葛磊蛟，王守相，张 明，穆世霞

（1.天津大学 智能电网教育部重点实验室，天津 300072；2.国网电力科学研究院北京科东电力系统控制有限公司，北京 100092）

0 引言

当前智能电网已将用电信息采集系统、营销管理系统等信息化平台广泛应用于智能用电框架建设中，自动化、智能化、互动化的智能用电也已经在一些示范工程中实施，并取得了很多显著成果。但仍有一些电力用户尚未安装分项电量计量表计，对用电量的统计基本依靠传统的人工抄报方式，对电能的消费统计依赖于电力公司定期发送的电费单据，用电管理方式粗放，用电管理模式比较落后。另外，具备用电设备能耗评价、评估指标体系的高级用电管理分析工具，大多处在理论研究阶段，未有相关的实际应用；随着用户侧分布式电源、微电网以及电动汽车等的大规模接入，当前的用户用能管理与服务相关平台，在互动性、实时性、可靠性等方面无法满足电力用户的多元化、全方位用能管理服务需求。

总体而言，当前用户用电服务管理存在不足之处，主要体现为：各个业务应用系统与电力用户间没有充分的互动，其功能有待进一步完善，相关专业信息系统间的全面数据共享尚未实现，无法适应智能用电的全部需求，政策支撑条件不够稳定；对客户独立服务需求的响应较差，服务内容有待进一步拓展，互动性不足，有待进一步丰富。

近年来，电力行业也开展了有序用电预案科学编制以及实施工作。部分单位和政府合作，推进各种激励措施，实现客户避峰。许多公司试行了绿色电力认购机制，采用电动汽车等电能替代技术，充分利用新能源优势，将电能在终端能源消费中的比重进一步提升。电力企业也开展了多种收费方式的应用，制定了许多工作标准和建设规范，启动了95598电话服务热线以及网上营业厅标准化建设工作，实现了管理模式、业务功能和建设标准的统一，开展了多项个性化以及增值服务的研究，服务电力用户用能管理。但由于缺乏智能用电体系架构的设计，诸多业务均遇到应用瓶颈。

国内的电力专家和学者对相关应用瓶颈问题提出了一些可行的解决方法。文献[1]提出将光伏等清洁能源有序并网、电动汽车有序充电技术应用于居民小区，为其提供快捷方便的自助用电服务，实现多种供用电信息的服务及管理；文献[2]提出在高级量测体系下，以智能用电技术体系架构为总线，以智能用电双向互动技术为核心，实现灵活互动的智能用电服务；文献[3-5]提出智能用电体系下，相关的接入技术标准和体系，提高系统平台的接入一致性；文献[6-9]提出智能用电相关的运营和服务模式，指出智能用电的运行和管理方式；但是关于用户用能管理的用能监察、用能指导方面涉及较少。

通过提升用户用能管理服务能力，建立典型电力用户用能设备能耗监测、分析模型，为电力用户提供不同用能范畴（用能设备、单元及整体）的能效分析服务，使电力用户提高能效、合理用能，提高用电营销管理与服务水平，实现安全经济、稳定可靠的电力供需，保障社会用电秩序。构建社会公共服务平台，转变电力服务发展方式，为电力用户用电管理提供支持，实现跨平台跨系统的用电服务业务集成和知识信息共享、部署规划，支持用户用能管理与服务互动等高级业务需求，提升电力企业在推进能源资源优化配置中的作用，已经成为一个共识，开展智能用电条件下用户用能管理与服务平台的研究是未来的技术发展趋势[10-17]。

本文从系统架构、软件架构、系统安全、政策适应性等方面对用户用能管理与服务平台进行全面的阐述和研究。

1 系统架构及功能

1.1 系统架构

用户用能管理与服务平台的系统架构主要分为设备层、通信层和主站层3层，其架构如图1所示。

图1 用户用能管理服务平台系统架构Fig.1 System architecture of power usage management&service platform

