用戶能效分析系統(tǒng)研究與應(yīng)用

王 峰，李昆明

（1.國(guó)網(wǎng)江蘇節(jié)能服務(wù)有限公司，南京 210009; 2.江蘇方天電力技術(shù)有限公司，南京 210009）

用戶能效分析系統(tǒng)研究與應(yīng)用

王 峰1，李昆明2

（1.國(guó)網(wǎng)江蘇節(jié)能服務(wù)有限公司，南京 210009; 2.江蘇方天電力技術(shù)有限公司，南京 210009）

1 研究背景

隨著電力市場(chǎng)化改革進(jìn)程加快，市場(chǎng)化售電主體和社會(huì)節(jié)能企業(yè)高度重視終端客戶資源與服務(wù)，未來市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將十分激烈。目前，江蘇省電力公司通過用電信息采集系統(tǒng)和在客戶端安裝用能監(jiān)測(cè)終端，初步建立了用戶用能在線監(jiān)測(cè)體系，并運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，已開展用戶能效分析等工作，初步建立了有關(guān)數(shù)據(jù)分析模型，形成了用戶潛力價(jià)值體系標(biāo)準(zhǔn)。

本文主要介紹運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，結(jié)合海量用電信息采集數(shù)據(jù)和設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建的用戶節(jié)能潛力評(píng)估模型和專項(xiàng)設(shè)備節(jié)能潛力挖掘模型。

2 能效分析存在的問題及研究思路

2.1 能效分析存在的問題

能效工作雖然處于快速發(fā)展階段，但是能效分析存在以下問題:一是客戶用能數(shù)據(jù)量存在較大差距，用戶內(nèi)部設(shè)備級(jí)的用能數(shù)據(jù)嚴(yán)重不足，亟待充實(shí)完善；二是用戶對(duì)自身用能狀況缺乏了解，對(duì)用戶內(nèi)部用能行為深入分析，難以掌握用戶用能特征；三是內(nèi)部用能設(shè)備的能效分析模型，難以結(jié)合用戶實(shí)時(shí)、海量信息，提供更優(yōu)質(zhì)的節(jié)能服務(wù)。

2.2 能效分析研究思路

開展用戶能效分析主要從挖掘節(jié)能潛力用戶和專項(xiàng)設(shè)備節(jié)能潛力2個(gè)層次，研究思路如圖1所示。第一，基于營(yíng)銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，開展用戶用電行為分析和行業(yè)對(duì)標(biāo)分析，利用決策樹分類模型，挖掘節(jié)能潛力用戶，形成節(jié)能潛力用戶清單，并為節(jié)能潛力用戶提供用電建議書；第二，根據(jù)節(jié)能潛力用戶開展用戶內(nèi)部用能設(shè)備在線監(jiān)測(cè)，收集內(nèi)部運(yùn)行設(shè)備數(shù)據(jù)，利用專項(xiàng)設(shè)備節(jié)能潛力模型，挖掘節(jié)能潛力項(xiàng)目，形成專項(xiàng)設(shè)備診斷報(bào)告，并推送至省級(jí)能效項(xiàng)目管理平臺(tái)。

圖1 能效分析研究思路

3 研究?jī)?nèi)容

3.1 用能設(shè)備在線監(jiān)測(cè)

通過用戶計(jì)量終端采集相關(guān)能量和參量數(shù)據(jù)信息，對(duì)企業(yè)能源基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、重點(diǎn)用能設(shè)備的能源消耗量、能源質(zhì)量、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施在線監(jiān)測(cè)，并對(duì)異常狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，為節(jié)能潛力評(píng)估和節(jié)能診斷等能效分析功能提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2 用戶節(jié)能潛力評(píng)估模型

基于客戶基本屬性分類、用電行為分析、行業(yè)對(duì)標(biāo)分析，通過決策樹模型評(píng)估用戶的節(jié)能水平和節(jié)能潛力，形成節(jié)能潛力用戶。用戶節(jié)能潛力評(píng)估模型具體內(nèi)容如圖2所示。

