基于大數據用戶用電特征正態分布分析方法

溝華偉

摘 要：電力用戶的用電行為會對電網產生實質性的影響，不良的用電行為對電網產生較大的負面影響。同性質用戶用電趨勢正態分析非常清晰的展示了同類用戶的整體用電情況和一些個性特征，通過這些特征現象分析，可以發現規律和異常，實現有效管理。

關鍵詞：用電特征分析；正態分布；同性質用戶；同行業；大數據

0 引言

隨著供電事業的大力發展，客戶要求已由原來的“用上電”轉變為“用好電”，這些使得企業從計劃經濟時期的“以產品為中心”轉變為“以客戶為中心”。在這種觀念的轉變下，了解現有客戶、認識并滿足他們的需求，對現有客戶的培養和潛在客戶的挖掘，是企業獲得進一步成功的關鍵。運用用電數據來進行客戶特征的分析，再密切追蹤客戶行為，獲得客戶的詳細信息及潛在需求，通過對客戶用電數據的深入挖掘分析實現有效管理[1]。

1正態分布原理

查正態分布表可以得到正態分布曲線與橫軸圍成的面積等于1，當以μ為中心加減一個平均誤差σ為范圍時所包含的面積為68.27%，表明落在此范圍內的各個抽樣指標占總體所有可能樣本的68.27%。而當x以加減2σ為范圍時所包括曲線的面積為95.45%，表明落在此范圍內的各個抽樣指標占總體所有可能樣本指標的95.45%，等等[4]。

正態分布有極其廣泛的實際背景，生產與科學實驗中很多隨機變量的概率分布都可以近似地用正態分布來描述。在聯系自然、社會和思維的實踐背景下，以正態分布的本質為基礎，以正態分布曲線及面積分布圖為表征，進行抽象與提升，抓住其中的主要內涵[3]。正態分布曲線及面積分布圖非常清晰的展示了整體和重點，用整體來看事物才能看清楚事物的本來面貌，抓住重點，才能得出事物的根本特性[3]。

2 同性質用戶正態分布分析方法

同性質用戶指具備一些相似的特征的用電用戶，例如使用同性質用電設備，在同一個區域而具備相同的氣候條件和經濟環境，從而在用電特征上也具備一定的相似性。同性質用戶可以從以下幾個維度來劃分：同行業、同容量、是否高能耗設備、同區域、同線路等。

對于企業而言，同性質用電企業使用類似的用電設備，具備相同的作息時間，同一地區的同行業企業其外部經濟環境和氣候環境基本相似，那么其能耗趨勢也具備一定的相似性。

對于居民而言，居住在同一個區域的鄰居處在相同的環境中，用電特征也具備一定的相似性，比如說天氣熱的時候都會開空調，那么能耗都會比未開空調時有所上升。結合家庭人口、面積、天氣情況綜合分析能更了解用戶的用電特征和需求。

基于正態分布原理，求得所有同性質用戶的指定日每個小時的電能用量的平均值和均方差得到正態分布中心和用電波動范圍，將指定用戶的用電情況與同性質用戶平均用電水平、68%同性質用戶的用電水平以及95%同性質用戶的用電水平的對比分析，如圖3所示。

設每個時間點t時刻的指定用戶電能用量值為Et，i，同類用戶的電量為Et，x，則正態分布的均值μt和均方差σt為

μt=avg（Et，x）

σt=stdev（Et，x）

其中，avg是求取樣本平均值的函數，stdev是求取均方差的函數。圖中存在兩條曲線和兩個區域面積圖，紅色的曲線依據每個時間點t的同性質用戶的平均用電水平，即正態分布的中心μt，繪制的曲線；橙色面積區域是依據每個時間點μt 1σt繪制出68.27%同性質用戶的用電范圍；橙色面積區域是依據每個時間點μt 2σt繪制出95.45%同性質用戶的用電范圍；藍色曲線依據指定的被比較的用戶電能用量Et，i繪制的曲線。

從圖2可知，該用戶的用電水平與同性質用戶用電趨勢一致，其能耗遠遠高于同性質用戶。對于這類用戶，我們結合其企業規模可知該企業在該地區該行業中是產量較高的企業，其用電趨勢符合能耗與產出一致的規律。

3 同行業同容量用電趨勢分析

3.1分析方法

本文選取同區域、同行業、同變壓器容量的企業用電用戶作為同性質用戶，因其市場環境、能耗性質和氣候環境相同，而具備類似的用電曲線和用電趨勢。若某用戶的用電曲線經常與同性質用戶用電趨勢背離，在排除系統設備故障和參數設置錯誤后，可以從以下幾個角度來分析其用電特征：

（1）指定用戶的用電曲線與同性質用戶不符

-該用戶的作息時間與其他用戶不同

-用戶有竊電嫌疑，可能變更了計量設備的峰平谷費率時段的設置

（2）指定用戶的用電遠遠高于同性質用戶

-該用戶年產出在同行業中較高

-該用戶能源利用率不高，需提出節能建議

（3）指定用戶的用電遠遠低于同性質用戶

-該用戶年產出在同行業中較低

-該用戶存在竊電嫌疑，改動電表及其接線等手段使得計量數據與實際不符，或虛報報裝容量、修改變壓器銘牌參數等

3.2同性質用戶用電特征分析

圖3（1）展示的是公共照明的用電特性，從圖上可以看出，該類用戶用電具備以下特征：每日8點至18點處于用電低谷，用電量基本為0；18點至次日8點處于用電高峰，小時平均用電量在15kWh，總體用電量不高，用電高峰與用電低谷變化明顯。

