葛磊蛟，王守相，張 明，穆世霞

（1.天津大學(xué) 智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；2.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院北京科東電力系統(tǒng)控制有限公司，北京 100092）

0 引言

當(dāng)前智能電網(wǎng)已將用電信息采集系統(tǒng)、營(yíng)銷管理系統(tǒng)等信息化平臺(tái)廣泛應(yīng)用于智能用電框架建設(shè)中，自動(dòng)化、智能化、互動(dòng)化的智能用電也已經(jīng)在一些示范工程中實(shí)施，并取得了很多顯著成果。但仍有一些電力用戶尚未安裝分項(xiàng)電量計(jì)量表計(jì)，對(duì)用電量的統(tǒng)計(jì)基本依靠傳統(tǒng)的人工抄報(bào)方式，對(duì)電能的消費(fèi)統(tǒng)計(jì)依賴于電力公司定期發(fā)送的電費(fèi)單據(jù)，用電管理方式粗放，用電管理模式比較落后。另外，具備用電設(shè)備能耗評(píng)價(jià)、評(píng)估指標(biāo)體系的高級(jí)用電管理分析工具，大多處在理論研究階段，未有相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用；隨著用戶側(cè)分布式電源、微電網(wǎng)以及電動(dòng)汽車等的大規(guī)模接入，當(dāng)前的用戶用能管理與服務(wù)相關(guān)平臺(tái)，在互動(dòng)性、實(shí)時(shí)性、可靠性等方面無(wú)法滿足電力用戶的多元化、全方位用能管理服務(wù)需求。

總體而言，當(dāng)前用戶用電服務(wù)管理存在不足之處，主要體現(xiàn)為：各個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)與電力用戶間沒(méi)有充分的互動(dòng)，其功能有待進(jìn)一步完善，相關(guān)專業(yè)信息系統(tǒng)間的全面數(shù)據(jù)共享尚未實(shí)現(xiàn)，無(wú)法適應(yīng)智能用電的全部需求，政策支撐條件不夠穩(wěn)定；對(duì)客戶獨(dú)立服務(wù)需求的響應(yīng)較差，服務(wù)內(nèi)容有待進(jìn)一步拓展，互動(dòng)性不足，有待進(jìn)一步豐富。

近年來(lái)，電力行業(yè)也開(kāi)展了有序用電預(yù)案科學(xué)編制以及實(shí)施工作。部分單位和政府合作，推進(jìn)各種激勵(lì)措施，實(shí)現(xiàn)客戶避峰。許多公司試行了綠色電力認(rèn)購(gòu)機(jī)制，采用電動(dòng)汽車等電能替代技術(shù)，充分利用新能源優(yōu)勢(shì)，將電能在終端能源消費(fèi)中的比重進(jìn)一步提升。電力企業(yè)也開(kāi)展了多種收費(fèi)方式的應(yīng)用，制定了許多工作標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)規(guī)范，啟動(dòng)了95598電話服務(wù)熱線以及網(wǎng)上營(yíng)業(yè)廳標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)工作，實(shí)現(xiàn)了管理模式、業(yè)務(wù)功能和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，開(kāi)展了多項(xiàng)個(gè)性化以及增值服務(wù)的研究，服務(wù)電力用戶用能管理。但由于缺乏智能用電體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)，諸多業(yè)務(wù)均遇到應(yīng)用瓶頸。

國(guó)內(nèi)的電力專家和學(xué)者對(duì)相關(guān)應(yīng)用瓶頸問(wèn)題提出了一些可行的解決方法。文獻(xiàn)[1]提出將光伏等清潔能源有序并網(wǎng)、電動(dòng)汽車有序充電技術(shù)應(yīng)用于居民小區(qū)，為其提供快捷方便的自助用電服務(wù)，實(shí)現(xiàn)多種供用電信息的服務(wù)及管理；文獻(xiàn)[2]提出在高級(jí)量測(cè)體系下，以智能用電技術(shù)體系架構(gòu)為總線，以智能用電雙向互動(dòng)技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)靈活互動(dòng)的智能用電服務(wù)；文獻(xiàn)[3-5]提出智能用電體系下，相關(guān)的接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和體系，提高系統(tǒng)平臺(tái)的接入一致性；文獻(xiàn)[6-9]提出智能用電相關(guān)的運(yùn)營(yíng)和服務(wù)模式，指出智能用電的運(yùn)行和管理方式；但是關(guān)于用戶用能管理的用能監(jiān)察、用能指導(dǎo)方面涉及較少。

