基于90%用电分布特征指标的环保管控监测及评价方法技术

本发明专利技术公开了基于90%用电分布特征指标的环保管控监测及评价方法，包括：步骤1：获取待监测企业历史用电曲线，并对历史用电曲线进行数据清洗和对历史用电数据的管控情况进行标记；步骤2：根据步骤1标记结果对待监测企业的非环保管控时段用户用电曲线进行聚类，挖掘90%典型生产带和企业典型模式生产能力曲线，并计算生产模式指标，结合各个生产模式指标提取不同的生产模式；步骤3：根据步骤2提取的不同生产模式，建立不同的管控指令，结合管控指令计算管控曲线；步骤4：结合管控曲线，读取实时用电曲线，进行企业环保响应监控及评价。本发明专利技术为环保部门实现管控措施响应信息远程监控和异常生产企业精准控制提供技术手段。

Monitoring and evaluation method of environmental protection management and control based on 90% power distribution characteristic index

【技术实现步骤摘要】
基于90%用电分布特征指标的环保管控监测及评价方法
本专利技术涉及电力数据用于环保指令管控领域的分析方法
，尤其涉及基于90%用电分布特征指标的环保管控监测及评价方法。
技术介绍
近年来，随着国家电网泛在电力物联网的建设，电网呈现信息化、数字化、智能化特征，大量电网数据为国网公司开拓电网数字经济的蓝海提供了有利的平台和坚实的基础。目前，大部分研究主要集中在泛在电力物联网与智能电网之间的融合交互，旨在利用信息化手段为传统电网赋能，提升电网的运行效率和客户服务质量，然而，对于电网数据在其他行业的应用尚处于初步探索阶段，相关的问题分析方法仍有待进一步研究。将用户用电数据用于环保管控监测，为有关政府部门提供管控效果反馈信息和决策支持是对“枢纽型”、“平台型”、“共享型”电网的积极探索。一方面，有效的促进电网数据的经济效益挖掘，有利于国家电网公司战略转型策略的实施；另一方面，可有效提升环保监测的效率和准确性，实现跨专业、跨行业的数据共享、技术支撑和互利共赢。然而，由于不同的企业生产情况和用能情况各不相同，同一企业在不同季节、不同时间段在产量、工艺等方面也有较大差异，以往通过日电量数据反映用户生产水平和环保管控措施响应情况的方法难以适应“蓝天保卫战”的实际需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有的环保管控监测方法不能精准地实现生产企业对环保部门管控指令响应情况的研判和异常生产企业的把控，难以满足实际需求。本专利技术提供了解决上述问题的基于90%用电分布特征指标的环保管控监测及评价方法，本专利技术从用户的多维度历史用电数据入手，基于90%用电分布特征指标挖掘用户的用电特征和环保指令响应特征，为环保部门实现管控措施响应信息远程监控和异常生产企业精准控制提供技术手段。本专利技术通过下述技术方案实现：基于90%用电分布特征指标的环保管控监测及评价方法，该方法包括以下步骤：步骤1：获取待监测企业历史用电曲线，并对历史用电曲线进行数据清洗和对历史用电数据的管控情况进行标记；步骤2：根据步骤1标记结果对待监测企业的非环保管控时段用户用电曲线进行聚类，挖掘90%典型生产带和企业典型模式生产能力曲线，并计算生产模式指标，结合各个生产模式指标提取不同的生产模式；步骤3：根据步骤2提取的不同生产模式，建立不同的管控指令，结合管控指令计算管控曲线；步骤4：结合管控曲线，读取实时用电曲线，进行企业环保响应监控及评价。基于现有的环保管控监测方法不能精准地实现生产企业对环保部门管控指令响应情况的研判和异常生产企业的把控，难以满足实际需求。因此本专利技术充分利用企业历史用电曲线，考虑研究扩展时间维度电量信息用于生产企业环保管控执行情况的监测及精准辨识方法，充分挖掘用户用电信息与环保管控之间的关联关系，实现异常生产企业的精确查找；本专利技术基于90%用电分布特征指标的环保管控监测及评价方法，提出基于90%用电分布带的典型生产能力曲线获取方法，构造了生产模式指标用以表征企业生产状态和模式，并通过建立基于不同生产模式的环保管控曲线以及环保管控响应评价指标，通过电网企业为用电企业建立基于90%典型生产带和企业典型模式生产能力曲线来计算生产模式指标，结合各个生产模式指标提取不同的生产模式，从而结合管控指令计算用电企业对应的管控曲线；这样便建立了用电企业、电网企业和环保局之间的对应关系，为环保局对各个用电企业提供相对应环保管控措施的监控，在此基础上，实现企业环保管控响应实时研判，为环保监查提供了技术手段。