1引言
隨著智能電網(wǎng)研究的不斷深入, 用電客戶與供電企業(yè)之間的交互越來越頻繁, 用戶對用電自主權(quán)、選擇權(quán)和參與權(quán)的渴望越來越迫切, 從而大大提高了用電信息采集系統(tǒng)對雙向互動技術(shù)的需求。因此, 基于用電信息采集系統(tǒng)現(xiàn)有架構(gòu), 開展雙向互動技術(shù)研究成為智能用電技術(shù)領(lǐng)域的重要研究課題。
用電信息采集系統(tǒng)雙向互動功能是在智能電網(wǎng)現(xiàn)有基礎(chǔ)上, 采用開放互聯(lián)的數(shù)據(jù)共享模式, 利用信息可視化、電力需求響應(yīng)、實時能效管理等先進(jìn)技術(shù), 為供用電雙方構(gòu)建安全、可靠、開放、多元的信息交流平臺, 全面提升服務(wù)能力, 降低客戶用電成本, 提高電能利用效率, 指導(dǎo)社會科學(xué)用電。
2雙向互動功能組成
1）信息采集
真實可靠的信息采集是雙向互動功能得以實現(xiàn)的基本保證和重要前提, 主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)驗證、數(shù)據(jù)存儲、計算處理等, 全面覆蓋供用電雙方所有運行設(shè)備及技術(shù)指標(biāo)。
2）綜合監(jiān)控
為確保電力系統(tǒng)安全可靠運行, 雙向互動平臺應(yīng)搭載全面完善的綜合監(jiān)控功能, 主要包括控制操作、可視化展示、時間信息處理、報警處理等, 通過與電力客戶及時準(zhǔn)確的互動交流, 最大程度降低安全隱患, 為電網(wǎng)穩(wěn)定運行保駕護(hù)航。
3）能效分析
科學(xué)合理的能效分析不僅有利于及時發(fā)現(xiàn)和排查能耗異常事件, 還能夠為電力客戶節(jié)能減排、降低用電成本提供科學(xué)指導(dǎo), 其功能組成主要包括電力設(shè)備能耗數(shù)據(jù)采集、電力客戶異常能耗分析、耗電量與用電行為關(guān)系統(tǒng)計及相關(guān)建議等。此外, 對擁有分布式電源、電動汽車等供用電裝置的電力客戶, 還應(yīng)對其相關(guān)設(shè)備能效情況進(jìn)行單獨測評, 并根據(jù)其所在區(qū)域能耗實際情況, 進(jìn)一步規(guī)范其用電行為。
4）信息發(fā)布
通過用電信息采集系統(tǒng)雙向互動平臺以各種可視化方式向電力客戶生動形象的展示相關(guān)用電信息, 不僅可以實現(xiàn)用電情況的實時查詢, 還能夠進(jìn)一步提高相關(guān)數(shù)據(jù)的通俗易懂性, 改善電力客戶用電體驗。具體發(fā)布方式可包括手機(jī)APP軟件推送提醒、智能用電終端視頻交流、在線信息存儲等。
5）安全認(rèn)證
隨著用電信息采集系統(tǒng)的日漸復(fù)雜, 信息安全問題變得越來越重要, 它不僅威脅到電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行, 而且影響著電力系統(tǒng)信息化的實現(xiàn)進(jìn)程。安全認(rèn)證作為信息安全的重要保障, 應(yīng)主要從系統(tǒng)主站防護(hù)、采集信道防護(hù)、采集設(shè)備防護(hù)、用戶用電安全、安全管理等幾個層面進(jìn)行建設(shè)。
6）設(shè)備控制
雙向互動功能的實現(xiàn)可進(jìn)一步拓寬電力客戶對用電設(shè)備的控制方式, 用戶可通過智能用電終端、互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程通信以及手機(jī)、平板電腦等移動設(shè)備實現(xiàn)智能用電設(shè)備的實時監(jiān)測與控制。
7）用電策略
電網(wǎng)公司應(yīng)為電力客戶建立個人用電檔案, 統(tǒng)計分析其日常用電數(shù)據(jù), 繪制用電負(fù)荷曲線, 并根據(jù)電力系統(tǒng)實際運行情況及相關(guān)時效性政策, 為其制定科學(xué)合理的用電策略, 利用手機(jī)客戶端、智能用電終端、線上個人賬戶等雙向互動平臺, 下發(fā)到用戶手中。
3雙向互動需求模型
1）專變用戶雙向互動需求模型
