基于能效分析的雙向互動用電信息服務系統設計

【摘 要】雙向互動是智能電網的重要特征，也是提高客戶滿意度的重要手段，而雙向互動平臺是實現電網與用戶信息互動的一個重要方式。本文提出了一個基于能效分析的雙向互動用電信息服務系統設計，不僅可以為大用戶提供用電能耗分析、電價信息、功率因數分析、負荷分析、用電量等信息顯示功能，而且結合能效互動為用戶提供用電能耗分析和智能用電信息。為了驗證平臺設計方案的可行性，本文中構建了電網與用戶雙向互動系統演示平臺，通過該演示平臺對設計方案進行了功能性模擬。

【關鍵詞】雙向互動平臺；互動式用電；能效分析；J2EE；Web

0.引言

隨著階梯電價和峰谷電價的推行，用戶對用電成本將更加敏感，希望獲得更加及時準確的用電信息，改變用電方式，提高用電效率。用戶對電網公司的服務水平提出了更高要求。然而電網對用戶的服務形式簡單、信息單向，缺乏良好的信息共享機制，不能及時了解用戶需求。而雙向活動系統是改善這一問題的重要手段。

通過雙向互動用電信息服務系統，電力用戶和電網公司之間進行網絡互動和即時連接，實現電力數據實時、高速、雙向的讀取。電網通過該系統鼓勵用戶改變傳統用電方式，引導用戶積極參與電網運行，提高客戶服務水平。用戶根據用電統計信息調整用電模式以提升用能效率，減少用電成本[1，2]。

本文通過對雙向互動用電信息服務系統架構研究，提出了基于能效的雙向互動用電信息服務系統的設計方案。通過該雙向互動系統為用戶提供用電信息分析、家電控制、能效分析等多種雙向互動服務，滿足電力用戶個性化、差異化的服務需求。

1.雙向互動系統總體結構

雙向互動系統是由數據采集系統、通信網絡、數據處理系統、信息發布系統等集成的復雜系統。目的是以計量自動化系統為基礎，依托計量自動化系統的數據分析、統計功能，利用計量自動化系統的交互功能以及其它技術手段為用戶提供雙向互動服務。雙向互動服務系統由主站層、通信層和用戶層三層組成，如圖1。

圖1 雙向互動服務體系框架

1.1主站層

在互動式智能用電通信系統中，電網側主站利用先進的傳感裝置對電力設備的運行狀況進行實時監控并進行數據整合，通過在電力供應高峰時的統一調度來平衡電力供應缺口。

1.2通信層

雙向互動系統的通信網絡分為骨干通信網和接入通信網。骨干通信網主要為后臺業務和信息互動提供鏈路，目前光纖網絡是骨干通信網的主要通信方式；接入通信網主要負責各種業務的“最后一公里”接入，目前智能用電通信網尚未有統一的建設模式。

1.3用戶層

在電網與用戶雙向互動系統中，用戶作為電網的互動對象可對電網分時電價、計劃停電等政策做出快速響應，合理安排電器使用，降低用電高峰時段電網的負荷，參與需求側響應，同時根據用戶各種用電信息的實時采集，電網可以分析以提供最優用電指導，并實時監測系統用電情況、故障信息，對電網的安全、可靠運營提供保障。電網與用戶通過這樣一種調節負荷的互動來提高供電可靠性并削峰填谷，并起到節能環保的作用。

2.具有能效分析功能的雙向互動平臺設計

雙向互動平臺可以在能源供應者與消費者之間建立起一個物理和邏輯上的互動渠道，能為用戶提供更多有價值的用電信息和增值服務。

2.1雙向互動平臺功能設計

雙向互動平臺應為不同類型的用戶提供不同的功能，滿足用戶的多元化、差異化需求[4]。該雙向互動平臺具有以下幾個功能。

2.1.1大用戶功能

大用戶功能包括信息發布、用戶信息、電價信息、全市大用戶信息、用戶高壓負荷信息、用戶低壓負荷信息、用戶用電量信息七個部分。

信息發布功能主要是為用戶提供電網運行情況，包括全市的用電結構、裝機容量、用電狀態和交易電量信息。用戶信息功能為用戶提供基本的注冊信息、用戶內部的用電結構信息和停電通告。電價信息功能用來發布電網的實時電價信息包括動態電價和階梯電價，用戶及時了解電價信息，調整用電方式，節約用電。市大用戶信息包括日負荷特征、月負荷特征、年負荷特征、典型日負荷、平均功率因數等信息，同時提供能耗分析。高壓負荷信息功能為用戶提供用戶內部高壓側的用電情況如負荷特征、負荷率、尖峰負荷時間等信息。低負荷信息功能為用戶提供用戶內部低壓側的用電情況如負荷特征、負荷特性曲線、各機組功率因數、各機組負荷數據等信息。用電量信息包括各月有功電量、無功電量、每日用電詳情、用戶內部所屬電表信息等。

