基于大数据的电能替代潜力用户识别模型

  基于大数据的电能替代潜力用户识别模型  摘要：目前，我国的综合国力在快速的发展，社会在不断的进步，实施电能替代对推动我国节能减排的发展有着重要的作用。首先，介绍了同行业用户聚类模型，然后研究了电能替代潜力用户识别模型，最后选取某行业用户进行实例验证。结果明，该模型可有效预测用户电能替代潜力。关键词：电能替代；特征；神经网络；潜力识别引言近年以来，污染问题引起全社会对环境保护的高度关注，为改善环境质量、调整能源消费结构，国家电网公司适时提出实施“以电代煤、以电代油、电从远方来”的发展战略，推动了电能替代产业的迅速发展。在此背景下，研究如何快速、高效地挖掘电能替代潜力将是未来电力营销市场分析决策的重要内容。电力是关系国计民生的重要基础产业，电力发展与国家发展以及人民幸福紧密关联。积极创新能源消费模式，扎实推进电能替代各项工作，不断提高电能占终端能源消费比重，对于推动社会节能减排，缓解城市雾霾困扰，促进我国能源可持续发展既有着现实意义，又是一种理念上的革新。1同行业用户聚类模型同行业用户聚类模型研究利用用户96点负荷数据作为特征指标，采用模糊C均值算法对电能替代实施用户大数据进行模糊聚类，形成不同的聚类分组，其模型的具体步骤如下所示。（1）特征指标选取用户的负荷随时间在不断发生变化，受到多种因素的影响，具有连续性和周期性的特点。不同类型的用户具有不同的负荷特点，因此，该模型以同种行业内用户96点负荷功率作为电能替代用户特征分析模型的特征指标。（2）确定隶属度矩阵基于电能服务管理平台电能替代用户大数据，选取n个同行业用户，构建样本空间矩阵，设矩阵为X，即：将n个样本分为c（2≤c≤n）类。令U=（uik）c×n为隶属度矩阵，uik表示第k个样本xk的隶属度。对隶属度矩阵归一化，同一数据集的隶属度总和为1，即：2电能替代多主体经济分析模型2.1基于费用年值分析的临界电价测算模型从用户角度出发，通过测算临界电价分析电能替代项目经济性，利用费用年值分析法，将初始投资分摊到设备全寿命期，根据电能替代前后费用流相等原则得出临界电价。首先，根据热能（动能）等值原则，求出电能替代后的年均用能费用因此式中：Ha和Hb分别为电能替代前后年均供热（动能）量；Va和Vb分别为电能替代前后的用能及用电的热值；P为用能单价；η为能源转化效率；F为年均用能费用。其次，根据费用年值前后相等的原则，推算出电能替代项目的临界销售电价式中：UI为项目的初始投资额；M为项目的运维费用；N为替代前设备使用年数；N为设备使用寿命；Ea为电能替代前年污染治理费用；Rb为电能替代后的年收益。2.2环保效益分析模型从政府角度出发，政府部门分享电能替代的环保收益，构建环保效益模型，测算电能替代项目的减排量，分析电能替代项目的环保效益SStandardcoal=Cb×0.4SSoot=Cb×0.272SCO2=Cb×0.997SSO2=Cb×0.03SNOX=Cb×0.015式中：Cb为替代后新增电量，kWh；SStandardcoal为电能替代项目节能减排的煤量，每度电可减排标煤0.4kg；SSoot为电能替代项目节能减排的烟尘量，每度电可减排烟尘0.272kg；SCO2为电能替代项目节能减排的CO2量，每度电可减排CO20.997kg；SSO2为电能替代项目节能减排的SO2量，每度电可减排SO2煤0.03kg；SNOX为电能替代项目节能减排的NOX量，每度电可减排标氮氧化合物0.015kg。2.3电能替代潜力用户识别模型BP神经网络是一种多层前向网络，具有高度自学和自适应能力，但存在收敛速度慢、易陷入局部最小值等缺点。