随着智能电网研究的不断深入, 用电客户与供电企业之间的交互越来越频繁, 用户对用电自主权、选择权和参与权的渴望越来越迫切, 从而大大提高了用电信息采集系统对双向互动技术的需求。因此, 基于用电信息采集系统现有架构, 开展双向互动技术研究成为智能用电技术领域的重要研究课题。
用电信息采集系统双向互动功能是在智能电网现有基础上, 采用开放互联的数据共享模式, 利用信息可视化、电力需求响应、实时能效管理等先进技术, 为供用电双方构建安全、可靠、开放、多元的信息交流平台, 全面提升服务能力, 降低客户用电成本, 提高电能利用效率, 指导社会科学用电。
2双向互动功能组成
1）信息采集
真实可靠的信息采集是双向互动功能得以实现的基本保证和重要前提, 主要包括数据采集、数据验证、数据存储、计算处理等, 全面覆盖供用电双方所有运行设备及技术指标。
2）综合监控
为确保电力系统安全可靠运行, 双向互动平台应搭载全面完善的综合监控功能, 主要包括控制操作、可视化展示、时间信息处理、报警处理等, 通过与电力客户及时准确的互动交流, 最大程度降低安全隐患, 为电网稳定运行保驾护航。
3）能效分析
科学合理的能效分析不仅有利于及时发现和排查能耗异常事件, 还能够为电力客户节能减排、降低用电成本提供科学指导, 其功能组成主要包括电力设备能耗数据采集、电力客户异常能耗分析、耗电量与用电行为关系统计及相关建议等。此外, 对拥有分布式电源、电动汽车等供用电装置的电力客户, 还应对其相关设备能效情况进行单独测评, 并根据其所在区域能耗实际情况, 进一步规范其用电行为。
4）信息发布
通过用电信息采集系统双向互动平台以各种可视化方式向电力客户生动形象的展示相关用电信息, 不仅可以实现用电情况的实时查询, 还能够进一步提高相关数据的通俗易懂性, 改善电力客户用电体验。具体发布方式可包括手机APP软件推送提醒、智能用电终端视频交流、在线信息存储等。
5）安全认证
随着用电信息采集系统的日渐复杂, 信息安全问题变得越来越重要, 它不仅威胁到电力系统的安全、稳定、经济运行, 而且影响着电力系统信息化的实现进程。安全认证作为信息安全的重要保障, 应主要从系统主站防护、采集信道防护、采集设备防护、用户用电安全、安全管理等几个层面进行建设。
6）设备控制
双向互动功能的实现可进一步拓宽电力客户对用电设备的控制方式, 用户可通过智能用电终端、互联网远程通信以及手机、平板电脑等移动设备实现智能用电设备的实时监测与控制。
7）用电策略
电网公司应为电力客户建立个人用电档案, 统计分析其日常用电数据, 绘制用电负荷曲线, 并根据电力系统实际运行情况及相关时效性政策, 为其制定科学合理的用电策略, 利用手机客户端、智能用电终端、线上个人账户等双向互动平台, 下发到用户手中。
3双向互动需求模型
1）专变用户双向互动需求模型
专变用户的用电负荷具有持续时间长、负荷量大、负荷成分多样且大都为对用电可靠性要求较高的一二级负荷等特点。其用电诉求主要集中在供电可靠性、经济性和安全性方面, 且对电力需求侧管理的双向互动具有很好的实施基础; 对于新能源接入、用电管理和分析等智能用电理念, 具有资金、地域等固有的一些优势。专变用户双向互动需求模型包括电量统计和分析、用电监测及信息共享、用电服务指导、与其连接的大电网运行情况以及用电相关的时效性政策信息发布。
2）一般工商业用户双向互动需求模型
一般工商业用户的用电负荷具有时间规律性强、负荷成分较为单一、负荷量稳定且数额较大等特点。其用电诉求主要集中在供电经济性、安全性以及可靠性方面, 且对需求侧响应、实时电价、阶梯电价的双向互动具有较好的实施基础; 对节能补贴、降低费用等政策比较灵敏, 便于实施相关政策倾斜; 对大型蓄冷蓄热改造工程和移动客户端的控制接入等具有一些固有优势。一般工商业用户的双向互动需求模型包括电量统计和分析、用电监测及信息共享、远程用电指导、节能减排等。
3）居民用户双向互动需求模型
