Энергоэффективность

В процессе обработки и анализа отчетных данных по балансам электрической энергии специалистам приходится сталкиваться с большими объемами информации, представленной, как правило, в табличной форме.
Ранее на страницах «Новостей ЭлектроТехники» Александр Валерьевич Могиленко уже затрагивал вопросы обработки и представления аналитической информации [1, 2].
В настоящей статье автор при помощи разнообразных примеров описывает собственный опыт визуализации данных, реализованный в программах Microsoft Office Excel и Visio.

Александр Могиленко к.т.н., главный эксперт по потерям ОАО «СИБЭКО», г. Новосибирск

БАЛАНСЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Визуализация отчетных данных и аналитической информации

Визуализация, как отмечает в своей книге [3] американский специалист в области статистики Нейтан Яу (Nathan Yau), – это один из лучших способов исследовать большую базу данных и попытаться разобраться в ней.

Зачастую наглядное графическое представление числовой информации позволяет не только провести качественный анализ ее изменения, но и выявить закравшиеся ошибки, понять причины наметившихся тенденций и т.д.

ОБЩАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ

Одним из наиболее наглядных представлений баланса электрической энергии по территории (область, край, республика) является масштабная диаграмма, представленная на рис. 1. Здесь отпуск электроэнергии в сеть принят за 100%, а толщина каждой строки как слева (генерация), так и справа (потребление) определяется долевым отношением соответствующей величины к отпуску в сеть.

Рис. 1. Баланс электрической энергии региона

Кроме того, каждая позиция может содержать численное значение (как в абсолютных, так и в относительных величинах). Диаграмма позволяет получить общее представление о структуре баланса электрической энергии рассматриваемого региона.

Распределение годовой величины любой из составляющих баланса по месяцам можно наглядно представить в виде столбцовой гистограммы в абсолютных значениях (рис. 2 на примере отпуска в сеть) либо в долевом отношении от суммарного показателя в процентах (рис. 3 на примере потерь электроэнергии). Подобное представление такой величины, как, например, потери электроэнергии, позволяет увидеть преобладающую долю зимнего периода в суммарном значении, что соответствует квадратно-пропорциональной зависимости от нагрузки.

Рис. 2. Доли месяцев в годовой величине отпуска электроэнергии в сеть

Рис. 3. Доли месяцев в годовой величине потерь электроэнергии

Немного иное представление помесячного распределения значений показано на рис. 4 на примере приема и выдачи электроэнергии. Одинаковые цвета графиков, но разные типы линий для каждого из двух параметров позволяют не только отследить изменения величин по месяцам, но и сравнить их между собой.

Рис. 4. Динамика изменения приема и выдачи электроэнергии по месяцам

Иногда достаточно наглядное отображение изменения значений параметра по месяцам позволяет получить лепестковая диаграмма. Она приведена на рис. 5 и иллюстрирует выработку электрической энергии. Выделение значений последнего отчетного периода позволяет акцентировать внимание именно на нем. Этот тип диаграмм не следует перегружать большим количеством сравниваемых периодов, иначе теряется наглядность.

Рис. 5. Выработка электроэнергии, млн кВт·ч

На рис. 6 и 7 показан пример возможного отображения полезного отпуска электроэнергии одновременно по двум классификациям: распределение по зонам электросетевых филиалов и группам потребителей. Гистограммы позволяют визуально оценить соотношение групп потребителей между собой и в привязке к зонам электрических сетей.

Рис. 6. Распределение полезного отпуска по зонам сетевых филиалов

Рис. 7. Распределение полезного отпуска по категориям потребителей

К способам общей визуализации можно также отнести масштабную диаграмму балансов электрической энергии в сетях напряжением 220 и 110 кВ с учетом поступления от генерирующих источников, трансформации между сетями и внешними перетоками. Пример такой диаграммы представлен на рис. 8.

Рис. 8. Поступление электроэнергии в сети и трансформация

АНАЛИТИЧЕСКИЕ ДИАГРАММЫ И ГРАФИКИ

Для анализа значений составляющих баланса за месяц весьма наглядным является график, представленный на рис. 9 на примере выработки электроэнергии. Здесь показаны диапазоны минимальных и максимальных для каждого месяца значений за последнее десятилетие, на которые накладывается график для отчетного года. В данном примере видно, что выработка в первом квартале была близка к максимальным значениям, в то время как в четвертом квартале, наоборот, она оказалась минимальной.

Рис. 9. Диапазон изменения выработки электроэнергии за последние 10 лет по месяцам, млн кВт·ч

В продолжение темы сравнения динамики показателей за длительный период, на рис. 10 показан пример визуализации изменения полезного отпуска электроэнергии по основным группам. Такие гистограммы часто используются по причине их простоты и наглядности.

Рис. 10. Изменение полезного отпуска по основным группам потребителей за 10 лет

Более сложные графики представлены на рис. 11. Здесь изменение полезного отпуска (как по группам потребителей, так и суммарного) указано в процентах по сравнению с прошлым годом. Анализ графиков позволяет зафиксировать связанное с экономическим кризисом снижение показателей в 2009 году (кроме группы «население») и их последующее восстановление.

Рис. 11. Изменение полезного отпуска по сравнению с предыдущим годом

Зачастую важным при анализе изменения составляющих баланса является их сравнение со значениями за определенный период.

