基于BOLL統(tǒng)計模型的智慧能源管控平臺應(yīng)用

劉騰飛，魏 茂，楊 營，葉叢林

（石家莊科林電氣股份有限公司，河北 石家莊 050222）

智慧能源管控平臺采用先進(jìn)的電力傳感器技術(shù)，針對能源系統(tǒng)中水、電、氣、暖等各個能耗節(jié)點實施精確監(jiān)控，記錄每個節(jié)點的能耗和運行信息，將數(shù)據(jù)信息回傳至能源管控主機，主機根據(jù)能源供給和能源節(jié)約要求，統(tǒng)一調(diào)度優(yōu)化能源布局分配，從而提高能源使用率，降低企業(yè)的綜合能耗，幫助客戶更好的實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)。

而BOLL模型是時下流行的金融技術(shù)分析模型之一，通過本模型計算可靠區(qū)間，從而比較直觀的看到當(dāng)前數(shù)據(jù)在信賴區(qū)間中的位置，而能源管控平臺更加適合應(yīng)用BOLL模型的為能源管控平臺提供統(tǒng)一調(diào)控的參考依據(jù)。通過信賴區(qū)間調(diào)控能源輸出為客戶節(jié)約能源成本，確保能源消耗在劇烈震動時穩(wěn)定能源供應(yīng)，同時提高了能源管理效率。

1 智慧能源管控平臺

智慧能源管控平臺能對客戶的能耗狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測和綜合評定，通過對每個能源節(jié)點的數(shù)據(jù)采集和分析預(yù)測，達(dá)到合理規(guī)劃和利用綜合能源，并實時監(jiān)控客戶整體的能源損耗信息，具備異常能源損耗的告警能力，進(jìn)而實現(xiàn)了輔助推進(jìn)精細(xì)化能源管控的綜合信息采集與分析決策系統(tǒng)。

目前的智慧能源光控平臺統(tǒng)計的數(shù)據(jù)多是通過能源節(jié)點采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析后進(jìn)行可視化展示，如客戶的能源總能耗，累計能耗，實時數(shù)據(jù)查詢，歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計等情況，怎樣通過已知數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，幫助客戶和管控平臺進(jìn)行更人性化，更自主的能源管理是研發(fā)人員需要深入討論的問題。

2 BOLL統(tǒng)計模型

BOLL統(tǒng)計模型是統(tǒng)計學(xué)中利用標(biāo)準(zhǔn)差原理設(shè)計出的一種很簡潔直觀的數(shù)據(jù)分析工具，常用于現(xiàn)代金融領(lǐng)域，同樣BOLL模型可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的模型分析中，當(dāng)一組電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)（功率、負(fù)荷電流等）總是圍繞著額定值或日常中間值在一定范圍內(nèi)變動，從而產(chǎn)生了電力數(shù)據(jù)的信賴區(qū)間。

BOLL模型由4條線組成，分別為上限曲線、下限曲線、中軸線和數(shù)據(jù)線，信賴區(qū)間由上限曲線和下限曲線組成。

信賴區(qū)間的寬窄是隨著當(dāng)前電力數(shù)據(jù)的波動幅度而變化的，同時根據(jù)累積數(shù)據(jù)的變化而調(diào)整區(qū)間走勢。當(dāng)電力數(shù)據(jù)在本時間段波動很小，模型的信賴區(qū)間就會變窄，這可以說明目前的電力系統(tǒng)的整體負(fù)荷在運行平靜期，當(dāng)電力數(shù)據(jù)在短時間內(nèi)突破信賴區(qū)間的上限或下限，就意味著電力系統(tǒng)的能源負(fù)荷發(fā)生了較大的變化已經(jīng)超出信賴區(qū)間范圍，應(yīng)該及時調(diào)整線路負(fù)荷或檢查線路運行故障等。

BOLL的計算模型為：

式中：Mb為統(tǒng)計模型的中軸線，用于展示數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢的平均趨勢；n代表數(shù)據(jù)個數(shù)；Ma為n個數(shù)據(jù)算數(shù)平均值；Mu為統(tǒng)計模型的上限曲線，是信賴區(qū)間的上限告警值；Dn為統(tǒng)計模型的下限曲線，是信賴區(qū)間的下限告警值；Md為計算數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差值；t為系數(shù)，一般取2。

其中，Ma的計算公式為：

Ci為n個電力數(shù)據(jù)值。

而電力數(shù)據(jù)的樣本方差計算公式為：

3 BOLL模型的負(fù)荷分析

現(xiàn)有某配電運行線路2021年2月25日當(dāng)天的電流負(fù)荷每隔5 min記錄的運行曲線，如圖1所示，從中可以看出線路負(fù)荷在一天當(dāng)中有很大波動，尤其在10:00—12:00間波動較為劇烈，13:00—21:00和凌晨時段電流波動平緩。

圖1 某配電線路一天電流負(fù)荷曲線

將現(xiàn)有的數(shù)據(jù)通過BOLL統(tǒng)計模型計算，分析出本段數(shù)據(jù)的上限曲線，下限曲線和中軸曲線，得到本部分電流負(fù)荷的信賴區(qū)間，從而更加直觀的描述數(shù)據(jù)在信賴區(qū)間的活動范圍。

