史連軍, 邵 平, 張 顯, 黃龍達(dá), 耿 建, 葉 飛

(1. 北京電力交易中心, 北京市100031; 2. 中國電力科學(xué)研究院(南京), 江蘇省南京市 210003)

新一代電力市場(chǎng)交易平臺(tái)架構(gòu)探討

史連軍1, 邵 平2, 張 顯1, 黃龍達(dá)2, 耿 建2, 葉 飛2

(1. 北京電力交易中心, 北京市100031; 2. 中國電力科學(xué)研究院(南京), 江蘇省南京市 210003)

新一輪電力體制改革要求電力供應(yīng)由傳統(tǒng)的計(jì)劃方式向市場(chǎng)交易模式逐步轉(zhuǎn)變,面對(duì)復(fù)雜的市場(chǎng)變化,對(duì)電力交易技術(shù)支持系統(tǒng)提出了新的要求。對(duì)“現(xiàn)貨+中長(zhǎng)期”市場(chǎng)聯(lián)合運(yùn)營、面向互聯(lián)網(wǎng)的高并發(fā)訪問、標(biāo)準(zhǔn)化的市場(chǎng)模型、外部系統(tǒng)信息交換與交易安全保障等重點(diǎn)需求進(jìn)行了分析,提出了適應(yīng)中國電力市場(chǎng)特色的四大應(yīng)用業(yè)務(wù)架構(gòu),以及基于“混合云”的兩級(jí)市場(chǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)作的平臺(tái)架構(gòu)體系,最后對(duì)系統(tǒng)建設(shè)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了探討。

電力市場(chǎng); 技術(shù)支持系統(tǒng); 系統(tǒng)架構(gòu); 交易平臺(tái)

0 引言

電力市場(chǎng)是指電力商品、交易周期和交易方式的一個(gè)組合,是把電這種商品進(jìn)行交易的市場(chǎng),市場(chǎng)走勢(shì)受能源政策、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、供需關(guān)系和市場(chǎng)成員經(jīng)營決策等多種因素的共同影響[1]。電力市場(chǎng)的交易平臺(tái)是服務(wù)于市場(chǎng)運(yùn)營的技術(shù)支持系統(tǒng),并隨著電力市場(chǎng)化改革的推進(jìn)與互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展。

國家電網(wǎng)公司的電力市場(chǎng)交易平臺(tái)經(jīng)歷了“十一五”和“十二五”兩個(gè)時(shí)期。“十一五”初期交易中心剛剛成立,圍繞國網(wǎng)、區(qū)域、省(市)市場(chǎng)建立三級(jí)交易平臺(tái),平臺(tái)主要為發(fā)電企業(yè)單邊側(cè)的市場(chǎng)競(jìng)價(jià)提供交易服務(wù)支撐[2-4];“十二五”期間,電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)從發(fā)電側(cè)進(jìn)一步拓展到用戶側(cè),電力用戶直接交易成為國內(nèi)電力市場(chǎng)改革的重要內(nèi)容,采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)、兩級(jí)部署的架構(gòu),建立了提供支撐多類用戶同時(shí)參與競(jìng)爭(zhēng)的統(tǒng)一電力市場(chǎng)交易平臺(tái),在國網(wǎng)經(jīng)營范圍內(nèi)的總(分)部以及各省(市)共32家交易中心部署實(shí)施,實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)交易全業(yè)務(wù)流程的在線運(yùn)作[5-7]。經(jīng)過兩個(gè)時(shí)期的平臺(tái)建設(shè),國家電網(wǎng)公司建成了目前世界上覆蓋面積最大的中長(zhǎng)期電力市場(chǎng)交易平臺(tái),為市場(chǎng)在電力資源大范圍優(yōu)化配置中的作用發(fā)揮提供了技術(shù)保障。

