一种城市能源数据管理与运行监测方法与流程

本发明属于能源大数据应用
技术领域：
，特别是涉及一种城市能源数据管理与运行监测方法。
背景技术：
：“国际能源变革发展典范城市”目标中提出，我国城市能源变革正在逐步深入推进，这对能源数据管理与运行监测体系提出了新的要求。现有的能源数据管理与运行监测体系无法兼顾各种能源数据，大多只考察本行业内能源发展水平，所得到的数据结果不能全面客观地反映城市整体能源发展状况，此外，选取评价指标时，仍集中关注能源供应的可靠性，能源规模，能源强度等问题，不能满足能源变革“创新、绿色、高效、开放、共享”的新需求。因此，需要创新能源数据管理系统与能源数据评价体系，但目前尚缺少有效的方法。技术实现要素：为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种城市能源数据管理与运行监测方法。为了达到上述目的，本发明提供的城市能源数据管理与运行监测方法包括按顺序进行的下列步骤：步骤1)、根据国际能源变革发展典范城市要求，建立城市能源数据运行监测体系，包括能源数据管理系统与能源数据评价体系：所述的能源数据管理体系包括数据采集模块、数据存储模块和数据应用模块；其中数据采集模块用于采集城市能源数据；数据存储模块对数据采集模块上传的城市能源数据进行分类存储；数据应用模块根据能源企业或者政府部门应用需求从数据存储模块中调用城市能源数据，并进行分析计算，用于对城市能源变革发展水平进行评价；能源数据评价体系具体包括以下4个分项指标：a供应清洁化水平指标，b消费电气化水平指标，c服务智慧化水平指标，d利用高效化水平指标；步骤2)、对步骤1)中能源数据评价体系中各分项指标进行分析，确定每个分项指标的核心指标；步骤3)、依据步骤2)中每个分项指标的核心指标的含义，从能源数据管理体系的数据存储模块中调取所需要的能源数据；能源数据包括城乡居民年生活用电量、全社会年用电总量、能源服务平台共享率、智能电表覆盖率、年耗能总量、年清洁能源消费量、二氧化碳排放总量、城市gdp总量、城市年耗电总量和终端能源消费总量；步骤4)、依据上述核心指标与调取的能源数据对能源变革发展水平进行评价，确定出能源变革发展指数。在步骤1)中，所述的数据采集模块采集的数据包括能源类数据与社会经济类数据，能源类数据具体包括：a电力数据，b煤炭数据，c燃油数据，d天然气数据；社会经济类数据具体包括：a社会数据，b经济数据，c政策法规数据。在步骤2)中，所述的对步骤1)中能源数据评价体系中各分项指标进行分析，确定每个分项指标的核心指标的步骤如下：步骤2.1)列出能反映能源供应清洁化水平的指标，由专家打分，选取分数最高的两项作为反映能源供应清洁化水平的核心指标；核心指标具体包括：清洁能源消费量占能源消费比例，单位gdp二氧化碳排放量；步骤2.2)列出能反映能源消费电气化水平的指标，由专家打分，选取分数最高的两项作为反映能源消费电气化水平的核心指标；核心指标具体包括：电能占终端能源消费比例，城乡居民生活用电占电能消耗比重；步骤2.3)列出能反映能源服务智慧化水平的指标，由专家打分，选取分数最高的两项作为反映能源服务智慧化水平的核心指标；核心指标具体包括：能源服务平台共享率，智能电表覆盖率；步骤2.4)列出能反映能源配置高效化水平的指标，由专家打分，选取分数最高的两项作为反映能源配置高效化水平的核心指标；核心指标具体包括：单位gdp能耗，单位gdp电耗。在步骤4)中，所述的依据上述核心指标与调取的能源数据对能源变革发展水平进行评价，确定出能源变革发展指数的步骤如下：步骤4.1)采用层次分析法确定步骤1)中各分项指标与步骤2)中各核心指标的权重，步骤如下：4.1a、将所有核心指标两两相互比较，得出针对上一级某一分项指标的相对重要性，采用1-9标度法构建判断矩阵b；4.1b：对判断矩阵进行层次单排序及一致性检验层次单排序可归结为计算判断矩阵的特征根和特征向量问题，即对判断矩阵b，计算满足bw＝λmaxw的最大特征根λmax和特征向量w，而特征向量w的分量wi即是第i个分项指标的相对权重；为了检验判断矩阵一致性，需要计算一致性指标ci＝(λmax-n)/(n-1)，n是判断矩阵的阶数，一致性指标ci＝0时判断矩阵具有完全一致性，一致性指标ci越大，一致性越差；为了检验判断矩阵是否具有良好一致性，需要将一致性指标ci与平均随机一致性指标ri进行比较，记作cr＝ci/ri，当cr＜0.1时，判断矩阵具有良好一致性，否则就要对判