基于數(shù)據(jù)挖掘的電力物聯(lián)網(wǎng)多源業(yè)務(wù)體系研究

王曉冰 宋寶同 王方敏 李笑彤 呂風波

摘要：以大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)思想為基礎(chǔ)，以電網(wǎng)運行更安全、管理更精益、投資更精準、服務(wù)更優(yōu)質(zhì)為目標，深入研究基于數(shù)據(jù)挖掘的電力物聯(lián)網(wǎng)的多源業(yè)務(wù)體系，提出對內(nèi)對外業(yè)務(wù)體系構(gòu)架，為電力企業(yè)管理、電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃、用戶優(yōu)質(zhì)服務(wù)提出新思路。

關(guān)鍵詞：電力物聯(lián)網(wǎng);數(shù)據(jù)挖掘;業(yè)務(wù)體系

0 ? ?引言

隨著能源清潔低碳轉(zhuǎn)型的深入推進，交直流輸電規(guī)模的迅速擴大，電網(wǎng)復(fù)雜程度不斷提升。同時，電能消費側(cè)用戶需求復(fù)雜多樣化，用戶行為對市場電價影響進一步加深，電力市場內(nèi)電能交易周期、交易方式、競爭格局等發(fā)生了顯著變化。

經(jīng)過多年發(fā)展，電網(wǎng)已建設(shè)配電自動化和設(shè)備精益管理系統(tǒng)，企業(yè)運營、電網(wǎng)運營和客戶服務(wù)等業(yè)務(wù)領(lǐng)域及各層級應(yīng)用初具規(guī)模，電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已具有一定的基礎(chǔ)，其業(yè)務(wù)體系構(gòu)建上仍具有一定的潛力。當前智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展和智能配用電網(wǎng)的深入建設(shè)，使采集終端數(shù)量急劇增長，采集頻度大幅增強，電力用戶側(cè)數(shù)據(jù)呈指數(shù)級增長，且復(fù)雜程度增大。同時，隨著5G技術(shù)的日趨成熟，5G技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的融合將有助于電力大數(shù)據(jù)在電網(wǎng)狀態(tài)實時監(jiān)測、新能源預(yù)測、用戶側(cè)畫像描繪、需求側(cè)響應(yīng)等多個領(lǐng)域的應(yīng)用，產(chǎn)生新的商業(yè)模式[1]。挖掘電網(wǎng)數(shù)據(jù)的深層價值，為公共服務(wù)、政策制定、企業(yè)管理提供數(shù)據(jù)支撐，具有十分重要的意義。

1 ? ?需求分析

電力數(shù)據(jù)涉及電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電、用電、調(diào)度中的各個環(huán)節(jié)[2]。電力行業(yè)的數(shù)據(jù)主要來源于電力生產(chǎn)和電能使用的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié)，可大致分為三類：一是電網(wǎng)運行和設(shè)備檢測或監(jiān)測數(shù)據(jù);二是電力企業(yè)營銷數(shù)據(jù)，如交易電價、售電量、用電客戶等方面的數(shù)據(jù);三是電力企業(yè)管理數(shù)據(jù)。

根據(jù)目前的研究，電力數(shù)據(jù)主要分為客戶數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)五類。除了外部數(shù)據(jù)，以星級衡量外部企業(yè)對其他各類型數(shù)據(jù)的需求度，如圖1所示，可以看出外部對客戶數(shù)據(jù)的需求量最大，其次是設(shè)備數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)。主要原因是設(shè)備數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)主要與電網(wǎng)企業(yè)自身運行管理相關(guān)，但是這些數(shù)據(jù)對外部企業(yè)來說并不能發(fā)揮較大的價值，因此需求量較小。但是用戶數(shù)據(jù)蘊含較多信息，如用戶的用能行為、能耗水平等，這些數(shù)據(jù)可以支撐相關(guān)企業(yè)開展用戶側(cè)的節(jié)能服務(wù)、能源托管服務(wù)、運維服務(wù)等相關(guān)增值服務(wù)，因此具有較大的需求量。

對公司上下游企業(yè)、科研及服務(wù)主體、其他跨領(lǐng)域主體（互聯(lián)網(wǎng)公司、金融機構(gòu)等）等單位開展電力數(shù)據(jù)需求方面的調(diào)研，結(jié)果如表1所示。