隨著2015年《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》(中發(fā)〔2015〕9號(hào))及相關(guān)配套文件的發(fā)布,要求還原電力的商品屬性,以市場(chǎng)機(jī)制優(yōu)化配置電力資源[8]。交易機(jī)構(gòu)作為電力交易平臺(tái)的運(yùn)營方,要逐步提高交易平臺(tái)自動(dòng)化、信息化水平,有責(zé)任確保所有市場(chǎng)主體依法依規(guī)在平臺(tái)上公開、公平、公正地開展各類市場(chǎng)交易[9]。而現(xiàn)有的平臺(tái)無論是在滿足電力體制改革的要求方面,還是與國外主流電力市場(chǎng)交易平臺(tái)相比都還有一定的差距:①現(xiàn)有平臺(tái)主要支撐中長(zhǎng)期交易業(yè)務(wù),隨著日前、實(shí)時(shí)市場(chǎng)的不斷推進(jìn),交易商品必然由“電量”交易向“電力”交易轉(zhuǎn)變,交易業(yè)務(wù)的不斷細(xì)分,對(duì)平臺(tái)支持多周期、多品種的市場(chǎng)運(yùn)營提出了更高的要求;②售電側(cè)市場(chǎng)和低壓側(cè)電力用戶的不斷放開,市場(chǎng)成員接入數(shù)量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)將呈幾何級(jí)增長(zhǎng),平臺(tái)要承受大規(guī)模復(fù)雜業(yè)務(wù)計(jì)算和萬級(jí)用戶在線并發(fā)訪問,要求平臺(tái)必須能支持高并發(fā)訪問和具有海量信息處理的能力;③無論是國外的成熟市場(chǎng)還是其他行業(yè)和交易平臺(tái),都可以向交易成員提供穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)信息交換服務(wù),因此要求新一代平臺(tái)能支撐信息發(fā)布、交易申報(bào)、結(jié)算單確認(rèn)等多類市場(chǎng)交易信息的自動(dòng)化交互需求。

雖然國外電力市場(chǎng)交易平臺(tái)架構(gòu)已經(jīng)相對(duì)成熟,但與中國的電力體制改革(簡(jiǎn)稱電改)政策,以及國家和省(市)兩級(jí)市場(chǎng)運(yùn)作的要求不完全相同。因此,新一代電力交易平臺(tái)不僅要能滿足電改提出的新要求,也要考慮到國內(nèi)兩級(jí)電力市場(chǎng)統(tǒng)一運(yùn)營的整體要求,不能直接照搬國外市場(chǎng)交易平臺(tái)的設(shè)計(jì),必須在統(tǒng)一市場(chǎng)交易平臺(tái)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)上結(jié)合新要求、新技術(shù)開展下一代平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)。

為此,本文分析了電改對(duì)新一代平臺(tái)提出的總體設(shè)計(jì)要求,借鑒了部分國外電力交易平臺(tái)和國內(nèi)類似行業(yè)交易平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路和理念,結(jié)合國內(nèi)電力市場(chǎng)運(yùn)營的特點(diǎn),提出了適應(yīng)中國電力市場(chǎng)特色的四大應(yīng)用業(yè)務(wù)架構(gòu),以及兩級(jí)市場(chǎng)協(xié)作的平臺(tái)架構(gòu)體系設(shè)計(jì)思路,并對(duì)未來要開展研究的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析討論。

1 總體設(shè)計(jì)要求

隨著電改的不斷深化,要求由傳統(tǒng)的計(jì)劃方式向市場(chǎng)交易模式轉(zhuǎn)變,逐步建立以中長(zhǎng)期交易為主、現(xiàn)貨交易為補(bǔ)充的市場(chǎng)化電力電量平衡機(jī)制[8-9]。同時(shí),交易機(jī)構(gòu)要根據(jù)市場(chǎng)交易實(shí)際需要,規(guī)劃、建設(shè)功能健全、運(yùn)行可靠的電力交易平臺(tái)。因此,對(duì)平臺(tái)的設(shè)計(jì)提出了如下幾個(gè)方面的要求。

1.1 “現(xiàn)貨+中長(zhǎng)期”市場(chǎng)

“中發(fā)〔2015〕9號(hào)文”配套文件明確提出,中國電力市場(chǎng)建設(shè)目標(biāo)是“現(xiàn)貨交易發(fā)現(xiàn)價(jià)格,中長(zhǎng)期交易規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)”的現(xiàn)貨和中長(zhǎng)期交易相結(jié)合的市場(chǎng)化電力電量平衡模式[10]?，F(xiàn)貨市場(chǎng)與中長(zhǎng)期市場(chǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行主要體現(xiàn)在時(shí)序銜接和交易銜接兩個(gè)方面。中長(zhǎng)期交易的組織一般在現(xiàn)貨市場(chǎng)開市前進(jìn)行,覆蓋數(shù)年前至月前、周前、數(shù)日前等不同時(shí)間段。從國外主要電力市場(chǎng)的運(yùn)行實(shí)踐來看,現(xiàn)貨市場(chǎng)主要在日前市場(chǎng)、日內(nèi)市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)開展各類交易,現(xiàn)貨市場(chǎng)的交易規(guī)?？烧嫉诫娏κ袌?chǎng)總交易量的30%～80%[11]。因此,未來國內(nèi)市場(chǎng)的發(fā)展必然是以“現(xiàn)貨+中長(zhǎng)期”市場(chǎng)聯(lián)合運(yùn)營的模式,要求平臺(tái)必須進(jìn)一步支撐電力現(xiàn)貨和中長(zhǎng)期等多周期、多品種合約的交易和結(jié)算模式。此外,國外主流的電力市場(chǎng)還開展了電力金融等相關(guān)的配套市場(chǎng),但這些市場(chǎng)基本都是由專門的金融類交易所負(fù)責(zé)組織和開展,如美國紐約期貨交易所、芝加哥商品交易所等[12],其交易的電力合約通常是標(biāo)準(zhǔn)的且無須進(jìn)行物理交付的,也不用考慮電網(wǎng)阻塞等物理?xiàng)l件,只需按照現(xiàn)貨市場(chǎng)的價(jià)格進(jìn)行金融結(jié)算和清算,本文中的交易平臺(tái)設(shè)計(jì)將不特別考慮這一需求。

