基于大數(shù)據(jù)用戶用電特征正態(tài)分布分析方法

溝華偉

摘 要：電力用戶的用電行為會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響，不良的用電行為對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。同性質(zhì)用戶用電趨勢(shì)正態(tài)分析非常清晰的展示了同類用戶的整體用電情況和一些個(gè)性特征，通過(guò)這些特征現(xiàn)象分析，可以發(fā)現(xiàn)規(guī)律和異常，實(shí)現(xiàn)有效管理。

關(guān)鍵詞：用電特征分析；正態(tài)分布；同性質(zhì)用戶；同行業(yè)；大數(shù)據(jù)

0 引言

隨著供電事業(yè)的大力發(fā)展，客戶要求已由原來(lái)的“用上電”轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝煤秒姟?，這些使得企業(yè)從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期的“以產(chǎn)品為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙钥蛻魹橹行摹薄Ｔ谶@種觀念的轉(zhuǎn)變下，了解現(xiàn)有客戶、認(rèn)識(shí)并滿足他們的需求，對(duì)現(xiàn)有客戶的培養(yǎng)和潛在客戶的挖掘，是企業(yè)獲得進(jìn)一步成功的關(guān)鍵。運(yùn)用用電數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行客戶特征的分析，再密切追蹤客戶行為，獲得客戶的詳細(xì)信息及潛在需求，通過(guò)對(duì)客戶用電數(shù)據(jù)的深入挖掘分析實(shí)現(xiàn)有效管理[1]。

1正態(tài)分布原理

查正態(tài)分布表可以得到正態(tài)分布曲線與橫軸圍成的面積等于1，當(dāng)以μ為中心加減一個(gè)平均誤差σ為范圍時(shí)所包含的面積為68.27%，表明落在此范圍內(nèi)的各個(gè)抽樣指標(biāo)占總體所有可能樣本的68.27%。而當(dāng)x以加減2σ為范圍時(shí)所包括曲線的面積為95.45%，表明落在此范圍內(nèi)的各個(gè)抽樣指標(biāo)占總體所有可能樣本指標(biāo)的95.45%，等等[4]。

正態(tài)分布有極其廣泛的實(shí)際背景，生產(chǎn)與科學(xué)實(shí)驗(yàn)中很多隨機(jī)變量的概率分布都可以近似地用正態(tài)分布來(lái)描述。在聯(lián)系自然、社會(huì)和思維的實(shí)踐背景下，以正態(tài)分布的本質(zhì)為基礎(chǔ)，以正態(tài)分布曲線及面積分布圖為表征，進(jìn)行抽象與提升，抓住其中的主要內(nèi)涵[3]。正態(tài)分布曲線及面積分布圖非常清晰的展示了整體和重點(diǎn)，用整體來(lái)看事物才能看清楚事物的本來(lái)面貌，抓住重點(diǎn)，才能得出事物的根本特性[3]。

2 同性質(zhì)用戶正態(tài)分布分析方法

同性質(zhì)用戶指具備一些相似的特征的用電用戶，例如使用同性質(zhì)用電設(shè)備，在同一個(gè)區(qū)域而具備相同的氣候條件和經(jīng)濟(jì)環(huán)境，從而在用電特征上也具備一定的相似性。同性質(zhì)用戶可以從以下幾個(gè)維度來(lái)劃分：同行業(yè)、同容量、是否高能耗設(shè)備、同區(qū)域、同線路等。

對(duì)于企業(yè)而言，同性質(zhì)用電企業(yè)使用類似的用電設(shè)備，具備相同的作息時(shí)間，同一地區(qū)的同行業(yè)企業(yè)其外部經(jīng)濟(jì)環(huán)境和氣候環(huán)境基本相似，那么其能耗趨勢(shì)也具備一定的相似性。

對(duì)于居民而言，居住在同一個(gè)區(qū)域的鄰居處在相同的環(huán)境中，用電特征也具備一定的相似性，比如說(shuō)天氣熱的時(shí)候都會(huì)開空調(diào)，那么能耗都會(huì)比未開空調(diào)時(shí)有所上升。結(jié)合家庭人口、面積、天氣情況綜合分析能更了解用戶的用電特征和需求。

基于正態(tài)分布原理，求得所有同性質(zhì)用戶的指定日每個(gè)小時(shí)的電能用量的平均值和均方差得到正態(tài)分布中心和用電波動(dòng)范圍，將指定用戶的用電情況與同性質(zhì)用戶平均用電水平、68%同性質(zhì)用戶的用電水平以及95%同性質(zhì)用戶的用電水平的對(duì)比分析，如圖3所示。

設(shè)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)t時(shí)刻的指定用戶電能用量值為Et，i，同類用戶的電量為Et，x，則正態(tài)分布的均值μt和均方差σt為

