用户能效分析系统研究与应用

王 峰，李昆明

（1.国网江苏节能服务有限公司，南京 210009; 2.江苏方天电力技术有限公司，南京 210009）

用户能效分析系统研究与应用

王 峰1，李昆明2

（1.国网江苏节能服务有限公司，南京 210009; 2.江苏方天电力技术有限公司，南京 210009）

1 研究背景

随着电力市场化改革进程加快，市场化售电主体和社会节能企业高度重视终端客户资源与服务，未来市场竞争将十分激烈。目前，江苏省电力公司通过用电信息采集系统和在客户端安装用能监测终端，初步建立了用户用能在线监测体系，并运用大数据分析技术，已开展用户能效分析等工作，初步建立了有关数据分析模型，形成了用户潜力价值体系标准。

本文主要介绍运用大数据分析技术，结合海量用电信息采集数据和设备在线监测数据，构建的用户节能潜力评估模型和专项设备节能潜力挖掘模型。

2 能效分析存在的问题及研究思路

2.1 能效分析存在的问题

能效工作虽然处于快速发展阶段，但是能效分析存在以下问题:一是客户用能数据量存在较大差距，用户内部设备级的用能数据严重不足，亟待充实完善；二是用户对自身用能状况缺乏了解，对用户内部用能行为深入分析，难以掌握用户用能特征；三是内部用能设备的能效分析模型，难以结合用户实时、海量信息，提供更优质的节能服务。

2.2 能效分析研究思路

开展用户能效分析主要从挖掘节能潜力用户和专项设备节能潜力2个层次，研究思路如图1所示。第一，基于营销业务系统、用电信息采集系统等业务系统数据，开展用户用电行为分析和行业对标分析，利用决策树分类模型，挖掘节能潜力用户，形成节能潜力用户清单，并为节能潜力用户提供用电建议书；第二，根据节能潜力用户开展用户内部用能设备在线监测，收集内部运行设备数据，利用专项设备节能潜力模型，挖掘节能潜力项目，形成专项设备诊断报告，并推送至省级能效项目管理平台。

图1 能效分析研究思路

3 研究内容

3.1 用能设备在线监测

通过用户计量终端采集相关能量和参量数据信息，对企业能源基础设施、生产系统、辅助系统、重点用能设备的能源消耗量、能源质量、设备运行状态实施在线监测，并对异常状态及时进行报警，为节能潜力评估和节能诊断等能效分析功能提供数据支撑。

3.2 用户节能潜力评估模型

基于客户基本属性分类、用电行为分析、行业对标分析，通过决策树模型评估用户的节能水平和节能潜力，形成节能潜力用户。用户节能潜力评估模型具体内容如图2所示。

图2 用户节能潜力评估

3.2.1 用电行为分析

用电行为分析是指用户在供用电过程中发生的一系列行为，从而感知用户需求，提高服务品质的基础。在用户用电行为分析中，主要考虑用户的电量、负荷、电费以及电能质量等影响因素。根据用电行为分析，对于用户户龄长、用电峰谷比高、负载率低、超容等潜力用户，指导其用电合理化，并为供电企业节能减排个性化服务提供决策依据。

3.2.2 行业对标分析

行业对标分析是指用户所在行业及上下游行业在用电量、业扩报装、平均电价等方面的趋势分析。通过行业对标分析，用户可以及时了解本行业情况及自身在本行业内的排名情况，发现自身用电的问题，为用户提供决策支持。

3.3 专项设备节能潜力评估模型

基于用户节能潜力情况、用能设备在线监测，通过专项设备节能潜力挖掘模型评估用户用能设备节能水平和节能潜力，形成节能潜力项目。专项设备节能潜力评估模型具体内容如图3所示。限于篇幅，下面仅介绍照明设备能效分析和变压器能效分析。

图3 专项设备节能潜力评估

3.3.1 照明设备能效分析

基于照明区域数据、照明设备档案数据、照明用电数据，通过合理选用和节电效益2个方面进行照明设备能效分析。

（1）合理选用

根据照明设备信息（灯具类型）初步判断灯具是否有节能潜力:如果用户原有灯具为白炽灯、传统节能灯等非LED灯具，则具有节能潜力。一般LED灯具替代白炽灯、传统节能灯的节电率为60%左右。

（2）节电效益分析

公式（1）为照明设备的本月电量S

式中:S1为上月电量示数；S2为本月电量示数。

照明灯具的总功率P

式中:Nm为不同种类灯具的数量；Pm为不同种类灯具的额定功率（带镇流器灯具在额定功率的基础上另加10%功率）。

本月的平均开灯时间T

改造后的开灯功率P2

式中:ξ为节电率。

改造后的节电量

改造后的节电效益￥

式中:Q为节电量；￥1为电价。

3.3.2 变压器能效分析

基于变压器基础数据、低压线路数据以及监测数据，通过合理选用和经济运行2个方面进行变压器能效分析。合理选用节能型变压器，并根据用能设备在线监测数据，分析变压器负载经济运行和损耗运行情况。

（1）选用节能型变压器

我国强制性地采用S7系列低损耗配电变压器，在全国范围内淘汰正在电网运行的JB1300—73和JB500—64标准的高能耗变压器。

（2）负载经济运行

根据电力变压器经济运行导则分析的负载经济运行区间，经济运行区间包括最佳运行区、经济运行区、最劣运行区3部分。经济运行计算主要由空载综合功率损耗和负载综合功率损耗。