2 ? ?電力數(shù)據(jù)價值挖掘分析

針對外部應(yīng)用場景，深入開展電力數(shù)據(jù)的價值挖掘分析，公司電力數(shù)據(jù)外部應(yīng)用場景主要包括電力用戶服務(wù)、能源企業(yè)服務(wù)、社會公共服務(wù)與商業(yè)增值服務(wù)，其中電力數(shù)據(jù)在電力用戶服務(wù)上的價值主要在需求側(cè)響應(yīng)、節(jié)能改造、智能運維、智能充電、業(yè)擴報裝輔助分析、故障停電管理與用戶互動、用電行為分析等方面[3-4]，在能源企業(yè)服務(wù)上的價值主要在可再生能源消納、儲能運營、電力交易等方面，在社會公共服務(wù)上的價值主要在行業(yè)復(fù)工率、產(chǎn)業(yè)調(diào)整決策、經(jīng)濟調(diào)控決策、城市規(guī)劃、城市管理、智慧城市等方面，在商業(yè)增值服務(wù)上的價值主要在數(shù)據(jù)空間出租、金融欺詐監(jiān)測、廣告定向投放、商業(yè)布局規(guī)劃、設(shè)備入網(wǎng)檢測等方面。上述各類外部應(yīng)用場景下的電力數(shù)據(jù)價值增長點如表2所示。

3 ? ?對內(nèi)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體系架構(gòu)

對內(nèi)電力數(shù)據(jù)價值及業(yè)務(wù)體系主要集中在電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃、電網(wǎng)優(yōu)化運行、電網(wǎng)資產(chǎn)管理等方面，如圖2所示。

3.1 ? ?電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃

電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃工作包括負荷預(yù)測、可靠性評估、規(guī)劃方案制訂、投資效益分析等內(nèi)容。

3.1.1 ? ?負荷預(yù)測與建模

為了最大限度地提高電力規(guī)劃的質(zhì)量，關(guān)鍵就是要做好電力負荷預(yù)測。然而負荷預(yù)測的研究對象往往具有多樣性、復(fù)雜性、不確定性等非線性特征。傳統(tǒng)負荷預(yù)測方法大致可以分為統(tǒng)計算法和智能算法，當采樣量不大時，這種算法的預(yù)測結(jié)果非常受歷史數(shù)據(jù)的影響。大數(shù)據(jù)技術(shù)體現(xiàn)出了其處理海量數(shù)據(jù)的能力，為數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)分析提供了良好的平臺，具有考慮的影響因素全、數(shù)據(jù)的時間跨度更長、數(shù)據(jù)的空間顆粒度更細三點優(yōu)勢。

統(tǒng)計綜合法、總體測辨法和故障擬合法這三種建模方法都是對負荷進行建模的主要應(yīng)用方法。而隨著大規(guī)模可再生能源的應(yīng)用，如何更好地協(xié)調(diào)能源優(yōu)化配置、接納新能源，建設(shè)供電可靠、用電和諧的新型電網(wǎng)成為新的研究課題。基于PMU/WAMS大數(shù)據(jù)的負荷建模框架如圖3所示。

3.1.2 ? ?電動汽車需求分析

政策支持和群眾需求的上漲，使當前電動汽車的數(shù)量急劇上升，不考慮充電站的特性，僅基于少量數(shù)據(jù)建設(shè)簡單電網(wǎng)模型已不再適用于當前的情況。充電站的特點在于其運行規(guī)劃和交通流量、電網(wǎng)容量多個主體相關(guān)：前者影響電動車用戶的充電和駕駛行為，后者影響電網(wǎng)的網(wǎng)損和用電波峰、波谷之差，甚至會影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量[5]。當前電動車數(shù)量的急劇增加導致充電樁的信息規(guī)模同樣大大增加，形成了充電樁大數(shù)據(jù)。大量歷史數(shù)據(jù)的運用，可為充電站的規(guī)劃運行提供支撐，減少電動汽車充電行為對電網(wǎng)的不利影響。

3.1.3 ? ?電網(wǎng)可靠性影響因素評估

我國配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已初具規(guī)模并逐漸增大，電網(wǎng)數(shù)據(jù)中的設(shè)備運行數(shù)據(jù)、用電數(shù)據(jù)、安全管理數(shù)據(jù)等急劇增長，為大數(shù)據(jù)在電網(wǎng)可靠性評估中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。該方式可以更好地把控細節(jié)，有利于短期內(nèi)的可靠性評估和實時電網(wǎng)控制。大數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)配電網(wǎng)全天實時的信息監(jiān)測和分析，通過提煉分析這些數(shù)據(jù)，有利于對電網(wǎng)負荷和電源出力進行可靠預(yù)測，對電網(wǎng)可靠性進行評估。該可靠性分析還需評價指標、調(diào)度分析、財務(wù)績效等模塊全面綜合運行。電網(wǎng)可靠性分析系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心的關(guān)系如圖4所示。