有序用電管理終端設計與應用分析

薛松寒

（國網鹽城供電公司，江蘇 鹽城 224000）

有序用電管理的終極目的，就是通過對電網的電能、電量等參數的變化，對電網的運行狀況進行預測，從而實現對用電的管理，降低電網在高峰時段的用電需求。實現了地區、時段的電力平衡，實現了電力供應與電力需求的平衡。而這就需要收集和分析大量的基礎信息，提前分析突發事件和計劃。因此，要想有序地用電，必須要有一個高效的數據收集系統，要有一個完整的數據庫、數據處理中心和調度系統。除上述技術要求外，各供電公司和相關部門應當設立專門的工作小組、監督小組，定期開展隨機抽樣，確保用電有序進行。

1 系統需求分析

1.1 業務需求

有序用電管理平臺以用戶電力信息采集系統為核心，主要包括終端管理、遠程自動抄表、有序用電和電力信息檔案處理等。一是終端設備的安裝、終端設備的定期檢查、終端設備的維護和替換。遠程抄表必須完成用戶的電表采集服務的全生命周期，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整電力系統的重大規劃文件、電力用戶信息的變化等。二是對變化的數據進行適時公布，以便其他部門利用。

由于現場終端設備龐大，數據收集過程十分繁瑣，因此產生了許多“無效”的信息，若不能將其剔除，將會對以后的數據產生一定的干擾，使某些企業難以開展工作。為實現多種業務的高效傳輸，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數據篩選系統，參考歷史數據，采用數據品質編碼等技術方法，對電力負荷、突發事件等數據進行合理性和科學性的分析，篩選出有用的數據，并將這些數據過濾出來，然后面向各種業務應用。在此基礎上，需要啟動已設定的異常數據處理流程，并自動生成異常數據的工作表，由相關人員對其進行檢查和維護。

目前的設備由于技術條件的局限性（例如低電壓載波模塊的通信延遲），對不同的應用環境有不同的要求，因此，有些終端數據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、巡測和常規采集。當系統在進行數據收集時，不會對某個終端設置具體的工作，只會在設置時對其進行定義。其次，依據終端類型，確定其與終端的工作狀態。在各種采集工作中，在終端機的調試過程中，要有選擇地把所需完成的工作交給終端機，而其他3項任務由于預先設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工作的終端進行刪除操作。

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

（2）終端管理。一般的終端設備安裝都是由電力監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，再將安裝回執單發送到客戶處。之后，技術人員對終端設備的參數進行配置，并進行簡單的電源測試。但是實際操作中，設備的安裝和參數的設定是同步的，既節約了時間，又增加了工作效率。在維修和更換終端設備時，必須將終端的工作參數與無故障終端的工作參數進行對比，從而判斷是否需要維修、更換。

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

（4）系統的管理。系統的管理是針對系統的權限問題，實行分級的權限管理。此外，還包括了系統各種參數的設定、日常工作設定、系統操作紀錄等相關的管理。

（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，以確定是管理員或者相關用戶在操作，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，完成抄表數據的傳遞，并依據用戶抄表要求，指定抄表數據范圍、數據類型等，并依據抄表的實際狀況進行數據傳送。對所需要的數據進行數據的查詢實現數據的自動化處理。針對特定客戶的特定條件，應按特定客戶的需求，進行細致的剖析。

（7）數據的查詢和分析。數據查詢包含了一天內的全部數據、電力數據、各種曲線數據、各種圖表、項目數據和其他應用軟件的數據。通過使用不同的測量點、特定的時間等條件，對所需的數據進行過濾，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的運行狀況進行實時監控，如果出現不正常的狀況，可以在一定的條件下自行處理，并向有關部門通報。在這個程序中，對原異常的數據進行了處理，對處理后的數據進行了記錄，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的單一終端控制方式變成多個終端，比如PC、手機。當然，為了安全起見，還須開發相應的APP，特殊地保護插件也是必須的。

1.3 資料需求

現有的信息收集系統已經運行了15年，積累了大量的信息，包括終端、用戶、電網故障信息、組織管理部門的信息及用戶信息系統。目前運行的各種負載管理終端已經超過了2萬臺，電力信息采集終端的數量已經超過了1萬臺，各變電站的集中器也超過了2.2萬臺，終端設備超過了6萬臺和數以百萬計的數據和資料。

為了保障平臺的正常運行，要求所收集的資料必須具有準確性、無冗余性和完整性。數據的準確性是指設備檔案、電力用戶檔案、配電網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場數據保持一致，保證其準確性。數據的無冗余性（有效性）是指在完成清理和遷移操作后，能夠將數據轉換成可供使用者利用的各個資料之間的邏輯關系正確、有效，業務上所涉及的參數資料能夠達到業務需求，而且不會產生過多的資料。數據的完整性是指：首先，用戶的電力數據收集數據庫要能夠適應多種需求，能夠完整地覆蓋各類規范的數據；其次，要確保各類檔案數據項齊全，電力信息采集項齊全，各類數據之間的邏輯關系完整，確保系統的業務運作。

在數據清除與移植過程中，需要建立一套可靠、安全、經濟及完整的數據清除與移植計劃，并對數據的清除與移植工作進行嚴密的規范。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絡中。該系統能夠準確、高效、完整地獲取各種系統的各種數據。

