淺談?dòng)秒娯?fù)荷聚類分析在計(jì)劃停電管理的應(yīng)用

龔琴

摘要：優(yōu)化計(jì)劃停電管理，減少停電對(duì)客戶帶來的負(fù)面影響，是提高客戶用電感知和滿意度的一項(xiàng)重要舉措。本文主要是從客戶用電負(fù)荷大數(shù)據(jù)分析入手，通過客戶用電負(fù)荷特征的差異性進(jìn)行客戶聚類，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃停電管理與客戶用電需求的關(guān)聯(lián)，從而探索以客戶為中心，以“主動(dòng)、智能、精準(zhǔn)、優(yōu)質(zhì)”為服務(wù)目標(biāo)，制定兼顧客戶用電負(fù)荷特性的計(jì)劃停電管理策略。

關(guān)鍵詞：用電負(fù)荷；聚類分析；計(jì)劃停電管理

前言

隨著人們生活水平的日益提高，相應(yīng)的人們生產(chǎn)生活中對(duì)于電力能源的可靠供應(yīng)需求也在逐漸上升。供電企業(yè)在進(jìn)行計(jì)劃停電工作管理中應(yīng)充分考慮客戶用電需求的差異性，實(shí)現(xiàn)“始于客戶需求、終于客戶滿意”的服務(wù)理念。隨著智能電表安裝的全面覆蓋，依托客戶電能量信息采集系統(tǒng)、營(yíng)銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)，供電企業(yè)掌握了客戶大量的用電數(shù)據(jù)。對(duì)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，對(duì)配電臺(tái)區(qū)用電負(fù)荷進(jìn)行差異化聚類，可有效指導(dǎo)供電企業(yè)計(jì)劃停電方案的制定，有效降低停電對(duì)客戶的負(fù)面影響，提升客戶用電感知。

1.計(jì)劃停電管理工作開展現(xiàn)狀

供電企業(yè)日常工作進(jìn)行過程中，停電情況主要是包含了計(jì)劃停電、故障停電、欠費(fèi)停電以及錯(cuò)峰限電這四個(gè)方面。以上停電情況中除計(jì)劃停電外其他三類停電都是供電企業(yè)不可控的范圍，所以對(duì)計(jì)劃停電的管理顯得更加有必要。計(jì)劃停電是指按照線路設(shè)備的運(yùn)行周期進(jìn)行有計(jì)劃的維護(hù)，包括停電檢修，線路切改，新設(shè)備投運(yùn)等情況。目前計(jì)劃停電工作安排和統(tǒng)籌管理時(shí)會(huì)考慮通過帶電作業(yè)、整合停電內(nèi)容等手段來減少停電時(shí)間和停電次數(shù)，比如生產(chǎn)檢修與基建、技改、用戶工程相結(jié)合，線路檢修與變電檢修相結(jié)合，同一停電范圍內(nèi)相關(guān)設(shè)備檢修相結(jié)合，用戶檢修與電網(wǎng)檢修相結(jié)合等。供電企業(yè)大力加強(qiáng)計(jì)劃停電管理，逐步建立了建設(shè)、改造、運(yùn)行、檢修、物資工作“五協(xié)同”機(jī)制，確保通過統(tǒng)籌安排停電計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)了一停多用和綜合檢修，有效減少和杜絕了非計(jì)劃停電、臨時(shí)停電、重復(fù)停電等“亂停電”現(xiàn)象。但是目前計(jì)劃停電管理并沒有充分考慮客戶的用電需求和負(fù)荷特性，所以本文提出將用電負(fù)荷聚類分析結(jié)果運(yùn)用于計(jì)劃停電管理，將進(jìn)一步提高供電企業(yè)在日常計(jì)劃停電管理工作中的精益化程度，制定兼顧客戶用電負(fù)荷特性的計(jì)劃停電管理策略。

2.用電負(fù)荷數(shù)據(jù)聚類分析研究

隨著電能量信息采集的全覆蓋，供電企業(yè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)用電客戶日96點(diǎn)負(fù)荷的穩(wěn)定采集。隨著負(fù)荷采集數(shù)據(jù)的不斷積累，為基于負(fù)荷數(shù)據(jù)深度挖掘的用戶聚類分析研究?jī)?chǔ)備了足夠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.1聚類分析的一般方法

聚類是將數(shù)據(jù)分類到不同的類或者簇這樣的一個(gè)過程，所以同一個(gè)簇中的對(duì)象有很大的相似性，而不同簇間的對(duì)象有很大的相異性。聚類與分類不同，在分類模型中，存在樣本數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的類標(biāo)號(hào)是已知的，分類的目的是從樣本集中提取出分類規(guī)則，用于對(duì)其他未知的對(duì)象進(jìn)行類標(biāo)識(shí)；在聚類中，預(yù)先不知道目標(biāo)數(shù)據(jù)的有關(guān)類信息，需要以某種度量為標(biāo)準(zhǔn)將所有的數(shù)據(jù)對(duì)象劃分到各個(gè)簇中。聚類主要包括以下幾個(gè)過程：

