基于大數(shù)據(jù)分析下多因子約束的低壓業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝投資預(yù)測(cè)模型研究

國網(wǎng)襄陽供電公司 郭 龍 陳逸馨 國電華研電力科技有限公司 鄧奕星

作為城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，配電網(wǎng)是連接能源生產(chǎn)和消費(fèi)的關(guān)鍵樞紐，是“雙碳”工作的主戰(zhàn)場(chǎng)，進(jìn)入“十四五”后，配電網(wǎng)資金投入逐步向著“效率效益”方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變，這便要求各級(jí)供電公司設(shè)定好配電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展目標(biāo)、謀劃好配電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展策略、分解好配電網(wǎng)資金投入、評(píng)估好配電網(wǎng)成效收益，支撐新時(shí)代“雙碳”大目標(biāo)背景下配電網(wǎng)投資發(fā)展轉(zhuǎn)型。業(yè)擴(kuò)報(bào)裝業(yè)務(wù)既是提高供電服務(wù)水平的關(guān)鍵一環(huán)，也是拉升電網(wǎng)資產(chǎn)利用率的重要一步。近年來，隨著低壓“零費(fèi)用”報(bào)裝業(yè)務(wù)政策實(shí)施以來，由于低壓業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝是按“先接入、后改造”原則執(zhí)行，其年度投資額度是動(dòng)態(tài)未知的，同時(shí)也是緊急的，使得決策部門在開展配電網(wǎng)投資分配工作時(shí)遇到諸多困難和約束，也一定程度影響了配網(wǎng)投資項(xiàng)目的合理分配和配電網(wǎng)精益提升[1]。

1 業(yè)擴(kuò)配套電網(wǎng)項(xiàng)目簡介

1.1 適用范圍

10kV及以下業(yè)擴(kuò)配套電網(wǎng)項(xiàng)目是指，為滿足客戶新裝、增容、“轉(zhuǎn)改直”等業(yè)擴(kuò)報(bào)裝需求引起的10kV及以下電壓等級(jí)的公共電網(wǎng)（含變電站間隔、開閉所、環(huán)網(wǎng)箱、變壓器、配電線路、用戶分界開關(guān)、計(jì)量互感器等）新建或改造，由電網(wǎng)企業(yè)投資且在綜合計(jì)劃下達(dá)階段未能對(duì)應(yīng)項(xiàng)目明細(xì)的專項(xiàng)工程項(xiàng)目。自2022年2月1日起，公司范圍內(nèi)報(bào)裝容量160kW及以下的報(bào)裝用電，以低壓方式供電、“零費(fèi)用”接入。

1.2 投資原則

業(yè)擴(kuò)配套電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目是由省公司投資并納入年度投資計(jì)劃的專項(xiàng)工程項(xiàng)目，按專項(xiàng)工程管理。一是投資計(jì)劃按照電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目管理模式編制下達(dá)，專款專用。項(xiàng)目建設(shè)按網(wǎng)改工程技經(jīng)編制原則和定額取費(fèi)，設(shè)備材料價(jià)格按網(wǎng)改工程信息價(jià)計(jì)列。二是按“先接入、后改造”原則執(zhí)行，優(yōu)先延伸高、低壓線路，就近接入；超出可裝接容量的臺(tái)區(qū)，一般按新增布點(diǎn)立項(xiàng)。三是物資年度需求根據(jù)各單位預(yù)測(cè)需求匯總，納入省公司統(tǒng)一采購，按實(shí)物方式進(jìn)行儲(chǔ)備。業(yè)擴(kuò)配套電網(wǎng)項(xiàng)目物資必須從實(shí)物儲(chǔ)備中申請(qǐng)領(lǐng)用。項(xiàng)目設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工運(yùn)用網(wǎng)改工程年度框架協(xié)議。四是項(xiàng)目竣工驗(yàn)收按單項(xiàng)工程開展，結(jié)決算、審計(jì)以各單位定額打包方式開展。

1.3 項(xiàng)目立項(xiàng)與實(shí)施

受理用戶報(bào)裝申請(qǐng)后，供電單位按照“先接入、后改造”和“就近接入”原則編制供電方案。方案涉及的業(yè)擴(kuò)配套營銷成本項(xiàng)目，實(shí)行“即報(bào)即批、即批即建、即建即結(jié)”。方案涉及的業(yè)擴(kuò)配套電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目，實(shí)行“即報(bào)即批、即批即建、即建即投”。