通過(guò)提升用戶用能管理服務(wù)能力，建立典型電力用戶用能設(shè)備能耗監(jiān)測(cè)、分析模型，為電力用戶提供不同用能范疇（用能設(shè)備、單元及整體）的能效分析服務(wù)，使電力用戶提高能效、合理用能，提高用電營(yíng)銷管理與服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定可靠的電力供需，保障社會(huì)用電秩序。構(gòu)建社會(huì)公共服務(wù)平臺(tái)，轉(zhuǎn)變電力服務(wù)發(fā)展方式，為電力用戶用電管理提供支持，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)跨系統(tǒng)的用電服務(wù)業(yè)務(wù)集成和知識(shí)信息共享、部署規(guī)劃，支持用戶用能管理與服務(wù)互動(dòng)等高級(jí)業(yè)務(wù)需求，提升電力企業(yè)在推進(jìn)能源資源優(yōu)化配置中的作用，已經(jīng)成為一個(gè)共識(shí)，開(kāi)展智能用電條件下用戶用能管理與服務(wù)平臺(tái)的研究是未來(lái)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[10-17]。

本文從系統(tǒng)架構(gòu)、軟件架構(gòu)、系統(tǒng)安全、政策適應(yīng)性等方面對(duì)用戶用能管理與服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行全面的闡述和研究。

1 系統(tǒng)架構(gòu)及功能

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

用戶用能管理與服務(wù)平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)主要分為設(shè)備層、通信層和主站層3層，其架構(gòu)如圖1所示。

圖1 用戶用能管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 System architecture of power usage management&service platform

主站層是系統(tǒng)架構(gòu)的核心，為用戶管理與服務(wù)平臺(tái)的功能應(yīng)用提供支撐，包括前置層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層3層。其中前置層主要完成通信規(guī)約解析、數(shù)據(jù)預(yù)處理、信息下發(fā)等，主要包括前置機(jī)、負(fù)載均衡機(jī)等；數(shù)據(jù)層主要完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析和管理等，包括網(wǎng)絡(luò)防火墻、安全認(rèn)證服務(wù)器、實(shí)時(shí)／歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、負(fù)載均衡機(jī)等；應(yīng)用層主要完成用電管理以及服務(wù)應(yīng)用，包括系統(tǒng)安全認(rèn)證服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)防火墻、Web服務(wù)器和內(nèi)／外網(wǎng)服務(wù)器等。

通信層是系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的樞紐中心，是系統(tǒng)上傳下發(fā)的通信鏈路，負(fù)責(zé)接收和發(fā)送對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，光纖專網(wǎng)、以太網(wǎng)、GPRS、CDMA、PTSN 和 RS-485是其支持的主要通信方式。

設(shè)備層主要負(fù)責(zé)前端信息的采集、互動(dòng)信息的收發(fā)等，包括傳統(tǒng)采集設(shè)備、IT設(shè)備和系統(tǒng)級(jí)設(shè)備。傳統(tǒng)采集設(shè)備主要有智能終端、采集器等；IT設(shè)備主要包括移動(dòng)終端、手機(jī)、iPad、互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等；系統(tǒng)級(jí)設(shè)備主要包括智能家居、微電網(wǎng)、分布式電源、電動(dòng)汽車充電樁等。

1.2 系統(tǒng)功能

用戶用能管理與服務(wù)平臺(tái)是專業(yè)針對(duì)用戶用能管理的服務(wù)系統(tǒng)，其功能主要包括用電設(shè)備能耗評(píng)估和綜合評(píng)價(jià)子系統(tǒng)、用戶用電監(jiān)察子系統(tǒng)、用戶用電指導(dǎo)子系統(tǒng)、用戶用能管理服務(wù)子系統(tǒng)4個(gè)功能子系統(tǒng)，4個(gè)子系統(tǒng)之間在主站數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、信息交互，為實(shí)現(xiàn)用戶用能管理提供高效、快捷的技術(shù)支持，其功能完全區(qū)別于以對(duì)用戶用電設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化控制為主要目的家庭能量管理系統(tǒng)（HEMS）、以采集用電信息為主要目的的用電信息采集系統(tǒng)和以客服為業(yè)務(wù)主導(dǎo)的95598系統(tǒng)。

a.用電設(shè)備能耗評(píng)估和綜合評(píng)價(jià)子系統(tǒng)如圖2所示。該子系統(tǒng)一方面通過(guò)構(gòu)建用戶用電設(shè)備（設(shè)備級(jí)、裝置級(jí)、系統(tǒng)級(jí)）評(píng)價(jià)模型，以及結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集的用戶設(shè)備的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、諧波等電力數(shù)據(jù)，計(jì)算用電設(shè)備各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)；另一方面根據(jù)預(yù)先設(shè)定的用戶用電設(shè)備評(píng)價(jià)體系，獲得用戶用電設(shè)備的能耗情況報(bào)告和綜合評(píng)價(jià)信息。