居民用户的用电负荷具有持续时间短、负荷量小、负荷组成简单且易受气候季节变化影响、用电时间集中、负荷曲线波动较大等特点。其用电诉求主要集中在供电可靠性、用电安全性及经济性、购电便携性等方面, 对智能小区、智能楼宇、智能家居等新型用电模式具有很好的实施基础; 对科学用电指导、家庭能效管理等双向互动理念具有较为迫切的需求。居民用户的双向互动需求模型包括电量统计和分析、用电监测及信息共享、智能用电相关服务、系统维护及故障处理等。
4支撑双向互动功能实现的关键技术
1）数据存储技术
数据存储作为大数据时代通信领域必不可少的核心技术, 是智能电网稳定运行的重要保障。为实现海量互动数据在采集系统主站的安全高效存储, 双向互动功能采用云存储设计思想, 以用户为单位, 利用MongoDB存储每个用户数据的元数据信息, Hadoop分布式文件系统(HDFS)存储实际数据, 实现了对不同类型非结构化数据的有效存储。
2）数据检索技术
为确保供用电双方更加方便快捷的沟通交流, 双向互动功能采用覆盖面广、反应迅速、易于操作的智能搜索引擎, 根据不同电力客户用电特性及用电诉求, 利用数据预处理、特征信息提取、文本自动分词、专题分词等技术, 通过对信息搜集、信息索引、信息检索及用户接口等基本结构进行优化和扩充, 得到一种更加科学合理的用电信息采集系统检索技术, 有效提升采集系统主站运行效率, 实现对互动信息资源的实时精确定位。
3）双向互动信息模型
双向互动功能涵盖智能用电的诸多方面, 目前还没有一种信息模型标准可以满足互动功能的所有需求。SEP2.0是应用于电网用户侧的一种安全性高、应用面广、兼容性强的智能能源通信协议规范, 可实现能源服务接口、负荷控制设备、电动汽车等多种设备间的信息交互; CIM是国际电工委员会基于IEC 61970/61968系列标准制定的电力系统通用信息模型, 主要服务于电网发电侧和输电侧的能量管理系统, 全面覆盖电力企业运行过程中涉及到的所有主要对象, 可为异构系统间的信息交互共享提供可靠的公共语义基础, 有利于实现电网各个信息子系统的“无缝连接”。本文充分利用SEP2.0和CIM技术的自身优点, 将SEP2.0规范中适用于终端设备数据传输部分的内容应用到双向互动功能采集、控制模型设计中, 而将CIM技术中适用于应用系统间数据交换的内容融合到系统数据管理分析研究中, 搭建适用于用电信息采集系统的信息模型, 实现信息模型的全范围覆盖。
4）通信技术
双向互动功能的推广应用带来了用电信息的爆炸式增长, 对智能通信技术的网络覆盖、带宽、可靠性、安全性等方面均提出更高要求, 现有用电信息采集系统已无法满足其相关需求。为解决这一问题, 带有双向互动功能的用电信息采集系统本地通信信道采用宽带载波通信和微功率无线通信相结合的双模技术, 即宽带载波技术与微功率无线技术互相融合组建网络, 通过计算双通道信噪比高低, 自适应选择通信方式, 进一步增强整个网络的灵活性、可靠性。远程通信信道则采用基于LTE的230MHz无线专网通信技术, 在电力系统已获得授权的230MHz专用频段上传输数据, 有效提高数据传输速率和接入容量, 增强网络拓展能力。
5）信息安全防护技术
双向互动功能的实现需要海量交互数据的支撑, 为确保用电信息采集系统安全可靠运行, 要根据采集系统各环节自身特点, 建立全面高效的安全防护体系。主站层的安全防护主要包括系统安全(操作系统加固、漏洞扫描)、访问控制(身份认证管理、安全审计)、网络安全(入侵检测、病毒防护)、数据安全(双机备份、数据备份)等技术。通信信道的安全威胁主要来自无线公网, 对于通过无线公网接入的互动终端, 应采用专线APN传输方式, 并在系统主站与终端间建立GRE加密隧道, 确保互动数据安全可靠。智能交互终端内嵌集成有对称密码算法和非对称密码算法的安全模块, 并在数字证书非对称密钥协商会话密钥的基础上, 引入基于对称密钥的挑战应答机制, 进一步完善用电信息采集系统的身份认证及加密传输协议, 确保应用层数据的完整性、机密性。
5结语
用电信息采集系统双向互动技术的推广应用将切实改善供用电双方的沟通交流体验, 有效提升电网运行的安全稳定性, 进一步优化用户用电方式, 指导社会科学合理用电, 为智能电网建设发展提供可靠保障。