断矩阵进行调整；4.1c计算核心指标相对权重4.1b中计算出的各分项指标的相对权重为：式中代表对应第x个分项指标的相对权重，x＝1,2,3,4；各分项指标对应的核心指标相对于同一分项指标的相对权重分别是：式中，代表表示第x项分项指标中第i个核心指标相对于同一分项指标的相对权重，x＝1,2,3,4，i＝1,2；则每个核心指标相对于其它所有核心指标的相对权重为：式中，wxi是第x项分项指标对应的第i个核心指标相对于其它所有核心指标的相对权重，x＝1,2,3,4，i＝1,2；步骤4.2)根据能源变革发展要求，从步骤3)调取的能源数据中选取步骤2)中能源数据评价体系中分项指标的各个核心指标的参考值，然后对参考值进行归一化处理：当核心指标数据越大越好时，当核心指标数据越小越好时，si是某个核心指标的参考值；bi是某个核心指标的现状值，min是所选城市该核心指标中的最小值除以1.05；max是所选城市该核心指标中的最大值乘以1.05，当所选的城市为一个时，min即为其自身除以1.05，max即为其自身乘以1.05；步骤4.3)依据步骤4.1)中的相对权重和步骤4.2)中各核心指标归一化后的值加权计算各分项指标发展水平，称为能源变革分项发展指数，计算公式如下：其中，ax为第x项能源变革分项发展指数；bxi是步骤4.2)中第x项分项指标中第i项核心指标归一化后的值；wxi是该核心指标的权重；m为该分项指标所包含的核心指标的项数，在此取m＝2，x＝1,2,3,4，i＝1,2；步骤4.4)根据步骤4.3)中各能源变革分项发展指数加权计算能源变革发展指数，用于描述城市能源变革总体水平，计算公式如下：其中：di为能源变革发展指数，ax是步骤4.3)中第x项能源变革分项发展指数；是第x项分项指标的相对权重；u是该分项指标的总项数，在此，u＝4，x＝1,2,3,4。本发明提供的城市能源数据管理与运行监测方法具有如下有益效果：能够比较全面地挖掘能源数据类型，构建完整的能源数据管理体系，并且可以根据能源部门的需要在应用层增加其功能。进而，以建设国际能源典范城市为目标，给出能客观评价城市能源发展状况的量化指标体系，为城市能源变革提供合理的规划建议。附图说明图1为本发明提供的城市能源数据管理与运行监测方法流程图。图2为本发明提供的能源数据管理系统结构示意图。图3为2013-2016年某市能源变革分项发展指数变化情况。图4为2013-2016年某市能源变革发展指数变化情况。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明提供的城市能源数据管理与运行监测方法进行详细说明。如图1所示，本发明提供的城市能源数据管理与运行监测方法包括按顺序进行的下列步骤：步骤1)、根据国际能源变革发展典范城市要求，建立城市能源数据运行监测体系，包括能源数据管理系统与能源数据评价体系：所述的国际能源变革发展典范城市指符合“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念的新型城市，要求能源消费清洁高效，能源管理平台智能开放。所述的能源数据管理体系包括数据采集模块、数据存储模块和数据应用模块；其中数据采集模块用于采集城市能源数据，根据能源数据来源不同，采集的数据包括能源类数据与社会经济类数据，能源类数据具体包括：a电力数据，b煤炭数据，c燃油数据，d天然气数据；社会经济类数据具体包括：a社会数据，b经济数据，c政策法规数据；数据存储模块对数据采集模块上传的城市能源数据进行分类存储；数据应用模块根据能源企业或者政府部门应用需求从数据存储模块中调用城市能源数据，并进行分析计算，用于对城市能源变革发展水平进行评价；能源数据评价体系具体包括以下4个分项指标：a供应清洁化水平指标，b消费电气化水平指标，c服务智慧化水平指标，d利用高效化水平指标；步骤2)、对步骤1)中能源数据评价体系中各分项指标进行分析，确定每个分项指标的核心指标；步骤3)、依据步骤2)中每个分项指标的核心指标的含义，从能源数据管理体系的数据存储模块中调取所需要的能源数据；面向国际能源变革发展典范城市需求，需要调取的能源数据包括城乡居民年生活用电量、全社会年用电总量、能源服务平台共享率、智能电表覆盖率、年耗能总量、年清洁能源消费量、二氧化碳排放总量、城市gdp总量、城市年耗电总量和终端能源消费总量，用于计算核心指标值；步骤4)、依据上述核心指标与调取的能源数据对能源变革发展水平进行评价，确定出能源变革发展指数。