主站层是系统架构的核心，为用户管理与服务平台的功能应用提供支撑，包括前置层、数据层和应用层3层。其中前置层主要完成通信规约解析、数据预处理、信息下发等，主要包括前置机、负载均衡机等；数据层主要完成数据的存储、分析和管理等，包括网络防火墙、安全认证服务器、实时／历史数据库服务器、负载均衡机等；应用层主要完成用电管理以及服务应用，包括系统安全认证服务器、网络防火墙、Web服务器和内／外网服务器等。

通信层是系统信息数据的枢纽中心，是系统上传下发的通信链路，负责接收和发送对应的数据信息，光纤专网、以太网、GPRS、CDMA、PTSN 和 RS-485是其支持的主要通信方式。

设备层主要负责前端信息的采集、互动信息的收发等，包括传统采集设备、IT设备和系统级设备。传统采集设备主要有智能终端、采集器等；IT设备主要包括移动终端、手机、iPad、互联网设备等；系统级设备主要包括智能家居、微电网、分布式电源、电动汽车充电桩等。

1.2 系统功能

用户用能管理与服务平台是专业针对用户用能管理的服务系统，其功能主要包括用电设备能耗评估和综合评价子系统、用户用电监察子系统、用户用电指导子系统、用户用能管理服务子系统4个功能子系统，4个子系统之间在主站数据层实现数据共享、信息交互，为实现用户用能管理提供高效、快捷的技术支持，其功能完全区别于以对用户用电设备进行自动优化控制为主要目的家庭能量管理系统（HEMS）、以采集用电信息为主要目的的用电信息采集系统和以客服为业务主导的95598系统。

a.用电设备能耗评估和综合评价子系统如图2所示。该子系统一方面通过构建用户用电设备（设备级、装置级、系统级）评价模型，以及结合现场采集的用户设备的电压、电流、有功功率、无功功率、谐波等电力数据，计算用电设备各项评价指标；另一方面根据预先设定的用户用电设备评价体系，获得用户用电设备的能耗情况报告和综合评价信息。

图2 用户设备能耗评估和综合评价子系统Fig.2 User equipment power consumption evaluation and comprehensive evaluation subsystem

b.用户用电监察子系统如图3所示。该子系统一方面根据用户设备能耗评估和综合评价结论，结合当前电力营销的管理需求、策略，以及现场实时采集数据等因素，对用户的用电情况进行自动监察，从而评定用户用电设备的优、良、中、差等级分布情况；另一方面结合用电安全隐患排查以及事故动作保护记录数据，进行相应的用电安全分析计算，达到监察用户用电设备的目的。

图3 用户用电监察子系统Fig.3 Power usage supervisory subsystem

c.用户用电指导子系统如图4所示。该子系统一方面根据对用户用电监察的结果，开展基于综合评价模型和基于需求响应模型的用电指导服务，与用户通过移动终端、手机、iPad、邮件等进行互联网信息互动，对用户用电进行科学指导，引导用户节电省钱；另一方面在社会服务区域的LED屏幕或者公共信息发布信息服务平台，将结合当地实际情况的科学用电方法和生活方法，公示给用户，引导用户节约用电、节能减排。

图4 用户用电指导子系统Fig.4 Power usage guide subsystem

d.用户用能管理子系统如图5所示。该子系统一方面与用户基于网络信息共享平台或者门户网站自动推送等方式，开展主从模式、互动模式和服务模式等多种模式服务，发布客户侧用电安全监测技术手段、检测技术和实现方法；另一方面支持用户预设定用能计划管理，方便用户的生活需求。

图5 用户用能管理子系统Fig.5 Power usage management subsystem

2 软件架构

主站系统的软件架构如图6所示，其主要采用多层体系结构，设计理念是使系统具有良好的灵活性、可集成性、可伸缩性、可维护性，体现系统对业务变化、技术变化的适应能力，并且对各种应用模式具有很好的支持。