1.4 襄陽低壓業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝實(shí)績

2021年，襄陽業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝單數(shù)共計(jì)463個(gè)，總投資5400.53萬元。其中，按照業(yè)擴(kuò)受限類別歸類，低壓三相線路受限報(bào)裝（占比59.2%）和臺(tái)區(qū)容量受限報(bào)裝（占比36.1%）占比最大；從受限原因來看，農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)灌溉，以及小商業(yè)（旅游）用電報(bào)裝占比較大。

圖1 2021年襄陽業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝占比情況圖

2 低壓業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝投資預(yù)測(cè)模型構(gòu)建

低壓業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝投資預(yù)測(cè)模型研究包括以下方面：一是采用相關(guān)性分析方法，確定和業(yè)務(wù)研究目標(biāo)相關(guān)的影響因子。二是研究制定基于政策指引因子的業(yè)擴(kuò)投資預(yù)測(cè)方法。三是基于宏觀電網(wǎng)指標(biāo)的業(yè)擴(kuò)投資預(yù)測(cè)方法。四是研究制定基于微觀電網(wǎng)指標(biāo)的業(yè)擴(kuò)投資預(yù)測(cè)方法[2]。五是統(tǒng)籌多種方法，構(gòu)建預(yù)測(cè)模型。

2.1 相關(guān)性分析方法

相關(guān)系數(shù)是描述兩變量x與y之間相關(guān)程度的定量指標(biāo)，相關(guān)系數(shù)rxy無量綱，其值在[-1，1]范圍內(nèi)。當(dāng)rxy=0，x與y不存在相關(guān)關(guān)系，稱x與y不相關(guān)；當(dāng)rxy＞0，y隨x增加而增加，稱x與y正相關(guān)；當(dāng)rxy＜0，y隨x增加而減小，稱x與y負(fù)相關(guān)；當(dāng)|rxy|=1，y可以確切地用變量x的線性函數(shù)來表示[1]。最常用的相關(guān)系數(shù)是Pearson（皮爾遜）相關(guān)系數(shù)，本文采用Pearson相關(guān)系數(shù)進(jìn)行定量化計(jì)算，其計(jì)算公式為：

公式（2）可以看作將兩組數(shù)據(jù)首先做Z分?jǐn)?shù)處理之后，然后兩組數(shù)據(jù)的乘積和除以樣本數(shù)，Z分?jǐn)?shù)一般代表正態(tài)分布中，數(shù)據(jù)偏離中心點(diǎn)的距離等于變量減掉平均數(shù)再除以標(biāo)準(zhǔn)差。標(biāo)準(zhǔn)差則等于變量減掉平均數(shù)的平方和，再除以樣本數(shù)，最后再開方。

2.2 研究制定基于政策指引因子的業(yè)擴(kuò)投資預(yù)測(cè)方法

通過統(tǒng)計(jì)政府工作報(bào)告的“推動(dòng)鄉(xiāng)村振興”工作模塊中高頻次出現(xiàn)的而且與電力相關(guān)的重點(diǎn)任務(wù)，選出“建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田、提高農(nóng)機(jī)裝備水平、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目、美麗鄉(xiāng)村、示范合作社和家庭農(nóng)場(chǎng)”影響指標(biāo)，并通過Pearson相關(guān)系數(shù)進(jìn)行定量化計(jì)算，發(fā)現(xiàn)“建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田”與農(nóng)業(yè)灌溉用電業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝高度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.9999；“示范合作社和家庭農(nóng)場(chǎng)目標(biāo)、美麗鄉(xiāng)村示范村目標(biāo)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”與“農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)用電、商業(yè)旅館（民宿）用電”類型報(bào)裝高度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.9。

表1 政策指引因子業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝投資預(yù)測(cè)模型

通過2020—2021年業(yè)擴(kuò)受限投資以及當(dāng)年政策指引因子，加權(quán)求出實(shí)現(xiàn)政策指引因子目標(biāo)的滿足農(nóng)業(yè)灌溉用電和滿足農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)等用電單位造價(jià)分別為57萬元/畝、23萬元/個(gè)，預(yù)測(cè)模型如表1。

