崔立卿，賀偉軍，田 晶，虞 偉，張 葉

（國網(wǎng)浙江省電力公司岱山縣供電公司，浙江 岱山 316200）

0 引言

在新的電力體制改革背景下，要求按照“放開兩頭、管住中間”的原則，穩(wěn)步推進售電側(cè)改革試點，逐步放開售電市場。為適應(yīng)改革需求，對電力企業(yè)而言，有必要準確了解和掌握大客戶群體用電行為習慣，幫助電力企業(yè)提前規(guī)劃線路、安排客戶組合、制定可開放容量等工作。

在大客戶用電行為分析領(lǐng)域，傳統(tǒng)的分析方法一般按照區(qū)域用電特性、行業(yè)用電特性、用戶用電特性等方法來劃分客戶群，然而這種方式過于陳舊、粗獷，針對大容量專用變壓器（以下簡稱專變）用電客戶用電形式多樣、計費方式不同、用電負荷特性存在差異的情況缺少專門研究，也沒有根據(jù)信息系統(tǒng)反饋的大數(shù)據(jù)對客戶負荷特性進行分類分析，無法幫助電力部門精確掌握企業(yè)用電情況。

為此，考慮直接從企業(yè)產(chǎn)生的用電數(shù)據(jù)入手，在掌握用電負荷曲線的基礎(chǔ)上，通過挖掘大客戶間不同個體的用電負荷特性規(guī)律對群體進行聚類分析，將曲線形態(tài)相近或相似的歸為一類，進而將對應(yīng)的企業(yè)歸為一類，建立全新的企業(yè)群組。電力部門可以針對不同的企業(yè)群組制定針對性極強的服務(wù)策略、有序用電方案等內(nèi)容，有效識別對電網(wǎng)運行存在“貢獻”的客戶群組，同時分析潛在市場，科學制定可開放容量，優(yōu)化售電側(cè)客戶結(jié)構(gòu)，采取迎峰度夏錯避峰用電措施等，為電網(wǎng)企業(yè)提供可靠高效的供電方式，為用電客戶制定科學合理的用電方案。

1 負荷特性分析方法

1.1 二八定律

根據(jù)帕累托二八定律，20%大客戶所消耗的用電量占據(jù)整個大客戶群體用電總量的80%，他們在用電行為中表現(xiàn)出主導(dǎo)地位。現(xiàn)對某地區(qū)電力企業(yè)2014年5月份營銷數(shù)據(jù)（見表1）進行統(tǒng)計分析。

表1 2014年5月份大客戶數(shù)量與用電量的占比統(tǒng)計

大客戶群體共有個體865個，五月份用電量為30 657 982 kWh。從表1可以看出，其中存在指定的75個大客戶五月份用電量為24 881 515 kWh，占群體用電量的81.16%。因此根據(jù)二八原則選取這75個大客戶作為分析對象，能較好地反映出當月大客戶總體用電情況。

1.2 聚類分析

聚類分析是按照一定的要求和規(guī)律將事物進行分類的一種數(shù)學方法。以下分析對分組的劃分遵循以下四點：

（1）每個分組應(yīng)該代表一類相對近似的大客戶群體。

（2）各分組之間是各自區(qū)別的。

（3）將某大客戶的負荷特性歸類于某個分組是易執(zhí)行的。

（4）分組的數(shù)量不宜太多。

2 大客戶高峰用電負荷特性分析

2014年5月岱山電網(wǎng)專變用電負荷最高的一天為5月30日，最大負荷為6.57萬kW。其中，大客戶總體月負荷曲線如圖1所示。

圖1 2014年5月份大客戶總體月負荷曲線

由于部分大客戶存在2個或2個以上的計量點，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)中展示的75個大客戶實際對應(yīng)的企業(yè)廠家數(shù)量為66個。由于以下研究對象的基本單元是企業(yè)廠家，故僅考慮實際的66個大客戶。

以該地區(qū)用電負荷最高的一天為分析日期，采集66個大客戶24 h負荷數(shù)據(jù)進行聚類分析，提煉公司大客戶高峰用電行為。由于不同用戶負荷差異較大，為避免因負荷差異導(dǎo)致無法將具有相同用電規(guī)律的客戶進行聚類，采用歸一法對客戶負荷數(shù)據(jù)進行處理，使客戶負荷值均分布于[0，1]之間。

