彭超逸，張昆，胡亞平，聶涌泉

（中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣東省 廣州市 510663）

0 引言

自20世紀(jì)90年代起，世界范圍內(nèi)掀起了電力市場的改革熱潮，各國根據(jù)自身的電力工業(yè)發(fā)展進(jìn)程進(jìn)行了相應(yīng)程度的市場化因素注入，使得電力市場的建設(shè)思路和發(fā)展模式得到不斷調(diào)整和完善，傳統(tǒng)的電力行業(yè)迸發(fā)出鮮活的競爭活力[1-3]。

以我國為例，隨著電力交易中心、現(xiàn)貨試點(diǎn)等工作在各地如雨后春筍般涌現(xiàn)，電力市場行業(yè)結(jié)構(gòu)、市場體系、調(diào)控市場價(jià)格等方面取得了顯著的進(jìn)展[4-6]。然而，電力市場建設(shè)的繁榮使得電力交易品種不斷增多、交易業(yè)務(wù)量迅猛擴(kuò)增，導(dǎo)致市場監(jiān)管方及運(yùn)營方的各種數(shù)據(jù)變得日益復(fù)雜，其數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長，數(shù)據(jù)的有效管理和利用愈發(fā)困難，數(shù)據(jù)中潛藏的市場行為規(guī)律難以被揭示和利用[7-8]。因此，在電力市場環(huán)境下，開展動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(dynamic monitoring system，DMS)的設(shè)計(jì)和研發(fā)工作對實(shí)現(xiàn)市場的安全有序運(yùn)行、交易運(yùn)營系統(tǒng)的有效保障、各類數(shù)據(jù)的分類管理具有重要意義[9-12]。

動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)平臺的設(shè)計(jì)和研發(fā)在電力行業(yè)建設(shè)進(jìn)程中一直是一個熱點(diǎn)問題，備受學(xué)者關(guān)注。文獻(xiàn)[13]以電力市場交易運(yùn)營場景為例，詳細(xì)分析了市場交易運(yùn)營數(shù)據(jù)的分類特點(diǎn)，并輔以數(shù)據(jù)有效性甄別規(guī)則對運(yùn)營系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，保證了電力市場交易運(yùn)營系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行，為保障多級電力市場建設(shè)和高效協(xié)調(diào)運(yùn)作提供了基礎(chǔ)支撐；文獻(xiàn)[14-15]以國外數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺典型技術(shù)為切入點(diǎn)，詳細(xì)介紹了該監(jiān)控平臺在數(shù)據(jù)質(zhì)量方面的治理力度，有效保證了電力數(shù)據(jù)的安全傳輸；文獻(xiàn)[16]以全球能源互聯(lián)網(wǎng)為工業(yè)背景，針對提升電力時(shí)空大數(shù)據(jù)智能挖掘深度和廣度問題，設(shè)計(jì)了信息驅(qū)動的全球能源互聯(lián)網(wǎng)全景安全防御系統(tǒng)，對提升電網(wǎng)全景態(tài)勢的感知水平具有重要意義。

為此，針對電力市場日趨復(fù)雜的數(shù)據(jù)交互場景，為了深度挖掘市場數(shù)據(jù)下的隱含式規(guī)律，本文從電力市場監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)需求出發(fā)，進(jìn)行了該系統(tǒng)綜合架構(gòu)的頂層設(shè)計(jì)，并部署了現(xiàn)代化的算法和數(shù)據(jù)處理模塊作為該系統(tǒng)的技術(shù)支撐。最后，以典型應(yīng)用場景為例，闡明該系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值，通過該系統(tǒng)對市場動態(tài)的采集、匯總、整理、研究、分析等，可實(shí)現(xiàn)對市場動態(tài)進(jìn)行全方位分析，有望為電力市場監(jiān)控分析貢獻(xiàn)新的價(jià)值模式和理念。

1 動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及需求分析

1.1 動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的定義

動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是指采集和監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下有關(guān)電氣、機(jī)械的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，建立正確的信息、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并利用相應(yīng)的行業(yè)內(nèi)專業(yè)知識，結(jié)合數(shù)據(jù)分析和挖掘的理論和方法，為設(shè)備級或系統(tǒng)級防控提供科學(xué)依據(jù)。