图6 用户用能管理与服务平台软件架构Fig.6 Software structure of power usage management&service platform

数据访问层主要包括Entity Framework、其他应用程序服务和数据实体三部分，负责处理数据，并管理访问实时数据库、历史数据库等不同数据库。

业务逻辑层主要包括工作流设计器、工作流活动、业务处理和业务实体四部分，主要负责处理系统的核心算法和业务。

服务层主要完成服务任务，一方面与业务逻辑层进行数据契约式数据交互和业务集成，另一方面与公共组件和其他应用程序进行服务契约式数据交互和业务集成。

展示层采用 MCV（Models-Controller-View）框架设计理念，主要包括页面模型（models）、控制器（controller）和视图（view）三部分，一方面负责系统与公共组件的数据交互，另一方面使得业务逻辑层与系统之间可以有效交互。

公共组件主要包括安全组件、日志组件和公共类库，为系统的应用提供公共数据和应用方面的支撑。

3 系统安全

主站系统安全关系平台的顺利运行和业务开展至关重要，需要从全局的角度，进行整个平台的安全部署，包括软件安全和信息安全两部分。

3.1 软件安全

为了确保软件的安全，从以下方面进行部署。

a.应用软件访问权限控制：用户访问权限控制、文件安全控制和目录安全控制。

b.操作系统、应用软件和数据库系统备份；系统软件配置和应用软件改动的备份及记录文档。

c.了解各软件漏洞，并及时进行更新修正。

d.记录应用软件开发的完整技术文档和源代码的详尽注释。

3.2 信息安全

为了保障信息数据的安全，所采用数据中转站遵循国家已公布的相关规范条例，建立对应信息安全技术框架，通过各种技术防护措施或非技术防护措施实现信息安全，主要有以下4个方面。

a.基础设施安全。将完善的网络信息安全设施应用于数据中转站，包括用户信息识别、网络防火墙、入侵检测、病毒防范等信息安全软硬件系统，并进行日常监控管理与更新。

b.为确保服务器的安全，将所有服务器全部放置在具有防火墙保护的独立网段（中立区）。

c.系统关键设备建立冗余后备系统。

d.将信息基础设备安置在具有较好电磁兼容工作环境的专用机房，工作电源具有良好的接地，并具有防磁、防尘、防静电保护、防止电磁泄漏等功能。

4 政策适应性

节能减排是用户用能管理服务平台的重要目标，适当的政策补贴不仅符合国家的政策规范，也是其营运的可靠保障。当前，国家相关部委对节能减排出台了许多相应的补贴政策，主要有以下几个方面。

a.合同能源管理政府补贴。财政部门按照相关年节能量及标准对合同能源管理项目给予一次性奖励，用以补助相关支出。

b.节能产品财政补贴。采取间接补贴的财政补贴方式，对中标企业进行相关补贴，再由中标企业按差价销售给终端用户。

由于用户用能管理平台具有实时性强、发布范围广等特性，在未来出台法律、法规等政策性指导意见时，不仅要对相应的设备厂家、节能服务公司等提出相应的补贴政策，还应当考虑实际的节能效果，将节能补贴落实到电力用户端，并通过用户用能管理平台予以实现。

5 总结与展望

用户用能服务管理平台是一个基础性的服务平台，对于节能减排、经济用电具有很重要的作用。本文从系统架构、软件架构、信息安全以及政策适用性方面，进行相关内容的阐述，对于用户服务相关的技术开发和应用推广，具有一定的借鉴作用。

同时，可以将用能管理服务能力和智能用电互动化等方面的研究成果，应用在用户用能管理服务平台上，构建电网公司与电力用户之间电力流、信息流、业务流实时互动，满足用户多元化需求，引导用户合理用电，保障社会用电秩序，实现稳定可靠、经济安全的电力供应，提高用电营销服务水平。