圖2 用戶設(shè)備能耗評(píng)估和綜合評(píng)價(jià)子系統(tǒng)Fig.2 User equipment power consumption evaluation and comprehensive evaluation subsystem

b.用戶用電監(jiān)察子系統(tǒng)如圖3所示。該子系統(tǒng)一方面根據(jù)用戶設(shè)備能耗評(píng)估和綜合評(píng)價(jià)結(jié)論，結(jié)合當(dāng)前電力營(yíng)銷的管理需求、策略，以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)等因素，對(duì)用戶的用電情況進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)察，從而評(píng)定用戶用電設(shè)備的優(yōu)、良、中、差等級(jí)分布情況；另一方面結(jié)合用電安全隱患排查以及事故動(dòng)作保護(hù)記錄數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的用電安全分析計(jì)算，達(dá)到監(jiān)察用戶用電設(shè)備的目的。

圖3 用戶用電監(jiān)察子系統(tǒng)Fig.3 Power usage supervisory subsystem

c.用戶用電指導(dǎo)子系統(tǒng)如圖4所示。該子系統(tǒng)一方面根據(jù)對(duì)用戶用電監(jiān)察的結(jié)果，開(kāi)展基于綜合評(píng)價(jià)模型和基于需求響應(yīng)模型的用電指導(dǎo)服務(wù)，與用戶通過(guò)移動(dòng)終端、手機(jī)、iPad、郵件等進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)信息互動(dòng)，對(duì)用戶用電進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)，引導(dǎo)用戶節(jié)電省錢；另一方面在社會(huì)服務(wù)區(qū)域的LED屏幕或者公共信息發(fā)布信息服務(wù)平臺(tái)，將結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的科學(xué)用電方法和生活方法，公示給用戶，引導(dǎo)用戶節(jié)約用電、節(jié)能減排。

圖4 用戶用電指導(dǎo)子系統(tǒng)Fig.4 Power usage guide subsystem

d.用戶用能管理子系統(tǒng)如圖5所示。該子系統(tǒng)一方面與用戶基于網(wǎng)絡(luò)信息共享平臺(tái)或者門戶網(wǎng)站自動(dòng)推送等方式，開(kāi)展主從模式、互動(dòng)模式和服務(wù)模式等多種模式服務(wù)，發(fā)布客戶側(cè)用電安全監(jiān)測(cè)技術(shù)手段、檢測(cè)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法；另一方面支持用戶預(yù)設(shè)定用能計(jì)劃管理，方便用戶的生活需求。

圖5 用戶用能管理子系統(tǒng)Fig.5 Power usage management subsystem

2 軟件架構(gòu)

主站系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖6所示，其主要采用多層體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)理念是使系統(tǒng)具有良好的靈活性、可集成性、可伸縮性、可維護(hù)性，體現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)業(yè)務(wù)變化、技術(shù)變化的適應(yīng)能力，并且對(duì)各種應(yīng)用模式具有很好的支持。

圖6 用戶用能管理與服務(wù)平臺(tái)軟件架構(gòu)Fig.6 Software structure of power usage management&service platform

數(shù)據(jù)訪問(wèn)層主要包括Entity Framework、其他應(yīng)用程序服務(wù)和數(shù)據(jù)實(shí)體三部分，負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，并管理訪問(wèn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)等不同數(shù)據(jù)庫(kù)。

業(yè)務(wù)邏輯層主要包括工作流設(shè)計(jì)器、工作流活動(dòng)、業(yè)務(wù)處理和業(yè)務(wù)實(shí)體四部分，主要負(fù)責(zé)處理系統(tǒng)的核心算法和業(yè)務(wù)。

服務(wù)層主要完成服務(wù)任務(wù)，一方面與業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行數(shù)據(jù)契約式數(shù)據(jù)交互和業(yè)務(wù)集成，另一方面與公共組件和其他應(yīng)用程序進(jìn)行服務(wù)契約式數(shù)據(jù)交互和業(yè)務(wù)集成。

展示層采用 MCV（Models-Controller-View）框架設(shè)計(jì)理念，主要包括頁(yè)面模型（models）、控制器（controller）和視圖（view）三部分，一方面負(fù)責(zé)系統(tǒng)與公共組件的數(shù)據(jù)交互，另一方面使得業(yè)務(wù)邏輯層與系統(tǒng)之間可以有效交互。

公共組件主要包括安全組件、日志組件和公共類庫(kù)，為系統(tǒng)的應(yīng)用提供公共數(shù)據(jù)和應(yīng)用方面的支撐。

3 系統(tǒng)安全

主站系統(tǒng)安全關(guān)系平臺(tái)的順利運(yùn)行和業(yè)務(wù)開(kāi)展至關(guān)重要，需要從全局的角度，進(jìn)行整個(gè)平臺(tái)的安全部署，包括軟件安全和信息安全兩部分。

