云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司 余云江 許 娟 云南電網(wǎng)物資有限公司 楊 金 杜小麗 朱艷婷 孫 賀

目前，電力企業(yè)配網(wǎng)物資管理以節(jié)約化管理模式為主，相對(duì)于分散式管理，集約化管理模式結(jié)合了人力、物力、財(cái)力等生產(chǎn)要素，并將其進(jìn)行集中分配，以保證分配均衡性，進(jìn)而確保電力的穩(wěn)定供應(yīng)[1]。一般情況下，電力企業(yè)會(huì)在總部設(shè)立一個(gè)專門的物資管理機(jī)構(gòu)，將分公司的采購、消耗、使用等活動(dòng)進(jìn)行全面分析，設(shè)計(jì)出最合理的運(yùn)行機(jī)制，提高物資集中管理的優(yōu)勢(shì)[2]。電力物資需求管理有利于采購資源的整合，通過全流程監(jiān)控采購過程，減少采購支出，提高采購效率，真正意義上實(shí)現(xiàn)物資高效利用。

時(shí)間序列主要是將某一區(qū)間的一個(gè)參數(shù)在不同時(shí)刻上的不同取值，按照取值時(shí)間的順序進(jìn)行排列，由此形成序列，目前被廣泛應(yīng)用于預(yù)測(cè)方法中[3]。為了保障物資需求預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度，本文基于時(shí)間序列，設(shè)計(jì)了電力配網(wǎng)物資需求預(yù)測(cè)方法。通過提取物資需求特征，動(dòng)態(tài)處理需求數(shù)據(jù)，構(gòu)建預(yù)測(cè)模型的方式，提升預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)效果，有效解決電力配網(wǎng)物資需求與實(shí)際需求不匹配的問題。

1 電力企業(yè)物資需求預(yù)測(cè)

1.1 提取電力物資需求特征

電力物資需求特征主要有重要性、緊急性、周期性、區(qū)域性、替代性、規(guī)律性等特點(diǎn)，上述特征是物資需求預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)[4]。在時(shí)間序列中，上述6種特征均存在不同程度的重合，使整個(gè)預(yù)測(cè)過程偏向復(fù)雜化，降低了預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度[5]。其中，物資需求預(yù)測(cè)的流動(dòng)性特征與其他特征之間的重合度較大，本文對(duì)流動(dòng)性特征進(jìn)行提取，見表1。

表1 電力物資流動(dòng)性特征

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，本文在電力物資流動(dòng)過程中進(jìn)行編碼，物資編碼從a～h，分別對(duì)應(yīng)著電力物資流動(dòng)性特征的8種狀態(tài)。由表1可知，c物資的平均出庫量最大，流動(dòng)性最高，是物資需求預(yù)測(cè)的主要部分。

1.2 基于時(shí)間序列處理配網(wǎng)物資特征數(shù)據(jù)

本文將上述需求特征轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)的形式，得出電力配網(wǎng)物資需求特征數(shù)據(jù)如下所示：

式（1～6）中，XZ為重要性特征數(shù)據(jù)；Qj為緊急性特征數(shù)據(jù)；Mq為周期性特征數(shù)據(jù)；Ky為區(qū)域性特征數(shù)據(jù)；Dt為代替性特征數(shù)據(jù)；Gu為規(guī)律性特征數(shù)據(jù)；δ為特征轉(zhuǎn)換系數(shù)；z為電力物資平衡特征；q為采購節(jié)點(diǎn)之間的間隔特征；J為緊急搶修時(shí)間；x為搶修消耗系數(shù)；F為區(qū)域劃分特征；t為代替性系數(shù)；s為標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)。由于電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)會(huì)跟隨時(shí)間的變化而變化，數(shù)據(jù)的規(guī)律性特征至關(guān)重要，本文根據(jù)重要性、緊急性、周期性、區(qū)域性、替代性、規(guī)律性等特征數(shù)據(jù)的時(shí)間序列，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性處理，公式如下：

式（7）中，T為特征數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量；K為數(shù)據(jù)處理總數(shù)；M為電力配網(wǎng)物資需求特征均值；C為相關(guān)性時(shí)間系數(shù)。由于具有重要性、緊急性、周期性、區(qū)域性、替代性、規(guī)律性等特性的特征數(shù)據(jù)時(shí)間特征不重合，相鄰數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性較強(qiáng)，本文通過分析數(shù)據(jù)的相關(guān)性，減少冗余數(shù)據(jù)，進(jìn)而提高物資需求后續(xù)預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度。時(shí)間序列的相關(guān)性分析如下所示：