2.1 負荷數(shù)據(jù)預(yù)處理

（1）數(shù)據(jù)獲取。

（2）數(shù)據(jù)歸一法。

由于不同類型的企業(yè)的最大負荷也各不相同，數(shù)據(jù)的歸一法采用如下公式：

式中：P代表每個大客戶的負荷；下標ob代表企業(yè)編號；j為0—23之間的整數(shù)，代表一個整天共24個小時節(jié)點；下標max和min分別代表該企業(yè)每日負荷的最大值和最小值。

實施過程：將不同大客戶在每個時間節(jié)點上的用電負荷帶入公式（1）計算，即1個大客戶需計算24次，66個大客戶共需計算1 584次。利用歸一法，將1 584個用電負荷原始數(shù)據(jù)經(jīng)過化簡得到1 584個無量綱處理結(jié)果，使物理系統(tǒng)數(shù)值變成某種相對值關(guān)系，達到縮小和統(tǒng)一量值的目的。

2.2 聚類分析

經(jīng)過上述數(shù)據(jù)預(yù)處理，得到了各個用戶的代表負荷曲線，接下來將這些曲線進行聚類。2條負荷曲線之間的距離定義如下：

運用K均值聚類原理，隨機選擇5個對象，即將K-means算法中的K值設(shè)定為5。在K均值聚類算法中，K值的選定是非常難以估計的，即事先并不知道給定的數(shù)據(jù)集應(yīng)該分成多少個類別才最合適，通過對一系列自然數(shù)演算后發(fā)現(xiàn)，當K值等于5時，得到的分類結(jié)果兼具有代表性和差異性，得到的負荷曲線與已知的典型性負荷曲線基本一致。每個對象初始代表一個類的平均值，作為類的質(zhì)心，對剩余每個對象，計算其到類質(zhì)心的距離，被劃分到最近的類；然后重新計算每個類的平均值，不斷重復(fù)這個過程，直到所有的樣本都不能再分配為止。

表2中，第一次隨機抽取的五個初始聚類中心，其他對象需計算其到初始聚類中心的距離，再被劃分到其中某一個初始聚類中心。

如表3所示，經(jīng)過4次迭代計算，準則函數(shù)已經(jīng)收斂于0.000。說明第4次計算出的聚類中心已經(jīng)滿足要求。

如表4所示，將第4次迭代的聚類中心作為最終聚類中心。

表5中，五大類最終聚類中心的案例數(shù)分別為3個、10個、36個、10個和7個。在本次聚類分析中有效案例66個，有效率為100%。

表2 第1次迭代生成的初始聚類中心

表3 準則函數(shù)收斂

表4 第4次迭代生成的最終聚類中心

表5 案例分布情況

2.3 聚類負荷曲線分析

經(jīng)過上述數(shù)據(jù)處理，得到了各個用戶的代表類，根據(jù)上一節(jié)中五大類最終聚類中心繪制不同特點的聚類負荷特性曲線，列出每個大客戶所屬的特性曲線類別，并對每個代表曲線分別進行命名，可劃分為五類客戶。

（1）第一類優(yōu)質(zhì)大客戶。

第一類優(yōu)質(zhì)大客戶聚類負荷曲線見圖2，該類大客戶的高峰用電時間集中在谷時段，而高峰時段用電負荷很低，屬于優(yōu)質(zhì)大客戶，有利于電網(wǎng)負荷整體均衡分配。

從行業(yè)分布看，該類大客戶主要集中在部分船舶及浮動裝置制造業(yè)以及專用化學產(chǎn)品制造業(yè)。根據(jù)對用戶用電情況的調(diào)查，此段時間用電主要集中在船廠對高壓氣泵的充氣作業(yè)，具體案例分布情況見表6。

圖2 第一類優(yōu)質(zhì)大客戶聚類負荷曲線

表6 案例分布情況

（2）需重點關(guān)注大客戶。

需重點關(guān)注大客戶聚類負荷曲線見圖3，該類大客戶總體呈現(xiàn)持續(xù)高負荷用電特征，對電網(wǎng)運行影響較大，是開展錯避峰用電措施的重點關(guān)注大客戶，也是有序用電的重點實施客戶。

圖3 需重點關(guān)注大客戶聚類負荷曲線

從行業(yè)分布看，該類大客戶主要集中在磚瓦石材建筑材料制造業(yè)、紙制品制造業(yè)、部分船舶及浮動裝置制造業(yè)以及農(nóng)、林、牧、漁服務(wù)業(yè)，具體案例分布情況見表7。