2.1.2居民用戶功能

電網與居民用戶雙向互動系統包括信息發布、用戶信息、電價信息和家庭內部用電詳情匯總。智能用電功能包括用電明細、用電分析、用電建議等功能。智能家居功能具體表現為結合智能網關和智能插座形成的家庭無線局域網，通過智能生活PC 客戶端或移動客戶端實現對家用電器的管理控制。

2.2雙向互動平臺總體結構設計

雙向互動平臺采用主流的基于J2EE的B/S模式結構，包括瀏覽器，Web 服務器，應用服務器，數據庫四層結構，如圖2。

圖2 互動平臺系統結構

采用瀏覽器作為J2EE客戶端。Web 服務器接受從客戶端發來的請求，通過JSP 和Servlet 技術動態生成響應的內容，JSP 或Servlet 可以接著調用運行于應用服務器EJB 容器中的企業JavaBean 進行相應的業務處理和運算。而中間層通過標準的協議訪問企業信息系統層來讀取數據和調用服務。應用服務器執行業務邏輯處理程序與電力信息數據庫交互，對數據進行分析、處理，同時可以通過程序接口調用其它系統如網上支付系統實現功能拓展，最后將邏輯處理結果返回給Web 服務器。雙向互動系統中的數據庫用于存儲處理過的用戶用電信息。

3.雙向互動系統演示平臺

為驗證雙向互動系統設計方案的可行性，本文在MyEclipse平臺上，搭建以Apache Tomcat作為應用服務器，以MySQL作為數據服務器的Web開發平臺，開發了電網與用戶雙向互動系統演示平臺。

3.1平臺框架

演示平臺采用J2EE MVC model2框架，使用JSP實現用戶視圖，JavaBean實現業務邏輯模型，Servlet作為控制器進行設計。其結構如圖3所示。

圖3 MVC model2框架結構

在MVC的架構中，應用程序的界面和業務邏輯等應用程序的其他部分是完全分離的，即可以為同一個模型和控制器選擇不同的界面，也可以對同一個應用程序選擇不同的模型及其數據源，還可以通過修改控制器改變應用程序來響應用戶動作的行為。在演示系統中使用JfreeChart 圖表生成插件，將用戶用電信息做成圖表，使用戶更加直觀的了解自己的用電情況。

3.2 系統功能模塊

3.2.1大用戶雙向互動系統演示平臺

（1）市大用戶能耗統計。

圖4為某市大用戶2012年能耗分析統計。從圖中用戶不僅可以看到當年的用電總量及電費信息，還可以看到谷段、平段、峰段各時段的用電情況以及對應的電費信息。該圖為用戶合理選擇用電時段提供了依據。

圖4 市大用戶能耗

（2）負荷信息。

通過該平臺可查得大用戶高壓側高峰負荷率，反映了高壓側的運行狀況。通過與電網高峰時間對比，分析用戶是否在高峰時期用電。

3.2.2居民用戶雙向互動系統演示平臺

（1）分類電器用電量統計及節電建議。

本功能通過圖表形式為用戶展示各家用電器各時段的用電量和電費情況，根據用電總量和各家電用電的比例為用戶提示一些節能建議。圖5為某用戶2012年12月各類電器的用電情況。

圖5 用戶2012年12月各類電器用電詳情

該雙向互動系統演示平臺通過友好的交互界面，利用圖表的形式形象地向用戶展示了用能統計、電價信息、用電指導、大用戶高壓負荷信息及低壓負荷信息等，同時對于居民用戶實現了智能用電、智能家居等功能。該演示平臺模擬實現了雙向互動系統的功能，即模擬了電網與用戶之間能量、信息的雙向互動。

4.總結

雙向互動用電服務系統作為信息系統開放電網采集的信息，并進行能耗分析、電價發布、用電情況通過以及用戶EMS 等互動服務，并進一步提供節能分析等。本文提出的雙向互動用電信息服務系統設計方案為指導用戶科學用電、節能減排和提高電能使用效率提供了技術手段，該系統使得用戶及時響應電網需求，智能用電，電網能夠引導居民科學合理用電，實現削峰填谷，降低電網運行成本，提高電能使用的經濟性、安全性以及用電效率，從而建立并推廣需求管理以落實節能減排。

【參考文獻】

[1]康超，尚海燕，姚繼明.智能用電小區分層雙向互動體系架構研究[J].中國電力教育，2012， 24：132-133.

[2]趙丙鎮，劉建明，栗寧等.智能用電交互服務中的融合通信技術[J].電力系統通信，2011，32（228）：1-3.

[3]薛晨，黎燦兵，曹一家等.智能電網中的電網友好技術概述及展望[J]電力系統自動化，2011，36（15）：102-105.

[4]梁洪浩，丁國茂，江大川.適應智能電網的用戶互動服務平臺設計研究[J].電測與儀表，2012，49（553）：49-51.

[5]吳劍飛，姚建剛，陳華林等.電力客戶能效狀態模糊綜合評估[J].電力系統保護與控制，2010，38（13）：94-98.