中村為例，在研究過程中采集了城中村近兩年負(fù)荷數(shù)據(jù)，結(jié)合城中村所在區(qū)域氣候特征，對(duì)負(fù)荷特征與影響因素進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了城中村負(fù)荷預(yù)測(cè)模型。

城中村負(fù)荷特征分析結(jié)果顯示：該城中村夏季用電高峰期為中午12點(diǎn)（商家為主要用戶），下午3點(diǎn)（商家為主要用戶）以及晚上9點(diǎn)（居民為主要用戶）;冬季用電高峰期集中在下午時(shí)段，具體時(shí)間點(diǎn)分布不明顯，可能與該地區(qū)冬季溫度較高，取暖負(fù)荷占比不大相關(guān)。該城中村10kV 18A變壓器月負(fù)荷率為0.6～1.0%，4～8月、11～次年2月平均日負(fù)荷率較低，7月份存在負(fù)荷最大峰谷差;2年間冬夏季負(fù)荷變化基本一致，即進(jìn)入6月后負(fù)荷量開始增加，7月與8月迅速增加，為城中村用電高峰期;進(jìn)入12月負(fù)荷量再次增加，1月末開始減少，進(jìn)入2月達(dá)到最低值，為城中村用電低谷期，可能與城中村出租戶返鄉(xiāng)相關(guān)。

在城中村負(fù)荷影響因素分析與預(yù)測(cè)模型構(gòu)建中，負(fù)荷受氣象因素、經(jīng)濟(jì)因素、隨機(jī)因素等影響，可用公式“L=L1+L2+S”表示，其中“L1”表示經(jīng)濟(jì)負(fù)荷，“L2”表示氣象負(fù)荷，“S”表示隨機(jī)負(fù)荷。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析顯示城中村受氣象因素影響最大，對(duì)氣象因素各因子進(jìn)行賦值，構(gòu)建預(yù)測(cè)模型“L2=a+b1×T1+b2×T2+b3×T3”，始終“T1”表示氣溫因子、“T2”表示風(fēng)速因子、“T3”表示濕度因子，引入內(nèi)插外推法可得到未來一段時(shí)間城中村負(fù)荷變化情況，從而為城中村負(fù)荷管理提供指導(dǎo)。

7 結(jié)論

基于電網(wǎng)數(shù)據(jù)對(duì)城中村居民用電行為與用電負(fù)荷進(jìn)行探究，實(shí)現(xiàn)城中村未來用電需求變化的科學(xué)預(yù)測(cè)，能夠?yàn)槌侵写骞╇姽芾硖峁﹨⒖家罁?jù)，有效提高供電企業(yè)能源服務(wù)水平，解決城中村高峰期用電問題。未來城中村用電管理過程中，建議供電企業(yè)可根據(jù)負(fù)荷影響因素變化情況，及時(shí)引導(dǎo)用電用戶進(jìn)行能源消耗;善于利用負(fù)荷預(yù)測(cè)模型確定城中村用電高峰期，并在此基礎(chǔ)上合理控制電價(jià);注重新能源設(shè)備深入，提高電力負(fù)荷轉(zhuǎn)化率、能源利用率。

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