1.4 平臺的設計要求

（1）合理的數據處理。設計平臺應充分考慮電力行業的海量信息的處理狀況，合理科學地設計各種電力資源的存儲和分析策略，以提高電力系統的處理效率和運行速度。

（2）通信模式的合理性。盡管目前電力網中有許多種通信方法，例如光纖專用網、電力線載波、以太網、230 MHz專網和GPRS等。這些通信方法有各自的局限性和缺陷，因此，在設計平臺時，必須根據實際情況，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，保證系統的高效運轉。

（3）平臺的設計是合理的。由于各用戶對電能的需求和復雜程度的差異，各供電公司對用戶的電能數據的處理方法和特殊的要求也不盡相同。在實際業務需求和用戶用電情況下，要把實際業務要求和系統的開發相融合，同時還要根據實際業務要求，對所處的場地進行適當的分區，并對所提供的設備進行合理的分配。在計算了開發費用后，系統的開發過程中，不能對現有的系統進行大量的修改。

（4）安全性。在能源網絡中，電網是一個非常關鍵的環節，其平臺的設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，因此，該平臺必須考慮到電力信息的收集和保護，設計出科學、高效的安全保護方案。制定科學、高效的數據庫、服務器和通信實施方案，確保平臺安全。

2 設計應遵循的原則

2.1 目標明確

電力網絡中的各類電力系統種類繁多，且較為復雜，但目前還沒有針對電力調度的具體要求，單純采用原有的電力調度方法，流程復雜。其要查詢多個系統，多次登陸，并在不同的系統中使用不同的功能接口來獲取不同的數據。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，也無法滿足監管的要求。基于電力信息采集系統的新型電力市場秩序及用電管理平臺，設計應結合現有的信息系統，利用最新的計算機技術，根據客戶的需要，具有針對性。

2.2 可擴充性

隨著網絡技術的不斷發展和更新，一些新技術在電力系統中的應用，必須把現有的設備和技術與新技術結合起來，從而使其在未來的發展和升級中具有一定的空間。也就是說，平臺的設計須具有擴展性，這也是現實中的需求。

2.3 公開透明

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

2.4 統一標準

要實現系統的順利開發和大規模的普及，必須在平臺的設計上實現統一的技術標準、相同的業務功能、專門的組織發放。

2.5 操作方便

本平臺在設計時，充分考慮了用戶的需求，采用了最快速的數據處理方法，人機交互界面采用了人性化的設計，具有很好的直觀性，便于使用者的閱讀。該系統具有可視化的導航功能，可以方便地進行監控、查詢、統計分析等操作。此外，該平臺還充分運用了HTML5、CSS和JS等網頁開發技術，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 總設計方案

3.1 平臺的邏輯結構

由圖1可知，平臺監控、查詢、統計分析和編輯等均建立在資料庫基礎之上，而邏輯上則只包含資料庫。其他諸如電力調度、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。手機短消息平臺，則是通過GPRS與數據庫通信。電力調度系統、市場營銷系統、評估系統和電力用戶信息收集系統將該信息傳送給電力系統，通過該界面將要求傳送到電力系統，經分析和處理后，根據制定的電力調度計劃，向相關系統下達指令。完成電力系統中的信息數據交互，并對電力系統進行有序的管理。

圖1 系統的邏輯結構

3.2 平臺的實體結構

該系統采用了分布式和集中的方法，針對用戶的電力數據采集模塊，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；系統采用了集中式的方法，將收集到的數據交給當地的供電公司進行處理。然后，各地的供電公司將這些數據上報給上級公司。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 系統的實體結構

系統主站層提出了一個獨立的系統控制中心，其采用了先進的防火墻技術，與其他應用系統、移動公網的通信通道進行了隔離，以保證系統的信息安全。通信層是指無線公用網GPRS/WCDMA、電力專用網、230 MHz專用網和專用光纖信道等。傳統的通信手段無法適應配電網的建設和發展，而單一的通信方式也有其局限性，因此在實際應用中，必須同時采用多種技術，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，其相關的設備包括智能電表、集線器等。

3.3 平臺的軟件體系結構

為進一步增強平臺的可靠性、安全性、實時性和擴展性，本文采用了標準的、流行的NET技術構建了平臺的軟件體系結構。

在軟件體系結構中，表現層的作用是使系統與使用者互動，并為使用者提供了一個清楚的視窗，以及一個標準的商業應用程序接口。在此基礎上，使用了B/S客戶端，并利用WEB技術對接口進行了優化，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。

應用層又叫服務層，是主站的核心。根據平臺的實際應用特點，將其分為2大類，即外部界面和服務子界面。外部接口是指電力系統與市場系統、調度系統、用戶電力信息采集系統和綜合評價系統等系統的信息傳輸接口，并根據系統的特定需要，采用相應的接口方式實現信息的傳輸。其中，數據管理、運行維護、綜合應用等是業務子級的重要組成部分，其目的是管理和維護系統的內部數據，以確保系統的高效運行。

在服務層，不僅可以為系統提供一般的業務和安全服務，還可以為應用層提供特殊的業務邏輯服務。包括信息、權限、數據查詢、信息報表及其他與實現該系統功能相關的業務。

數據層是對數據進行匯總、分析、存儲和存取等，并通過建立關系式數據庫來對數據進行管理。

4 結束語

文章重點闡述了電力系統中的業務、功能、數據和平臺設計，闡述了平臺設計中應遵循的基本原理，并給出了平臺總體設計方案，包括邏輯、實體和軟件等結構，實現了有序用電管理終端的應用。