μt=avg（Et，x）

σt=stdev（Et，x）

其中，avg是求取樣本平均值的函數(shù)，stdev是求取均方差的函數(shù)。圖中存在兩條曲線和兩個(gè)區(qū)域面積圖，紅色的曲線依據(jù)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)t的同性質(zhì)用戶的平均用電水平，即正態(tài)分布的中心μt，繪制的曲線；橙色面積區(qū)域是依據(jù)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)μt 1σt繪制出68.27%同性質(zhì)用戶的用電范圍；橙色面積區(qū)域是依據(jù)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)μt 2σt繪制出95.45%同性質(zhì)用戶的用電范圍；藍(lán)色曲線依據(jù)指定的被比較的用戶電能用量Et，i繪制的曲線。

從圖2可知，該用戶的用電水平與同性質(zhì)用戶用電趨勢(shì)一致，其能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同性質(zhì)用戶。對(duì)于這類用戶，我們結(jié)合其企業(yè)規(guī)?？芍撈髽I(yè)在該地區(qū)該行業(yè)中是產(chǎn)量較高的企業(yè)，其用電趨勢(shì)符合能耗與產(chǎn)出一致的規(guī)律。

3 同行業(yè)同容量用電趨勢(shì)分析

3.1分析方法

本文選取同區(qū)域、同行業(yè)、同變壓器容量的企業(yè)用電用戶作為同性質(zhì)用戶，因其市場(chǎng)環(huán)境、能耗性質(zhì)和氣候環(huán)境相同，而具備類似的用電曲線和用電趨勢(shì)。若某用戶的用電曲線經(jīng)常與同性質(zhì)用戶用電趨勢(shì)背離，在排除系統(tǒng)設(shè)備故障和參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤后，可以從以下幾個(gè)角度來(lái)分析其用電特征：

（1）指定用戶的用電曲線與同性質(zhì)用戶不符

-該用戶的作息時(shí)間與其他用戶不同

-用戶有竊電嫌疑，可能變更了計(jì)量設(shè)備的峰平谷費(fèi)率時(shí)段的設(shè)置

（2）指定用戶的用電遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同性質(zhì)用戶

-該用戶年產(chǎn)出在同行業(yè)中較高

-該用戶能源利用率不高，需提出節(jié)能建議

（3）指定用戶的用電遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同性質(zhì)用戶

-該用戶年產(chǎn)出在同行業(yè)中較低

-該用戶存在竊電嫌疑，改動(dòng)電表及其接線等手段使得計(jì)量數(shù)據(jù)與實(shí)際不符，或虛報(bào)報(bào)裝容量、修改變壓器銘牌參數(shù)等

3.2同性質(zhì)用戶用電特征分析

圖3（1）展示的是公共照明的用電特性，從圖上可以看出，該類用戶用電具備以下特征：每日8點(diǎn)至18點(diǎn)處于用電低谷，用電量基本為0；18點(diǎn)至次日8點(diǎn)處于用電高峰，小時(shí)平均用電量在15kWh，總體用電量不高，用電高峰與用電低谷變化明顯。

圖3（2）展示的是印刷企業(yè)的用電特性，該類用戶用電全天無(wú)明顯的用電高峰和低谷的變化，凌晨2點(diǎn)至6點(diǎn)用電量略有增加，符合印刷企業(yè)需要夜間印刷次日新聞報(bào)刊的作業(yè)特性，且由于印刷企業(yè)存在大量的印刷機(jī)等機(jī)械設(shè)備，每小時(shí)的耗電量較高，平均在380kWh左右。

由于白天對(duì)大型貨運(yùn)運(yùn)輸車輛交通限行的影響，物流運(yùn)輸業(yè)夜間23點(diǎn)前后處于每日作業(yè)最繁忙狀態(tài)，用電在這個(gè)時(shí)段達(dá)到高峰，白天的用電量明顯較低，由于這些企業(yè)的電能主要是用于倉(cāng)儲(chǔ)或轉(zhuǎn)運(yùn)場(chǎng)地的照明和搬運(yùn)機(jī)械操作，每日用電量不大，如圖3（3）所示。

圖3（4）中紡織業(yè)的每日用電趨勢(shì)符合每日早上8點(diǎn)上班，中午用餐，下午18點(diǎn)下班，部分車間工作到晚上22點(diǎn)的作業(yè)特征；且紡織業(yè)通常使用電動(dòng)制衣設(shè)備，每日用電量較高，高峰期每小時(shí)用電量約70kWh。

總之，通過(guò)同性質(zhì)用戶的用電特征正態(tài)分布分析，發(fā)現(xiàn)該類用戶的規(guī)律，了解作息時(shí)間和能耗規(guī)模，若某一用戶表現(xiàn)為不同的用電特性，則說(shuō)明該用戶存在用電異常，結(jié)合其他數(shù)據(jù)分析可以進(jìn)一步分析異常原因。

3.3錯(cuò)峰用電與竊電嫌疑輔助分析

圖4列出的兩個(gè)用戶的用電曲線都與同類用戶用電趨勢(shì)嚴(yán)重背離，其共同點(diǎn)都是用電曲線與平均用電曲線的波動(dòng)不一致，兩個(gè)用戶的用電高峰都出現(xiàn)在每日的0點(diǎn)到8點(diǎn)之間。