在步骤2)中，所述的对步骤1)中能源数据评价体系中各分项指标进行分析，确定每个分项指标的核心指标的步骤如下：步骤2.1)列出能反映能源供应清洁化水平的指标，由专家打分，选取分数最高的两项作为反映能源供应清洁化水平的核心指标；在本发明中，核心指标具体包括：清洁能源消费量占能源消费比例，单位gdp二氧化碳排放量；步骤2.2)列出能反映能源消费电气化水平的指标，由专家打分，选取分数最高的两项作为反映能源消费电气化水平的核心指标；在本发明中，核心指标具体包括：电能占终端能源消费比例，城乡居民生活用电占电能消耗比重；步骤2.3)列出能反映能源服务智慧化水平的指标，由专家打分，选取分数最高的两项作为反映能源服务智慧化水平的核心指标；在本发明中，核心指标具体包括：能源服务平台共享率，智能电表覆盖率；步骤2.4)列出能反映能源配置高效化水平的指标，由专家打分，选取分数最高的两项作为反映能源配置高效化水平的核心指标；在本发明中，核心指标具体包括：单位gdp能耗，单位gdp电耗；在步骤4)中，所述的依据上述核心指标与调取的能源数据对能源变革发展水平进行评价，确定出能源变革发展指数的步骤如下：步骤4.1)采用层次分析法确定步骤1)中各分项指标与步骤2)中各核心指标的权重，步骤如下：4.1a、将所有核心指标两两相互比较，得出针对上一级某一分项指标的相对重要性，采用1-9标度法构建判断矩阵b。其中，1-9标度的含义如表1所示：表1判断矩阵标度标度标度解释1ai和aj同等重要3ai比aj稍显重要5ai比aj明显重要7ai比aj非常重要9ai比aj极其重要2,4,6,8上述判断标准的中间值aji＝1/aijai比aj不重要程度4.1b：对判断矩阵进行层次单排序及一致性检验层次单排序是指根据判断矩阵计算对于上一级某一指标而言该级与其有联系的各指标重要性次序的权重。层次单排序可归结为计算判断矩阵的特征根和特征向量问题，即对判断矩阵b，计算满足bw＝λmaxw的最大特征根λmax和特征向量w，而特征向量w的分量wi即是第i个分项指标的相对权重。为了检验判断矩阵一致性，需要计算一致性指标ci＝(λmax-n)/(n-1)，n是判断矩阵的阶数，一致性指标ci＝0时判断矩阵具有完全一致性，一致性指标ci越大，一致性越差。为了检验判断矩阵是否具有良好一致性，需要将一致性指标ci与平均随机一致性指标ri进行比较，记作cr＝ci/ri，当cr＜0.1时，判断矩阵具有良好一致性，否则就要对判断矩阵进行调整。1-9阶判断矩阵的平均随机一致性指标ri如表2所示：表21-9阶判断矩阵的平均随机一致性指标ri阶数123456789ri000.580.91.121.241.321.411.454.1c计算核心指标相对权重4.1b中计算出的各分项指标(供应清洁化水平指标，消费电气化水平指标，服务智慧化水平指标，利用高效化水平指标)的相对权重为：式中代表对应第x个分项指标的相对权重，x＝1,2,3,4。各分项指标对应的核心指标相对于同一分项指标的相对权重分别是：式中，代表表示第x项分项指标中第i个核心指标相对于同一分项指标的相对权重，x＝1,2,3,4，i＝1,2。则每个核心指标相对于其它所有核心指标的相对权重为：式中，wxi是第x项分项指标对应的第i个核心指标相对于其它所有核心指标的相对权重，x＝1,2,3,4，i＝1,2。步骤4.2)根据能源变革发展要求，从步骤3)调取的能源数据中选取步骤2)中能源数据评价体系中分项指标的各个核心指标的参考值。具体来说，参考值反映了该核心指标在国内外达到的较高水平，然后对参考值进行归一化处理：当核心指标数据越大越好时，当核心指标数据越小越好时，si是某个核心指标的参考值；bi是某个核心指标的现状值，min是所选城市该核心指标中的最小值除以1.05；max是所选城市该核心指标中的最大值乘以1.05(当所选的城市为一个时，min即为其自身除以1.05，max即为其自身乘以1.05)。步骤4.3)依据步骤4.1)中的相对权重和步骤4.2)中各核心指标归一化后的值加权计算各分项指标发展水平，称为能源变革分项发展指数，计算公式如下：其中，ax为第x项能源变革分项发展指数；bxi是步骤4.2)中第x项分项指标中第i项核心指标归一化后的值；wxi是该核心指标的权重；m为该分项指标所包含的核心指标的项数，在此取m＝2，x＝1,2,3,4，i＝1,2。