一种电力用户用电能效分析系统及其方法

技术领域

本发明属于用户用电分析技术领域，具体涉及一种电力用户用电能效分析系统及其方法。

背景技术

我国能源消费结构主要为第二产业，第三产业和城乡居民生活用电，其中城乡居民生活用电对普通居民的生活息息相关，且随着经济的发展在总用电量中的占比逐步提高。在世界范围内，随着全民绿色用电概念的普及，以及发展低碳经济的理念，各个国家都朝着低碳经济、节能减排方向发展。促进可再生能源的广泛使用已成为新形势下的目标，需求侧管理(Demand-side Management，DSM)引导用户改善其电力使用习惯并降低电力成本。为了提高居民能效，建立能效分析模型显得尤为重要，可用于衡量家庭用电水平，引导用户合理用电，为电力公司进行需求侧管理合理调度提供科学依据。

目前在国内外研究中大多都是分析工业用户的能效水平，鲜有涉及普通电力用户的能效评估，此外，部分指标数据难以获取，或难以评估对居民能效的影响。在用户分类上，目前电力用户画像的研究更多关注于营销业务，主要以提高用户缴费积极性为目的，所采用的数据源也主要来自于营销系统。由于缺乏用户精细化用电数据，且用户基本信息数据获取难度较大数据样本也较少，因此鲜有关注于电网需求或用户需求的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电力用户用电能效分析系统及其方法，通过对能源设备的集中采集、实时监测、分级诊断、各层共享，可为用能单位水、电、气、热等各种设施提供全面的能源管理措施，优化运营方案，提供节能改造方面的技术手段和科学依据。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种电力用户用电能效分析系统包括：信息采集装置、无线通信装置、控制器；信息采集装置、无线通信装置分别连接控制器，所述控制器包括：处理器模块、无线通讯接口电路、电源开关控制电路、总线接口电路、电源电路，处理器模块连接无线通讯接口电路、电源开关控制电路、总线接口电路，无线通信装置连接无线通讯接口电路，电源开关控制电路连接电源电路，总线接口电路连接信息采集装置；其中，所述多个信息采集装置分别部署在多个用户上，用于获取相应用户的各个设备的能耗数据；所述设备为电能设备、水能设备、气能设备中的至少一种，当所述设备为电能设备时，所述能耗数据对应为：用电量、电压、电流、实时功率；当所述设备为水能设备时，所述能耗数据对应为：用水量；当所述设备为气能设备时，所述能耗数据对应为：用气量；所述控制器接收每个用户的各个设备的能耗数据，并进行用户能耗分析。

作为优选，处理器模块包括：

信息获取单元，用于获取多个用户信息，所述用户信息包括家庭基本属性信息、家庭用电能耗信息以及家庭营销数据信息；

用户分类单元，用于对所述多个用户信息进行分析得到用于表征多个用户特征的特征标签，根据所述特征标签进行聚类分析得到多个用户的分类结果；

权重计算单元，用于根据所述多个用户信息计算用于量化描述用户能耗情况的多个用户的各指标值，根据所述多个用户的各指标值采用熵权法计算各指标的指标权重；

能效评分计算单元，用于根据所述多个用户的各指标值及其指标权重计算多个用户的能效评分；以及

用能分析单元，用于根据所述多个用户的分类结果和能效评分对所述多个用户进行用能分析得到分析结果。

作为优选，处理器模块实现用户能耗分析还包括：时段同能源使用情况分析：统计不同用户在同时段下的能耗数据，形成报表；同设备能耗情况比对分析：统计相同品牌型号设备在不同用户环境下的能耗差异，形成报表；在统计时，根据事先建立的设备特征库，登记每个用户的各种品牌型号设备。

作为优选，每个信息采集装置包括多个信息采集器、一个计算及存储核心、一个信息发送器；

所述多个信息采集器分别部署在电能设备、水能设备、气能设备上采集相应的能耗数据；基于电能设备的电能表采集用电量、电压、电流、实时功率，基于水能设备的水表采集用水量，基于气能设备的气表采集用气量；