圖2 用戶節(jié)能潛力評(píng)估

3.2.1 用電行為分析

用電行為分析是指用戶在供用電過程中發(fā)生的一系列行為，從而感知用戶需求，提高服務(wù)品質(zhì)的基礎(chǔ)。在用戶用電行為分析中，主要考慮用戶的電量、負(fù)荷、電費(fèi)以及電能質(zhì)量等影響因素。根據(jù)用電行為分析，對(duì)于用戶戶齡長(zhǎng)、用電峰谷比高、負(fù)載率低、超容等潛力用戶，指導(dǎo)其用電合理化，并為供電企業(yè)節(jié)能減排個(gè)性化服務(wù)提供決策依據(jù)。

3.2.2 行業(yè)對(duì)標(biāo)分析

行業(yè)對(duì)標(biāo)分析是指用戶所在行業(yè)及上下游行業(yè)在用電量、業(yè)擴(kuò)報(bào)裝、平均電價(jià)等方面的趨勢(shì)分析。通過行業(yè)對(duì)標(biāo)分析，用戶可以及時(shí)了解本行業(yè)情況及自身在本行業(yè)內(nèi)的排名情況，發(fā)現(xiàn)自身用電的問題，為用戶提供決策支持。

3.3 專項(xiàng)設(shè)備節(jié)能潛力評(píng)估模型

基于用戶節(jié)能潛力情況、用能設(shè)備在線監(jiān)測(cè)，通過專項(xiàng)設(shè)備節(jié)能潛力挖掘模型評(píng)估用戶用能設(shè)備節(jié)能水平和節(jié)能潛力，形成節(jié)能潛力項(xiàng)目。專項(xiàng)設(shè)備節(jié)能潛力評(píng)估模型具體內(nèi)容如圖3所示。限于篇幅，下面僅介紹照明設(shè)備能效分析和變壓器能效分析。

圖3 專項(xiàng)設(shè)備節(jié)能潛力評(píng)估

3.3.1 照明設(shè)備能效分析

基于照明區(qū)域數(shù)據(jù)、照明設(shè)備檔案數(shù)據(jù)、照明用電數(shù)據(jù)，通過合理選用和節(jié)電效益2個(gè)方面進(jìn)行照明設(shè)備能效分析。

（1）合理選用

根據(jù)照明設(shè)備信息（燈具類型）初步判斷燈具是否有節(jié)能潛力:如果用戶原有燈具為白熾燈、傳統(tǒng)節(jié)能燈等非LED燈具，則具有節(jié)能潛力。一般LED燈具替代白熾燈、傳統(tǒng)節(jié)能燈的節(jié)電率為60%左右。

（2）節(jié)電效益分析

公式（1）為照明設(shè)備的本月電量S

式中:S1為上月電量示數(shù)；S2為本月電量示數(shù)。

照明燈具的總功率P

式中:Nm為不同種類燈具的數(shù)量；Pm為不同種類燈具的額定功率（帶鎮(zhèn)流器燈具在額定功率的基礎(chǔ)上另加10%功率）。

本月的平均開燈時(shí)間T

改造后的開燈功率P2

式中:ξ為節(jié)電率。

改造后的節(jié)電量

改造后的節(jié)電效益￥

式中:Q為節(jié)電量；￥1為電價(jià)。

3.3.2 變壓器能效分析

基于變壓器基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、低壓線路數(shù)據(jù)以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過合理選用和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行2個(gè)方面進(jìn)行變壓器能效分析。合理選用節(jié)能型變壓器，并根據(jù)用能設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析變壓器負(fù)載經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和損耗運(yùn)行情況。

（1）選用節(jié)能型變壓器

我國(guó)強(qiáng)制性地采用S7系列低損耗配電變壓器，在全國(guó)范圍內(nèi)淘汰正在電網(wǎng)運(yùn)行的JB1300—73和JB500—64標(biāo)準(zhǔn)的高能耗變壓器。

（2）負(fù)載經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

根據(jù)電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行導(dǎo)則分析的負(fù)載經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間包括最佳運(yùn)行區(qū)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)、最劣運(yùn)行區(qū)3部分。經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算主要由空載綜合功率損耗和負(fù)載綜合功率損耗。

式中:Poz為空載綜合功率損耗；Pkz為負(fù)載綜合功率損耗。

（3）功率損耗比

以高功高計(jì)的計(jì)量方式，通過次變變壓器高壓側(cè)電能表讀取有功計(jì)算負(fù)荷P2g（i）和無功計(jì)算負(fù)荷Q2g（i），計(jì)算主變到次變之間的線路損耗。