1.2 面向互聯(lián)網(wǎng)的高并發(fā)訪問

截至2017年5月,統(tǒng)一市場(chǎng)交易平臺(tái)上注冊(cè)的市場(chǎng)成員數(shù)已超過3.7萬家。隨著售電側(cè)市場(chǎng)和低壓側(cè)電力用戶的放開,市場(chǎng)成員接入數(shù)量將呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng),預(yù)計(jì)電力用戶和售電主體的注冊(cè)數(shù)量將大幅增長(zhǎng),電壓等級(jí)10 kV及以上潛在用戶約1 400萬戶。各類新型售電主體也將爆發(fā)式增長(zhǎng)。符合條件的所有市場(chǎng)主體都將無差別地安全接入交易平臺(tái),通過多種方式參與各類市場(chǎng)交易。而由于各類市場(chǎng)成員原有的管理主體不同,注冊(cè)信息和計(jì)量信息等關(guān)鍵數(shù)據(jù)來源各異,必將大大提高交易平臺(tái)中成員注冊(cè)、交易組織、合同管理、市場(chǎng)結(jié)算等核心業(yè)務(wù)功能的復(fù)雜度。而現(xiàn)有交易平臺(tái)是基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的交互架構(gòu),由于I/O靈活性差、效率較低,缺乏并發(fā)數(shù)據(jù)高效處理、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等關(guān)鍵技術(shù)支撐,已經(jīng)難以支撐未來市場(chǎng)高并發(fā)、高頻度交易的性能需求。因此,新一代交易平臺(tái)需要從基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)著手,研究數(shù)據(jù)訪問優(yōu)化、消息總線等關(guān)鍵技術(shù),為新一代交易平臺(tái)提供海量市場(chǎng)成員用戶接入和并發(fā)訪問能力。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)化的市場(chǎng)模型

目前交易平臺(tái)已對(duì)市場(chǎng)成員、業(yè)務(wù)單元、物理機(jī)組、經(jīng)濟(jì)機(jī)組實(shí)現(xiàn)了多層次市場(chǎng)模型統(tǒng)一管理,支撐了交易、計(jì)劃、結(jié)算、合同等核心交易業(yè)務(wù)?？紤]到新一輪售電側(cè)及未來市場(chǎng)化改革要求,市場(chǎng)模型將需要進(jìn)一步完善售電公司、配電公司及電網(wǎng)企業(yè)等模型。同時(shí),因?yàn)槟壳笆袌?chǎng)模型未與電網(wǎng)物理模型關(guān)聯(lián),所以在開展無約束交易結(jié)果提供安全校核,以及為電量計(jì)劃分配提供網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化空間時(shí),在模型層面遇到了挑戰(zhàn)。因此,為完善和拓展交易平臺(tái)業(yè)務(wù)功能,亟須完善基于標(biāo)準(zhǔn)化的市場(chǎng)模型。

