隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，供電企業(yè)通過分析和預測電量，了解社會用電需求，為下一步電網(wǎng)投資和建設(shè)提供重要決策依據(jù)，對保障社會用電越來越重要。國家電網(wǎng)公司積極開發(fā)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，使預測電量更科學精準。本期報道上海電力科學研究院和江蘇南通供電公司的研究項目和具體做法，分享其研究成果和典型經(jīng)驗。
近日，國家863計劃課題“智能配用電大數(shù)據(jù)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”順利通過國網(wǎng)科技部中期督導，標志著這個把準時代脈搏的前沿科技項目走完了研究開發(fā)的一半里程。
該項目自2015年4月啟動，由國網(wǎng)上海市電力公司牽頭，上海電科院、中國電科院、復旦大學、上海交通大學等十余家單位參與研究。該項目開發(fā)的智能配用電大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺集成包括CMS、SCADA等9大業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)源，建立了用戶側(cè)與電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并與GIS空間可視化技術(shù)融合，實現(xiàn)了營、配、調(diào)業(yè)務(wù)貫通和全景能耗監(jiān)測。
平臺以上海浦東新區(qū)為示范區(qū)域，目前已開發(fā)完成電力地圖、客戶用電行為分析、用電預測、行業(yè)關(guān)聯(lián)關(guān)系等應(yīng)用模塊，為電網(wǎng)的可靠運行和精益化管理提供技術(shù)支撐，促進供需兩側(cè)能源經(jīng)濟技術(shù)效率提升，助力上海建設(shè)創(chuàng)新之城、人文之城、生態(tài)之城。
為需求側(cè)管理提供支撐
項目組依據(jù)上海市政府市政規(guī)劃，將浦東新區(qū)劃分成145個功能區(qū)塊，利用基于GIS空間可視化技術(shù)，結(jié)合客戶用電數(shù)據(jù)，研究開發(fā)了密度圖和熱力圖兩類電力地圖，分別展示浦東新區(qū)日用電量及96點功率。
在電力地圖中，用電量大的區(qū)域用亮色表示，用電量小的區(qū)域用暗色表示。通過電力地圖中不同區(qū)域的顏色明暗，研究人員可以很容易找到用電熱點區(qū)域，精確地展示出負荷密度最高的區(qū)域是小陸家嘴金融區(qū)?！半娏Φ貓D可實現(xiàn)上海浦東的全景能耗監(jiān)測，服務(wù)城市發(fā)展規(guī)劃?！鄙虾ｋ娍圃貉邪l(fā)人員表示。
在項目開發(fā)中，北京郵電大學教授石川說：“在科學、工程、生物學等領(lǐng)域，常常會遇到高維數(shù)據(jù)，越來越多的維度變量給數(shù)據(jù)分析帶來了巨大的挑戰(zhàn)。而人們只能感知二維或三維空間，高維數(shù)據(jù)分析一直是可視化領(lǐng)域的難點和熱點問題。電力地圖就是如此，它是客戶用電信息在地圖上的直觀展示，因而必須降維處理每個時間斷面229萬客戶的用電數(shù)據(jù)，并利用可視化渲染技術(shù)，才能在地圖上直觀并且低延時展示用電信息。”
此外，基于浦東地區(qū)220萬居民客戶830天近10GB的用電數(shù)據(jù)，項目組通過高維時序特征提取和數(shù)據(jù)降維等處理，成功獲取用電曲線波動性、斷點等反映用電行為的特征信息，并以此為基礎(chǔ)完成了百萬數(shù)量級客戶的快速聚類。
項目組發(fā)現(xiàn)，客戶的用電行為主要受到天氣、日期、收入水平、地理位置等影響。以上海浦東為例，229萬客戶可以聚集成36類，其中比較典型的類別有早出晚歸型、空置房型、季節(jié)敏感型等。居民用電行為的細致聚類為豐富需求側(cè)管理手段、探索需求響應(yīng)的策略提供有力支撐。
關(guān)于聚類，復旦大學的博士生周陽解釋說：“聚類是一個把數(shù)據(jù)對象劃分成子集的過程。每一個子集的對象彼此相似。主要的基本聚類算法可以劃分為四類：劃分方法、層次方法、基于密度的方法和基于網(wǎng)格的方法。”
精準預測線路負荷
目前，項目組基于電力用電預測經(jīng)驗法、預測精度低等難點問題，挖掘海量用電數(shù)據(jù)，利用嶺回歸預測模型，綜合考慮溫度、濕度、氣壓、風向、星期類型、節(jié)假日等多種影響因子，實現(xiàn)了對浦東18949個臺區(qū)和300條線路的用電預測，線路預測精度達90%以上。線路負荷的精確預測，有利于電力調(diào)度管理和電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)，合理安排低壓配電網(wǎng)運行方式；并有利于電力市場需求分析、做好電力市場營銷和電力客戶關(guān)系管理。
“我們的研究采用基于自適應(yīng)混合學習的模型，首次嘗試利用地理拓撲信息中10千伏出線與臺區(qū)、大客戶的關(guān)聯(lián)關(guān)系，基于客戶用電信息采集系統(tǒng)中10千伏線路上關(guān)聯(lián)的臺區(qū)變壓器和大客戶96點功率數(shù)據(jù)，自下而上預測10千伏線路負荷。研究表明，兩種方法預測趨勢一致?！敝袊娍圃河秒娝偣こ處熖锸烂髡f。
項目組基于分布式存儲技術(shù)，完成臺賬數(shù)據(jù)、用電數(shù)據(jù)和地理拓撲數(shù)據(jù)等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)解析，實現(xiàn)了229萬客戶、26000臺區(qū)臺賬和4000余條中壓配電線路的數(shù)十億條用電數(shù)據(jù)的快速查詢，并依據(jù)客戶供電點地址，完成城市坐標和地理坐標的轉(zhuǎn)換，在地圖上定位展示，實現(xiàn)了營、配、調(diào)業(yè)務(wù)深度融合。整個數(shù)據(jù)檢索服務(wù)響應(yīng)時間小于3秒，大幅提高了平臺使用人員的工作效率。實驗證明，通過使用索引，客戶查詢的響應(yīng)速度可以達到原來的20～100倍。
就在半個月前，新上任的上海市虹口區(qū)委書記吳信寶實地調(diào)研了上海電科院，對這個釋放大能量的大數(shù)據(jù)科技項目產(chǎn)生了濃厚的興趣。他說：“上海電科院是個小身材、高能級的企業(yè)，在大數(shù)據(jù)信息資產(chǎn)運用方面已經(jīng)走在了上海的前列。希望這樣一個在電力行業(yè)里率先獲得進展的大數(shù)據(jù)成果，也能在虹口區(qū)實現(xiàn)孵化落地。”
下階段，項目組將繼續(xù)推進智能配用電大數(shù)據(jù)示范工程建設(shè)，深化多因素關(guān)聯(lián)分析、大數(shù)據(jù)可視化分析、交互方法等技術(shù)研究；研發(fā)節(jié)電、配用電網(wǎng)架優(yōu)化、錯峰調(diào)度等配用電大數(shù)據(jù)典型業(yè)務(wù)應(yīng)用，探索智能配用電大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)模式和運營模式，努力開拓智能配用電大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的可實現(xiàn)、可復制、可推廣之路。