圖3（2）展示的是印刷企業的用電特性，該類用戶用電全天無明顯的用電高峰和低谷的變化，凌晨2點至6點用電量略有增加，符合印刷企業需要夜間印刷次日新聞報刊的作業特性，且由于印刷企業存在大量的印刷機等機械設備，每小時的耗電量較高，平均在380kWh左右。

由于白天對大型貨運運輸車輛交通限行的影響，物流運輸業夜間23點前后處于每日作業最繁忙狀態，用電在這個時段達到高峰，白天的用電量明顯較低，由于這些企業的電能主要是用于倉儲或轉運場地的照明和搬運機械操作，每日用電量不大，如圖3（3）所示。

圖3（4）中紡織業的每日用電趨勢符合每日早上8點上班，中午用餐，下午18點下班，部分車間工作到晚上22點的作業特征；且紡織業通常使用電動制衣設備，每日用電量較高，高峰期每小時用電量約70kWh。

總之，通過同性質用戶的用電特征正態分布分析，發現該類用戶的規律，了解作息時間和能耗規模，若某一用戶表現為不同的用電特性，則說明該用戶存在用電異常，結合其他數據分析可以進一步分析異常原因。

3.3錯峰用電與竊電嫌疑輔助分析

圖4列出的兩個用戶的用電曲線都與同類用戶用電趨勢嚴重背離，其共同點都是用電曲線與平均用電曲線的波動不一致，兩個用戶的用電高峰都出現在每日的0點到8點之間。

分析不同之處發現，左圖的用戶在其用電高峰期間，其用電量遠高于平均用電水平，整日電能用量符合平均水平，結合其他用電數據和計量設備分析，該用戶無其他用電異常信息，屬于錯峰用電用戶。

右圖的用戶在其用電高峰期間，其用電量遠低于平均用電水平，整日電能用量遠低于平均水平，結合其他用電數據和計量設備分析，與該用電趨勢吻合，該用戶每日7點43分存在計量上報的二次側CT開路發生事件，對應的23點43分有二次側CT開路恢復事件，此期間計量的電流值為0，該用戶存在竊電嫌疑。

3.4企業生產規模與能耗水平一致性分析

圖5分別是兩個企業的用電情況，左圖中的企業電能用量低行業平均水平，右圖中的企業電能用量遠高于行業平均水平。一個企業用戶的用電趨勢與同區域同行業的相同企業的用電水平對比，若該企業的用電水平低于行業平均用電水平，但是該企業的生產規模（可以從工商、稅務部門獲取企業年報）處于行業較高水平，二者背離較大時，則考慮是否存在參數設置錯誤、計量設備故障或竊電嫌疑了；若該企業的用電水平遠高于行業平均用電水平，那么在排除系統錯誤后，我們考察一下該企業的生產規模是否領先于該行業，否則則說明該企業的能源成本很高，需要采取節能措施以降低能耗。

近年來，智能電能表的發竊電方式與以往的竊電方式有較大的差別，其竊電原理是在原有竊電方式的基礎上，附加了許多防檢驗功能，具備了竊電延時、監控、自動復原等功能[5]。但是無論是何種竊電方式，最終都是使電量計量變少，從而達到竊電的目的[6]。能耗水平分析發現一些隱蔽的竊電行為手段之一，這些竊電行為不會造成電壓、電流顯著波動，而是通過各種技術使得電量計量變少，對比該用戶與同行業同容量企業的用電趨勢，若其能耗水平與平均水平存在顯著背離，那么該用戶則存在竊電嫌疑。

4 結論

供電企業常常用很多指標來考核各部門業務完成的情況，重點關注的指標包括客戶滿意度、電費回收率、線損合格率等[1]。通過對用戶用電特征分析，深入了解客戶，從質的源頭出發，通過改善管理辦法和管理手段，達到指標量的改變。用戶用電特征正態分布分析方法清晰明確的展示了同類用戶的一般用電規律和特定用戶的用電特征，通過分析二者之間的差異，發現用電異常行為，結合人口密度、經濟環境、氣候環境的多維數據分析，有效幫助供電企業發現用戶用電特性和處理異常，可廣泛應用與用電檢查、用電經濟性分析、行業景氣度分析等領域，減少管理成本，提高工作效率，改善企業管理。

參考文獻：

[1] 王克宜，薛冰，彭翎，王慧琴. 用數據說話：迎接電力營銷服務的大數據時代[M]. 中國電力出版社，2014

[2] 吳濤，李南.概率論與數理統計：經濟數學基礎[M].中國商業出版社，2001

[3] 百度百科，正態分布，http：//baike.baidu.com/view/45379.htm？fr=aladdin， 2014

[4] 李潔明.統計學原理[M].復旦大學出版社，2006

[5] 沈明炎，黃洪，張杰梁，肖娜麗. 智能電能表新型竊電方式的研究[J]. 福建：機電技術，2014（10）.

[6] 王惠玲.電能表竊電案例分析與防范[J].北京：中國計量，2012（10）.