[科普中国]-智能用电互动体系构架

背景

发展智能电网是应对日益严峻的资源和环境压力，实现节能减排、绿色能源、可持续发展的重要举措，已在世界范围内形成广泛共识。智能用电作为智能电网的重要组成部分，是智能电网最具创新意义的领域，基于互动的能源消费模式和用户主动参与的能源供给模式，将给能源利用和电网发展带来根本性的变革。通过智能用电建设，广泛开展多种模式的需求响应，实现电力用户与电网的双向互动，从而提高能源利用效率，改进用户用能方式。我国在智能用电方面的认识和实践是随着信息技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术等的进步而不断完善的，应该借鉴国外先进经验，结合国情，抓住机遇，尽快建立和实施符合中国国情的智能用电发展战略1。

体系构架设计思路智能用电互动体系总体构架作为整个体系的设计规范,必须保证总体构架设计的互动性、扩展性、稳定性和可行性。 在总体构架的设计中,需要遵循“业务驱动”的原则,采用从互动业务构架分析到系统构架设计(数据构架、技术构架) 再到集成构架设计的三步设计方法,如图 1 所示。互动体系总构架包括互动业务构架、互动数据构架、互动技术构架以及互动集成构架。 互动业务构架是以营销管理和服务为立足点,对业务范围涉及的过程、环节、规则等元素进行抽象和建模;系统构架包括数据构架和技术构架，是目标系统整体解决方案的模型化，体现目标系统的整体框架和实现技术方案,以及目标系统所需的 IT 基础构架以支撑系统的实现;集成构架是支持系统业务运作的功能蓝图,为系统实现提供集成功能,是智能电网 IT系统功能体系的抽象全视图1。

总体构架设计智能用电互动体系是以坚强智能电网为坚实基础以智能用电服务组织管理及标准和智能用电服务关键技术及装备为坚强支撑以通信与安全保障体系为可靠保证以智能用电信息共享平台为信息交换途径。智能用电互动体系是依托电力营销业务应用系统、用户用能服务系统、用电信息采集系统等应用系统实现电网与用户之间灵活多样的信息交互、业务办理和缴费双向互动的一套体系构架。智能用电互动系统总体构架参考国网公司相关专著与标准规范，并结合中国以及国网公司相关文件进行设计总体构架包括业务构架、数据构架、技术构架、集成构架如图2所示3。

1) 业务构架是从业务角度出发，理解和规划智能电网的业务蓝图，并结合国内外物资管理业务的实践经验和发展趋势，涵盖业务模式、业务蓝图以及未来业务流程清单等。

2) 数据构架基于业务构架，从系统数据需求的角度出发准确定义数据的结构和分类，从而实现系统数据传输的实时性和可靠性。

3) 技术构架从系统实现的角度出发，在业务构架、数据构架的基础上，实现系统从业务需求数据传输分析到对象之间的联系，并提出具体实现方案。

4) 集成构架基于业务构架，从系统功能需求角度出发准确定义应用范围、功能以及实现模块等1。

智能用电互动业务构架设计互动业务构架设计蓝图

智能用电互动的新增业务和原有业务构架如，图 3 所示。 在原有的互动业务模型基础上，进行融合、完善、新增，形成智能用电互动业务构架体系。

互动业务构架内容

电网公司通过各领域互动业务的分工合作，为用户提供个性化需求服务，完成各类互动业务处理，并为企业的决策管理提供技术支持。 同时，通过互动业务将提高整个社会用电的高效性和安全性。在对国内电力业务特点与发展趋势的充分研究、探讨的基础上，并结合国际最佳实践成果，得出了互动业务在国内普遍适用的互动内容，具体如下。

1 )电费管理:通过智能抄表系统和一体化智能缴费系统，实现快捷、方便、准确的电费查询、缴纳服务，同时实现线损核算管理和电费缴纳管理，保证了电费缴纳的公正、开放和纪律性

2)电能计量及信息采集:通过在用户侧安装计量装置，对用电信息进行采集与监控，并利用调度、配电等相关系统的运行数据，将电网侧和用户侧各环节的实时信息整合，为有序用电提供数据信息。同时为用户提供电价和激励信息等数据，能够使用户明晰资产状态，促使资源优化配置。