所述计算及存储核心，收集并存储所述能耗数据；

所述信息发送器将所述计算及存储核心中存储的处理后的能耗数据，发送至所述控制器进行数据处理分析。

作为优选，所述计算及存储核心包含指令读写器、数据计算器及数据存储器；

所述指令读写器读取相应信息采集器采集的原始报文数据，写入所述数据存储器；

所述数据计算器解析所述数据储存器中的原始报文数据，将各电能表厂家、水厂厂家、气厂厂家的不同规约和不同格式的原始数据进行解析、归类，翻译成统一格式的代表电能、水能、气能的不同能耗数据，经由所述指令读写器写入所述数据存储器。

作为优选，所述能效评分计算单元包括：

第一分值计算单元，用于根据所述多个用户的各指标的指标值，采用TOPSIS算法对所述多个用户的进行各指标评分得到各指标评分值；

第二分值计算单元，用于根据多个用户的各指标评分值以及指标权重进行计算得到多个用户的能效评分。

进一步，所述用能分析单元包括：

排序单元，用于将不同分类的用户的能效评分进行排序，并选取每一分类中能效评分最高的用户作为用能分析用户；

分析单元，用于将不同类型的用能分析用户的家庭基本属性信息进行对比分析，确定不同类型用户之间的用能差异，并根据所述用能差异生成分析结果。

本发明提供一种电力用户用电能效分析方法，包括以下步骤：

步骤1、所述多个信息采集装置分别部署在多个用户上，用于获取相应用户的各个设备的能耗数据；所述设备为电能设备、水能设备、气能设备中的至少一种；

步骤2、当所述设备为电能设备时，所述能耗数据对应为：用电量、电压、电流、实时功率；当所述设备为水能设备时，所述能耗数据对应为：用水量；当所述设备为气能设备时，所述能耗数据对应为：用气量；

步骤3、所述控制器接收每个用户的各个设备的能耗数据，并进行用户能耗分析。

本发明通过“信息采集装置”采集用能设备的参数、电压、电流、用电量、用水量、用气量等能源信息，将相关信息存储至“用户能耗分析系统”，进行包含“单用户能耗情况分析”、“设备能耗分析”、“多用户能耗比对”等多种方式的用户能耗综合分析及设备特征库的自学习校准。本发明通过对能源设备的集中采集、实时监测、分级诊断、各层共享，可为用能单位水、电、气、热等各种设施提供全面的能源管理措施，优化运营方案，提供节能改造方面的技术手段和科学依据。进一步，本发明通过分别用于对用户的家庭基本属性信息、家庭能耗信息和家庭新能源信息进行处理分析得到用户特征标签，根据用户特征标签进行分类，并根据家庭能耗信息和家庭新能源信息确定指标权重，根据指标及其指标权重计算用户的能效评分，最终根据用户的类别以及能效评分对家庭电力用户的用电能效进行分析，分析结果可以用于衡量家庭用电水平，从而为引导用户合理用电以及电力公司进行需求侧管理合理调度提供科学依据。

附图说明

图1为本发明电力用户用电能效分析系统的结构示意图；

图2为本发明的电力用户用电能效分析方法的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供一种电力用户用电能效分析系统包括：信息采集装置、无线通信装置、控制器；信息采集装置、无线通信装置分别连接控制器，所述控制器包括：处理器模块、无线通讯接口电路、电源开关控制电路、总线接口电路、电源电路，处理器模块连接无线通讯接口电路、电源开关控制电路、总线接口电路，无线通信装置连接无线通讯接口电路，电源开关控制电路连接电源电路，总线接口电路连接信息采集装置；其中，所述多个信息采集装置分别部署在多个用户上，用于获取相应用户的各个设备的能耗数据；所述设备为电能设备、水能设备、气能设备中的至少一种，当所述设备为电能设备时，所述能耗数据对应为：用电量、电压、电流、实时功率；当所述设备为水能设备时，所述能耗数据对应为：用水量；当所述设备为气能设备时，所述能耗数据对应为：用气量；所述控制器接收每个用户的各个设备的能耗数据，并进行用户能耗分析。

