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原創(chuàng) 酥糖萬里揚(yáng)能源 2022-01-24

0 引言

隨著發(fā)改價(jià)格【2021】1439號(hào)文的頒布,，工商業(yè)全部進(jìn)入電力市場(chǎng),。面對(duì)陡然增長(zhǎng)的客戶電量和日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境,，市場(chǎng)必將對(duì)售電公司專業(yè)能力提出更高要求,，尤其是售電公司根據(jù)客戶特質(zhì)來精細(xì)化分類管理,，從而提供個(gè)性化客戶服務(wù)的綜合能力。在客戶分類方面,，依據(jù)歷史用電習(xí)慣來對(duì)客戶進(jìn)行分類是最直接的方式,。售電公司在刻畫用戶用電特性時(shí)往往面臨兩種場(chǎng)景，一是在有限信息獲取的條件下,，需要快速評(píng)估用戶負(fù)荷曲線,、評(píng)估曲線價(jià)值；二是基于用戶歷史數(shù)據(jù)情況,，評(píng)估用戶負(fù)荷發(fā)展水平,，細(xì)致規(guī)劃批發(fā)側(cè)電量。本文將針對(duì)這兩種場(chǎng)景,，就電力用戶的年度特性研究做一些討論,，后續(xù)將推出更多文章討論日內(nèi)負(fù)荷特性和新冠疫情大環(huán)境下用戶負(fù)荷特性。

1問題分析

在過去相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里,，用戶電費(fèi)都是由供電公司計(jì)算并出具憑證,，因此電費(fèi)單是最容易獲取的材料，然而往往只能從峰谷差/占比,、累計(jì)用電量,、月度間用電差異等方面描述用電習(xí)慣。許多售電公司,、綜合能源服務(wù)公司,、計(jì)量服務(wù)商也開始提供數(shù)字化的計(jì)量和統(tǒng)計(jì)服務(wù)，這些數(shù)據(jù)精準(zhǔn)有效,，然而有著比較高的獲取門檻,，售電公司之間往往并不互通互聯(lián)。特別是對(duì)于獨(dú)立售電公司,，如何獲取有效典型用戶的用電特征曲線,，是一個(gè)十分頭疼的問題。

2解決方法

當(dāng)售電公司具備一定數(shù)量的用戶后,，就可以針對(duì)這批數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的挖掘,，在長(zhǎng)期實(shí)踐中累積的數(shù)據(jù)，可以通過分類和聚類兩種方式進(jìn)行匯聚并得出有價(jià)值的結(jié)論,。

行業(yè)分類法

依據(jù)以下原則,，為用戶標(biāo)記標(biāo)簽，對(duì)各用戶分別歸一化,，通過算數(shù)平均的方式,，得出特征曲線：1）用電占比前80%：剔除小型用戶帶來的波動(dòng)性，確保負(fù)荷曲線的代表性,；2）相似的行業(yè)歸并為一類：如紡織服裝,、電子產(chǎn)品組裝等同為勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè),，契合上下班規(guī)律；3）考慮氣候敏感性：我國(guó)氣候類型多樣,，我司也正在全國(guó)范圍穩(wěn)步推進(jìn),，涉及氣候類型區(qū)域較多，如華東大部為夏熱冬冷區(qū)域,，華南為夏熱冬暖類型,，而西北多為寒冷地區(qū),，需要針對(duì)性建立標(biāo)簽,。

聚類法

以機(jī)器學(xué)習(xí)的視角，標(biāo)簽分類是典型的監(jiān)督學(xué)習(xí)場(chǎng)景,。實(shí)際操作中的困難主要是人工標(biāo)簽的過程中,，如果分類太細(xì)，難以具有代表性,，出現(xiàn)一個(gè)用戶一類的情況,，如果分類太粗，則可能出現(xiàn)加權(quán)后曲線失真的現(xiàn)象,。針對(duì)這些困難,，在實(shí)際應(yīng)用中我們主要采用了層次聚類法。層次聚類是經(jīng)典的聚類算法,，通過計(jì)算不同類別負(fù)荷的相似度來創(chuàng)建一棵有層次的嵌套聚類樹,。合并算法通過計(jì)算每一個(gè)用戶數(shù)據(jù)與所有用戶數(shù)據(jù)之間的距離來確定它們之間的相似性，距離越小越相似,。對(duì)于完整且等長(zhǎng)的數(shù)據(jù),，直接計(jì)算相同時(shí)間點(diǎn)之間的歐氏距離之和，作為兩個(gè)時(shí)間序列的距離,；對(duì)于非等長(zhǎng)數(shù)據(jù),，采用DTW方法也能得到特征距離。

本文選取20家電力用戶2019-2020年負(fù)荷數(shù)據(jù)作為樣例,，通過上述方法進(jìn)行分類,，得到如下結(jié)果：

電力用戶年度負(fù)荷聚類結(jié)果

1類用戶除春節(jié)外，全年用電較為平均,，未受疫情負(fù)面影響,；

2類與天氣因素/年度周期規(guī)律存在聯(lián)系，同時(shí)2020年能耗有顯著增加,；

3類用戶曲線與天氣曲線相似度最高（加入天氣數(shù)據(jù)后,，通過聚類樹判斷）；

4類在2020年受疫情影響明顯,，2019年負(fù)荷與1類近似,。

在近期的售電業(yè)務(wù)中,，萬里揚(yáng)能源售電公司采用了前期積累的數(shù)據(jù)，對(duì)未能及時(shí)采集收錄的用戶開展了負(fù)荷預(yù)測(cè)工作,。不僅在中長(zhǎng)期評(píng)估中,，起到了保底方案的作用；在短期決策中也解了燃眉之急,。

3負(fù)荷聚類再優(yōu)化

在取得初步的用戶負(fù)荷聚類結(jié)果后,，如何對(duì)聚類的方法和結(jié)果再優(yōu)化，以達(dá)到更好的聚類效果及更高的負(fù)荷預(yù)測(cè)精度,，對(duì)未來售電公司的持續(xù)經(jīng)營(yíng)和提高用戶的收益水平至關(guān)重要,。我們認(rèn)為主要可以通過三個(gè)方面來對(duì)用戶負(fù)荷聚類結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化：a.進(jìn)一步完善用戶負(fù)荷特征庫：結(jié)合行業(yè)標(biāo)記優(yōu)化聚類結(jié)果，進(jìn)一步增強(qiáng)聚類應(yīng)用在大范圍使用中的可解釋性,；b.探索更多聚類方式：對(duì)于較為平穩(wěn)的用戶負(fù)荷,，可以通過生成模型（ARMA、隱馬爾可夫模型等）對(duì)應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行聚類,；同時(shí)近年來,，受到NLP領(lǐng)域encoder-decoder模型啟發(fā)，也有采用深度學(xué)習(xí)提取時(shí)序數(shù)據(jù)特征并進(jìn)行聚類的嘗試,；c.結(jié)合聚類特征優(yōu)化負(fù)荷預(yù)測(cè)：由于用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)存在隨機(jī)波動(dòng),，通過聚類方式可以減輕隨機(jī)波動(dòng)的影響。有論文指出,，通過恰當(dāng)?shù)木垲愒诓粌?yōu)化預(yù)測(cè)方法的前提下,，能夠改善提升時(shí)序預(yù)測(cè)精度，而在我們的測(cè)試中,，采用相同預(yù)測(cè)方法聚類預(yù)測(cè)可以使得用戶月度負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度提升2%左右,。

作者：萬里揚(yáng)能源科技研究院