【摘 要】雙向互動(dòng)是智能電網(wǎng)的重要特征，也是提高客戶滿意度的重要手段，而雙向互動(dòng)平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶信息互動(dòng)的一個(gè)重要方式。本文提出了一個(gè)基于能效分析的雙向互動(dòng)用電信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅可以為大用戶提供用電能耗分析、電價(jià)信息、功率因數(shù)分析、負(fù)荷分析、用電量等信息顯示功能，而且結(jié)合能效互動(dòng)為用戶提供用電能耗分析和智能用電信息。為了驗(yàn)證平臺(tái)設(shè)計(jì)方案的可行性，本文中構(gòu)建了電網(wǎng)與用戶雙向互動(dòng)系統(tǒng)演示平臺(tái)，通過(guò)該演示平臺(tái)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了功能性模擬。

【關(guān)鍵詞】雙向互動(dòng)平臺(tái)；互動(dòng)式用電；能效分析；J2EE；Web

0.引言

隨著階梯電價(jià)和峰谷電價(jià)的推行，用戶對(duì)用電成本將更加敏感，希望獲得更加及時(shí)準(zhǔn)確的用電信息，改變用電方式，提高用電效率。用戶對(duì)電網(wǎng)公司的服務(wù)水平提出了更高要求。然而電網(wǎng)對(duì)用戶的服務(wù)形式簡(jiǎn)單、信息單向，缺乏良好的信息共享機(jī)制，不能及時(shí)了解用戶需求。而雙向活動(dòng)系統(tǒng)是改善這一問(wèn)題的重要手段。

通過(guò)雙向互動(dòng)用電信息服務(wù)系統(tǒng)，電力用戶和電網(wǎng)公司之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)和即時(shí)連接，實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、高速、雙向的讀取。電網(wǎng)通過(guò)該系統(tǒng)鼓勵(lì)用戶改變傳統(tǒng)用電方式，引導(dǎo)用戶積極參與電網(wǎng)運(yùn)行，提高客戶服務(wù)水平。用戶根據(jù)用電統(tǒng)計(jì)信息調(diào)整用電模式以提升用能效率，減少用電成本[1，2]。

本文通過(guò)對(duì)雙向互動(dòng)用電信息服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)研究，提出了基于能效的雙向互動(dòng)用電信息服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)該雙向互動(dòng)系統(tǒng)為用戶提供用電信息分析、家電控制、能效分析等多種雙向互動(dòng)服務(wù)，滿足電力用戶個(gè)性化、差異化的服務(wù)需求。

1.雙向互動(dòng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

雙向互動(dòng)系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)等集成的復(fù)雜系統(tǒng)。目的是以計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，依托計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)功能，利用計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的交互功能以及其它技術(shù)手段為用戶提供雙向互動(dòng)服務(wù)。雙向互動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)由主站層、通信層和用戶層三層組成，如圖1。

圖1 雙向互動(dòng)服務(wù)體系框架

1.1主站層

在互動(dòng)式智能用電通信系統(tǒng)中，電網(wǎng)側(cè)主站利用先進(jìn)的傳感裝置對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，通過(guò)在電力供應(yīng)高峰時(shí)的統(tǒng)一調(diào)度來(lái)平衡電力供應(yīng)缺口。

1.2通信層

雙向互動(dòng)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)分為骨干通信網(wǎng)和接入通信網(wǎng)。骨干通信網(wǎng)主要為后臺(tái)業(yè)務(wù)和信息互動(dòng)提供鏈路，目前光纖網(wǎng)絡(luò)是骨干通信網(wǎng)的主要通信方式；接入通信網(wǎng)主要負(fù)責(zé)各種業(yè)務(wù)的“最后一公里”接入，目前智能用電通信網(wǎng)尚未有統(tǒng)一的建設(shè)模式。

1.3用戶層

在電網(wǎng)與用戶雙向互動(dòng)系統(tǒng)中，用戶作為電網(wǎng)的互動(dòng)對(duì)象可對(duì)電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)、計(jì)劃停電等政策做出快速響應(yīng)，合理安排電器使用，降低用電高峰時(shí)段電網(wǎng)的負(fù)荷，參與需求側(cè)響應(yīng)，同時(shí)根據(jù)用戶各種用電信息的實(shí)時(shí)采集，電網(wǎng)可以分析以提供最優(yōu)用電指導(dǎo)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用電情況、故障信息，對(duì)電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)營(yíng)提供保障。電網(wǎng)與用戶通過(guò)這樣一種調(diào)節(jié)負(fù)荷的互動(dòng)來(lái)提高供電可靠性并削峰填谷，并起到節(jié)能環(huán)保的作用。

