有序用電管理終端設(shè)計與應(yīng)用分析

薛松寒

（國網(wǎng)鹽城供電公司，江蘇 鹽城 224000）

有序用電管理的終極目的，就是通過對電網(wǎng)的電能、電量等參數(shù)的變化，對電網(wǎng)的運行狀況進行預(yù)測，從而實現(xiàn)對用電的管理，降低電網(wǎng)在高峰時段的用電需求。實現(xiàn)了地區(qū)、時段的電力平衡，實現(xiàn)了電力供應(yīng)與電力需求的平衡。而這就需要收集和分析大量的基礎(chǔ)信息，提前分析突發(fā)事件和計劃。因此，要想有序地用電，必須要有一個高效的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，要有一個完整的數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)處理中心和調(diào)度系統(tǒng)。除上述技術(shù)要求外，各供電公司和相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)設(shè)立專門的工作小組、監(jiān)督小組，定期開展隨機抽樣，確保用電有序進行。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 業(yè)務(wù)需求

有序用電管理平臺以用戶電力信息采集系統(tǒng)為核心，主要包括終端管理、遠(yuǎn)程自動抄表、有序用電和電力信息檔案處理等。一是終端設(shè)備的安裝、終端設(shè)備的定期檢查、終端設(shè)備的維護和替換。遠(yuǎn)程抄表必須完成用戶的電表采集服務(wù)的全生命周期，其中包括自動抄表投入運行、投運撤銷等；有序用電必須遵循預(yù)先確定的管理方式，對用電實施過程進行整個生命過程管理，包括制定、變更、實施、解除和實施后的影響評估；電力信息的檔案管理主要包括調(diào)整電力系統(tǒng)的重大規(guī)劃文件、電力用戶信息的變化等。二是對變化的數(shù)據(jù)進行適時公布，以便其他部門利用。

由于現(xiàn)場終端設(shè)備龐大，數(shù)據(jù)收集過程十分繁瑣，因此產(chǎn)生了許多“無效”的信息，若不能將其剔除，將會對以后的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定的干擾，使某些企業(yè)難以開展工作。為實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的高效傳輸，主站需要對大量的各類信息進行篩選、加工。這就要求在主站點級建設(shè)數(shù)據(jù)篩選系統(tǒng)，參考?xì)v史數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)品質(zhì)編碼等技術(shù)方法，對電力負(fù)荷、突發(fā)事件等數(shù)據(jù)進行合理性和科學(xué)性的分析，篩選出有用的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)過濾出來，然后面向各種業(yè)務(wù)應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，需要啟動已設(shè)定的異常數(shù)據(jù)處理流程，并自動生成異常數(shù)據(jù)的工作表，由相關(guān)人員對其進行檢查和維護。

目前的設(shè)備由于技術(shù)條件的局限性（例如低電壓載波模塊的通信延遲），對不同的應(yīng)用環(huán)境有不同的要求，因此，有些終端數(shù)據(jù)無法得到有效地獲取，而缺少了一些。再次進行二次采集，若不成功，則需組織有關(guān)人員對過往的歷史資料進行分析，并在用戶的電力信息采集系統(tǒng)中直接對其進行改進。

1.2 功能要求

（1）采集與管理。首先，采集工作分為4類，即定時采集、主動上報、巡測和常規(guī)采集。當(dāng)系統(tǒng)在進行數(shù)據(jù)收集時，不會對某個終端設(shè)置具體的工作，只會在設(shè)置時對其進行定義。其次，依據(jù)終端類型，確定其與終端的工作狀態(tài)。在各種采集工作中，在終端機的調(diào)試過程中，要有選擇地把所需完成的工作交給終端機，而其他3項任務(wù)由于預(yù)先設(shè)定的目的是此類終端機。此外，可以針對某些不要求進行相應(yīng)工作的終端進行刪除操作。

完成定時采集任務(wù)，主動上報任務(wù)，采集終端的電量，完成巡檢任務(wù)，采集終端的實時信息，完成任務(wù)。

（2）終端管理。一般的終端設(shè)備安裝都是由電力監(jiān)控中心的工作人員來完成，然后將其打印出來，再交給施工人員進行安裝，安裝完畢后，再將安裝回執(zhí)單發(fā)送到客戶處。之后，技術(shù)人員對終端設(shè)備的參數(shù)進行配置，并進行簡單的電源測試。但是實際操作中，設(shè)備的安裝和參數(shù)的設(shè)定是同步的，既節(jié)約了時間，又增加了工作效率。在維修和更換終端設(shè)備時，必須將終端的工作參數(shù)與無故障終端的工作參數(shù)進行對比，從而判斷是否需要維修、更換。