通過線路的計(jì)算電流為

式中:U2gi為次變變壓器高壓側(cè)電壓；S2gi為次變變壓器視在容量；i為變壓器數(shù)量。

有功功率損耗是電流通過線路電阻產(chǎn)生的，其計(jì)算公式為

式中:ΔP1為線路有功功率損耗；R為線路相電阻，R=r0L；r0為線路每公里電阻；L為線路長(zhǎng)度。

根據(jù)主變變壓器高壓側(cè)電能表讀取有功計(jì)算負(fù)荷p1g，計(jì)算主變變壓器的功率損耗。

變壓器有功損耗

式中:P1g為高壓有功功率；P2g（i）為低壓有功功率；i為低壓線路數(shù)。

變壓器的負(fù)載率

式中:S為主變壓器運(yùn)行容量；Se為額定容量。主變變壓器有功損耗理論值

式中:P0為空載損耗；Pd為負(fù)載損耗；σ為負(fù)載率。

如果P′大于P，則變壓器運(yùn)行在不經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下，有改造的潛力；如果P′小于P，則變壓器運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下。

4 系統(tǒng)應(yīng)用案例

4.1 用戶節(jié)能潛力評(píng)估

4.1.1 功率因數(shù)分析

通過功率因數(shù)分析，便于用戶及時(shí)掌握功率因數(shù)情況。每日計(jì)算用戶當(dāng)日功率因數(shù)及當(dāng)月累計(jì)功率因數(shù)，低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)及時(shí)通知用戶，提醒用戶及時(shí)改變生產(chǎn)方式或無功補(bǔ)償設(shè)備參數(shù)，提升用戶最大功率因數(shù)，避免力調(diào)罰款，減少用戶。如圖4所示，該用戶受國(guó)慶假期影響，用電量出現(xiàn)下降，并且在10月份的功率因數(shù)沒有低于標(biāo)準(zhǔn)值。

圖4 功率因數(shù)分析

4.1.2 負(fù)載率及超容量分析

對(duì)于需量結(jié)算基本電費(fèi)用戶，根據(jù)用戶負(fù)荷和運(yùn)行容量計(jì)算負(fù)載率，使用戶了解自身負(fù)荷情況，指導(dǎo)負(fù)載率低的用戶提高負(fù)載率，降低最大需量，減少電費(fèi)費(fèi)用；對(duì)于按容量結(jié)算基本電費(fèi)而又有增容需要的用戶，延緩用戶增容時(shí)間或降低用戶增容費(fèi)用。如圖5所示，該企業(yè)在10月份的最大負(fù)荷低于運(yùn)行容量，負(fù)載率最高在50%左右。

4.1.3 用電量行業(yè)對(duì)標(biāo)分析

基于全省3 700多萬戶每日用電數(shù)據(jù)，匯總為各行業(yè)（國(guó)民經(jīng)濟(jì)99行業(yè)、營(yíng)銷500行業(yè)以及十大行業(yè)）的日、周、月、年用電量數(shù)據(jù)，行業(yè)用電量在一定程度上反映了行業(yè)的景氣程度。基于行業(yè)用電量完成用戶行業(yè)內(nèi)用電量排名、行業(yè)用電量變化趨勢(shì)和上下游行業(yè)分析。

圖5 負(fù)載率及超容量分析

4.2 專項(xiàng)設(shè)備節(jié)能潛力評(píng)估

4.2.1 照明設(shè)備能效分析

根據(jù)各照明區(qū)域使用面積、燈具數(shù)量、型號(hào)、類型判斷照明區(qū)域節(jié)能潛力，統(tǒng)計(jì)企業(yè)非LED燈數(shù)量與節(jié)能潛力。如圖6所示，該企業(yè)有29組非節(jié)能燈具，分布在路燈、大廳、辦公等3個(gè)照明區(qū)域，可利用LED替代原有非節(jié)能燈具進(jìn)行節(jié)能改造。

圖6 照明設(shè)備能效分析

4.2.2 變壓器能效分析

通過分析變壓器負(fù)載率，投運(yùn)日期，設(shè)備型號(hào)等信息，對(duì)老舊型號(hào)、屬于高耗能淘汰的設(shè)備及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)提醒更換，有助于提高設(shè)備運(yùn)行效率。如圖7所示，該變壓器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行平穩(wěn)，并且運(yùn)行在負(fù)載經(jīng)濟(jì)區(qū)間內(nèi)。