进一步，处理器模块包括：

信息获取单元，用于获取多个用户信息，所述用户信息包括家庭基本属性信息、家庭用电能耗信息以及家庭营销数据信息；

用户分类单元，用于对所述多个用户信息进行分析得到用于表征多个用户特征的特征标签，根据所述特征标签进行聚类分析得到多个用户的分类结果；

权重计算单元，用于根据所述多个用户信息计算用于量化描述用户能耗情况的多个用户的各指标值，根据所述多个用户的各指标值采用熵权法计算各指标的指标权重；

能效评分计算单元，用于根据所述多个用户的各指标值及其指标权重计算多个用户的能效评分；以及

用能分析单元，用于根据所述多个用户的分类结果和能效评分对所述多个用户进行用能分析得到分析结果。

人口是影响电耗量的一个重要因素，一般情况下，若其他条件不变，人口越多所消耗的电能就越多。房屋面积的增加也会对家庭用电量产生影响，一般来说较大的房屋面积需要更多的如照明和空调等用电设备，这样就产生了更多的用电能耗。收入与居民用电密切相关。人均家庭收入的增加往往使人们对电力服务的需求增加，例如洗衣机和空调的拥有量增加，大功率电器增多，且使用频繁，如此，住宅用电量将会增加会造成一些不必要的浪费，Ziramba根据国内人均生产总值和电力价格的线性双对数关系，考察了南非居民对电力的需求。实证结果表明，收入是决定电力需求的主要因素。因此，本实施例中选取家庭信息用户分类的依据。所述家庭营销数据信息包括家庭用户的投诉记录、违约记录、窃电记录、缴费记录等。

本实施例系统在应用之前，预先设定了多个特征标签，当然，对于任一用户而言，该用户并不一定包括具有预先设定的所有特征标签。其中，聚类分析指将物理或抽象对象的集合分组为由类似的对象组成的多个类的分析过程，根据多个用户的特征标签，通过聚类分析可以将多个用户分别划分至对应的类别的集合中，实现分类，所述分类结果实际上即为得到的多个用户集合，每一集合代表一种类别。

本实施例中的指标值具体根据指标内容确定，例如，对于用电器能耗及使用时间段的指标而言，其指标值可以设置为用电器的能耗功率。

按照信息论基本原理的解释，信息是系统有序程度的一个度量，熵是系统无序程度的一个度量；根据信息熵的定义，对于某项指标，可以用熵值来判断某个指标的离散程度，其信息熵值越小，指标的离散程度越大，该指标对综合评价的影响(即权重)就越大，如果某项指标的值全部相等，则该指标在综合评价中不起作用。因此，可利用信息熵计算出各个指标的权重(即熵权法)，为多指标综合评价提供依据。

根据所述多个用户的各指标值可以确定初始能效评分，具体可以采用任意的评分算法进行计算得到，本实施例中不限于特定的算法，在计算得到多个用户的各指标的初始能效评分之后，可以结合初始能效评分及其对应的权重来计算得到多个用户的最终能效评分。

本实施例通过对应不同分类的用户之间的能效评分，可以确定不同分类用户之间、以及同一分类用户之间的用能差异，该用能差异能够用于衡量家庭用电水平，从而为引导用户合理用电以及电力公司进行需求侧管理合理调度提供科学依据。其中，在分析家庭用能情况时，还可以具体采用横向比较和纵向比较的装置，首先对同社区或类型的不同家庭用户在统一能效指标情况下进行比较。以空间为坐标，在进行比较时应注意对不容同研究对象进行比较的前提条件，即它们必须是同类的或具有相同性质的，而且必须是处于同一时间区间的。

进一步，处理器模块实现用户能耗分析还包括：时段同能源使用情况分析：统计不同用户在同时段下的能耗数据，形成报表；同设备能耗情况比对分析：统计相同品牌型号设备在不同用户环境下的能耗差异，形成报表；在统计时，根据事先建立的设备特征库，登记每个用户的各种品牌型号设备。

