基于電力大數(shù)據(jù)的客戶用電可靠性評(píng)估研究

蔡 璽，張 建，陳 輝，楊紅霞

（甘肅同興智能科技發(fā)展有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730010）

0 引 言

隨著電力市場的逐步開放和供電企業(yè)管理的日益精細(xì)化，供電企業(yè)的關(guān)注點(diǎn)逐漸向用戶真實(shí)感知到的可靠性水平方向發(fā)展。供電可靠性是世界銀行“獲得電力”評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的一個(gè)重要指標(biāo)。國網(wǎng)公司要求通過實(shí)施城市配電網(wǎng)供電可靠性提升工程和鄉(xiāng)村電氣化工程構(gòu)建合理的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備健康水平，優(yōu)化配電網(wǎng)運(yùn)行方式，提升電網(wǎng)故障搶修速度，持續(xù)加強(qiáng)不停電作業(yè)的能力，使客戶年均停電時(shí)間和次數(shù)持續(xù)降低，大幅提升供電可靠性。由于停電的時(shí)間和次數(shù)會(huì)顯著影響客戶的用電可靠性感知水平，因此開展基于電能數(shù)據(jù)的客戶用電可靠性評(píng)估研究對(duì)于供電企業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。本文基于海量用戶側(cè)電能數(shù)據(jù)開展可靠性評(píng)估和提升工作，能夠切實(shí)提升相應(yīng)的服務(wù)水平與供電效益，進(jìn)而使供電企業(yè)具備持續(xù)競爭能力。

目前，我國已經(jīng)開展了大量關(guān)于供電可靠性的研究工作，但由于其統(tǒng)計(jì)分析工作受限于技術(shù)手段，因此尚處于起步階段[1,2]。雖然面向系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系在我國供電可靠性評(píng)估過程中被廣泛采用，但使用范圍主要集中在中高壓用戶，在低壓用戶領(lǐng)域的相關(guān)研究較少[3,4]。此外，國內(nèi)對(duì)用電可靠性的定義、指標(biāo)體系的構(gòu)建以及評(píng)估方法未取得統(tǒng)一意見。

綜上所述，本文依據(jù)世界銀行營商環(huán)境中關(guān)于“獲得電力”部分的供電可靠性評(píng)價(jià)方法，對(duì)客戶用電可靠性進(jìn)行評(píng)估研究。首先，從世界銀行標(biāo)準(zhǔn)角度定義用電可靠性，考慮停電時(shí)間和停電次數(shù)兩方面因素，提出了一套基于客戶感知的用電可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；其次，設(shè)計(jì)了一種基于主客觀賦權(quán)法的用電可靠性的綜合評(píng)估方法；最后，以國網(wǎng)某電力公司為例，驗(yàn)證提出的基于客戶感知的用電可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和基于主客觀賦權(quán)法的用電可靠性的綜合評(píng)估方法的合理性[5-9]。

1 用電可靠性概念、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系以及指標(biāo)數(shù)據(jù)來源

1.1 用電可靠性概念

供電可靠性用于衡量一段時(shí)間內(nèi)電力系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)營而設(shè)備不發(fā)生故障的能力[10,11]。用電可靠性是從用戶側(cè)的角度出發(fā)，包括高壓用戶、中壓用戶以及低壓用戶，反映用戶能持續(xù)正常用電的能力。隨著工業(yè)生產(chǎn)用電量的加大和居民生活用電的激增，計(jì)劃停電和非計(jì)劃停電（故障問題導(dǎo)致停電）愈發(fā)普遍，對(duì)供電企業(yè)的增供擴(kuò)銷產(chǎn)生了影響，降低了用戶滿意度，甚至可能造成經(jīng)濟(jì)損失，因此研究客戶用電可靠性十分必要。

1.2 用電可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本文結(jié)合實(shí)際工作情況，利用戶均停電次數(shù)和戶均停電時(shí)長等指標(biāo)，構(gòu)建用電可靠性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。用電可靠性指數(shù)是系統(tǒng)平均中斷時(shí)長指數(shù)和系統(tǒng)平均中斷頻率指數(shù)的綜合值。世界銀行“獲得電力”中對(duì)供電可靠性的評(píng)價(jià)主要基于系統(tǒng)平均中斷時(shí)長指數(shù)和系統(tǒng)平均中斷頻率指數(shù)，滿分為3分。如果系統(tǒng)平均中斷時(shí)長指數(shù)和系統(tǒng)平均中斷頻率指數(shù)小于等于12（相當(dāng)于每月停電1 h），則加1分；如果系統(tǒng)平均中斷時(shí)長指數(shù)和系統(tǒng)平均中斷頻率指數(shù)小于等于1（相當(dāng)于每年停電1 h），則再加1分。

1.3 用電可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)來源

客觀數(shù)據(jù)來源于用電采集系統(tǒng)、95598系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)以及PMS系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，涉及的業(yè)務(wù)系統(tǒng)和核心數(shù)據(jù)項(xiàng)如表1所示。主觀數(shù)據(jù)來源于問卷調(diào)查結(jié)果。為確定指標(biāo)體系各指標(biāo)的權(quán)重，需要采用專家問卷的形式來確定。因此，選取10位電力業(yè)務(wù)專家和10位電力科研工作者進(jìn)行訪談，根據(jù)實(shí)際的決策問題和自身的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)來確定各屬性權(quán)重的排序，避免出現(xiàn)屬性權(quán)重與屬性實(shí)際重要程度相悖的情況[12-14]。

表1 客觀數(shù)據(jù)來源及核心數(shù)據(jù)項(xiàng)表

2 客戶可靠性評(píng)估方法

客戶可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的評(píng)估方法主要有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩類。本文采取主客觀綜合賦權(quán)的方式進(jìn)行客戶可靠性評(píng)估。