圖7 變壓器能效分析

5 結(jié)束語

用戶能效分析的研究與應(yīng)用，可以更好為用能企業(yè)提供更高效的優(yōu)質(zhì)節(jié)能服務(wù)，同時(shí)提高電力公司對(duì)企業(yè)用能單元的潛力挖掘能力，拓展電力公司的互動(dòng)服務(wù)能力。因此本文基于海量用電信息采集數(shù)據(jù)和設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開展的用戶能效分析，針對(duì)現(xiàn)有存在的問題，并且根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用反饋再不斷調(diào)優(yōu)，指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)一步完善與標(biāo)準(zhǔn)化，支撐節(jié)能潛力評(píng)估的實(shí)際應(yīng)用。D

［1］ GB/T 13462—2008，電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行［S］.

［2］ 孫虹，李昆明，王林，等.基于WEB的省級(jí)能效管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.江蘇電機(jī)工程，2014（2）：48-51.

［3］ 彭旭東，邱澤晶，肖楚鵬.電力用戶能效監(jiān)測(cè)與需求響應(yīng)研究綜述［J］.節(jié)能技術(shù)，2013（3）：243-246.

［4］ 劉華鋒.電力能效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.北京:中國(guó)科學(xué)院大學(xué)（工程管理與信息技術(shù)學(xué)院），2015.

［5］ 羅耀明，毛李帆，姚建剛，等.電力用戶綜合能效評(píng)估模型［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2011（5）：104-109.

［6］ 徐良軍，張笑第，王立軍.基于聚類分析的用戶分類和用電行為分析［J］.山西電力，2016（4）：23-27.

［7］ 謝曉華.用戶用電行為分析技術(shù)研究［J］.電工文摘，2015（5）：13-15.

［8］ 楊小彬，李和明，尹忠東，等.基于層次分析法的配電網(wǎng)能效指標(biāo)體系［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013（21）：146-150，195.

［9］ 曹向東，唐璐，王才元，等.鋼鐵和水泥行業(yè)能效對(duì)標(biāo)研究［J］.節(jié)能與環(huán)保，2009（4）：16-18.

（本欄責(zé)任編輯 孫 晶）

Research and application ofuserenergy efficiency analysis system

WANG Feng1,LI Kun?ming2
（1.State Grid Jiangsu Energy Service Co.,Ltd.,Nanjing 210009，China; 2.Jiangsu Frontier Electric Technology Co.,Ltd,Nanjing 210009，China）

針對(duì)用戶設(shè)備用電狀況和用電需求了解還不夠充分、難以開展設(shè)備用電行為分析以及提出有效的節(jié)能措施的問題，提出了有效的解決方案。擴(kuò)大用電在線監(jiān)測(cè)覆蓋面，在線監(jiān)測(cè)企業(yè)用戶用能狀況，為分析企業(yè)用戶節(jié)能潛力打下基礎(chǔ)；根據(jù)用電情況分析客戶用電行為，生成并推送客戶用能分析報(bào)告，建議用戶調(diào)整用電習(xí)慣，推動(dòng)企業(yè)節(jié)能業(yè)務(wù)發(fā)展；基于企業(yè)內(nèi)部運(yùn)行設(shè)備數(shù)據(jù)，開展用戶能效診斷分析，為用戶提供用能指導(dǎo)，降低用戶用能成本。

用電行為；用能監(jiān)測(cè)；用能分析；能效診斷

According to the situation of the user equipment and the demand for electricity is not enough,it is difficult to carry outthe analysis ofthe electricalbehavior ofequipmentand putfor?ward effective energy saving measures,and put forward an effec?tive solution.Jiangsu power grid electricity first expands online monitoring coverage for the user online monitoring of enterprises, in-depth insight into the enterprise electricity saving potential analysis of user behavior,the enterprise foundation;secondly,ac?cording to the power analysis of customer consumption behavior,it pushes the customer to generate analysis report,recommended that users of electricity used to adjust.To promote energy-saving busi?ness enterprise development,and enhance customer service satis?faction;finally based on the data ofinternaloperation ofthe equip?ment,users energy efficiency diagnosis analysis is carried out,to provide guidance and reduce costs.

electrical behavior;energy monitoring;energy analysis；energy efficiency diagnosis

10.3969/j.issn.1009-1831.2017.04.010

F407.61；TK018

C

2017-02-04