1.4 外部系統(tǒng)信息交換

電力交易平臺(tái)對(duì)外主要與發(fā)電企業(yè)、售電公司、電力用戶進(jìn)行信息交換,分為數(shù)據(jù)級(jí)交互和非數(shù)據(jù)級(jí)交互兩種。其中非數(shù)據(jù)級(jí)交互指的是各類市場(chǎng)成員用戶登錄平臺(tái)的外網(wǎng)網(wǎng)站后,直接通過網(wǎng)頁進(jìn)行查詢、申報(bào)、確認(rèn)、下載等操作。而數(shù)據(jù)級(jí)交互指的是使用平臺(tái)提供的服務(wù)接口進(jìn)行信息的交互操作,交互信息的內(nèi)容主要包括交易公告、交易申報(bào)、交易結(jié)果、客戶檔案、合同信息等。電力交易平臺(tái)需要向所有的市場(chǎng)成員提供面向“服務(wù)”模式的信息交換接口,并約定信息交換的通信模式、通信方式,以及信息交換的格式。未來隨著電力市場(chǎng)業(yè)務(wù)的不斷變化,還需要對(duì)信息交換接口進(jìn)行動(dòng)態(tài)擴(kuò)展和擴(kuò)充。

1.5 交易安全保障

電力交易直接面向全社會(huì)廣大的客戶,交易數(shù)據(jù)機(jī)密敏感,必須能夠在互聯(lián)網(wǎng)上被安全、可靠地訪問。新一代電力交易平臺(tái)的安全保護(hù)等級(jí)為三級(jí),要求按照GB/T 22239—2008《信息安全技術(shù)信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)基本要求》以及“分區(qū)分域、安全接入、動(dòng)態(tài)感知、全面防護(hù)”的安全策略,對(duì)信息系統(tǒng)的物理安全、邊界安全、應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)安全、主機(jī)安全、網(wǎng)絡(luò)安全及終端安全進(jìn)行安全防護(hù)設(shè)計(jì)[13-14]。防護(hù)目標(biāo)包括:①電力交易平臺(tái)安全可靠運(yùn)行;②保障電力交易平臺(tái)邊界和網(wǎng)絡(luò)傳輸通道安全;③保障電力交易平臺(tái)用戶身份真實(shí)可信,防止惡意用戶、非授權(quán)用戶訪問;④對(duì)訪問控制信息、用戶對(duì)數(shù)據(jù)的異常操作事件進(jìn)行審計(jì),設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的抗抵賴機(jī)制,保證關(guān)鍵敏感數(shù)據(jù)傳輸加密、存儲(chǔ)加密、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)備份。

2 四大業(yè)務(wù)應(yīng)用

現(xiàn)有的統(tǒng)一電力市場(chǎng)交易平臺(tái)是通過一套完整系統(tǒng)支撐所有的業(yè)務(wù)開展,市場(chǎng)成員模型、交易、合同、結(jié)算、信息發(fā)布等核心業(yè)務(wù)應(yīng)用之間都是緊耦合關(guān)系,基本上通過數(shù)據(jù)表或視圖等方式直接交互,如果上游數(shù)據(jù)表出現(xiàn)問題或核心業(yè)務(wù)功能模塊發(fā)生故障,可能會(huì)造成其他業(yè)務(wù)功能出現(xiàn)故障、失效,甚至整體系統(tǒng)的宕機(jī)。隨著電力市場(chǎng)將穩(wěn)步推進(jìn)現(xiàn)貨市場(chǎng)、輔助服務(wù)、容量、輸電權(quán)等新市場(chǎng)交易業(yè)務(wù),交易業(yè)務(wù)將變得越來越復(fù)雜,必然會(huì)對(duì)電力市場(chǎng)交易的業(yè)務(wù)進(jìn)行細(xì)分。而國外主流電力市場(chǎng)業(yè)務(wù)架構(gòu),如PJM細(xì)分為能量管理系統(tǒng)(EMS),市場(chǎng)管理系統(tǒng)(MMS),電子套件(eSuit),雙結(jié)算系統(tǒng)(two settlement system)等幾個(gè)大的應(yīng)用子系統(tǒng)[15],系統(tǒng)間通過消息總線和服務(wù)進(jìn)行交互。因此,根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求,新一代交易平臺(tái)建議從以下四類業(yè)務(wù)應(yīng)用的角度進(jìn)行業(yè)務(wù)架構(gòu)的重構(gòu)。