2.3 研究制定基于宏觀電網(wǎng)指標(biāo)的業(yè)擴(kuò)投資預(yù)測(cè)方法

通過政府統(tǒng)計(jì)年鑒和供電公司年度行業(yè)用電分類統(tǒng)計(jì)表，選出“鄉(xiāng)村居民用戶數(shù)、鄉(xiāng)村居民生活用電量、鄉(xiāng)村居民戶均用電量、農(nóng)林牧漁及小加工業(yè)用戶數(shù)、農(nóng)林牧漁及小加工業(yè)電量、農(nóng)林牧漁及小加工業(yè)戶表增量、農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值”影響指標(biāo)，并通過Pearson相關(guān)系數(shù)進(jìn)行定量化計(jì)算，發(fā)現(xiàn)“鄉(xiāng)村居民用戶數(shù)、鄉(xiāng)村居民生活用電量、鄉(xiāng)村居民戶均用電量”與業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝不相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.23、0.51、0.41，因?yàn)槿嚯姴患{入居民用電量計(jì)算；“林牧漁及小加工業(yè)電量、農(nóng)林牧漁及小加工業(yè)戶表增量、農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值”與業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝高度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.9、0.93、0.96。

表2 宏觀電網(wǎng)指標(biāo)觸發(fā)業(yè)擴(kuò)受限投資預(yù)測(cè)模型

通過2020—2021年業(yè)擴(kuò)受限投資以及對(duì)應(yīng)指標(biāo)數(shù)值得出歷史逐年單位造價(jià)，通過加權(quán)平均得到“農(nóng)林牧漁及小加工業(yè)電量”“農(nóng)林牧漁及小加工業(yè)戶表增量”“農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值”觸發(fā)業(yè)擴(kuò)受限投資的單位造價(jià)分別為0.075元/kWh、4830元/個(gè)、0.00054元/元。

通過2017—2021年政府統(tǒng)計(jì)年鑒和供電公司年度行業(yè)用電分類統(tǒng)計(jì)表，構(gòu)建多元線性回歸模型：

y=β0+β1x1+β2x2+…+βpxp+ε，矩陣表達(dá)式為y+xβ+ε，其中：

2.4 研究制定基于微觀電網(wǎng)指標(biāo)的業(yè)擴(kuò)投資預(yù)測(cè)方法

通過“網(wǎng)上電網(wǎng)”“智能化供電服務(wù)指揮系統(tǒng)”“用電采集系統(tǒng)”等平臺(tái)，導(dǎo)出2020—2021年業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝單、26891個(gè)臺(tái)區(qū)負(fù)載運(yùn)行數(shù)據(jù)以及261萬戶表數(shù)據(jù)清單為大數(shù)據(jù)分析挖掘提供基礎(chǔ)。選出“配變年最大負(fù)載率、臺(tái)區(qū)三相表占比”影響指標(biāo)，并通過Pearson相關(guān)系數(shù)進(jìn)行定量化計(jì)算，可知“臺(tái)區(qū)三相表占比”指標(biāo)與低壓三相線路受限以及臺(tái)區(qū)容量受限業(yè)擴(kuò)呈現(xiàn)高度相關(guān)[3]，相關(guān)系數(shù)分別為0.95、0.91；配變年最大負(fù)載率與臺(tái)區(qū)容量受限業(yè)擴(kuò)呈現(xiàn)高度相關(guān)，與低壓三相線路受限業(yè)擴(kuò)不相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.91、0.50。

圖2 配變年最大負(fù)載率、臺(tái)區(qū)三相表占比指標(biāo)與業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝相關(guān)性分析圖

通過2021年業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝清單和觸發(fā)業(yè)擴(kuò)報(bào)裝臺(tái)區(qū)對(duì)應(yīng)2020年臺(tái)區(qū)清單數(shù)據(jù)，進(jìn)行正反向分析，得出以下結(jié)論：