與此同時(shí)，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)時(shí)代到來，以新一代數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為代表的分析方法為DMS提供理論支撐，加速了DMS在各行各業(yè)的研制與開發(fā)。如圖1所示，基于DMS背景，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互視角下數(shù)字空間、物理空間和社會空間的信息物理系統(tǒng)高度交織，提升行業(yè)智能化分析、運(yùn)行水平。

圖1 DMS概念價(jià)值圖 Fig. 1 DMS concept value map

1.2 動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展概況及存在的問題

電力場景下，以廣域測量系統(tǒng)(wide area measurement system，WAMS)、能量管理系統(tǒng)(energy management system，EMS)為代表的調(diào)度自動化監(jiān)控系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用已久，其最主要的功能就是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)動態(tài)行為的可觀測性，為調(diào)控運(yùn)行人員提供運(yùn)行決策的輔助手段，保障大電網(wǎng)的安全運(yùn)行。調(diào)度自動化監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成部分如圖2所示。

圖2 調(diào)度自動化監(jiān)控系統(tǒng) Fig. 2 Dispatching automation monitoring system

近年來，隨著電力工業(yè)的轉(zhuǎn)型和重組，我國電力改革積極推進(jìn)，政企分開、有序競爭的電力市場也逐漸形成，給傳統(tǒng)的發(fā)、變、輸、配、用一體化的電力工業(yè)注入新的市場競爭活力。然而，靈活的競爭性資源配置能力給電力監(jiān)管機(jī)構(gòu)帶來的市場力問題常常導(dǎo)致資源配置失效，使得不同利益主體可以通過限制容量、策略性報(bào)價(jià)等手段解決輸電阻塞、價(jià)格亂序、效率低下等市場性難題，給電力市場進(jìn)一步發(fā)展帶來諸多困難，主要體現(xiàn)在以下方面：

1）市場環(huán)境下用戶行為數(shù)據(jù)、發(fā)電主體用戶數(shù)據(jù)、市場彈性變化數(shù)據(jù)未得到有效監(jiān)管和利用，市場力監(jiān)控力度有待加強(qiáng)；

2）由于發(fā)電資源的集中性以及市場力易于形成的先天屬性，未能實(shí)現(xiàn)對市場成員操縱市場的行為進(jìn)行及時(shí)有效的監(jiān)督和處理；

3）由于電力商品區(qū)別于傳統(tǒng)商品的實(shí)時(shí)交易、不可退回等特征，亟需建立合理客觀的市場行為評價(jià)體系，用于市場成員的評級和獎懲。

因此，針對電力市場背景下由用戶數(shù)據(jù)、市場數(shù)據(jù)、各利益主體數(shù)據(jù)未有效流通、共享所導(dǎo)致的電力市場各類問題，有必要充分利用當(dāng)前先進(jìn)的信息技術(shù)，建立電力市場環(huán)境下的動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，為培育健康有序的電力市場生態(tài)體系提供技術(shù)和理論支撐。

1.3 電力市場動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)需求

電力市場動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(electricity market dynamic monitoring system，EM-DMS)建設(shè)主要圍繞3個維度，即建設(shè)目標(biāo)、監(jiān)控對象、反饋控制，共同構(gòu)成三位一體的EM-DMS，如圖3所示。

圖3 電力市場動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)維度 Fig. 3 Construction dimension of EM-DMS

1）建設(shè)目標(biāo)

EM-DMS建設(shè)目標(biāo)是促進(jìn)和建立健康有序的電力市場運(yùn)行生態(tài)體系。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需從以下2方面著手：

①確保市場有效競爭。競爭性是市場監(jiān)視的直接目標(biāo)，電力市場結(jié)構(gòu)與市場成員的行為均應(yīng)滿足競爭性要求。

②確保市場資源有效配置。市場監(jiān)視的最終目標(biāo)是為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效率的提高，除了直接監(jiān)視市場的競爭性之外，還需要發(fā)現(xiàn)市場設(shè)計(jì)中不利于實(shí)現(xiàn)有效競爭的部分。