2.具有能效分析功能的雙向互動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

雙向互動(dòng)平臺(tái)可以在能源供應(yīng)者與消費(fèi)者之間建立起一個(gè)物理和邏輯上的互動(dòng)渠道，能為用戶提供更多有價(jià)值的用電信息和增值服務(wù)。

2.1雙向互動(dòng)平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

雙向互動(dòng)平臺(tái)應(yīng)為不同類型的用戶提供不同的功能，滿足用戶的多元化、差異化需求[4]。該雙向互動(dòng)平臺(tái)具有以下幾個(gè)功能。

2.1.1大用戶功能

大用戶功能包括信息發(fā)布、用戶信息、電價(jià)信息、全市大用戶信息、用戶高壓負(fù)荷信息、用戶低壓負(fù)荷信息、用戶用電量信息七個(gè)部分。

信息發(fā)布功能主要是為用戶提供電網(wǎng)運(yùn)行情況，包括全市的用電結(jié)構(gòu)、裝機(jī)容量、用電狀態(tài)和交易電量信息。用戶信息功能為用戶提供基本的注冊(cè)信息、用戶內(nèi)部的用電結(jié)構(gòu)信息和停電通告。電價(jià)信息功能用來(lái)發(fā)布電網(wǎng)的實(shí)時(shí)電價(jià)信息包括動(dòng)態(tài)電價(jià)和階梯電價(jià)，用戶及時(shí)了解電價(jià)信息，調(diào)整用電方式，節(jié)約用電。市大用戶信息包括日負(fù)荷特征、月負(fù)荷特征、年負(fù)荷特征、典型日負(fù)荷、平均功率因數(shù)等信息，同時(shí)提供能耗分析。高壓負(fù)荷信息功能為用戶提供用戶內(nèi)部高壓側(cè)的用電情況如負(fù)荷特征、負(fù)荷率、尖峰負(fù)荷時(shí)間等信息。低負(fù)荷信息功能為用戶提供用戶內(nèi)部低壓側(cè)的用電情況如負(fù)荷特征、負(fù)荷特性曲線、各機(jī)組功率因數(shù)、各機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)等信息。用電量信息包括各月有功電量、無(wú)功電量、每日用電詳情、用戶內(nèi)部所屬電表信息等。

2.1.2居民用戶功能

電網(wǎng)與居民用戶雙向互動(dòng)系統(tǒng)包括信息發(fā)布、用戶信息、電價(jià)信息和家庭內(nèi)部用電詳情匯總。智能用電功能包括用電明細(xì)、用電分析、用電建議等功能。智能家居功能具體表現(xiàn)為結(jié)合智能網(wǎng)關(guān)和智能插座形成的家庭無(wú)線局域網(wǎng)，通過(guò)智能生活PC 客戶端或移動(dòng)客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的管理控制。

2.2雙向互動(dòng)平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

雙向互動(dòng)平臺(tái)采用主流的基于J2EE的B/S模式結(jié)構(gòu)，包括瀏覽器，Web 服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫(kù)四層結(jié)構(gòu)，如圖2。

圖2 互動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采用瀏覽器作為J2EE客戶端。Web 服務(wù)器接受從客戶端發(fā)來(lái)的請(qǐng)求，通過(guò)JSP 和Servlet 技術(shù)動(dòng)態(tài)生成響應(yīng)的內(nèi)容，JSP 或Servlet 可以接著調(diào)用運(yùn)行于應(yīng)用服務(wù)器EJB 容器中的企業(yè)JavaBean 進(jìn)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理和運(yùn)算。而中間層通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議訪問(wèn)企業(yè)信息系統(tǒng)層來(lái)讀取數(shù)據(jù)和調(diào)用服務(wù)。應(yīng)用服務(wù)器執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯處理程序與電力信息數(shù)據(jù)庫(kù)交互，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，同時(shí)可以通過(guò)程序接口調(diào)用其它系統(tǒng)如網(wǎng)上支付系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能拓展，最后將邏輯處理結(jié)果返回給Web 服務(wù)器。雙向互動(dòng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)處理過(guò)的用戶用電信息。

3.雙向互動(dòng)系統(tǒng)演示平臺(tái)

為驗(yàn)證雙向互動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性，本文在MyEclipse平臺(tái)上，搭建以Apache Tomcat作為應(yīng)用服務(wù)器，以MySQL作為數(shù)據(jù)服務(wù)器的Web開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)了電網(wǎng)與用戶雙向互動(dòng)系統(tǒng)演示平臺(tái)。

3.1平臺(tái)框架

演示平臺(tái)采用J2EE MVC model2框架，使用JSP實(shí)現(xiàn)用戶視圖，JavaBean實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯模型，Servlet作為控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 MVC model2框架結(jié)構(gòu)