首先應(yīng)確定選取的數(shù)據(jù)個數(shù)n，計算算數(shù)平均值選取的數(shù)據(jù)越少平均值偏差越大，暫定將n定義為1 h的數(shù)據(jù)量，即12，將n=12帶入到公式（4）中，分別算出算術(shù)平均數(shù)，和樣本方差。

接下來將和值代入公式（1）、（2）、（3）計算得到中軸曲線、上限曲線和下限曲線值。當(dāng)然在計算過程中，需要帶入2月24日部分與25日當(dāng)天銜接的數(shù)據(jù)用于計算和值。n=12時的數(shù)據(jù)分析圖如圖2所示。

圖2 n=12時電流負(fù)荷BOLL統(tǒng)計模型曲線

如圖2中所示，負(fù)荷曲線在信賴區(qū)間中震蕩，根據(jù)上限曲線和下限曲線的定義，如果負(fù)荷曲線靠近兩個警戒曲線就意味著負(fù)荷已經(jīng)偏離上述計算的均值，當(dāng)負(fù)荷曲線觸碰到兩個警戒曲線，就意味著當(dāng)前的負(fù)荷數(shù)據(jù)在當(dāng)前變化時段（n=12）內(nèi)，已經(jīng)到達(dá)告警要求，智慧能源管控系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)荷數(shù)據(jù)在信賴區(qū)間的位置適當(dāng)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)控，甚至在觸碰到上下限曲線時及時告警并調(diào)控電力運行負(fù)荷，盡量平復(fù)配電線路的負(fù)荷抖動變化。

但是根據(jù)n=12得出的BOLL模型來看，信賴區(qū)間較窄，相對于實際的運行數(shù)據(jù)來說合理的波動應(yīng)該不能輕易的達(dá)到區(qū)間的上限和下限范圍，顯然n=12的BOLL模型不能很好的展示寬裕的信賴區(qū)間。

將n的取值范圍增加到2 h時寬度，即取值到24，重新按照上述計算方式建立n=24的BOLL模型，如圖3所示。

圖3 n=24時電流負(fù)荷BOLL統(tǒng)計模型曲線

4 基于BOLL模型的負(fù)荷調(diào)控

根據(jù)上述的n=24的負(fù)荷模型可以清晰的分辨負(fù)荷的運行情況，從00:00—06:00左右電流負(fù)荷在信賴區(qū)間的平均線周圍均衡運行，到07:00—10:00左右電流負(fù)荷上升且一直運行在平均線和上限曲線之間，并一再試探負(fù)荷上限曲線，導(dǎo)致07:00—10:00的信賴區(qū)間開口加大，在10:00—12:00電流負(fù)荷短時間內(nèi)迅速下跌，12:00最低幅度觸及信賴曲線下限，且已低于00:00—06:00水平，如此的變化幅度導(dǎo)致未來兩小時的信賴區(qū)間開口加大且趨勢向下，從12:00—20:00電流負(fù)荷緩慢上升且后期趨于平滑，所以收緊信賴區(qū)間，20:00后負(fù)荷才緩慢下滑。

而能源管控平臺根據(jù)上述BOLL模型變化指定負(fù)荷調(diào)控機制：在信賴區(qū)間收窄且負(fù)荷數(shù)據(jù)平滑時不調(diào)控負(fù)荷，如01:00—06:00范圍，當(dāng)在信賴區(qū)間開口加大且在此區(qū)間內(nèi)平凡觸及上下限時（07:00—10:00），或短時間內(nèi)觸及上限和下限曲線（10:00—12:00）需能源管控平臺介入查看負(fù)荷增大的原因并適當(dāng)調(diào)控現(xiàn)場運行負(fù)荷，調(diào)控方式可以分為換相開關(guān)切換不同相間負(fù)荷或無縫投切備用電源等方式均衡短時間的負(fù)載變化，從而保證電網(wǎng)更加穩(wěn)定的運行。

5 結(jié)語

為完成“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)，目前的能源市場已經(jīng)對智慧能源管控平臺的能源管控功能提出更多要求，在將區(qū)域內(nèi)的能源可視化的同時，更應(yīng)提高對能源的管控能力，保證能源合理穩(wěn)定應(yīng)用。

而根據(jù)BOLL統(tǒng)計模型建立的智慧能源管控平臺可以根據(jù)模型建立規(guī)定時間區(qū)間內(nèi)的能源數(shù)據(jù)信賴區(qū)間，通過可視界面方便的查看當(dāng)前的能源使用是否超出可靠區(qū)域。當(dāng)能源數(shù)據(jù)頻繁趨于信賴區(qū)間的上限或下限，即可認(rèn)為目前的能源利用不再穩(wěn)定，當(dāng)能源數(shù)據(jù)短時間內(nèi)突破上限曲線或下限曲線，即可認(rèn)為能源消耗變化過于劇烈，應(yīng)及時建立能源調(diào)控機制改善使用率。