3)客户服务与客户关系:通过客户联络进行客户业务管理，向客户提供互动内容，有效地与客户进行业务互动。

4)市场与需求侧管理:通过用户数据采集对数据进行分类归纳分析，总结出需求特点，并对市场进行风险评估等操作，针对需求侧制定相应的有序用电管理和营销策略。

5)综合管理:通过各种智能化平台为用户提供多元化、个性化、互动化的综合用电服务，实现用户的业务管理与辅助决策。 通过智能用电信息采集系统采集用电数据，实现电动汽车充换电管理，以及分布式电源和储能的接入管理。 这将为用电业务开拓更广阔的智能化业务应用市场，同时也将为电网公司提供新的效益增长点。

在原有的互动业务内容基础上，进行融合、新增，得到互动业务的新增内容如下。

1 )一体化缴费接入管理:基于面向服务的构架体系，将业务功能和技术接口方式进行拆分，采用不同的连接技术方式对同一业务进行操作。 实现对各类缴费渠道、缴费设备的统一接入、统一监控、统一管理，完成金融机构渠道、非金融机构渠道的统一接入和管理，从而增强服务的集中互动性和智能互动性。

2)智能量测管理:通过先进的智能量测系统，提高量测的效率和准确率，实现量测管理的流程化、信息化和网络化。

3) 95598 互动服务:通过互动网站向用户提供全方位个性化的用能服务，同时为电网公司提供品牌展示和信息发布的平台，并且减少了实体营业厅的建设规模以及人员投入，从而提高电网公司的运行效率。

4)客户用能服务:通过对客户数据进行采集与智能分析，为用户提供多样化的用能服务，促进居民用电智能化和有序化的发展。

5)能效管理:对用电能效进行分析，有利于提高用电效率，减小经济损失。

6)节能检测与分析:对用电数据进行分析，寻找节能方案减小电网的用电压力。

7)根据需求响应的电价状况实时调整，使用户的用电模式趋于最优，进而优化电力设备运行和管理，保证电力系统的稳定可靠运行。

8)电动汽车充换电管理:由电网侧、运营商和用户侧 3 个方面的角色参与，通过智能电网技术对电动汽车充换电进行管理，实现有序充电和绿色充电。

9)分布式电源和储能接入管理:通过智能用电服务平台和分布式电源管理系统，实现对分布式电源和储能装置的接入管理、数据分析及状态监测等。业务构架是整个智能用电互动体系的首要构架，在明确了互动业务构架后可以建立并支撑数据1。

智能用电互动数据构架设互动数据构架设计蓝图

“SG - ERP”是国家电网公司在“SG1 86 ”的总体构架基础上，基于平台集中、业务融合、决策智能、安全使用等先进理念，将发电、变电、输电、调度等具体应用纳入到整体信息化的建设过程。 “SG - ERP”总体构架设计将电网公司的总体数据构架分类归纳为 1 2 个顶级数据主题域，如图 4 所示。 智能用电互动体系与相关的业务数据属于其中的财务、客户、电力市场、设备、电网运行主题域。 进一步根据智能用电互动体系与相关的业务特征，细分出 10 个子主题域，涵盖了组织域、设备域、测量域、服务域、客户域、产品域、市场域、营销域、电网域和支撑域。

互动业务中需要收集大量的数据，并对数据进行存储和处理。 这些业务数据是进行系统设计和宏观规划的重要财富，一个良好的数据模型将有效地支撑系统开发和业务发展。 细分出的 10 个子主题域的构架蓝图如图 5 所示。考虑各子主题域之间的业务关联度，将互动业务数据划分为组织域、设备域、测量域、服务域、客户域、产品域、市场域、营销域和电网域等九大子主题域，同时各子数据域间存在特定的数据交换，并将上述子主题域的公共部分组织成支撑域4。

互动数据构架内容

根据智能用电业务应用数据的特性，共划分为十大子主题域。

电网公司为客户提供服务产品，客户使用服务产品产生服务记录，计算并收取客户服务费用产生营销账务信息。 电网公司通过用电采集信息模块和客户服务决策模块产生一系列客户服务数据，这些数据可以应用于市场分析和辅助决策中。 同时，电网公司通过市场域收集的数据可以进行有序用电、能耗管理、需求响应策略的制定等工作。 电网公司把用电设备出售给客户，并为客户办理相应互动业务，通过网络传输数据形成量测，构成测量域的数据，并根据数据进行电费收缴和账户管理。业务数据模型通过支撑域来支撑整个系统的运行，提供服务数据、报表，进行人员调控，并提供应用数据集成接口实现数据同步， 保证数据的一致性和唯一性1。