在MVC的架構(gòu)中，應(yīng)用程序的界面和業(yè)務(wù)邏輯等應(yīng)用程序的其他部分是完全分離的，即可以為同一個(gè)模型和控制器選擇不同的界面，也可以對(duì)同一個(gè)應(yīng)用程序選擇不同的模型及其數(shù)據(jù)源，還可以通過(guò)修改控制器改變應(yīng)用程序來(lái)響應(yīng)用戶動(dòng)作的行為。在演示系統(tǒng)中使用JfreeChart 圖表生成插件，將用戶用電信息做成圖表，使用戶更加直觀的了解自己的用電情況。

3.2 系統(tǒng)功能模塊

3.2.1大用戶雙向互動(dòng)系統(tǒng)演示平臺(tái)

（1）市大用戶能耗統(tǒng)計(jì)。

圖4為某市大用戶2012年能耗分析統(tǒng)計(jì)。從圖中用戶不僅可以看到當(dāng)年的用電總量及電費(fèi)信息，還可以看到谷段、平段、峰段各時(shí)段的用電情況以及對(duì)應(yīng)的電費(fèi)信息。該圖為用戶合理選擇用電時(shí)段提供了依據(jù)。

圖4 市大用戶能耗

（2）負(fù)荷信息。

通過(guò)該平臺(tái)可查得大用戶高壓側(cè)高峰負(fù)荷率，反映了高壓側(cè)的運(yùn)行狀況。通過(guò)與電網(wǎng)高峰時(shí)間對(duì)比，分析用戶是否在高峰時(shí)期用電。

3.2.2居民用戶雙向互動(dòng)系統(tǒng)演示平臺(tái)

（1）分類電器用電量統(tǒng)計(jì)及節(jié)電建議。

本功能通過(guò)圖表形式為用戶展示各家用電器各時(shí)段的用電量和電費(fèi)情況，根據(jù)用電總量和各家電用電的比例為用戶提示一些節(jié)能建議。圖5為某用戶2012年12月各類電器的用電情況。

圖5 用戶2012年12月各類電器用電詳情

該雙向互動(dòng)系統(tǒng)演示平臺(tái)通過(guò)友好的交互界面，利用圖表的形式形象地向用戶展示了用能統(tǒng)計(jì)、電價(jià)信息、用電指導(dǎo)、大用戶高壓負(fù)荷信息及低壓負(fù)荷信息等，同時(shí)對(duì)于居民用戶實(shí)現(xiàn)了智能用電、智能家居等功能。該演示平臺(tái)模擬實(shí)現(xiàn)了雙向互動(dòng)系統(tǒng)的功能，即模擬了電網(wǎng)與用戶之間能量、信息的雙向互動(dòng)。

4.總結(jié)

雙向互動(dòng)用電服務(wù)系統(tǒng)作為信息系統(tǒng)開放電網(wǎng)采集的信息，并進(jìn)行能耗分析、電價(jià)發(fā)布、用電情況通過(guò)以及用戶EMS 等互動(dòng)服務(wù)，并進(jìn)一步提供節(jié)能分析等。本文提出的雙向互動(dòng)用電信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案為指導(dǎo)用戶科學(xué)用電、節(jié)能減排和提高電能使用效率提供了技術(shù)手段，該系統(tǒng)使得用戶及時(shí)響應(yīng)電網(wǎng)需求，智能用電，電網(wǎng)能夠引導(dǎo)居民科學(xué)合理用電，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，降低電網(wǎng)運(yùn)行成本，提高電能使用的經(jīng)濟(jì)性、安全性以及用電效率，從而建立并推廣需求管理以落實(shí)節(jié)能減排。

【參考文獻(xiàn)】

[1]康超，尚海燕，姚繼明.智能用電小區(qū)分層雙向互動(dòng)體系架構(gòu)研究[J].中國(guó)電力教育，2012， 24：132-133.

[2]趙丙鎮(zhèn)，劉建明，栗寧等.智能用電交互服務(wù)中的融合通信技術(shù)[J].電力系統(tǒng)通信，2011，32（228）：1-3.

[3]薛晨，黎燦兵，曹一家等.智能電網(wǎng)中的電網(wǎng)友好技術(shù)概述及展望[J]電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，36（15）：102-105.

[4]梁洪浩，丁國(guó)茂，江大川.適應(yīng)智能電網(wǎng)的用戶互動(dòng)服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)研究[J].電測(cè)與儀表，2012，49（553）：49-51.

[5]吳劍飛，姚建剛，陳華林等.電力客戶能效狀態(tài)模糊綜合評(píng)估[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（13）：94-98.