粒子群优化算法具备在复杂、多峰值的数据中有效且迅速寻找全局最优解的优点，可有效弥补BP神经网络的不足，进而提升神经网络识别模型的整体性能。（1）神经网络识别模型原理BP神经网络由输入层、隐含层和输出层组成，识别模型结构如图1所示，其中，Wij、Wjk分别表示输入层i到隐含层j的权值、隐含层j到输出层k的权值。图1神经网络识别模型结构模型以用户96点负荷功率作为输入，根据用户聚类类别数确定识别模型个数，并以聚类分组的平均年替代电量作为输出结果。（2）神经网络模型优化假设BP神经网络隐含层激活阈值为输出层激活阈值为将神经网络模型权值和阈值组成一个群落U.2.4电能替代前后费用年值分析费用年值是一种以货币单位计量的动态价值型经济效果评价指标，其在评价时不仅计入了资金的时间价值，而且考察了项目在整个寿命期内支出的全部经济数据，相比静态指标更为全面科学。该指标适用于对多个进行评优，如果诸方案产出价值相同，或者诸方案能够满足同样需要但其产出效益难以用价值形态（货币）计量（如环保、教育、保健、国防）时，可以通过对各方案费用年值的比较进行选择，其判别准则是：费用年值小的方案为优。3案例分析选取某地区C市Z村热泵项目为例，应用基于费用流的电能替代多主体经济分析模型进行分析。Z村所处地区冬季采暖期较长，共计4个月120天，将Z村原有燃煤锅炉和室内供热散热器改造为水源热泵进行供暖。热泵寿命周期为50年，制冷、制热系数为3.5~4.4。运用前述电能替代前后费用年值分析的公式，基于项目具体数据，从用户角度来说，计算得替代前的费用年值为477.60万元，替代后的费用年值为452.03万元，根据费用最小的选优准则，采用水源热泵采暖更为经济。电能替代项目初始投资为1944.6万元。案例中日平均供暖时间为18h，其中峰段8h，谷段10h，通过将实际电费与燃煤锅炉供暖用能费用相比，得出财务评价指标如表1所示。取5%为项目基准收益率，取20年为标准投资回收期，水源热泵项目年节省运维费用150.62万元，寿命期内的内部收益率为6.61%，大于项目基准收益率，静态投资回收期为12.92年，远低于标准投资回收期。因此从用户角度来说，水源热泵项目具有较高的经济性。基于临界电价的电能替代经济性分析模型，得到考虑初始投资情景下水源热泵采暖替代燃煤锅炉的临界电价。从用户角度来说，考虑初试投资的情况下，谷段电价低于临界电价，峰段、平段电价高于临界电价，故从谷段的角度来看项目是经济的。测算年增售电量888.11万kWh，年增收电费最高可达317.25万元。结语电能替代项目的经济性是影响电能替代推广进程的重要因素，本文考虑多主体利益，构建电能替代经济性分析综合模型，包括临界电价经济性分析模型，财务评价指标经济性分析模型，环保效益模型3个分类模型。基于电能替代经济性分析综合模型，结合具体电能替代案例，通过测算财务指标、临界电价、环保指标等对用户、电网、政府的电能替代经济效益以及环保效益进行分析。参考文献：[1]孙毅，周爽，单葆国，等.多情景下的电能替代潜力分析[J].电网技术，2017（1）：118-124.[2]尹航.节能减排环境下电能替代其他能源评价研究[D].北京：华北电力大学，2013.[3]刘俊，徐辉，刘亚平，等.甘肃省用能特点及电能替代潜力用户分析[J].电力需求侧管理，2016，18（1）：44-49.[4]郑海雁，金农，季聪，等.电力用户用电数据分析技术及典型场景应用[J].电网技术，2015，39（11）：3147-3153.[5]张洪艳.模糊C均值聚类算法及应用[J].科技资讯，2014（5）：178-179. -全文完-