專變用戶的用電負(fù)荷具有持續(xù)時間長、負(fù)荷量大、負(fù)荷成分多樣且大都為對用電可靠性要求較高的一二級負(fù)荷等特點。其用電訴求主要集中在供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性和安全性方面, 且對電力需求側(cè)管理的雙向互動具有很好的實施基礎(chǔ); 對于新能源接入、用電管理和分析等智能用電理念, 具有資金、地域等固有的一些優(yōu)勢。專變用戶雙向互動需求模型包括電量統(tǒng)計和分析、用電監(jiān)測及信息共享、用電服務(wù)指導(dǎo)、與其連接的大電網(wǎng)運行情況以及用電相關(guān)的時效性政策信息發(fā)布。
2）一般工商業(yè)用戶雙向互動需求模型
一般工商業(yè)用戶的用電負(fù)荷具有時間規(guī)律性強、負(fù)荷成分較為單一、負(fù)荷量穩(wěn)定且數(shù)額較大等特點。其用電訴求主要集中在供電經(jīng)濟(jì)性、安全性以及可靠性方面, 且對需求側(cè)響應(yīng)、實時電價、階梯電價的雙向互動具有較好的實施基礎(chǔ); 對節(jié)能補貼、降低費用等政策比較靈敏, 便于實施相關(guān)政策傾斜; 對大型蓄冷蓄熱改造工程和移動客戶端的控制接入等具有一些固有優(yōu)勢。一般工商業(yè)用戶的雙向互動需求模型包括電量統(tǒng)計和分析、用電監(jiān)測及信息共享、遠(yuǎn)程用電指導(dǎo)、節(jié)能減排等。
3）居民用戶雙向互動需求模型
居民用戶的用電負(fù)荷具有持續(xù)時間短、負(fù)荷量小、負(fù)荷組成簡單且易受氣候季節(jié)變化影響、用電時間集中、負(fù)荷曲線波動較大等特點。其用電訴求主要集中在供電可靠性、用電安全性及經(jīng)濟(jì)性、購電便攜性等方面, 對智能小區(qū)、智能樓宇、智能家居等新型用電模式具有很好的實施基礎(chǔ); 對科學(xué)用電指導(dǎo)、家庭能效管理等雙向互動理念具有較為迫切的需求。居民用戶的雙向互動需求模型包括電量統(tǒng)計和分析、用電監(jiān)測及信息共享、智能用電相關(guān)服務(wù)、系統(tǒng)維護(hù)及故障處理等。
4支撐雙向互動功能實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)
1）數(shù)據(jù)存儲技術(shù)
數(shù)據(jù)存儲作為大數(shù)據(jù)時代通信領(lǐng)域必不可少的核心技術(shù), 是智能電網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要保障。為實現(xiàn)海量互動數(shù)據(jù)在采集系統(tǒng)主站的安全高效存儲, 雙向互動功能采用云存儲設(shè)計思想, 以用戶為單位, 利用MongoDB存儲每個用戶數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)信息, Hadoop分布式文件系統(tǒng)(HDFS)存儲實際數(shù)據(jù), 實現(xiàn)了對不同類型非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的有效存儲。
2）數(shù)據(jù)檢索技術(shù)
為確保供用電雙方更加方便快捷的溝通交流, 雙向互動功能采用覆蓋面廣、反應(yīng)迅速、易于操作的智能搜索引擎, 根據(jù)不同電力客戶用電特性及用電訴求, 利用數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征信息提取、文本自動分詞、專題分詞等技術(shù), 通過對信息搜集、信息索引、信息檢索及用戶接口等基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和擴(kuò)充, 得到一種更加科學(xué)合理的用電信息采集系統(tǒng)檢索技術(shù), 有效提升采集系統(tǒng)主站運行效率, 實現(xiàn)對互動信息資源的實時精確定位。
3）雙向互動信息模型