2）監(jiān)控對象

EM-DMS監(jiān)控市場中的非競爭行為和市場力的動態(tài)變化，以確保市場活力常駐，具體如下：

①監(jiān)測市場中的非競爭行為，為查處這些行為提供支持，從而確保有效的市場競爭。競爭性是市場監(jiān)測的直接目的。

②監(jiān)測市場行為偏離度，并據(jù)此動態(tài)分析市場價(jià)格是否發(fā)生畸形以及畸形的程度。

3）反饋控制

通過EM-DMS對監(jiān)控對象動態(tài)行為進(jìn)行觀測，輔助電力監(jiān)管人員進(jìn)行有效決策，具體如下：

①對監(jiān)控歷史數(shù)據(jù)中各利益主體的交易數(shù)據(jù)進(jìn)行有效統(tǒng)計(jì)，評價(jià)主體的違規(guī)性行為，形成違規(guī)性處置策略，包括形成罰款金額、公布違規(guī)利益主體名單、形成消費(fèi)者投訴文案等。

②發(fā)現(xiàn)并反饋市場規(guī)則、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的缺陷，定期反饋市場監(jiān)管人員的隱性運(yùn)行規(guī)則，為建立完善、高效的市場提供支持。

2 電力市場動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電力市場背景下的動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)較之于針對電力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制的傳統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)有所不同。在數(shù)據(jù)采集層面，除了需要采集系統(tǒng)電氣信息之外，同時(shí)還需要對電力市場的電價(jià)、成交量等交易信息進(jìn)行采集，因此處理手段也必然隨之發(fā)生變化；在功能應(yīng)用層面，除了需要確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行之外，在保證自由公平競爭的條件下，充分激發(fā)市場活力還是EM-DMS的特色任務(wù)。

2.1 總體架構(gòu)

圖4展示了EM-DMS的總體構(gòu)架，共分為4層，根據(jù)系統(tǒng)工作原理，由下向上依次為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層和功能應(yīng)用層。

圖4 電力市場動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)圖 Fig. 4 Overall structure of EM-DMS

基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括涉及電力交易的各種數(shù)據(jù)、信息的測量裝置，有電氣量測量裝置和非電氣量測量裝置之分。電氣量測量裝置主要包括電壓/電流互感器、智能電表等電氣設(shè)備；非電氣量測量裝置主要包括營銷平臺的記錄設(shè)備和外部環(huán)境的監(jiān)測設(shè)備。

數(shù)據(jù)采集層同樣具有電氣量和非電氣量之分。電氣部分主要包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(supervisory control and data acquisition，SCADA)、廣域測量系統(tǒng)、電量系統(tǒng)等，廠站電氣信息經(jīng)過遠(yuǎn)程終端設(shè)備(remote terminal unit，RTU)或智能電表上傳至主站數(shù)據(jù)庫，用于測量電能、功率等電氣數(shù)據(jù)，并通過相關(guān)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)。非電氣部分則用于記錄實(shí)時(shí)電價(jià)、交易量等市場交易信息，以及天氣、溫度、濕度等外部環(huán)境信息。另外，為了模擬或復(fù)刻特殊情況下的電力市場狀態(tài)，也可將部分具有代表意義的仿真數(shù)據(jù)一并記錄到數(shù)據(jù)庫中。

數(shù)據(jù)處理層用于對各類記錄信息進(jìn)行清洗、融合、轉(zhuǎn)換、壓縮，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)各類功能應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)、全面、精確的數(shù)據(jù)格式，并采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理和存儲。

功能應(yīng)用層是EM-DMS的重點(diǎn)部分，分為態(tài)勢指標(biāo)體系、主體畫像體系、告警體系和反演體系四大類主體功能。

2.2 關(guān)鍵功能構(gòu)成

根據(jù)電力市場背景下監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)需求，EM-DMS的關(guān)鍵功能構(gòu)成如圖5所示。

圖5 電力市場動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)鍵功能構(gòu)成示意圖 Fig. 5 Schematic diagram of key functions of EM-DMS