Например, на рис. 12 показано изменение потерь электрической энергии и отпуска в сеть по отношению к значениям за 2001 г. Графики демонстрируют, что при заметном увеличении отпуска в сеть произошло снижение как абсолютного, так и относительного (приведенного) значения потерь электроэнергии.

Рис. 12. Динамика изменения показателей по отношению к 2001 году, взятому за 100%

В некоторых случаях при анализе может фиксироваться и сам отчетный период, когда значения предыдущих годов сравниваются с ним в сопоставимых условиях. Пример возможного отображения такого анализа представлен на рис. 13 для потерь электроэнергии.

Рис. 13. Изменение потерь электроэнергии в отчетном году по сравнению с предыдущими

Кроме того, иногда фиксировать необходимо и один из промежуточных годов, сравнение с которым позволяет увидеть показательные тенденции. В рассматриваемом примере на рис. 14 проиллюстрировано изменение ряда факторов по сравнению со значениями за 2010 год. Синхронность изменения некоторых величин учитывается при анализе.

Рис. 14. Индексы изменения величин (2008 год принят за 100%)

На рис. 15 технические потери электроэнергии в процентах к значению, рассчитанному при максимальном отпуске в сеть, упорядочены по возрастанию отпуска.

Рис. 15. Изменение технических потерь (за 100% принято значение при максимальном отпуске в сеть)

Графики показывают характерную зависимость, но некоторые точки существенных отклонений явно надопроанализировать на предмет ошибок в расчете потерь либо достоверности исходных данных.

Этот вывод подтверждает еще один график (рис. 16), где приведены абсолютные и относительные значения технических потерь, также упорядоченные по возрастанию отпуска в сеть. Точки выбросов, результаты расчетов в которых должны быть подвергнуты пристальному критическому анализу, здесь заметить довольно просто. Подобные графики можно строить для визуализации зависимости расчетных технических потерь не только компании (филиала) в целом, но и для сетей разных уровней напряжения.

Рис. 16. Технические потери суммарные

Следующие графики (рис. 17) иллюстрируют уже зависимость потерь электроэнергии (абсолютных и относительных), упорядоченных по возрастанию температуры окружающей среды в осенне-зимний период. Пример взят для сетевой компании с высокой долей населения в полезном отпуске. Графики позволяют сделать вывод, что в зоне положительных температур зависимость гораздо слабее, чем в наиболее холодный период, когда резко возрастает потребление (в том числе и по причине подключения электронагревательных устройств в обход приборов учета).

Рис. 17. Зависимость потерь электроэнергии от температуры окружающей среды

В продолжение темы анализа потерь, на рис. 18 показан пример схемы, иллюстрирующей основные причины изменения потерь в отчетный период по сравнению с предыдущим годом. Длины стрелок пропорциональны вкладу каждого фактора, повлиявшего на снижение либо рост потерь. При этом схема позволяет представить как причины снижения потерь, так и причины их роста. Для наглядности пропорциональное соотношение может соблюдаться не только по длине соответствующих стрелок, но и по площади прямоугольников.

Рис. 18. Изменение потерь электроэнергии в отчетном году по сравнению с предыдущим

Для сравнительного анализа итогов деятельности электросетевых филиалов по двум критериям удобно использовать гистограммы с перекрытием (рис. 19). На данном примере видно, что результаты сравнения по экспертной системе, учитывающей целый ряд критериев (подробнее см. в [4]), отличаются от простого сопоставления по величине относительных потерь.

Рис. 19. Сопоставление разных подходов к оценке деятельности за отчетный период

Таким способом целесообразно иллюстрировать важный, но зачастую игнорируемый аспект сравнения разных сетевых компаний: относительная величина потерь электроэнергии (к отпуску в сеть) не позволяет осуществлять корректное сопоставление сетей между собой, если не учитывать объективные влияющие факторы.

Еще один хороший способ визуализации в некоторых случаях представляет собой пузырьковая диаграмма. На рис. 20 показано изменение количества и доли приборов учета электрической энергии с истекшим сроком поверки. Диаграмма позволяет отобразить как количество счетчиков, так и их долю в общей сумме в динамике за выбранный пользователем временной диапазон.

Рис. 20. Доля счетчиков с истекшим сроком госповерки в общем количестве однофазных приборов учета, шт./%

ВЫВОДЫ

Представленные графические примеры дают возможность сделать различные акценты при обработке большого объема всевозможных данных, с которым приходится иметь дело персоналу энергетических компаний, и подчеркнуть некоторые особенности или характерные признаки, незаметные на первый взгляд.

Полноценная визуализация позволяет улучшить качество всестороннего анализа балансов, отдельных их составляющих и связанных с ними показателей.

Кроме того, способы отображения информации, показанные в данной статье на примерах, целесообразно использовать при подготовке отчетных и презентационных материалов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Могиленко А.В. Потери электроэнергии в распредсетях. Особенности анализа информации // Новости ЭлектроТехники. 2008. № 6(54).
2. Могиленко А.В. Нормативы технологических потерь в сетях 0,4–220 кВ // Новости ЭлектроТехники. 2009. № 3(57).
3. Яу Н. Искусство визуализации в бизнесе. Как представить сложную информацию простыми образами. М.: Манн, Иванов и Фербер, 2013.
4. Могиленко А.В. Эффективность электросетевых компаний. Экспертная система сравнения // Новости ЭлектроТехники. 2008. № 2(50).