式（8～10）中，x為一個(gè)平穩(wěn)的時(shí)間序列；x1+k為k時(shí)刻的時(shí)間序列；R（x）為預(yù)測(cè)期望；R（x1+k）為k時(shí)刻的平穩(wěn)時(shí)間序列；F（x）為特征數(shù)據(jù)相關(guān)的時(shí)間序列；F（x1+h）為h時(shí)刻特征數(shù)據(jù)的相關(guān)序列；Q（x,x1+k）為非平穩(wěn)的時(shí)間序列，Q（x1+k,x1+k+h）為Q（x,x1+k）序列的變化值。通過相關(guān)性分析后，特征數(shù)據(jù)之間的重合數(shù)據(jù)被剔除，可保證數(shù)據(jù)的完整性。

1.3 構(gòu)建電力配網(wǎng)物資需求預(yù)測(cè)模型

為實(shí)現(xiàn)電力物資需求的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，本文以處理后的需求特征數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建電力配網(wǎng)物資需求的預(yù)測(cè)模型。根據(jù)平穩(wěn)時(shí)間序列與非平穩(wěn)時(shí)間序列的特征數(shù)據(jù)可知，x與Q（x,x1+k）在任意時(shí)刻均具有相同的需求預(yù)測(cè)概率分布。因此，本文將平穩(wěn)序列的期望值與非平穩(wěn)序列的期望值進(jìn)行離散預(yù)測(cè)，公式如下：

式（12）中，S為預(yù)測(cè)模型表達(dá)式；ε為時(shí)間序列的自相關(guān)函數(shù)。利用預(yù)測(cè)模型，將需求特征數(shù)據(jù)中的冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行二次剔除，進(jìn)而提高物資需求的預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度。電力配網(wǎng)物資較多，不同種類的電力物資的需求特征不同，使用模型得出的預(yù)測(cè)結(jié)果也相應(yīng)改變。在物資供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)中，對(duì)供應(yīng)商、區(qū)域配送中心、前沿倉庫、項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)等多個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，均需要進(jìn)行重要性分析與相關(guān)性分析，只有剔除重合數(shù)據(jù)，才能保證物資需求特征數(shù)據(jù)的完整性與非重合性，真正意義上提高電力配網(wǎng)物資需求預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度。

2 試驗(yàn)論證分析

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)方法是否具有實(shí)用價(jià)值，對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果以傳統(tǒng)電力企業(yè)物資需求預(yù)測(cè)方法與本文設(shè)計(jì)的基于時(shí)間序列的電力企業(yè)物資需求預(yù)測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比的形式呈現(xiàn)。具體實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下所示。

2.1 試驗(yàn)過程

本次實(shí)驗(yàn)選取某市X電力企業(yè)在2018—2020年的歷史配網(wǎng)物資數(shù)據(jù)為樣本開展研究，電力配網(wǎng)物資領(lǐng)料主要數(shù)據(jù)見表2。

表2 電力配網(wǎng)物資領(lǐng)料主要數(shù)據(jù)

根據(jù)表2，選取物資名稱、物資編碼、企業(yè)代碼、需求數(shù)量、物資金額、焊條、砂布等領(lǐng)料數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型。將物資按照時(shí)間序列進(jìn)行相關(guān)性分析，打包具有相似特性的物資數(shù)據(jù)，將10kV變壓器的物資代碼標(biāo)記為K1，10kV環(huán)網(wǎng)柜的物資代碼標(biāo)記為K2，10kV交流避雷器的物資代碼標(biāo)記為K3。將物資代碼放在預(yù)測(cè)模型中，對(duì)上述物資進(jìn)行未來需求的預(yù)測(cè)，如圖1所示。

圖1 10kV變壓器物資的預(yù)測(cè)結(jié)果

如圖1所示，10kV變壓器物資需求的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際需求均在80000～240000套的范圍內(nèi)波動(dòng)，預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間相差較小，預(yù)測(cè)效果較為精準(zhǔn)。10kV環(huán)網(wǎng)柜物資的預(yù)測(cè)結(jié)果如圖2所示。

圖2 10kV環(huán)網(wǎng)柜物資的預(yù)測(cè)結(jié)果

如圖2所示，10kV環(huán)網(wǎng)柜物資需求的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際需求均在120000～240000套的范圍內(nèi)波動(dòng)，預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間相差同樣較小，預(yù)測(cè)效果較為精準(zhǔn)。10kV交流避雷器物資的預(yù)測(cè)結(jié)果如圖3所示。