进一步地，所述步骤1包括以下子步骤：步骤11：从电网公司用电采集系统获取待监测企业用户历史用电曲线，用户历史用电曲线为用户一天多个时间点的电量数据或功率数据，采集周期根据实际需求确定，一般可取15min，1h，2h等。步骤12：对步骤11中采集到的数据进行数据清洗，其中数据清洗包括异常数据剔除和缺失数据补齐；其中，异常数据剔除主要是对明显不符合实际情况的数据，例如用电量激增、功率数据为负等情况。针对采样数据中存在数据缺失的情况，可以利用相邻多日相同时刻点数据的均值、插值等算法对缺失数据进行补齐；当一个样本中缺失数据超过三分之一时，应将该样本予以去除。步骤13：对步骤12中清洗后的数据进行历史数据标记初步标记和管控标记：初步标记包括工作日与非工作日，工作日标记为0，非工作日标记为1；管控标记按照环保部门的要求包括无管控、红色管控、橙色管控和黄色管控四类，分别对应标记为0、1、2和3；步骤14：进行工作日标记和非工作日标记的有效性判定：对工作日数据和非工作日数据的相关性进行分析，判断该企业工作日和非工作日的用电情况是否呈现较大差异，若差异较大，对非工作日和工作日分别进行处理；若差异较小，则不区分工作日和非工作日。进一步地，步骤S12中的所述缺失数据补齐方法采用相邻多日相同时刻点数据的均值算法或者插值算法对缺失数据进行补齐；其中，采用均值算法对缺失数据进行补齐时，若第N个样本i时刻数据缺失，则缺失时刻的数据由缺失样本前后一段时长的数据补齐，计算结果为：（1）式中，为第N个样本在第i时刻缺失的测量值；为第S个样本在第i时刻的测量值。进一步地，所述步骤2包括以下子步骤：步骤21：基于最大层间距离的聚类方法对待监测企业的非环保管控时段用户用电曲线进行聚类；若采用基于划分的聚类方法（如K-means、fuzzyK-means等），根据企业性质和用电情况确定分类数目需要人为选定，然而，企业数量众多人为选定工作量大，且人工选定的分类数目可能存在主观性，难以实现最优聚类。因此，本专利技术首先根据历史样本建立聚类树，根据聚类树的最大纵向距离（最大层间距离）选定分类数目，并以该分类数目为基础采用聚类算法对数据进行划分。步骤22：根据步骤21的聚类结果，针对不同类生产模式，通过离群点检测方法，去除离群点的数量不高于10%，从而获得包含90%的样本数据的最小范围；从而挖掘出不同时间点的范围值构成90%典型生产带；步骤23：挖掘企业典型模式生产能力曲线：根据步骤21的聚类结果，按照不同类来生成典型曲线带；典型生产模式的生产能力曲线公式：（2）式中：i的取值范围为1~k；C的取值范围为1~分类数；为第C类中所有曲线第i时刻值的集合中，包含90%以上的样本数据的最小范围；max为最大值函数，为生产能力曲线上界；步骤24：基于典型生产能力曲线计算生产模式指标，结合各个生产模式指标提取不同的生产模式；其中，生产模式指标包括曲线均衡度、曲线平稳度和日生产量。曲线均衡度，用来表征第c类生产模式的均衡程度，公式如下：（3）式中，为第c类生产模式曲线的上界的最大值，为第c类生产模式曲线的上界的最小值，为该企业所有样本中（包括所有时刻）的最大值。的判定标准根据实际曲线确定，一般小于可按下式确定均衡指标，该指标值越小，均衡度越好：（4）曲线平稳度，用来表征第c类生产模式的平稳程度，公式如下：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于90%用电分布特征指标的环保管控监测及评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤1：获取待监测企业历史用电曲线，并对历史用电曲线进行数据清洗和对历史用电数据的管控情况进行标记；/n步骤2：根据步骤1标记结果对待监测企业的非环保管控时段用户用电曲线进行聚类，挖掘90%典型生产带和企业典型模式生产能力曲线，并计算生产模式指标，结合各个生产模式指标提取不同的生产模式；/n步骤3：根据步骤2提取的不同生产模式，建立不同的管控指令，结合管控指令计算管控曲线；/n步骤4：结合管控曲线，读取实时用电曲线，进行企业环保响应监控及评价。/n