2.1 主觀賦權(quán)法

主觀賦權(quán)法即專家調(diào)查法，主要是由業(yè)務(wù)專家和利益相關(guān)方進(jìn)行評(píng)分，通過問卷或者訪談的方式征詢其意見，并統(tǒng)計(jì)和分析專家意見。它可以對(duì)大量難以采用技術(shù)方法進(jìn)行定量分析的因素做出合理評(píng)估，并對(duì)指標(biāo)的權(quán)重和評(píng)分進(jìn)行分析，可表示為：

式中，aj為第j個(gè)指標(biāo)的主觀權(quán)重；sj為第j個(gè)指標(biāo)的滿分值；n為評(píng)分指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

2.2 客觀賦權(quán)法

由于主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）具有可消除評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相關(guān)影響和可減少指標(biāo)選擇的工作量等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)建模分析。因此，本文選擇PCA進(jìn)行權(quán)重測算，步驟如下。

第1步，構(gòu)造樣本矩陣X(n×m)，其中有n個(gè)樣本，每個(gè)樣本中有m個(gè)指標(biāo)，可表示為：

第2步，對(duì)樣本矩陣X進(jìn)行變換，得Y=[yij]。需要說明的是，由于影響因素對(duì)被影響因素的貢獻(xiàn)率可能存在反向關(guān)系，即影響因素的值越大，對(duì)被影響因素的影響程度越低，因此需要對(duì)逆向指標(biāo)取負(fù)值。

第3步，原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化：

對(duì)Y做標(biāo)準(zhǔn)化變換，得標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z：

第4步，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化陣Z的樣本相關(guān)系數(shù)矩陣R：

第5步，求特征值：

解得p個(gè)特征值λ1≥λ2≥…≥λp≥0。

第6步，第i個(gè)變量的主成分向量uij=ziTbi0，j=1,2,…,m。

第7步，確定權(quán)重模型：

式中，F(xiàn)1,F2,…,Fm為分析后得到的m個(gè)主成分，且互不相關(guān)；，ui=(u1i,u2i,…,uni)恰好是R協(xié)方差矩陣的特征值對(duì)應(yīng)的特征向量。

第8步，各成分貢獻(xiàn)率Pj為：

式中，k=λ1+λ2++λm。

第9步，可得各指標(biāo)權(quán)重W'(n)和W(n)：

式中，t為主成分個(gè)數(shù)。

2.3 主客觀綜合賦權(quán)法

結(jié)合評(píng)價(jià)主體的主觀偏好和評(píng)價(jià)客體的客觀真實(shí)性，然后進(jìn)行綜合賦權(quán)。

首先，生成權(quán)重矩陣W(m×n)，其中用wij表示第i個(gè)模型下指標(biāo)j的權(quán)重值，有。

最后，計(jì)算指標(biāo)綜合權(quán)重向量w(n)，其中向量元素，且wj滿足。

3 實(shí)例分析

根據(jù)上述理論研究，以國網(wǎng)某電力公司為研究對(duì)象進(jìn)行實(shí)例分析。2019年，某電力公司全年的用電可靠性指數(shù)情況如表2所示。由表2可知：全年戶均停電時(shí)長總體呈先上升后下降的趨勢(shì)，峰值點(diǎn)在8月份；全年戶均停電次數(shù)總體也呈先上升后下降的趨勢(shì)，與全年戶均停電時(shí)長相似。根據(jù)主客觀賦權(quán)法分析可得，戶均停電時(shí)長和戶均停電次數(shù)的權(quán)重均為0.5，因此取系統(tǒng)平均中斷時(shí)長指數(shù)和系統(tǒng)平均中斷頻率指數(shù)的權(quán)重也均為0.5，進(jìn)而得到該電力公司的用電可靠性指數(shù)總體呈先下降后上升的趨勢(shì)。取12個(gè)月用電可靠性指數(shù)的平均值為81.24%，其中2019年上半年所有月份的指數(shù)值均高于均值，而用電可靠性指數(shù)的谷值出現(xiàn)在8月份為45.78，明顯低于其他月份的指數(shù)值。究其原因，可能在于暑期工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及生活等行業(yè)用電量大，導(dǎo)致電力供應(yīng)不足，出現(xiàn)停電時(shí)長較長和停電次數(shù)較多的問題。因此，該電力公司應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注該區(qū)域全年下半年的用電情況，實(shí)現(xiàn)削峰填谷。經(jīng)實(shí)際調(diào)研可知，該電力公司與用電營商環(huán)境的評(píng)估結(jié)果一致，符合預(yù)期估計(jì)結(jié)果，表明設(shè)計(jì)的用電可靠性指數(shù)評(píng)估方法具有合理性。

表2 2019年某電力公司的用電可靠性指數(shù)情況

4 結(jié) 論

依據(jù)世界銀行“獲得電力”中關(guān)于供電可靠性評(píng)價(jià)方法，對(duì)客戶用電可靠性進(jìn)行評(píng)估研究，提出了一套基于客戶感知的用電可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和基于主客觀賦權(quán)法的客戶用電可靠性綜合評(píng)估方法，并通過實(shí)例驗(yàn)證了指標(biāo)體系和評(píng)估方法的有效性。實(shí)例研究顯示，提出的綜合評(píng)估方法已考慮評(píng)價(jià)主體對(duì)相關(guān)指標(biāo)的偏好，以減少評(píng)價(jià)過程中的主觀隨意性，從而使用電可靠性的綜合評(píng)估結(jié)果更加合理化，更符合實(shí)際運(yùn)行的需要。隨著我國“獲得電力”指數(shù)的逐步上升，客戶用電可靠性作為其考核的重要指標(biāo)將獲得進(jìn)一步的提升。