智能用电互动技术构架设计互动技术构架设计蓝图

智能电网需要通过互动技术将用户和电网之间的业务数据进行连接、传输和互动，实现高效双向的业务服务和数据管理。 在上述智能用电互动业务构架和数据构架的基础上，对相应的互动技术构架进行探讨，支撑业务和数据构架的实现。 根据智能互动用电体系分层的设计原则和技术实现特点，技术构架蓝图分为“控制系统”“传输总线”“服务对象”3 个部分采用多层构架的技术体系能够实现系统内部的松耦合，快速响应业务变化对系统的需求，通过各层次系统组件之间的承载关系，实现目标系统的各项功能5。

其中，控制系统包括七大层：

①客户层，包含所有业务处理设备(笔记本、PC 机和手机等)和服务系统(互动业务管理决策系统和智能用电互动业务系统)，用于进行人机交互和访问；

②界面控制层，用于人机交互系统的接入，提供交互终端和接入单元，并进行页面展示；

③ 业务支撑层，对客户业务进行管理，并采集传输数据与一体化控制平台进行控制操作；

④一体化平台，对内外数据进行统一操作管理；

⑤采集控制层，对数据进行采集和传输；

⑥数据支撑层，建立数据库，用于实时或非实时、结构或非结构化数据的分类管理和储存；

⑦终端层和设备层，接入终端设备，控制底层的应用接入，提供各种用电设备的接入业务。

同时，通过企业服务总线对用户对象和控制系统进行电力流、业务流的传输互动1。

互动技术构架关键技术

互动业务的技术实现涉及高级量测技术、信息互动技术、计算机辅助决策与分析技术、智能控制技术、集成技术等关键技术，具体如下。

1)高级量测技术高级量测体系(AMI)是一个用来量测、收集、储存、分析和运用用户用电信息的完整网络和系统。通过广域通信网络，AMI能够实现用户和电网公司的紧密相连。

2)信息互动技术电网公司通过远程传输手段，对用电数据进行实时检测，分析用户用能情况，为用户节能改造提供参考和建议。同时，用户根据电网公司提供的用电报告，调整用电方式，使用户参与电网的运行。

3)计算机辅助决策与分析技术通过计算机网络和通信技术，有效支持决策群体的协同工作，从而优化整合海量数据，实时计算相关指标，并为电网公司和用户提供相关营销信息。

4)智能控制技术通过高级控制技术分析、诊断、预测电网的运行状况，并采取正确的措施解决电力问题，从而增强电网与用户之间的互动性。

5)集成技术通过信息集成技术使资源达到充分共享，实现集中、高效、便利地管理；通过数据集成技术为电网用软件和系统有机地集成到同一系统中。

智能用电互动集成构架设计互动集成构架设计蓝图

为了更好地体现应用之间的协同关系,便于应用在同一个层次上的扩展,将集成构架划分为采集监控层、业务处理层、服务接入层和管理决策层等4个层次,并将功能模块按其属性分布于不同应用层中。

互动集成构架内容

由各应用层之间的集成需求，得到如下的集成设计内容。

1)数据集成为了保证系统信息的统一管理，保证系统中各应用对象的“即插即用”，各互动系统及设备需要通过统一的平台数据接口与用电信息采集系统、电动汽车充换电与储能管理系统、分布式电源管理系统、用户用能服务系统、营销业务系统等系统进行实时数据交互。

2)业务应用集成

①信息获取。

获得负荷信息、设备信息等；获得停电信息、电量信息、配电设备信息、线路档案、拓扑关系、停电检修信息等；获取设备信息、项目进展信息等；获取客户信息、有序用电方案信息；获得电费、电价信息等；获得需求侧信息、电动汽车充电信息、分布式电源信息、储能设备信息等；获得用户用能信息、客户档案资料信息等。

②业务制定。

通过获得的用能信息和需求信息，进行合理的业务设计和制定。

③流程集成。

从业务应用的角度出发进行流程的集成处理，主要有检修流程、业务申请流程、缴费流程、信息查阅流程等。

3)企业外部相关应用集成

①银电联网。

目前，缴费业务应用委托银行收费的方式有多种，如托收、特约委托、代收、代扣等，与银行进行数据交换的方式、业务处理的流程也存在多种。在进行与银行的集成设计时，需要考虑网络结构、处理流程、处理方式、实现方式、安全保证等多方面的内容。

②其他外部应用。

营销业务应用除需要与银行进行集成外，还需要与其他企业的相关业务系统进行集成，如供应商的业务系统、电厂的竞价系统等1。