分析不同之處發(fā)現(xiàn)，左圖的用戶在其用電高峰期間，其用電量遠(yuǎn)高于平均用電水平，整日電能用量符合平均水平，結(jié)合其他用電數(shù)據(jù)和計(jì)量設(shè)備分析，該用戶無(wú)其他用電異常信息，屬于錯(cuò)峰用電用戶。

右圖的用戶在其用電高峰期間，其用電量遠(yuǎn)低于平均用電水平，整日電能用量遠(yuǎn)低于平均水平，結(jié)合其他用電數(shù)據(jù)和計(jì)量設(shè)備分析，與該用電趨勢(shì)吻合，該用戶每日7點(diǎn)43分存在計(jì)量上報(bào)的二次側(cè)CT開路發(fā)生事件，對(duì)應(yīng)的23點(diǎn)43分有二次側(cè)CT開路恢復(fù)事件，此期間計(jì)量的電流值為0，該用戶存在竊電嫌疑。

3.4企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模與能耗水平一致性分析

圖5分別是兩個(gè)企業(yè)的用電情況，左圖中的企業(yè)電能用量低行業(yè)平均水平，右圖中的企業(yè)電能用量遠(yuǎn)高于行業(yè)平均水平。一個(gè)企業(yè)用戶的用電趨勢(shì)與同區(qū)域同行業(yè)的相同企業(yè)的用電水平對(duì)比，若該企業(yè)的用電水平低于行業(yè)平均用電水平，但是該企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模（可以從工商、稅務(wù)部門獲取企業(yè)年報(bào)）處于行業(yè)較高水平，二者背離較大時(shí)，則考慮是否存在參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤、計(jì)量設(shè)備故障或竊電嫌疑了；若該企業(yè)的用電水平遠(yuǎn)高于行業(yè)平均用電水平，那么在排除系統(tǒng)錯(cuò)誤后，我們考察一下該企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模是否領(lǐng)先于該行業(yè)，否則則說(shuō)明該企業(yè)的能源成本很高，需要采取節(jié)能措施以降低能耗。

近年來(lái)，智能電能表的發(fā)竊電方式與以往的竊電方式有較大的差別，其竊電原理是在原有竊電方式的基礎(chǔ)上，附加了許多防檢驗(yàn)功能，具備了竊電延時(shí)、監(jiān)控、自動(dòng)復(fù)原等功能[5]。但是無(wú)論是何種竊電方式，最終都是使電量計(jì)量變少，從而達(dá)到竊電的目的[6]。能耗水平分析發(fā)現(xiàn)一些隱蔽的竊電行為手段之一，這些竊電行為不會(huì)造成電壓、電流顯著波動(dòng)，而是通過(guò)各種技術(shù)使得電量計(jì)量變少，對(duì)比該用戶與同行業(yè)同容量企業(yè)的用電趨勢(shì)，若其能耗水平與平均水平存在顯著背離，那么該用戶則存在竊電嫌疑。

4 結(jié)論

供電企業(yè)常常用很多指標(biāo)來(lái)考核各部門業(yè)務(wù)完成的情況，重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)包括客戶滿意度、電費(fèi)回收率、線損合格率等[1]。通過(guò)對(duì)用戶用電特征分析，深入了解客戶，從質(zhì)的源頭出發(fā)，通過(guò)改善管理辦法和管理手段，達(dá)到指標(biāo)量的改變。用戶用電特征正態(tài)分布分析方法清晰明確的展示了同類用戶的一般用電規(guī)律和特定用戶的用電特征，通過(guò)分析二者之間的差異，發(fā)現(xiàn)用電異常行為，結(jié)合人口密度、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、氣候環(huán)境的多維數(shù)據(jù)分析，有效幫助供電企業(yè)發(fā)現(xiàn)用戶用電特性和處理異常，可廣泛應(yīng)用與用電檢查、用電經(jīng)濟(jì)性分析、行業(yè)景氣度分析等領(lǐng)域，減少管理成本，提高工作效率，改善企業(yè)管理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王克宜，薛冰，彭翎，王慧琴. 用數(shù)據(jù)說(shuō)話：迎接電力營(yíng)銷服務(wù)的大數(shù)據(jù)時(shí)代[M]. 中國(guó)電力出版社，2014

[2] 吳濤，李南.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)：經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)[M].中國(guó)商業(yè)出版社，2001

[3] 百度百科，正態(tài)分布，http：//baike.baidu.com/view/45379.htm？fr=aladdin， 2014

[4] 李潔明.統(tǒng)計(jì)學(xué)原理[M].復(fù)旦大學(xué)出版社，2006

[5] 沈明炎，黃洪，張杰梁，肖娜麗. 智能電能表新型竊電方式的研究[J]. 福建：機(jī)電技術(shù)，2014（10）.

[6] 王惠玲.電能表竊電案例分析與防范[J].北京：中國(guó)計(jì)量，2012（10）.