1)電力商品交易應(yīng)用:隨著電力商品和交易周期逐步細(xì)分,各種電力商品建立相應(yīng)的市場(chǎng),形成從中長(zhǎng)期到短期,再到日前和實(shí)時(shí)的完整交易體系,實(shí)現(xiàn)對(duì)容量、電能、輔助服務(wù)、綠色能源證書等多種電力商品的交易組織和市場(chǎng)運(yùn)營。通過電力商品交易集中管理,不僅能夠?yàn)槭袌?chǎng)成員提供必需的價(jià)格信號(hào),同時(shí)也是連接各類電力商品市場(chǎng)的紐帶。總部與省市交易中心間通過標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的兩級(jí)業(yè)務(wù)協(xié)作的流程和管控手段,無縫開展電力商品的交易、合約及電能計(jì)劃兩級(jí)業(yè)務(wù)互動(dòng)。市場(chǎng)成員通過北京電力交易中心(總部)開展跨省區(qū)市場(chǎng)交易業(yè)務(wù),省市交易中心開展省內(nèi)的市場(chǎng)交易業(yè)務(wù),兩級(jí)交易業(yè)務(wù)通過信息專用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)無縫協(xié)調(diào)運(yùn)作;交易周期包括年度、月度、多日、日前、日內(nèi)、實(shí)時(shí)等多種周期的市場(chǎng)運(yùn)營;支撐包括電能、輔助服務(wù)、容量、綠色能源證書等多種電力商品的交易組織;支持預(yù)交易計(jì)劃和考慮電網(wǎng)安全約束的交易計(jì)劃管理等業(yè)務(wù)的開展。

2)市場(chǎng)結(jié)算應(yīng)用:電能結(jié)算業(yè)務(wù)是交易運(yùn)營的重要環(huán)節(jié),按照政策規(guī)定的業(yè)務(wù)職責(zé),交易中心根據(jù)關(guān)口計(jì)量數(shù)據(jù)、交易合同數(shù)據(jù)、特殊電量數(shù)據(jù)、網(wǎng)損、電價(jià)數(shù)據(jù),以及交易主體的運(yùn)行考核數(shù)據(jù)和交易運(yùn)營狀態(tài),依據(jù)結(jié)算規(guī)則進(jìn)行各交易主體的電量結(jié)算或電量電費(fèi)結(jié)算。隨著電改的推進(jìn),市場(chǎng)上任何電力商品的交易過程及由此產(chǎn)生的合約,最終都要靠結(jié)算來實(shí)現(xiàn)其市場(chǎng)價(jià)值。目前的中長(zhǎng)期市場(chǎng)主要是為電力用戶直接交易、發(fā)電權(quán)替代、跨省跨區(qū)外送等品種開展市場(chǎng)結(jié)算,其結(jié)算標(biāo)的主要是支撐以月為周期的電量、電費(fèi)結(jié)算。未來在日前和日內(nèi)現(xiàn)貨市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)、容量市場(chǎng)逐步開展的需求下,不僅要支撐多電力商品的日清、周清和月結(jié)算工作,還要支撐對(duì)電量、電力、容量多種商品標(biāo)的的結(jié)算能力。因此,在交易規(guī)模擴(kuò)大、市場(chǎng)成員由幾百向幾萬數(shù)量級(jí)發(fā)展、交易周期縮短的情況下,結(jié)算公式的數(shù)據(jù)處理量將達(dá)到超過千萬條,必須建立相對(duì)獨(dú)立和統(tǒng)一的結(jié)算子系統(tǒng),以應(yīng)對(duì)在極短時(shí)間內(nèi)快速、準(zhǔn)確地計(jì)算出各個(gè)交易商品的量、價(jià)、費(fèi)。支撐對(duì)包括發(fā)電廠、電力用戶、分布式電源用戶及售電商等全口徑的市場(chǎng)成員結(jié)算工作,以及市場(chǎng)成員因各種交易違約帶來的電量的清算,確保結(jié)算業(yè)務(wù)無差錯(cuò)清算能力。

3)市場(chǎng)服務(wù)應(yīng)用:是面向發(fā)電企業(yè)、電力用戶、售電商、電網(wǎng)企業(yè)等各類市場(chǎng)主體,提供安全、便捷、靈活、友好的統(tǒng)一服務(wù)平臺(tái)。一是對(duì)發(fā)電企業(yè)、電力用戶、售電商等各類市場(chǎng)主體進(jìn)行注冊(cè)、入市、變更、注銷、退市的全生命周期管控,管理各類市場(chǎng)主體之間的服務(wù)關(guān)系(如電力用戶與為其提供服務(wù)的售電商之間),對(duì)市場(chǎng)主體的交易不良行為管理,建立市場(chǎng)主體的交易信用體系;二是提供市場(chǎng)管理、交易、結(jié)算、合同、計(jì)劃、商運(yùn)、信息發(fā)布等業(yè)務(wù)的在線一站式服務(wù),滿足市場(chǎng)成員的安全、便捷辦理需求;三是根據(jù)信息公開政策規(guī)定,實(shí)現(xiàn)為各類市場(chǎng)主體和監(jiān)管機(jī)構(gòu)提供信息披露和信息報(bào)送服務(wù),并提供各類信息查詢服務(wù)和個(gè)性化信息定制推送服務(wù),通過市場(chǎng)交易網(wǎng)站、移動(dòng)APP及系統(tǒng)級(jí)的統(tǒng)一信息交換接口,實(shí)現(xiàn)與市場(chǎng)成員間的友好、互動(dòng)。在此基礎(chǔ)上,為各類市場(chǎng)成員提供從成員管理、業(yè)務(wù)交互到信息服務(wù)等全方位、優(yōu)質(zhì)的市場(chǎng)服務(wù),建立與市場(chǎng)主體、監(jiān)管機(jī)構(gòu)等各方的高效協(xié)調(diào)和良性互動(dòng)的機(jī)制。