（1）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：包括特征標(biāo)準(zhǔn)化和降維；

（2）特征選擇：從最初的特征中選擇最有效的特征，并將其儲(chǔ)存于向量中；

（3）特征提取：通過對(duì)所選擇的特征進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成新的突出特征；

（4）聚類（或分組）：首先選擇合適特征類型的某種距離函數(shù)，進(jìn)行接近程度的度量，然后執(zhí)行聚類或分組；

（5）聚類結(jié)果評(píng)估：對(duì)聚類結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。

2.2用電負(fù)荷聚類分析的通用方法

通用的用電負(fù)荷聚類方法分為以下步驟：抽取電力用戶歷史負(fù)荷、電量數(shù)據(jù)；對(duì)抽取的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括缺失值補(bǔ)齊處理、異常值修正處理等；將日負(fù)荷率、峰總比、平總比、谷總比作為計(jì)算數(shù)據(jù)分群特征指標(biāo)（其中日負(fù)荷率=日平均負(fù)荷/日最大負(fù)荷、峰總比=峰時(shí)段電量/總電量、平總比=平時(shí)段電量/總電量、谷總比=谷時(shí)段電量/總電量）；將樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)向量化；利用K-means方法進(jìn)行負(fù)荷曲線聚類。

2.3以某城市臺(tái)區(qū)負(fù)荷為例

配網(wǎng)臺(tái)區(qū)，在物理上連接電力生產(chǎn)與電力消費(fèi)，是電力商品交付用戶的最后一站。因?yàn)橐粋€(gè)城市城中心區(qū)內(nèi)的臺(tái)區(qū)涉及的用電客戶群范圍最廣，所以將城中心區(qū)內(nèi)的臺(tái)區(qū)用電負(fù)荷特性進(jìn)行聚類分析，將結(jié)果運(yùn)用到配網(wǎng)改造工作的臺(tái)區(qū)停電安排中，將有效的降低對(duì)廣大客戶群的停電影響。用電負(fù)荷隨天氣的影響較大，所以聚類分析的數(shù)據(jù)應(yīng)以季節(jié)性數(shù)據(jù)為基本對(duì)象，按月度為分析周期，呈現(xiàn)不同的聚類結(jié)果。

本次通過對(duì)某城市中心城區(qū)臺(tái)區(qū)總表7月負(fù)荷采集數(shù)據(jù)的聚類分析，發(fā)現(xiàn)三種典型負(fù)荷曲線特征（對(duì)于無典型負(fù)荷特征的臺(tái)區(qū)本文不做進(jìn)一步探討），將具有典型負(fù)荷曲線特征的臺(tái)區(qū)歸類為三種類型：晚高峰型臺(tái)區(qū)，單峰型臺(tái)區(qū)，平穩(wěn)型臺(tái)區(qū)。

（1）晚高峰型臺(tái)區(qū)

晚高峰型臺(tái)區(qū)用電負(fù)荷變化曲線存在明顯的一個(gè)升降過程，即從早上五點(diǎn)開始，負(fù)荷開始上升，截止到中午十二點(diǎn)左右，負(fù)荷開始下降，下降原因可能為用戶午休之類的行為。從下午四五點(diǎn)開始，用電負(fù)荷開始攀升，上升原因歸結(jié)為用戶下班回家等行為，到家中之后的日常活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致到晚八點(diǎn)左右的用電負(fù)荷達(dá)到頂峰狀態(tài)。之后的時(shí)間段伴隨著用戶的睡眠等行為用電負(fù)荷開始下降。晚高峰型臺(tái)區(qū)是占比最大的一種類型，從分析中可以看出晚高峰型臺(tái)區(qū)的用戶構(gòu)成比較單一，幾近于實(shí)際生活中一般居民的用電行為模式。

（2）單峰型臺(tái)區(qū)

在單峰型用電曲線中存在一個(gè)略微凸起的用電高峰，從整體變化趨勢(shì)上看，負(fù)荷高峰和低谷用電負(fù)荷差別并不大。單峰型臺(tái)區(qū)用電高峰的時(shí)間段出現(xiàn)在早上9點(diǎn)-11點(diǎn)時(shí)間段，最低負(fù)荷一般出現(xiàn)在下午2點(diǎn)左右。從此類臺(tái)區(qū)的用戶結(jié)構(gòu)上來看，以普通工業(yè)用戶、基建維修等非工業(yè)用戶和辦公行政用戶為主。