雙向互動功能涵蓋智能用電的諸多方面, 目前還沒有一種信息模型標(biāo)準(zhǔn)可以滿足互動功能的所有需求。SEP2.0是應(yīng)用于電網(wǎng)用戶側(cè)的一種安全性高、應(yīng)用面廣、兼容性強的智能能源通信協(xié)議規(guī)范, 可實現(xiàn)能源服務(wù)接口、負(fù)荷控制設(shè)備、電動汽車等多種設(shè)備間的信息交互; CIM是國際電工委員會基于IEC 61970/61968系列標(biāo)準(zhǔn)制定的電力系統(tǒng)通用信息模型, 主要服務(wù)于電網(wǎng)發(fā)電側(cè)和輸電側(cè)的能量管理系統(tǒng), 全面覆蓋電力企業(yè)運行過程中涉及到的所有主要對象, 可為異構(gòu)系統(tǒng)間的信息交互共享提供可靠的公共語義基礎(chǔ), 有利于實現(xiàn)電網(wǎng)各個信息子系統(tǒng)的“無縫連接”。本文充分利用SEP2.0和CIM技術(shù)的自身優(yōu)點, 將SEP2.0規(guī)范中適用于終端設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸部分的內(nèi)容應(yīng)用到雙向互動功能采集、控制模型設(shè)計中, 而將CIM技術(shù)中適用于應(yīng)用系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換的內(nèi)容融合到系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理分析研究中, 搭建適用于用電信息采集系統(tǒng)的信息模型, 實現(xiàn)信息模型的全范圍覆蓋。
4）通信技術(shù)
雙向互動功能的推廣應(yīng)用帶來了用電信息的爆炸式增長, 對智能通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、帶寬、可靠性、安全性等方面均提出更高要求, 現(xiàn)有用電信息采集系統(tǒng)已無法滿足其相關(guān)需求。為解決這一問題, 帶有雙向互動功能的用電信息采集系統(tǒng)本地通信信道采用寬帶載波通信和微功率無線通信相結(jié)合的雙模技術(shù), 即寬帶載波技術(shù)與微功率無線技術(shù)互相融合組建網(wǎng)絡(luò), 通過計算雙通道信噪比高低, 自適應(yīng)選擇通信方式, 進(jìn)一步增強整個網(wǎng)絡(luò)的靈活性、可靠性。遠(yuǎn)程通信信道則采用基于LTE的230MHz無線專網(wǎng)通信技術(shù), 在電力系統(tǒng)已獲得授權(quán)的230MHz專用頻段上傳輸數(shù)據(jù), 有效提高數(shù)據(jù)傳輸速率和接入容量, 增強網(wǎng)絡(luò)拓展能力。
5）信息安全防護(hù)技術(shù)
雙向互動功能的實現(xiàn)需要海量交互數(shù)據(jù)的支撐, 為確保用電信息采集系統(tǒng)安全可靠運行, 要根據(jù)采集系統(tǒng)各環(huán)節(jié)自身特點, 建立全面高效的安全防護(hù)體系。主站層的安全防護(hù)主要包括系統(tǒng)安全(操作系統(tǒng)加固、漏洞掃描)、訪問控制(身份認(rèn)證管理、安全審計)、網(wǎng)絡(luò)安全(入侵檢測、病毒防護(hù))、數(shù)據(jù)安全(雙機(jī)備份、數(shù)據(jù)備份)等技術(shù)。通信信道的安全威脅主要來自無線公網(wǎng), 對于通過無線公網(wǎng)接入的互動終端, 應(yīng)采用專線APN傳輸方式, 并在系統(tǒng)主站與終端間建立GRE加密隧道, 確保互動數(shù)據(jù)安全可靠。智能交互終端內(nèi)嵌集成有對稱密碼算法和非對稱密碼算法的安全模塊, 并在數(shù)字證書非對稱密鑰協(xié)商會話密鑰的基礎(chǔ)上, 引入基于對稱密鑰的挑戰(zhàn)應(yīng)答機(jī)制, 進(jìn)一步完善用電信息采集系統(tǒng)的身份認(rèn)證及加密傳輸協(xié)議, 確保應(yīng)用層數(shù)據(jù)的完整性、機(jī)密性。
5結(jié)語
用電信息采集系統(tǒng)雙向互動技術(shù)的推廣應(yīng)用將切實改善供用電雙方的溝通交流體驗, 有效提升電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定性, 進(jìn)一步優(yōu)化用戶用電方式, 指導(dǎo)社會科學(xué)合理用電, 為智能電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展提供可靠保障。