表7 案例分布情況

（3）雙峰型大客戶。

雙峰型大客戶聚類負荷曲線見圖4，該類大客戶負荷總體呈現(xiàn)在電網(wǎng)高峰時段，平時段和谷時段基本不用電，其最大負荷出現(xiàn)在8∶00—12∶00及 13∶00—16∶00。 因此在電網(wǎng)高峰時段對電網(wǎng)負荷產(chǎn)生較重負擔，可對其開展錯避峰用電措施，實施有序用電計劃。

圖4 雙峰型大客戶聚類負荷曲線

從行業(yè)分布看，岱山供電公司該類大客戶主要集中在國家權(quán)力機構(gòu)、企事業(yè)行政機構(gòu)、醫(yī)院、超市以及大部分船舶及浮動裝置制造業(yè)，具體案例分布情況見表8?？紤]到岱山縣公安局、岱山縣第一人民醫(yī)院等部分單位屬于一級負荷，中斷供電可能對社會生活造成重大影響，因此需優(yōu)先保證其正常供電。

表8 案例分布情況

（4）單峰型大客戶。

單峰型大客戶聚類負荷曲線見圖5，該類大客戶負荷在 20∶00—23∶00 用電高峰時段達到最高，而在2∶00—7∶00出現(xiàn)低負荷。因此其用電負荷對公司電網(wǎng)安全運行影響較大，可對其開展錯避峰用電措施，實施有序用電計劃。

圖5 單峰型大客戶聚類負荷曲線

從行業(yè)分布看，該類大客戶主要集中在土砂石開采業(yè)及部分船舶及浮動裝置制造業(yè)，具體案例分布情況見表9。經(jīng)用戶調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，部分企業(yè)（如常石集團）擁有自備發(fā)電機組，建議其建立一套自備發(fā)電方案，電網(wǎng)高峰負荷時啟動預(yù)案。

表9 案例分布情況

（5）第二類優(yōu)質(zhì)大客戶。

第二類優(yōu)質(zhì)大客戶聚類負荷曲線見圖6，該類大客戶的高峰用電時間集中在谷時段，而高峰時段用電負荷很低，同樣屬于優(yōu)質(zhì)大客戶，有利于電網(wǎng)負荷整體均衡分配。與第一類優(yōu)質(zhì)大客戶在高峰時段用電負荷呈現(xiàn)下降趨勢相比，第二類優(yōu)質(zhì)大客戶在高峰時段 8∶00—22∶00用電負荷非常低，對于整體電網(wǎng)負荷的均衡分配十分有利，較前者而言更優(yōu)。

從行業(yè)分布看，岱山公司該類大客戶主要集中在水產(chǎn)品加工業(yè)以及交通器材及其他交通運輸設(shè)備制造業(yè)，具體案例分布情況見表10。

圖6 第二類優(yōu)質(zhì)大客戶聚類負荷曲線

表10 案例分布情況

3 結(jié)論

基于大客戶用電負荷特性曲線及分類得出以下結(jié)論及建議：

（1）根據(jù)采集數(shù)據(jù)得到的負荷特性曲線，以及所了解的大客戶用電特點，結(jié)合聚類分析的計算結(jié)果可以證明，分析結(jié)果符合大客戶群體客觀用電事實規(guī)律，因此具備實際參考價值。

（2）在五類負荷特性曲線中，雙峰型大客戶中的案例數(shù)為36個，占比為54.55%，大于其他四類案例數(shù)的總和。說明半數(shù)以上的大客戶其用電高峰期出現(xiàn)在 8∶00—12∶00 及 13∶00—16∶00， 應(yīng)當采取有序用電措施。

（3）船舶及浮動裝置制造業(yè)（案例號為25，57，28，65，7，16，22， 27，31，37，42， 45，54，1，2，59）在前四類負荷特性分類中均有出現(xiàn)，說明不同的船舶制造廠家其用電形式存在較大差異，應(yīng)當區(qū)別對待；另一方面可以根據(jù)第一類優(yōu)質(zhì)大客戶的典型用電經(jīng)驗向其他船舶及浮動裝置制造廠家提出合理建議，達到消峰填谷的作用。

（4）磚瓦、石材及其他建筑材料制造業(yè)（案例號為6）在第二類負荷特性分類中出現(xiàn)，土砂石開采業(yè)（案例號為4）在第四類負荷特性分類中出現(xiàn)。當出現(xiàn)用電緊張時，可以優(yōu)先采取必要的有序用電措施來限制這兩大類企業(yè)的用電行為，保證向居民生活和其他重要負荷持續(xù)穩(wěn)定供電。