（3）負(fù)荷控制。負(fù)荷控制包括負(fù)控計劃定值計算，負(fù)控計劃的原理與實踐效果分析，負(fù)載預(yù)測等。利用負(fù)荷進行有效的利用，是實現(xiàn)電網(wǎng)有序運行的一種主要方法。

（4）系統(tǒng)的管理。系統(tǒng)的管理是針對系統(tǒng)的權(quán)限問題，實行分級的權(quán)限管理。此外，還包括了系統(tǒng)各種參數(shù)的設(shè)定、日常工作設(shè)定、系統(tǒng)操作紀(jì)錄等相關(guān)的管理。

（5）登錄管理。登錄管理包括用戶登錄、用戶保護、找回密碼和修改密碼等功能。在做這些操作的時候，有些地方需要通過手機短信和郵件確認(rèn)，以確定是管理員或者相關(guān)用戶在操作，以防黑客入侵。增強安全體系。

（6）自動抄表。按使用者類型及使用者所需要的資料，將其分成低壓使用者及專變型使用者。二者的作用相同。其主要作用是：利用抄表的接口，完成抄表數(shù)據(jù)的傳遞，并依據(jù)用戶抄表要求，指定抄表數(shù)據(jù)范圍、數(shù)據(jù)類型等，并依據(jù)抄表的實際狀況進行數(shù)據(jù)傳送。對所需要的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)的查詢實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化處理。針對特定客戶的特定條件，應(yīng)按特定客戶的需求，進行細(xì)致的剖析。

（7）數(shù)據(jù)的查詢和分析。數(shù)據(jù)查詢包含了一天內(nèi)的全部數(shù)據(jù)、電力數(shù)據(jù)、各種曲線數(shù)據(jù)、各種圖表、項目數(shù)據(jù)和其他應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)。通過使用不同的測量點、特定的時間等條件，對所需的數(shù)據(jù)進行過濾，最終以表格或圖表的形式顯示，便于用戶使用。

（8）運營管理。運營管理主要是對系統(tǒng)的運行狀況進行實時監(jiān)控，如果出現(xiàn)不正常的狀況，可以在一定的條件下自行處理，并向有關(guān)部門通報。在這個程序中，對原異常的數(shù)據(jù)進行了處理，對處理后的數(shù)據(jù)進行了記錄，便于員工查閱。

（9）多終端智能控制。多終端智能控制是將傳統(tǒng)的單一終端控制方式變成多個終端，比如PC、手機。當(dāng)然，為了安全起見，還須開發(fā)相應(yīng)的APP，特殊地保護插件也是必須的。

1.3 資料需求

現(xiàn)有的信息收集系統(tǒng)已經(jīng)運行了15年，積累了大量的信息，包括終端、用戶、電網(wǎng)故障信息、組織管理部門的信息及用戶信息系統(tǒng)。目前運行的各種負(fù)載管理終端已經(jīng)超過了2萬臺，電力信息采集終端的數(shù)量已經(jīng)超過了1萬臺，各變電站的集中器也超過了2.2萬臺，終端設(shè)備超過了6萬臺和數(shù)以百萬計的數(shù)據(jù)和資料。

為了保障平臺的正常運行，要求所收集的資料必須具有準(zhǔn)確性、無冗余性和完整性。數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是指設(shè)備檔案、電力用戶檔案、配電網(wǎng)檔案等的備份與真實情況相符合，終端運行情況和各類用電信息的收集與用電的現(xiàn)場數(shù)據(jù)保持一致，保證其準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)的無冗余性（有效性）是指在完成清理和遷移操作后，能夠?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可供使用者利用的各個資料之間的邏輯關(guān)系正確、有效，業(yè)務(wù)上所涉及的參數(shù)資料能夠達(dá)到業(yè)務(wù)需求，而且不會產(chǎn)生過多的資料。數(shù)據(jù)的完整性是指：首先，用戶的電力數(shù)據(jù)收集數(shù)據(jù)庫要能夠適應(yīng)多種需求，能夠完整地覆蓋各類規(guī)范的數(shù)據(jù)；其次，要確保各類檔案數(shù)據(jù)項齊全，電力信息采集項齊全，各類數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系完整，確保系統(tǒng)的業(yè)務(wù)運作。

在數(shù)據(jù)清除與移植過程中，需要建立一套可靠、安全、經(jīng)濟及完整的數(shù)據(jù)清除與移植計劃，并對數(shù)據(jù)的清除與移植工作進行嚴(yán)密的規(guī)范。對各種類型的通信問題進行了有效的識別、歸類和改善，最終將其引入到新的通信網(wǎng)絡(luò)中。該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、高效、完整地獲取各種系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)。