进一步，每个信息采集装置包括多个信息采集器、一个计算及存储核心、一个信息发送器；

所述多个信息采集器分别部署在电能设备、水能设备、气能设备上采集相应的能耗数据；基于电能设备的电能表采集用电量、电压、电流、实时功率，基于水能设备的水表采集用水量，基于气能设备的气表采集用气量；

所述计算及存储核心，收集并存储所述能耗数据；

所述信息发送器将所述计算及存储核心中存储的处理后的能耗数据，发送至所述控制器进行数据处理分析。

进一步，所述计算及存储核心包含指令读写器、数据计算器及数据存储器；

所述指令读写器读取相应信息采集器采集的原始报文数据，写入所述数据存储器；

所述数据计算器解析所述数据储存器中的原始报文数据，将各电能表厂家、水厂厂家、气厂厂家的不同规约和不同格式的原始数据进行解析、归类，翻译成统一格式的代表电能、水能、气能的不同能耗数据，经由所述指令读写器写入所述数据存储器。

进一步，所述能效评分计算单元包括：

第一分值计算单元，用于根据所述多个用户的各指标的指标值，采用TOPSIS算法对所述多个用户的进行各指标评分得到各指标评分值；

第二分值计算单元，用于根据多个用户的各指标评分值以及指标权重进行计算得到多个用户的能效评分。

进一步，所述用能分析单元包括：

排序单元，用于将不同分类的用户的能效评分进行排序，并选取每一分类中能效评分最高的用户作为用能分析用户；

分析单元，用于将不同类型的用能分析用户的家庭基本属性信息进行对比分析，确定不同类型用户之间的用能差异，并根据所述用能差异生成分析结果。

如图2所示，本发明提供一种电力用户用电能效分析方法，包括以下步骤：

步骤1、所述多个信息采集装置分别部署在多个用户上，用于获取相应用户的各个设备的能耗数据；所述设备为电能设备、水能设备、气能设备中的至少一种；

步骤2、当所述设备为电能设备时，所述能耗数据对应为：用电量、电压、电流、实时功率；当所述设备为水能设备时，所述能耗数据对应为：用水量；当所述设备为气能设备时，所述能耗数据对应为：用气量；

步骤3、所述控制器接收每个用户的各个设备的能耗数据，并进行用户能耗分析。

本发明通过“信息采集装置”采集用能设备的参数、电压、电流、用电量、用水量、用气量等能源信息，将相关信息存储至“用户能耗分析系统”，进行包含“单用户能耗情况分析”、“设备能耗分析”、“多用户能耗比对”等多种方式的用户能耗综合分析及设备特征库的自学习校准。本发明通过对能源设备的集中采集、实时监测、分级诊断、各层共享，可为用能单位水、电、气、热等各种设施提供全面的能源管理措施，优化运营方案，提供节能改造方面的技术手段和科学依据。进一步，本发明通过分别用于对用户的家庭基本属性信息、家庭能耗信息和家庭新能源信息进行处理分析得到用户特征标签，根据用户特征标签进行分类，并根据家庭能耗信息和家庭新能源信息确定指标权重，根据指标及其指标权重计算用户的能效评分，最终根据用户的类别以及能效评分对家庭电力用户的用电能效进行分析，分析结果可以用于衡量家庭用电水平，从而为引导用户合理用电以及电力公司进行需求侧管理合理调度提供科学依据。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、获取其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读介质中，或者从一个计算机可读介质向另一个计算机可读介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本发明中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令处理器完成，所述的程序可以存储于计算机可读介质中，所述存储介质是非短暂性(英文：non-transitory)介质，例如随机存取存储器，只读存储器，快闪存储器，硬盘，固态硬盘，磁带(英文：magnetic tape)，软盘(英文：floppy disk)，光盘(英文：opticaldisc)及其任意组合。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。