【技术特征摘要】
1.基于90%用电分布特征指标的环保管控监测及评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：获取待监测企业历史用电曲线，并对历史用电曲线进行数据清洗和对历史用电数据的管控情况进行标记；
步骤2：根据步骤1标记结果对待监测企业的非环保管控时段用户用电曲线进行聚类，挖掘90%典型生产带和企业典型模式生产能力曲线，并计算生产模式指标，结合各个生产模式指标提取不同的生产模式；
步骤3：根据步骤2提取的不同生产模式，建立不同的管控指令，结合管控指令计算管控曲线；
步骤4：结合管控曲线，读取实时用电曲线，进行企业环保响应监控及评价。


2.根据权利要求1所述的基于90%用电分布特征指标的环保管控监测及评价方法，其特征在于，所述步骤2包括以下子步骤：
步骤21：基于最大层间距离的聚类方法对待监测企业的非环保管控时段用户用电曲线进行聚类；
步骤22：根据步骤21的聚类结果，针对不同类生产模式，通过离群点检测方法，去除离群点的数量不高于10%，从而获得包含90%的样本数据的最小范围；从而挖掘出不同时间点的范围值构成90%典型生产带；
步骤23：根据步骤21的聚类结果，按照不同类来生成典型曲线带；典型生产模式的生产能力曲线公式：



式中：为生产能力曲线上界；i的取值范围为1~k；C的取值范围为1~分类数；为第C类中所有曲线第i时刻值的集合中，包含90%以上的样本数据的最小范围；max为最大值函数；
步骤24：基于典型生产能力曲线计算生产模式指标，结合各个生产模式指标提取不同的生产模式；其中，生产模式指标包括曲线均衡度、曲线平稳度和日生产量，生产模式包括但不限于高产模式、中产模式和低产模式。


3.根据权利要求2所述的基于90%用电分布特征指标的环保管控监测及评价方法，其特征在于，所述步骤22的具体步骤包括：
步骤221：针对每一个时刻的不同用户用电曲线样本计算待挖掘样本不同时刻的标准差；
步骤222：对不同时刻用户用电曲线样本标准差进行排序；
步骤223：对于标准差最大的时刻，采用离群点检测方法淘汰1%的用户用电曲线样本，重新计算样本标准差；
步骤224：用户用电曲线样本数量低于90%且新的用户用电曲线样本均值或者原用户用电曲线样本均值的距离小于最大值的2%，则结束计算；否则返回步骤222。


4.根据权利要求1所述的基于90%用电分布特征指标的环保管控监测及评价方法，其特征在于，所述步骤3包括如下子步骤：
步骤31：针对步骤2提出的不同生产模式，建立不同的管控指令；针对第c类曲线模式建立如下管控曲线的函数表达式为：



式中，为辨识出的与生产无关的基础负荷值，若判定该企业无基础负荷，则该值为0；为第c类生产模式曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：李科峰，刘畅，罗晓伊，徐厚东，魏阳，滕予非，唐伟，靳旦，文雁，刘智，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51