1.4 平臺的設(shè)計要求

（1）合理的數(shù)據(jù)處理。設(shè)計平臺應(yīng)充分考慮電力行業(yè)的海量信息的處理狀況，合理科學(xué)地設(shè)計各種電力資源的存儲和分析策略，以提高電力系統(tǒng)的處理效率和運行速度。

（2）通信模式的合理性。盡管目前電力網(wǎng)中有許多種通信方法，例如光纖專用網(wǎng)、電力線載波、以太網(wǎng)、230 MHz專網(wǎng)和GPRS等。這些通信方法有各自的局限性和缺陷，因此，在設(shè)計平臺時，必須根據(jù)實際情況，對通信模式進行合理的分析。合理的通信方法可以有效地傳遞信息，保證系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)。

（3）平臺的設(shè)計是合理的。由于各用戶對電能的需求和復(fù)雜程度的差異，各供電公司對用戶的電能數(shù)據(jù)的處理方法和特殊的要求也不盡相同。在實際業(yè)務(wù)需求和用戶用電情況下，要把實際業(yè)務(wù)要求和系統(tǒng)的開發(fā)相融合，同時還要根據(jù)實際業(yè)務(wù)要求，對所處的場地進行適當(dāng)?shù)姆謪^(qū)，并對所提供的設(shè)備進行合理的分配。在計算了開發(fā)費用后，系統(tǒng)的開發(fā)過程中，不能對現(xiàn)有的系統(tǒng)進行大量的修改。

（4）安全性。在能源網(wǎng)絡(luò)中，電網(wǎng)是一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其平臺的設(shè)計需要考慮電力市場中各種不同的信息，例如電力市場、電力交易等，這些都與電力信息采集和信息安全保護有關(guān)，因此，該平臺必須考慮到電力信息的收集和保護，設(shè)計出科學(xué)、高效的安全保護方案。制定科學(xué)、高效的數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器和通信實施方案，確保平臺安全。

2 設(shè)計應(yīng)遵循的原則

2.1 目標(biāo)明確

電力網(wǎng)絡(luò)中的各類電力系統(tǒng)種類繁多，且較為復(fù)雜，但目前還沒有針對電力調(diào)度的具體要求，單純采用原有的電力調(diào)度方法，流程復(fù)雜。其要查詢多個系統(tǒng)，多次登陸，并在不同的系統(tǒng)中使用不同的功能接口來獲取不同的數(shù)據(jù)。有的還需要進行一些運算，用這樣的方法進行查詢，很難有直觀的效果，也無法滿足監(jiān)管的要求。基于電力信息采集系統(tǒng)的新型電力市場秩序及用電管理平臺，設(shè)計應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有的信息系統(tǒng)，利用最新的計算機技術(shù)，根據(jù)客戶的需要，具有針對性。

2.2 可擴充性

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，一些新技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，必須把現(xiàn)有的設(shè)備和技術(shù)與新技術(shù)結(jié)合起來，從而使其在未來的發(fā)展和升級中具有一定的空間。也就是說，平臺的設(shè)計須具有擴展性，這也是現(xiàn)實中的需求。

2.3 公開透明

為確保有序用電的實施，平臺的設(shè)計將遵循開放、透明的原則。這個平臺的目標(biāo)用戶，不僅包括電力公司的員工，也包括政府部門的管理者，其應(yīng)用范圍很廣，實時顯示出不同的負(fù)載。政府部門的管理者和企業(yè)人員只要擁有一定的權(quán)限就能查詢到相關(guān)的信息，該平臺的透明度高、實時、公開和更有說服力。

2.4 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

要實現(xiàn)系統(tǒng)的順利開發(fā)和大規(guī)模的普及，必須在平臺的設(shè)計上實現(xiàn)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、相同的業(yè)務(wù)功能、專門的組織發(fā)放。

2.5 操作方便

本平臺在設(shè)計時，充分考慮了用戶的需求，采用了最快速的數(shù)據(jù)處理方法，人機交互界面采用了人性化的設(shè)計，具有很好的直觀性，便于使用者的閱讀。該系統(tǒng)具有可視化的導(dǎo)航功能，可以方便地進行監(jiān)控、查詢、統(tǒng)計分析等操作。此外，該平臺還充分運用了HTML5、CSS和JS等網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù)，豐富了顯示效果，并且不需要更新操作界面，從而進一步提升了用戶的使用體驗。

3 總設(shè)計方案

3.1 平臺的邏輯結(jié)構(gòu)