圖3 10kV交流避雷器物資的預(yù)測(cè)結(jié)果

如圖3所示，10kV交流避雷器物資需求的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際需求均在160000～280000套的范圍內(nèi)波動(dòng)，預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間相差較小，預(yù)測(cè)效果較為精準(zhǔn)。結(jié)合圖1至圖3可知，使用本文設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)方法之后，電力配網(wǎng)物資需求預(yù)測(cè)效果較為穩(wěn)定，與實(shí)際結(jié)果幾乎一致。本文根據(jù)K1、K2、K3物資領(lǐng)用的時(shí)間序列，對(duì)預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)性能誤差進(jìn)行檢驗(yàn)，如圖4所示。

圖4 電力配網(wǎng)物資需求預(yù)測(cè)性能誤差

使用本文設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)方法之后，對(duì)電力配網(wǎng)物資需求進(jìn)行多次預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)前50次，性能誤差處于持續(xù)下降的態(tài)勢(shì)，并在0.20～0.05的范圍內(nèi)波動(dòng)。當(dāng)預(yù)測(cè)次數(shù)超過60次之后，性能誤差穩(wěn)定在0.01左右，并在后續(xù)預(yù)測(cè)過程中不再變化。由此判定，使用時(shí)間序列的電力配網(wǎng)物資需求預(yù)測(cè)方法，在預(yù)測(cè)60次后可達(dá)到較為精準(zhǔn)的效果。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

在上述試驗(yàn)條件下，本文以電力配網(wǎng)物資的電線開關(guān)為例，預(yù)測(cè)未來一年的電線開關(guān)需求數(shù)量。并將傳統(tǒng)電力企業(yè)物資需求預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)到的電線開關(guān)需求數(shù)量，與本文設(shè)計(jì)的基于時(shí)間序列的電力企業(yè)物資需求預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)到的電線開關(guān)需求數(shù)量進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表3，本文以電線開關(guān)的電力配網(wǎng)物資為例，預(yù)測(cè)出未來一年電線開關(guān)的需求數(shù)量。在電線開關(guān)實(shí)際需求數(shù)量一致的條件下，傳統(tǒng)電力企業(yè)物資需求預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)到的電線開關(guān)需求數(shù)量，與實(shí)際需求數(shù)量相差±20個(gè)，預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度相對(duì)較低。其中，大部分預(yù)測(cè)數(shù)量低于實(shí)際數(shù)量，在緊急情況下很容易造成物資緊缺、無法工作的事故，影響電力配網(wǎng)的建設(shè)安全性。而本文設(shè)計(jì)的基于時(shí)間序列的電力企業(yè)物資需求預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)到的電線開關(guān)需求數(shù)量，與電線開關(guān)的實(shí)際需求數(shù)量僅相差1個(gè)，預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度相對(duì)較高。其中，本文預(yù)測(cè)的電線開關(guān)個(gè)數(shù)均超過實(shí)際需求數(shù)量，并不會(huì)出現(xiàn)緊急情況無法工作的事故。并且，使用本文預(yù)測(cè)的方法之后，四月份、八月份、十二月份預(yù)測(cè)數(shù)量與實(shí)際數(shù)量一致。因此，本文設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)方法，更加滿足電力配網(wǎng)物資的實(shí)際需求，可保證在緊急情況的電力配網(wǎng)建設(shè)安全性，符合本文研究目的。

3 結(jié)語

近年來，電能資源使用范圍擴(kuò)大，偏遠(yuǎn)地區(qū)使用電能的次數(shù)增加，電網(wǎng)為人們的生活提供了電力保障。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)質(zhì)量逐漸提高，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)營也提出了較大的挑戰(zhàn)。類似電線開關(guān)、空氣開關(guān)、工業(yè)電器等電力設(shè)施，均屬于電力配網(wǎng)物資需求。對(duì)于電力企業(yè)而言，無論是哪一方面的建設(shè)，物資均占據(jù)了重要的比重。因此，本文設(shè)計(jì)了基于時(shí)間序列的電力企業(yè)物資需求預(yù)測(cè)方法。從提取需求特征、處理特征數(shù)據(jù)、構(gòu)建預(yù)測(cè)模型等方面，實(shí)現(xiàn)電力配網(wǎng)物資需求的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。并以試驗(yàn)的方式，得出該預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)效果較為精準(zhǔn)的結(jié)論，為電力企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供了研究方向。