一是單個(gè)業(yè)擴(kuò)報(bào)裝項(xiàng)目平均投資情況，單位臺(tái)區(qū)容量受限業(yè)擴(kuò)投資23.31萬元/個(gè)，單位低壓三相線路受限業(yè)擴(kuò)投資7.67萬元/個(gè)，單位低壓單相線路受限業(yè)擴(kuò)投資4.07萬元/個(gè)。

二是“臺(tái)區(qū)三相表占比”可預(yù)測(cè)低壓三相線路受限以及臺(tái)區(qū)容量受限業(yè)擴(kuò)投資，當(dāng)臺(tái)區(qū)三相表占比＜25%時(shí)，大概率觸發(fā)低壓三相線路以及臺(tái)區(qū)容量受限業(yè)擴(kuò)報(bào)裝。由三相用電需求觸發(fā)低壓業(yè)擴(kuò)報(bào)裝概率分布見表3。

三是“配變年最大負(fù)載率”可預(yù)測(cè)臺(tái)區(qū)容量受限業(yè)擴(kuò)投資，2021年臺(tái)區(qū)容量受限業(yè)擴(kuò)項(xiàng)目中，有86.5%的臺(tái)區(qū)負(fù)載率大于30%，則負(fù)載率大于30%的臺(tái)區(qū)容易觸發(fā)“臺(tái)區(qū)容量受限”。其中由年最大負(fù)載率觸發(fā)低壓業(yè)擴(kuò)報(bào)裝概率分布見表4。

3 應(yīng)用實(shí)例

基于政府政策指引因子、宏觀與微觀電網(wǎng)指標(biāo)的預(yù)測(cè)方法構(gòu)建多因子約束的低壓業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝預(yù)測(cè)模型，以2021年襄陽相關(guān)數(shù)據(jù)，開展2022年低壓業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝投資預(yù)測(cè)。

表3 基于三相戶表占比指標(biāo)業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝投資預(yù)測(cè)成果

表4 基于配變年最大負(fù)載率指標(biāo)業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝投資預(yù)測(cè)成果

表5 政策指引因子業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝投資預(yù)測(cè)成果

表6 基于宏觀電網(wǎng)指標(biāo)業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝投資預(yù)測(cè)成果

表7 基于宏觀電網(wǎng)指標(biāo)業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝投資預(yù)測(cè)成果

一是基于政策指引因子的業(yè)擴(kuò)投資方法模型，預(yù)測(cè)20 22年襄陽業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝總投資為6357.31萬元。

二是基于宏觀電網(wǎng)指標(biāo)的業(yè)擴(kuò)投資預(yù)測(cè)方法模型，預(yù)測(cè)2022年度業(yè)擴(kuò)投資為5343.93萬元。

三是基于微觀電網(wǎng)指標(biāo)的業(yè)擴(kuò)投資預(yù)測(cè)方法模型，預(yù)測(cè)2022年度業(yè)擴(kuò)投資為6043.61萬元。

故通過以上多預(yù)測(cè)方法加權(quán)綜合計(jì)算，預(yù)測(cè)得到2022年度低壓業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝投資約為5914.95萬元。

4 結(jié)語

故本文通過“網(wǎng)上電網(wǎng)”“智能化供電服務(wù)指揮系統(tǒng)”“用電采集系統(tǒng)”等平臺(tái)，導(dǎo)出2020—2021年業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝單、26891個(gè)臺(tái)區(qū)負(fù)載運(yùn)行數(shù)據(jù)以及261萬戶表數(shù)據(jù)清單為大數(shù)據(jù)分析挖掘提供基礎(chǔ)，基于電網(wǎng)大數(shù)據(jù)開展了觸發(fā)低壓業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝的影響因素分析，創(chuàng)新性制定了基于政府政策指引因子、宏觀與微觀電網(wǎng)指標(biāo)的預(yù)測(cè)方法，構(gòu)建多因子約束的低壓業(yè)擴(kuò)受限報(bào)裝預(yù)測(cè)模型，為襄陽公司在次年剛需投資預(yù)測(cè)、投資與成效量化，投資科學(xué)分配等工作決策提供了科學(xué)依據(jù)，同時(shí)推動(dòng)該預(yù)測(cè)模型上線網(wǎng)上電網(wǎng)應(yīng)用模塊，在全省各地市投資決策工作中提供襄陽經(jīng)驗(yàn)。