（3）平穩(wěn)型臺(tái)區(qū)

平穩(wěn)型臺(tái)區(qū)用電負(fù)荷曲線整體變化趨勢(shì)平緩，一天內(nèi)的負(fù)荷變化較小，所以稱作平穩(wěn)型臺(tái)區(qū)。從實(shí)際來看，該類型臺(tái)區(qū)的用電負(fù)荷變化較為復(fù)雜，只是整體變化趨勢(shì)很平穩(wěn)。該類型臺(tái)區(qū)用戶的構(gòu)成也比較復(fù)雜，包括：商場(chǎng)、廣場(chǎng)、寫字樓、娛樂場(chǎng)所、居民小區(qū)等多類用戶，出現(xiàn)不間歇運(yùn)轉(zhuǎn)特性。

3.聚類分析結(jié)果在計(jì)劃停電管理中的應(yīng)用

依據(jù)配網(wǎng)臺(tái)區(qū)歷史記錄的負(fù)荷數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)時(shí)間形成的曲線圖進(jìn)行聚類分析的結(jié)果可以用在計(jì)劃停電工作時(shí)間安排的策略制定中，合理制定停電時(shí)間段，減少停電過程對(duì)客戶的負(fù)面影響，降低客戶因停電引起投訴的可能性，從而達(dá)到提高客戶用電感知和滿意度的目標(biāo)。

3.1停電時(shí)間段選擇的策略

按照歷史年度計(jì)劃停電時(shí)間分布統(tǒng)計(jì)表，日常計(jì)劃停電事件小于等于3個(gè)小時(shí)的停電工作占計(jì)劃停電總數(shù)的46%左右，所以將計(jì)劃停電事件按照停電時(shí)間長(zhǎng)短，我們選擇停電3個(gè)小時(shí)為分界值，分為兩種：一種是3個(gè)小時(shí)及以下的停電工作，一種是3個(gè)小時(shí)以上的停電工作。對(duì)每一個(gè)臺(tái)區(qū)可以獲得日96點(diǎn)的負(fù)荷數(shù)據(jù)，通過累計(jì)平均后得到月度負(fù)荷曲線。因?yàn)橛?jì)劃停電工作需要至少提前7天完成申請(qǐng)和得到批準(zhǔn)，所以進(jìn)行計(jì)劃停電時(shí)間安排時(shí)，一般參考往年同期月度負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)。

停電時(shí)間段的確定，我們有以下策略：

方法一：將停電時(shí)間安排在低谷負(fù)荷時(shí)間段。對(duì)于晚高峰型臺(tái)區(qū)建議選擇早上9點(diǎn)開始工作，對(duì)于單峰型臺(tái)區(qū)建議選擇下午1點(diǎn)開始工作。可以將負(fù)荷曲線的最低點(diǎn)作為工作時(shí)間長(zhǎng)度的中點(diǎn)，如果是3個(gè)小時(shí)及以下的停電工作，可以在負(fù)荷最低點(diǎn)前一個(gè)半小時(shí)開始工作，負(fù)荷最低點(diǎn)后一個(gè)半小時(shí)內(nèi)結(jié)束停電，這樣因?yàn)樨?fù)荷值最低，理論上認(rèn)為這個(gè)時(shí)間段用電的客戶群體最小，所以將停電時(shí)間計(jì)劃安排到非高峰用電時(shí)間段可以減小停電影響的客戶群人數(shù)。

方法二：將停電時(shí)間安排到負(fù)荷均值以下的時(shí)間段。對(duì)于平穩(wěn)型臺(tái)區(qū)建議采用這種方法。在對(duì)平穩(wěn)型臺(tái)區(qū)進(jìn)行計(jì)劃停電工作時(shí)，應(yīng)調(diào)閱該臺(tái)區(qū)去年同期月度負(fù)荷曲線圖，通過曲線圖的均值線，找到該臺(tái)區(qū)負(fù)荷均值以下的時(shí)間段，且時(shí)間段持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的，最終確定為停電時(shí)間段。

4.結(jié)束語

停電工作是一個(gè)復(fù)雜、系統(tǒng)的工作任務(wù)，在實(shí)際工作中還要考慮很多因素，包括天氣、交通條件、人員技能、施工安全等。本文提出在計(jì)劃停電工作充分考慮工作安全性和可實(shí)施性的前提下，對(duì)客戶負(fù)荷曲線進(jìn)行聚類分析，進(jìn)一步考慮客戶用電需求，是對(duì)計(jì)劃停電管理策略制定的一個(gè)新思路，是供電企業(yè)為社會(huì)和人民提供安全、穩(wěn)定以及可靠的電能服務(wù)，提升客戶滿意程度的一項(xiàng)具體措施，在實(shí)際工作中具有一定的指導(dǎo)意義。

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