4)市場(chǎng)分析應(yīng)用:新形勢(shì)下,市場(chǎng)運(yùn)行狀況復(fù)雜多變,從大量的交易數(shù)據(jù)中揭示市場(chǎng)運(yùn)行規(guī)律本質(zhì),掌握市場(chǎng)運(yùn)營情況,發(fā)現(xiàn)存在風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)測(cè)市場(chǎng)走勢(shì)是電力交易工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。無論是提高市場(chǎng)服務(wù)品質(zhì)還是公司經(jīng)營發(fā)展需要,電力交易的市場(chǎng)分析業(yè)務(wù)都需要深入和加強(qiáng):一是要對(duì)分層次的市場(chǎng)進(jìn)行分析管理,特別是對(duì)公共服務(wù)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和涉及交易機(jī)構(gòu)內(nèi)部經(jīng)營的數(shù)據(jù)分析,嚴(yán)格區(qū)分其管理界面;二是要針對(duì)市場(chǎng)成員交易行為相互間的邏輯關(guān)聯(lián)進(jìn)行分析,如從節(jié)能減排與電價(jià)最優(yōu)、長(zhǎng)周期合同與短期交易的公平性等角度把握市場(chǎng)健康運(yùn)行狀況,從電力用戶與發(fā)電企業(yè)不同的峰谷比、中長(zhǎng)期與短期直接交易合同的組合等角度分析對(duì)購售電業(yè)務(wù)的影響;三是要進(jìn)行事前、事中、事后的全周期范圍的分析,開展主動(dòng)式、預(yù)警式分析,對(duì)可能違反國家和地方交易政策、規(guī)則,以及影響到交易機(jī)構(gòu)正常有序經(jīng)營的市場(chǎng)行為,通過實(shí)時(shí)信息收集、大數(shù)據(jù)挖掘分析等技術(shù),開展在線交易全業(yè)務(wù)過程的監(jiān)控和預(yù)警分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史任意時(shí)間段市場(chǎng)行為的反演分析能力,為電力市場(chǎng)分析和監(jiān)管提供技術(shù)數(shù)據(jù),確保市場(chǎng)健康、有序運(yùn)營。

因此，本文以中國電力市場(chǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展需求為基礎(chǔ),對(duì)電力商品交易、統(tǒng)一高效的市場(chǎng)結(jié)算、友好互動(dòng)的市場(chǎng)服務(wù)和多維分層的市場(chǎng)分析四大應(yīng)用進(jìn)行了創(chuàng)新性的重構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了各業(yè)務(wù)應(yīng)用相對(duì)獨(dú)立的部署。業(yè)務(wù)應(yīng)用由原來的緊耦合變成通過統(tǒng)一的訪問服務(wù)實(shí)現(xiàn)松耦合式的無縫對(duì)接,能有效避免應(yīng)用出現(xiàn)故障或宕機(jī)時(shí)影響其他應(yīng)用的正常運(yùn)行,提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3 基于云架構(gòu)的交易平臺(tái)

現(xiàn)有的統(tǒng)一電力市場(chǎng)技術(shù)架構(gòu)通過負(fù)載均衡、雙機(jī)并行等為系統(tǒng)提供了比較可靠和穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境,但在支撐未來新市場(chǎng)環(huán)境下高并發(fā)、高性能計(jì)算方面還需要進(jìn)一步提升。技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)充分借鑒主流互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)理念,融合了虛擬化技術(shù)、負(fù)載均衡、熱備份冗余及網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)和分布式等技術(shù)[16-18],提出了以“云”為技術(shù)架構(gòu)基礎(chǔ),以大數(shù)據(jù)技術(shù)為業(yè)務(wù)分析基礎(chǔ),以微服務(wù)為應(yīng)用組件中心,以移動(dòng)應(yīng)用為擴(kuò)展服務(wù)渠道的新一代電力交易平臺(tái)。應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)搭建交易平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施,對(duì)現(xiàn)有大而全的應(yīng)用系統(tǒng)基于微服務(wù)技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì),通過云技術(shù)形成適應(yīng)能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、可靠性高的交易平臺(tái)新架構(gòu)。