3.1 軟件安全

為了確保軟件的安全，從以下方面進(jìn)行部署。

a.應(yīng)用軟件訪問(wèn)權(quán)限控制：用戶訪問(wèn)權(quán)限控制、文件安全控制和目錄安全控制。

b.操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)備份；系統(tǒng)軟件配置和應(yīng)用軟件改動(dòng)的備份及記錄文檔。

c.了解各軟件漏洞，并及時(shí)進(jìn)行更新修正。

d.記錄應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的完整技術(shù)文檔和源代碼的詳盡注釋。

3.2 信息安全

為了保障信息數(shù)據(jù)的安全，所采用數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站遵循國(guó)家已公布的相關(guān)規(guī)范條例，建立對(duì)應(yīng)信息安全技術(shù)框架，通過(guò)各種技術(shù)防護(hù)措施或非技術(shù)防護(hù)措施實(shí)現(xiàn)信息安全，主要有以下4個(gè)方面。

a.基礎(chǔ)設(shè)施安全。將完善的網(wǎng)絡(luò)信息安全設(shè)施應(yīng)用于數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，包括用戶信息識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)防火墻、入侵檢測(cè)、病毒防范等信息安全軟硬件系統(tǒng)，并進(jìn)行日常監(jiān)控管理與更新。

b.為確保服務(wù)器的安全，將所有服務(wù)器全部放置在具有防火墻保護(hù)的獨(dú)立網(wǎng)段（中立區(qū)）。

c.系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備建立冗余后備系統(tǒng)。

d.將信息基礎(chǔ)設(shè)備安置在具有較好電磁兼容工作環(huán)境的專用機(jī)房，工作電源具有良好的接地，并具有防磁、防塵、防靜電保護(hù)、防止電磁泄漏等功能。

4 政策適應(yīng)性

節(jié)能減排是用戶用能管理服務(wù)平臺(tái)的重要目標(biāo)，適當(dāng)?shù)恼哐a(bǔ)貼不僅符合國(guó)家的政策規(guī)范，也是其營(yíng)運(yùn)的可靠保障。當(dāng)前，國(guó)家相關(guān)部委對(duì)節(jié)能減排出臺(tái)了許多相應(yīng)的補(bǔ)貼政策，主要有以下幾個(gè)方面。

a.合同能源管理政府補(bǔ)貼。財(cái)政部門按照相關(guān)年節(jié)能量及標(biāo)準(zhǔn)對(duì)合同能源管理項(xiàng)目給予一次性獎(jiǎng)勵(lì)，用以補(bǔ)助相關(guān)支出。

b.節(jié)能產(chǎn)品財(cái)政補(bǔ)貼。采取間接補(bǔ)貼的財(cái)政補(bǔ)貼方式，對(duì)中標(biāo)企業(yè)進(jìn)行相關(guān)補(bǔ)貼，再由中標(biāo)企業(yè)按差價(jià)銷售給終端用戶。

由于用戶用能管理平臺(tái)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、發(fā)布范圍廣等特性，在未來(lái)出臺(tái)法律、法規(guī)等政策性指導(dǎo)意見(jiàn)時(shí)，不僅要對(duì)相應(yīng)的設(shè)備廠家、節(jié)能服務(wù)公司等提出相應(yīng)的補(bǔ)貼政策，還應(yīng)當(dāng)考慮實(shí)際的節(jié)能效果，將節(jié)能補(bǔ)貼落實(shí)到電力用戶端，并通過(guò)用戶用能管理平臺(tái)予以實(shí)現(xiàn)。

5 總結(jié)與展望

用戶用能服務(wù)管理平臺(tái)是一個(gè)基礎(chǔ)性的服務(wù)平臺(tái)，對(duì)于節(jié)能減排、經(jīng)濟(jì)用電具有很重要的作用。本文從系統(tǒng)架構(gòu)、軟件架構(gòu)、信息安全以及政策適用性方面，進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的闡述，對(duì)于用戶服務(wù)相關(guān)的技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用推廣，具有一定的借鑒作用。

同時(shí)，可以將用能管理服務(wù)能力和智能用電互動(dòng)化等方面的研究成果，應(yīng)用在用戶用能管理服務(wù)平臺(tái)上，構(gòu)建電網(wǎng)公司與電力用戶之間電力流、信息流、業(yè)務(wù)流實(shí)時(shí)互動(dòng)，滿足用戶多元化需求，引導(dǎo)用戶合理用電，保障社會(huì)用電秩序，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟(jì)安全的電力供應(yīng)，提高用電營(yíng)銷服務(wù)水平。