式中:Poz为空载综合功率损耗；Pkz为负载综合功率损耗。

（3）功率损耗比

以高功高计的计量方式，通过次变变压器高压侧电能表读取有功计算负荷P2g（i）和无功计算负荷Q2g（i），计算主变到次变之间的线路损耗。

通过线路的计算电流为

式中:U2gi为次变变压器高压侧电压；S2gi为次变变压器视在容量；i为变压器数量。

有功功率损耗是电流通过线路电阻产生的，其计算公式为

式中:ΔP1为线路有功功率损耗；R为线路相电阻，R=r0L；r0为线路每公里电阻；L为线路长度。

根据主变变压器高压侧电能表读取有功计算负荷p1g，计算主变变压器的功率损耗。

变压器有功损耗

式中:P1g为高压有功功率；P2g（i）为低压有功功率；i为低压线路数。

变压器的负载率

式中:S为主变压器运行容量；Se为额定容量。主变变压器有功损耗理论值

式中:P0为空载损耗；Pd为负载损耗；σ为负载率。

如果P′大于P，则变压器运行在不经济状态下，有改造的潜力；如果P′小于P，则变压器运行在经济状态下。

4 系统应用案例

4.1 用户节能潜力评估

4.1.1 功率因数分析

通过功率因数分析，便于用户及时掌握功率因数情况。每日计算用户当日功率因数及当月累计功率因数，低于标准值时及时通知用户，提醒用户及时改变生产方式或无功补偿设备参数，提升用户最大功率因数，避免力调罚款，减少用户。如图4所示，该用户受国庆假期影响，用电量出现下降，并且在10月份的功率因数没有低于标准值。

图4 功率因数分析

4.1.2 负载率及超容量分析

对于需量结算基本电费用户，根据用户负荷和运行容量计算负载率，使用户了解自身负荷情况，指导负载率低的用户提高负载率，降低最大需量，减少电费费用；对于按容量结算基本电费而又有增容需要的用户，延缓用户增容时间或降低用户增容费用。如图5所示，该企业在10月份的最大负荷低于运行容量，负载率最高在50%左右。

4.1.3 用电量行业对标分析

基于全省3 700多万户每日用电数据，汇总为各行业（国民经济99行业、营销500行业以及十大行业）的日、周、月、年用电量数据，行业用电量在一定程度上反映了行业的景气程度。基于行业用电量完成用户行业内用电量排名、行业用电量变化趋势和上下游行业分析。

图5 负载率及超容量分析

4.2 专项设备节能潜力评估

4.2.1 照明设备能效分析

根据各照明区域使用面积、灯具数量、型号、类型判断照明区域节能潜力，统计企业非LED灯数量与节能潜力。如图6所示，该企业有29组非节能灯具，分布在路灯、大厅、办公等3个照明区域，可利用LED替代原有非节能灯具进行节能改造。

图6 照明设备能效分析

4.2.2 变压器能效分析

通过分析变压器负载率，投运日期，设备型号等信息，对老旧型号、属于高耗能淘汰的设备及时发现，及时提醒更换，有助于提高设备运行效率。如图7所示，该变压器长时间运行平稳，并且运行在负载经济区间内。

图7 变压器能效分析

5 结束语

用户能效分析的研究与应用，可以更好为用能企业提供更高效的优质节能服务，同时提高电力公司对企业用能单元的潜力挖掘能力，拓展电力公司的互动服务能力。因此本文基于海量用电信息采集数据和设备在线监测数据开展的用户能效分析，针对现有存在的问题，并且根据业务应用反馈再不断调优，指标数据进一步完善与标准化，支撑节能潜力评估的实际应用。D

［1］ GB/T 13462—2008，电力变压器经济运行［S］.

［2］ 孙虹，李昆明，王林，等.基于WEB的省级能效管理平台的设计与应用［J］.江苏电机工程，2014（2）：48-51.

［3］ 彭旭东，邱泽晶，肖楚鹏.电力用户能效监测与需求响应研究综述［J］.节能技术，2013（3）：243-246.

［4］ 刘华锋.电力能效监测系统设计与实现［D］.北京:中国科学院大学（工程管理与信息技术学院），2015.

［5］ 罗耀明，毛李帆，姚建刚，等.电力用户综合能效评估模型［J］.电力系统及其自动化学报，2011（5）：104-109.

［6］ 徐良军，张笑第，王立军.基于聚类分析的用户分类和用电行为分析［J］.山西电力，2016（4）：23-27.

［7］ 谢晓华.用户用电行为分析技术研究［J］.电工文摘，2015（5）：13-15.

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（本栏责任编辑 孙 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）

针对用户设备用电状况和用电需求了解还不够充分、难以开展设备用电行为分析以及提出有效的节能措施的问题，提出了有效的解决方案。扩大用电在线监测覆盖面，在线监测企业用户用能状况，为分析企业用户节能潜力打下基础；根据用电情况分析客户用电行为，生成并推送客户用能分析报告，建议用户调整用电习惯，推动企业节能业务发展；基于企业内部运行设备数据，开展用户能效诊断分析，为用户提供用能指导，降低用户用能成本。

用电行为；用能监测；用能分析；能效诊断

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