1）態(tài)勢指標(biāo)體系。該體系主要用于反映電力 市場的市場力。市場力是反映市場成員所具備的操縱市場價(jià)格的能力，有水平向和垂直向之分，是經(jīng)濟(jì)學(xué)中的基本概念。電力市場中的市場力定義為“具有以盈利為目的，操縱電價(jià)，在一段時(shí)間內(nèi)使之遠(yuǎn)離正常競爭價(jià)格水平的能力”。態(tài)勢指標(biāo)體系通過建立相應(yīng)評價(jià)指標(biāo)和實(shí)時(shí)態(tài)勢分析對市場力進(jìn)行評估，對市場力表現(xiàn)、市場力監(jiān)測和市場力緩解3個方面做出反應(yīng)。其中：市場力表現(xiàn)用于反映保留、持留等市場狀態(tài)；市場力監(jiān)測是借助市場狀態(tài)指標(biāo)和交易行為指標(biāo)對各市場主體進(jìn)行監(jiān)管；市場力緩解則有事前管控和事后管控之分，用于發(fā)現(xiàn)和處理市場力。

2）主體畫像體系。該體系是基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對不同類型用戶的用電行為特征進(jìn)行描述，是建立精準(zhǔn)服務(wù)策略的重要工具，可實(shí)現(xiàn)用戶的精細(xì)化服務(wù)和管理，為不同需求的用戶提供個性化服務(wù)。通過電量采集系統(tǒng)、用戶信息系統(tǒng)所獲得的用戶用電行為記錄，為大數(shù)據(jù)分析提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持，進(jìn)而可深度探究用戶的潛在需求。

3）告警體系。該體系主要用于協(xié)調(diào)、監(jiān)督和管理各市場成員的交易沖突，特指監(jiān)測交易爭端和違規(guī)行為。自由市場交易行為是供需雙方為謀求自身利益最大化而達(dá)成交易的過程。由于利益的沖突，貿(mào)易糾紛在所難免，嚴(yán)重者甚至?xí)閱畏矫嬷\求自身利益而破壞既定的交易規(guī)則。對市場監(jiān)管部門而言，實(shí)時(shí)監(jiān)測各市場成員的交易情況、發(fā)現(xiàn)并查處違規(guī)行為、及時(shí)平息交易爭端，能夠?yàn)殡娏κ袌龅挠行蜻\(yùn)行提供保障。

4）反演體系。該體系主要用于對主管部門制定政策提供支持和對交易體系提出修正建議。一方面，電力市場的健康運(yùn)行離不開科學(xué)的管控，動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)除需要滿足常規(guī)的市場監(jiān)測功能外，還應(yīng)為政府或市場監(jiān)督部門制定相應(yīng)政策提供數(shù)據(jù)和分析支持；另一方面，市場規(guī)則體系也未必完美，必定會有一定缺陷，且隨著影響電力市場發(fā)展的因素不斷變化，如社會、人文、經(jīng)濟(jì)等各方面，電力交易行為也將與原有的規(guī)則制度不相稱。反演體系應(yīng)從電力市場的實(shí)時(shí)監(jiān)測情況出發(fā)，對市場體系和制度進(jìn)行分析和評價(jià)，為主管部門提供數(shù)據(jù)和分析支持，從而逐步完善交易規(guī)則和市場結(jié)構(gòu)，促進(jìn)電力市場的長期健康發(fā)展。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)支撐

2.3.1 關(guān)鍵技術(shù)組成

EM-DMS主要涉及如圖6所示的5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，包括高效數(shù)據(jù)處理技術(shù)、精準(zhǔn)測辨建模技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、優(yōu)化決策技術(shù)和可視化人機(jī)交互 技術(shù)，上述關(guān)鍵技術(shù)以相應(yīng)的硬件平臺作為載體。

圖6 電力市場動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)鍵支撐技術(shù) Fig. 6 Key supporting technologies of EM-DMS

2.3.2 硬件部署

硬件系統(tǒng)是電力市場動態(tài)監(jiān)測平臺的載體，主要包括智能電表、營銷平臺記錄裝置、環(huán)境監(jiān)測裝置等其他數(shù)據(jù)采集裝置，數(shù)據(jù)分析處理服務(wù)器，人機(jī)交互終端以及數(shù)據(jù)傳輸總線等。