如圖1所示，架構(gòu)從下到上主要包括云基礎(chǔ)設(shè)施層(IaaS)、云平臺(tái)層(PaaS)、云應(yīng)用層(SaaS)、云終端層,以及相應(yīng)的安全和維護(hù)體系。平臺(tái)采用C/S(Client/Server)+B/S(Browser/Server)混合應(yīng)用架構(gòu),C/S主要支撐交易中心內(nèi)部業(yè)務(wù),B/S主要支撐市場(chǎng)成員的交互及表單和流程類應(yīng)用。

圖1 新一代電力交易平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)Fig.1 Technical architecture of a new generation of electricity trading platform

由于交易業(yè)務(wù)的特殊性,例如中長(zhǎng)期交易時(shí)每月1至2日是結(jié)算應(yīng)用負(fù)載最高時(shí)段,2至10日是數(shù)據(jù)分析的高峰時(shí)段,20至25日是市場(chǎng)交易的高峰時(shí)段,25至30日是計(jì)劃應(yīng)用的高峰時(shí)段。未來隨著現(xiàn)貨市場(chǎng)的啟動(dòng),業(yè)務(wù)高峰期將會(huì)細(xì)分至小時(shí)乃至分鐘。因此,基于服務(wù)總線對(duì)各類服務(wù)及應(yīng)用功能的集成,實(shí)現(xiàn)交易業(yè)務(wù)服務(wù)間的松耦合,利用云服務(wù)向業(yè)務(wù)應(yīng)用提供彈性伸縮和高可靠性保障。同時(shí),各級(jí)市場(chǎng)交易品種、準(zhǔn)入要求、申報(bào)條件、出清方法都關(guān)乎當(dāng)?shù)氐恼呒s束,因此需要將各地的交易規(guī)則細(xì)分為不同的“交易微服務(wù)”,未來市場(chǎng)要求修改完善交易規(guī)則時(shí),只需要通過對(duì)微服務(wù)進(jìn)行細(xì)微調(diào)整就能適應(yīng)市場(chǎng)快速發(fā)展的需求。

1)基礎(chǔ)設(shè)施層:通過虛擬化管理主機(jī)、存儲(chǔ)等資源,為交易平臺(tái)構(gòu)建基本的運(yùn)行環(huán)境;為滿足海量交易數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及高性能和高并發(fā)的系統(tǒng)使用和訪問,數(shù)據(jù)庫方面需要在傳統(tǒng)的磁盤數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上引入分布式海量庫和高性能的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫,支持海量數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)及高性能并行計(jì)算;平臺(tái)在基礎(chǔ)資源服務(wù)方面,支持負(fù)載均衡,包括節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)、計(jì)算及服務(wù)等各個(gè)層次的負(fù)載均衡。

2)平臺(tái)服務(wù)層:基于平臺(tái)服務(wù)總線實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)各類服務(wù)的注冊(cè)、監(jiān)視及狀態(tài)管理,主要包括消息服務(wù)、權(quán)限服務(wù)、模型服務(wù)、計(jì)算服務(wù)等。平臺(tái)充分考慮電力市場(chǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)具有電力交易行業(yè)特色的平臺(tái),既要支持電力交易門戶網(wǎng)站的功能,又要支持信息管理類的功能,還要支持專業(yè)的安全校核等服務(wù),平臺(tái)服務(wù)層需體現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和電力市場(chǎng)的融合。

3)應(yīng)用服務(wù)層:實(shí)現(xiàn)電力交易業(yè)務(wù)市場(chǎng)交易、市場(chǎng)結(jié)算、市場(chǎng)分析和市場(chǎng)服務(wù)四大類應(yīng)用功能,基于平臺(tái)服務(wù)總線實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能服務(wù)化。并將電力交易業(yè)務(wù)服務(wù)原子化、組件化封裝為電力交易微服務(wù),每一個(gè)微服務(wù)只完成一件不可再拆分的市場(chǎng)業(yè)務(wù)。將電力市場(chǎng)交易業(yè)務(wù)按照業(yè)務(wù)流程重新原子化構(gòu)建,定義滿足不同需求的微服務(wù)組件,再由微服務(wù)拼裝成電力市場(chǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用,可快速滿足多樣化和不斷更新的業(yè)務(wù)需求。微服務(wù)技術(shù)與電力交易商品交易、市場(chǎng)結(jié)算、市場(chǎng)服務(wù)、市場(chǎng)分析等業(yè)務(wù)的融合實(shí)現(xiàn)了客戶需求及時(shí)響應(yīng)、軟件功能靈活配置、服務(wù)性能具有彈性等目的。