步骤4.4)根据步骤4.3)中各能源变革分项发展指数加权计算能源变革发展指数，用于描述城市能源变革总体水平，计算公式如下：其中：di为能源变革发展指数，ax是步骤4.3)中第x项能源变革分项发展指数；是第x项分项指标的相对权重；u是该分项指标的总项数，在此，u＝4，x＝1,2,3,4。具体实施例下面结合实例对本发明作进一步的详细说明。利用本发明方法对某市2013-2016年能源变革发展情况进行分析。步骤1)建立能源数据运行监测体系，该体系包括：包含数据采集模块、数据存储模块和数据应用模块的能源数据管理系统，考察能源供应清洁化水平、能源消费电气化水平、能源服务智慧化水平与能源配置高效化水平的能源数据评价体系。步骤2)确定各分项指标的核心指标步骤2.1)列出能反映能源供应清洁化水平的指标，由专家打分，选取得分最高的两项作为反映能源供应清洁化水平的核心指标，如表3所示。表3能源供应清洁化水平指标打分结果由表3可知，该核心指标包括：清洁能源消费量占能源消费比例，单位gdp二氧化碳排放量。具体来说：清洁能源消费量占能源消费比例＝年清洁能源消费量/年耗能总量单位gdp二氧化碳排放量＝二氧化碳排放总量/城市gdp总量步骤2.2)列出能反映能源消费电气化水平的指标，由专家打分，选取分数最高的两项作为反映能源消费电气化水平的核心指标，如表4所示。表4能源消费电气化水平指标打分结果由表4可知，该核心指标包括：电能占终端能源消费比例，城乡居民生活用电占电能消耗比重。具体来说：电能占终端能源消费比例＝城市年耗电总量/终端能源消费总量城乡居民生活用电占电能消耗比重＝城乡居民年生活用电量/全社会年用电总量步骤2.3)列出能反映能源服务智慧化水平的指标，由专家打分，选取分数最高的两项作为反映能源服务智慧化水平的核心指标，如表5所示。表5能源服务智慧化水平指标打分结果由表5可知，该核心指标包括：能源服务平台共享率，智能电表覆盖率，这两个指标可以查询电力企业或相关部门数据得到。步骤2.4)列出能反映能源配置高效化水平的指标，由专家打分，选取分数最高的两项作为反映能源配置高效化水平的核心指标，如表6所示。表6能源配置高效化水平指标打分结果由表6可知，该核心指标包括：单位gdp能耗，单位gdp电耗。具体来说：单位gdp能耗＝终端能源消费总量/城市gdp总量单位gdp电耗＝城市年耗电总量/城市gdp总量步骤3)依据步骤2)中能源数据评价体系中各分项指标对应的核心指标的含义，从能源数据管理系统的数据存储模块中调取所需要的数据，包括城乡居民年生活用电量，全社会年用电总量，能源服务平台共享率，智能电表覆盖率，年耗能总量，年清洁能源消费量，二氧化碳排放总量，城市gdp总量，城市年耗电总量，终端能源消费总量，用于计算核心指标值。步骤4)依据评价指标与调取的能源数据对能源变革发展水平进行评价，确定能源变革发展指数的步骤如下：步骤4.1)采用层次分析法确定步骤1)与步骤2)中能源数据评价体系中各指标的权重。权重结果如表7所示。表7能源数据评价体系中各指标的权重步骤4.2)根据能源变革发展要求，从步骤3)中调取的能源数据中选取步骤2)中能源数据评价体系中分项指标各个核心指标的参考值，如表8所示。表8核心指标参考值然后对参考值进行归一化处理，得到某市2013-2016年各核心指标归一化后数据，如表9所示。表9某市2013-2016各核心指标归一化数据步骤4.3)评价各分项指标发展水平：依据步骤4.2)中各核心指标归一化后的值加权计算各分项指标发展水平，称为能源变革分项发展指数。图3是2013-2016年某市能源变革分项发展指数变化情况。可以看出，该城市2013-2016年能源服务智慧化水平不断提高，能源供应清洁化水平与能源消费电气化水平保持基本稳定，但能源配置高效化水平由于单位gdp能耗与单位gdp电耗不断提高而下降，所以该城市应该着力提高能源配置高效化水平。步骤4.4)评价城市能源变革总体发展水平，计算能源变革发展指数。图4是2013-2016年某市能源变革发展指数变化情况。可以看出，该城市能源变革发展指数不断上升，说明城市能源发展水平在不断提高。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。本发明提供的对城市能源数据进行管理与监控的方法，以城市能源数据管理系统为基础，通过选取评价指标，建立能源数据评价体系，能够比较全面地挖掘能源数据类型。本发明可以根据能源部门的需要在应用层增加其功能。本发明以建设国际能源典范城市为目标，给出能客观评价城市能源发展状况的量化指标体系，为城市能源变革提供合理的规划建议。当前第1页12