2.3.3 關(guān)鍵技術(shù)

1）高效數(shù)據(jù)處理技術(shù)

電力市場動態(tài)監(jiān)測需面臨涉及電力市場運(yùn)行的海量多元異構(gòu)數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的清洗、融合、轉(zhuǎn)換、壓縮和存儲是動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)。其中，數(shù)據(jù)融合是整個數(shù)據(jù)處理技術(shù)的關(guān)鍵部分，是聯(lián)系數(shù)據(jù)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的紐帶。數(shù)據(jù)融合技術(shù)主要包括：根據(jù)EM-DMS的功能需求，建立標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)平臺和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口格式；完善實(shí)時(shí)監(jiān)測和虛擬分析2個層級的高性能并行計(jì)算框架；統(tǒng)籌協(xié)調(diào)在線監(jiān)測與離線分析的流式計(jì)算框架。

2）精準(zhǔn)測辨建模技術(shù)

若想對電力市場的交易行為進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的跟蹤和監(jiān)測，就離不開對各市場主體的精準(zhǔn)測辨建模。EM-DMS模型主要包括市場交易模型、競價(jià)模型、市場需求模型、風(fēng)險(xiǎn)評估模型、輔助決策模型等，用于反映電力市場交易狀態(tài)、趨勢預(yù)估等。動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的主體功能全部依賴于上述模型實(shí)現(xiàn)，模型參數(shù)的精準(zhǔn)性能會影響到系統(tǒng)的使用效果。

3）數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在EM-DMS中主要借助相應(yīng)算法從海量監(jiān)測數(shù)據(jù)中挖掘隱含其中的關(guān)鍵信息。該技術(shù)在EM-DMS中的應(yīng)用從宏觀上可分為4個層面，即態(tài)勢分析、功能完善、統(tǒng)籌決策和風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避，具體包括用戶用電行為提取、負(fù)荷預(yù)測、拓展服務(wù)范疇、異常行為評估等。若要完善數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在EM-DMS中的應(yīng)用，就必須建立標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)平臺，開發(fā)服務(wù)于EM-DMS的數(shù)據(jù)挖掘軟件，以嚴(yán)謹(jǐn)客觀的態(tài)度把握數(shù)據(jù)挖掘的實(shí)際應(yīng)用范圍。

4）優(yōu)化決策技術(shù)

結(jié)合電力市場的實(shí)際運(yùn)營場景，利用數(shù)據(jù)挖掘信息，在綜合態(tài)勢評估的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)能源系統(tǒng)與營銷系統(tǒng)的時(shí)空關(guān)聯(lián)關(guān)系，制定多維分析優(yōu)化策略。具體包括：綜合考慮電力系統(tǒng)安全運(yùn)行要素和市場運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)要素，明確各市場主體的職能職責(zé)；結(jié)合市場評價(jià)體系，借助高效優(yōu)化算法準(zhǔn)確引導(dǎo)市場運(yùn)營方向；及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在市場風(fēng)險(xiǎn)，扼制危險(xiǎn)行為的發(fā)生。

5）可視化與人機(jī)交互技術(shù)

上述所有功能的實(shí)現(xiàn)都離不開可視化與人機(jī)交互系統(tǒng)的清晰呈現(xiàn)，可視化界面和人機(jī)交互的友好程度也能夠直接影響動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果。

3 電力市場動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 EM-DMS

3.1.1 EM-DMS前端界面

綜上所述，EM-DMS具備市場態(tài)勢感知、主體畫像構(gòu)建、市場行為告警及事故反演四大功能，結(jié)合目前主要展示技術(shù)，開發(fā)了融合地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)和實(shí)時(shí)渲染技術(shù)的EM-DMS前端展示界面，如圖7所示。

圖7 電力市場動態(tài)監(jiān)測前端環(huán)境圖 Fig. 7 Environmental map of EM-DMS

1）市場態(tài)勢感知。系統(tǒng)通過指標(biāo)來感知當(dāng)前市場態(tài)勢，主要采用市場力表現(xiàn)、監(jiān)測、緩解三大指標(biāo)來構(gòu)成指標(biāo)體系，通過儀表盤形式進(jìn)行直觀展示。