由圖1可知，平臺監(jiān)控、查詢、統(tǒng)計分析和編輯等均建立在資料庫基礎(chǔ)之上，而邏輯上則只包含資料庫。其他諸如電力調(diào)度、電力營銷、用戶電力信息采集和評價等，都是以自身的信息為基礎(chǔ)。手機短消息平臺，則是通過GPRS與數(shù)據(jù)庫通信。電力調(diào)度系統(tǒng)、市場營銷系統(tǒng)、評估系統(tǒng)和電力用戶信息收集系統(tǒng)將該信息傳送給電力系統(tǒng)，通過該界面將要求傳送到電力系統(tǒng)，經(jīng)分析和處理后，根據(jù)制定的電力調(diào)度計劃，向相關(guān)系統(tǒng)下達(dá)指令。完成電力系統(tǒng)中的信息數(shù)據(jù)交互，并對電力系統(tǒng)進行有序的管理。

圖1 系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)

3.2 平臺的實體結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)采用了分布式和集中的方法，針對用戶的電力數(shù)據(jù)采集模塊，即用戶層，充分考慮了用戶的分布特征，如圖2所示。系統(tǒng)采用了分布式方案，各客戶機安裝了1臺電能表，用于記錄和收集用戶的用電情況；系統(tǒng)采用了集中式的方法，將收集到的數(shù)據(jù)交給當(dāng)?shù)氐墓╇姽具M行處理。然后，各地的供電公司將這些數(shù)據(jù)上報給上級公司。上級供電公司把所有的工作和維護工作都分配給各大公司，這比分布式、集中式設(shè)計要好得多，不僅提高了安全性、可靠性，而且便于維護。

圖2 系統(tǒng)的實體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主站層提出了一個獨立的系統(tǒng)控制中心，其采用了先進的防火墻技術(shù)，與其他應(yīng)用系統(tǒng)、移動公網(wǎng)的通信通道進行了隔離，以保證系統(tǒng)的信息安全。通信層是指無線公用網(wǎng)GPRS/WCDMA、電力專用網(wǎng)、230 MHz專用網(wǎng)和專用光纖信道等。傳統(tǒng)的通信手段無法適應(yīng)配電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，而單一的通信方式也有其局限性，因此在實際應(yīng)用中，必須同時采用多種技術(shù)，其中包括寬帶載波型和EPON型光通信。用戶層是指特定的電力用戶的客戶，其相關(guān)的設(shè)備包括智能電表、集線器等。

3.3 平臺的軟件體系結(jié)構(gòu)

為進一步增強平臺的可靠性、安全性、實時性和擴展性，本文采用了標(biāo)準(zhǔn)的、流行的NET技術(shù)構(gòu)建了平臺的軟件體系結(jié)構(gòu)。

在軟件體系結(jié)構(gòu)中，表現(xiàn)層的作用是使系統(tǒng)與使用者互動，并為使用者提供了一個清楚的視窗，以及一個標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)應(yīng)用程序接口。在此基礎(chǔ)上，使用了B/S客戶端，并利用WEB技術(shù)對接口進行了優(yōu)化，使得用戶無需安裝任何軟件即可完成無刷新操作?？梢栽谌魏螘r間、任何地點進行訪問和操作。

應(yīng)用層又叫服務(wù)層，是主站的核心。根據(jù)平臺的實際應(yīng)用特點，將其分為2大類，即外部界面和服務(wù)子界面。外部接口是指電力系統(tǒng)與市場系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、用戶電力信息采集系統(tǒng)和綜合評價系統(tǒng)等系統(tǒng)的信息傳輸接口，并根據(jù)系統(tǒng)的特定需要，采用相應(yīng)的接口方式實現(xiàn)信息的傳輸。其中，數(shù)據(jù)管理、運行維護、綜合應(yīng)用等是業(yè)務(wù)子級的重要組成部分，其目的是管理和維護系統(tǒng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)，以確保系統(tǒng)的高效運行。

在服務(wù)層，不僅可以為系統(tǒng)提供一般的業(yè)務(wù)和安全服務(wù)，還可以為應(yīng)用層提供特殊的業(yè)務(wù)邏輯服務(wù)。包括信息、權(quán)限、數(shù)據(jù)查詢、信息報表及其他與實現(xiàn)該系統(tǒng)功能相關(guān)的業(yè)務(wù)。

數(shù)據(jù)層是對數(shù)據(jù)進行匯總、分析、存儲和存取等，并通過建立關(guān)系式數(shù)據(jù)庫來對數(shù)據(jù)進行管理。

4 結(jié)束語

文章重點闡述了電力系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)、功能、數(shù)據(jù)和平臺設(shè)計，闡述了平臺設(shè)計中應(yīng)遵循的基本原理，并給出了平臺總體設(shè)計方案，包括邏輯、實體和軟件等結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了有序用電管理終端的應(yīng)用。