2）主體畫像構(gòu)建。通過用戶的歷史用電數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對潛在用電特征進(jìn)行發(fā)掘，構(gòu)建用電消費(fèi)模型，通過柱狀圖形式對用電趨勢進(jìn)行展示。

3）市場行為告警。系統(tǒng)主要密切關(guān)注區(qū)域電網(wǎng)實(shí)時(shí)交易動態(tài)，對市場具備較大影響作用的參與主體以GIS形式通過發(fā)光圓圈展現(xiàn)，并在GIS圖右側(cè)展示告警裕度。

4）事故反演。通過主體畫像所得的用戶潛在特征，對比電力市場的實(shí)時(shí)監(jiān)測情況，密切關(guān)注異常離群點(diǎn)，反演異常事故發(fā)生過程。

3.1.2 電量預(yù)測及市場主體行為檢測

將市場競爭機(jī)制引入到電力交易，可以合理地調(diào)配和使用資源，充分激發(fā)市場潛能。其中，電量交易是電力市場交易的核心環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確地預(yù)估市場用戶的需求量，對于供需雙方均具有重要作用。

傳統(tǒng)電量預(yù)測多依賴于預(yù)測算法(包括線性回歸法、灰度預(yù)測法等)本身的模型精度，未能充分挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)的潛藏規(guī)律。隨著電力負(fù)荷波動性越來越強(qiáng)，電量預(yù)測的精準(zhǔn)度受各方面因素綜合影響，因此有必要采用新的理念和方法實(shí)現(xiàn)電量預(yù)測。

EM-DMS通過采集所得海量電量數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶的歷史用電習(xí)慣，采用以支持向量機(jī)、模糊理論以及卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的深度學(xué)習(xí)方法，充分挖掘蘊(yùn)含于歷史數(shù)據(jù)中的用電模式，構(gòu)建用戶電量的智能預(yù)測模型，可實(shí)現(xiàn)用戶電量的準(zhǔn)確跟蹤。圖8展示了EM-DMS系統(tǒng)中某用戶在一周內(nèi)的用電量趨勢，以前6日的量測數(shù)據(jù)為依據(jù)對第7日的用戶用電量進(jìn)行預(yù)估。

圖8 EM-DMS環(huán)境下的電量預(yù)測 Fig. 8 Electricity prediction in EM-DMS environment

電力市場環(huán)境下，及時(shí)檢測各參與方的異常行為，對保證市場有序高效運(yùn)行具有重要意義。其中，異常用電行為通常會引發(fā)電量流失、線損增加等現(xiàn)象，影響電網(wǎng)的運(yùn)營效率，更有可能造成設(shè)備損壞、人員傷亡等嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)異常行為，能夠有效避免上述問題的產(chǎn)生，因此必須加強(qiáng)對市場主體行為的有效監(jiān)管。

EM-DMS通過歷史數(shù)據(jù)形成各電力用戶的特定用電行為習(xí)慣，實(shí)時(shí)監(jiān)視用戶用電量曲線，并設(shè)定相應(yīng)的閾值規(guī)則，若在某時(shí)段下實(shí)際用電量大幅偏離預(yù)測曲線，即用戶曲線超出了設(shè)定的閾值范圍，則可認(rèn)定在該時(shí)段下該用戶存在異常的用電行為，如圖9所示。

圖9 市場主體行為異常檢測 Fig. 9 Abnormal behavior detection of market subjects

3.2 EM-DMS應(yīng)用場景

EM-DMS作用于電力市場運(yùn)行的諸多環(huán)節(jié)，是監(jiān)測電力市場運(yùn)行行為特性的有力工具，其主要應(yīng)用場景如圖10所示。

圖10 EM-DMS的應(yīng)用場景 Fig. 10 EM-DMS application scenario

3.2.1 發(fā)現(xiàn)市場異常行為

電力市場運(yùn)行行為的異常通常表現(xiàn)為電力企業(yè)改變市場價(jià)格，使之偏離市場充分競爭情況下所具有的價(jià)格水平，也即市場力發(fā)生異常。EM-DMS通過采集底層監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，分析當(dāng)前市場環(huán)境下電力交易價(jià)格的波動性，并比較當(dāng)前的價(jià)格與歷史平均價(jià)格的方差，給予定量性告警；通過功能應(yīng)用層的告警體系，提示電力監(jiān)管者當(dāng)前電力市場運(yùn)行行為是否發(fā)生異常。

3.2.2 監(jiān)督市場主體行為

電力市場主體行為是由電力市場各參與方在各自利益經(jīng)營范圍內(nèi)采取相應(yīng)措施，使得其利益最大化的過程。通常各參與方采用市場規(guī)則漏洞、市場產(chǎn)品接縫、市場規(guī)則不詳?shù)确绞竭M(jìn)行動作，增加其利益儲備。EM-DMS可根據(jù)采集所得市場參與方的動作數(shù)據(jù)，密切關(guān)注各參與方市場交易過程中的數(shù)據(jù)變化規(guī)律，可有效規(guī)避市場主體不正?；虿缓弦?guī)的動作行為。

3.2.3 更迭市場行為機(jī)制

電力市場處在早期運(yùn)行時(shí)，往往因?yàn)榍捌诮灰捉?jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致市場交易呈現(xiàn)電力資源稀缺或電力資源過剩等非正常運(yùn)行態(tài)勢，暴露出市場運(yùn)行機(jī)制科學(xué)性規(guī)劃缺乏等問題。EM-DMS在功能應(yīng)用層所設(shè)定的態(tài)勢指標(biāo)體系，可依據(jù)眾多融合數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)當(dāng)前電力市場運(yùn)行態(tài)勢好的綜合打分，因此可揭示市場運(yùn)行機(jī)制的潛在關(guān)聯(lián)因素，以此作為電力市場規(guī)則更新的依據(jù)，進(jìn)行市場行為機(jī)制的優(yōu)化更迭。

3.2.4 調(diào)整市場價(jià)格補(bǔ)貼

電力市場的價(jià)格是反映電力資源平衡形態(tài)的關(guān)鍵特征，因而調(diào)整市場價(jià)格或?qū)κ袌鰞r(jià)格進(jìn)行補(bǔ)貼是平衡電力供需雙方的重要手段。通常，扭曲的價(jià)格信號會給市場參與方增加不必要的成本與風(fēng)險(xiǎn)，加劇電力市場環(huán)境下的電力資源配置難題。EM-DMS在功能應(yīng)用層所設(shè)定的反演體系，可以反映并提醒市場監(jiān)控方對市場價(jià)格或補(bǔ)貼行為進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整。

3.2.5 輔助市場主體決策

電力市場是由多利益主體參與、定量性市場規(guī)則約束所構(gòu)成的復(fù)雜交易系統(tǒng)，這給市場監(jiān)管運(yùn)行人員帶來調(diào)控的困難，而市場的有效監(jiān)控是解決該類問題的有效手段。EM-DMS通過實(shí)時(shí)監(jiān)控各參與方、市場環(huán)境的有效數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)、人工智能算法挖掘潛在其中的隱式規(guī)律，針對功能應(yīng)用層的主體畫像體系，生成相應(yīng)的輔助策略，支撐市場主體決策生成。

4 結(jié)論

介紹了DMS的概念和定義，闡述了DMS在電力系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)狀，并以電力市場為工業(yè)背景，分析了DMS在電力市場場景下的建設(shè)需求，詳細(xì)設(shè)計(jì)了EM-DMS的架構(gòu)體系，系統(tǒng)部署了相應(yīng)集成功能框架，并闡明了各層面的關(guān)鍵技術(shù)支撐體系，形成完整的工業(yè)監(jiān)控落地形態(tài)。最后，從電力市場下典型場景問題入手，論述了EM-DMS的應(yīng)用價(jià)值，有望為公平有序、公正透明的電力市場培育和建設(shè)提供理論參考及工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。下一步，將開展EM-DMS在實(shí)際電力市場環(huán)境下的工程示范工作。