4)客戶端層:市場(chǎng)成員可以利用各種終端設(shè)備(如PC電腦、平板電腦、智能手機(jī)等),隨時(shí)隨地通過互聯(lián)網(wǎng)訪問電力交易平臺(tái)各類應(yīng)用服務(wù),也可為交易中心的大屏及觸摸屏等設(shè)備的接入,為用戶提供多種交互方式。

在與外部系統(tǒng)的交互方面,設(shè)計(jì)了支持發(fā)電商、售電商和電力用戶的技術(shù)支持系統(tǒng)的對(duì)接服務(wù),以及短信和郵件系統(tǒng)的交互能力;與橫向業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互方面,支撐與國家電網(wǎng)公司的調(diào)度、財(cái)務(wù)、營銷、經(jīng)法、規(guī)劃計(jì)劃和運(yùn)營監(jiān)控系統(tǒng)的交互能力;同時(shí),借助公司的電力市場(chǎng)運(yùn)營技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,可在新一代交易平臺(tái)上開展市場(chǎng)模擬推演、仿真實(shí)驗(yàn)、新技術(shù)驗(yàn)證、功能和性能驗(yàn)證,未來還可以向廣大市場(chǎng)成員開放交易員培訓(xùn)、考試認(rèn)證和實(shí)驗(yàn)?zāi)M等服務(wù)。

PJM等國外主流市場(chǎng)平臺(tái)目前只支持單級(jí)市場(chǎng),約1 000余家市場(chǎng)成員在線交易,約800 TW·h的年結(jié)算電量。而新一代平臺(tái)通過架構(gòu)的升級(jí),不僅可以支撐中國特有的兩級(jí)市場(chǎng)交易體系,未來還可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)省市和地區(qū)超過萬家的用戶在線交易,保障超過3 000 TW·h的電量結(jié)算。采用基于云技術(shù)平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì),利于交易中心適應(yīng)在未來業(yè)務(wù)快速發(fā)展時(shí)對(duì)軟、硬件資源需求的彈性擴(kuò)展,通過兩地三中心的云化的平臺(tái)設(shè)計(jì)，為海量市場(chǎng)成員提供近乎全時(shí)段在線運(yùn)營服務(wù)的能力,并且向市場(chǎng)成員提供了包括網(wǎng)站、移動(dòng)終端,以及系統(tǒng)級(jí)的交互服務(wù)接口等多種交互手段,保障了市場(chǎng)成員可以通過穩(wěn)定、可靠、高效的平臺(tái)公平地參與市場(chǎng)交易。

4 兩級(jí)部署模式

當(dāng)前國外的一些主流電力市場(chǎng),如美國PJM電力市場(chǎng)采用單一的區(qū)域市場(chǎng)運(yùn)作模式[19-20]。而中國現(xiàn)階段是國家和省級(jí)兩級(jí)市場(chǎng)相互協(xié)調(diào)運(yùn)作模式[21-22]為主,以國家電網(wǎng)公司為例。北京電力交易中心負(fù)責(zé)的是國家和區(qū)域市場(chǎng)運(yùn)作,重點(diǎn)組織跨區(qū)跨省電力交易業(yè)務(wù)的開展;而27家省級(jí)交易中心負(fù)責(zé)的是省級(jí)市場(chǎng)運(yùn)作,重點(diǎn)組織省內(nèi)交易等業(yè)務(wù)的開展。因此,如圖2所示平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)采用兩級(jí)部署模式,借鑒了目前主流的互聯(lián)網(wǎng)混合云架構(gòu)體系,在北京電力交易中心的兩地三中心私有云環(huán)境上部署國家市場(chǎng)電力交易平臺(tái),支撐國家和區(qū)域電力市場(chǎng)運(yùn)營;在各省(區(qū)、市)交易中心的私有云環(huán)境上分別部署一套省級(jí)交易平臺(tái)支撐省級(jí)電力市場(chǎng)運(yùn)營。為了應(yīng)對(duì)電改后大量終端用戶帶來的高并發(fā)、大流量的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求,使用負(fù)載均衡技術(shù),并借助第三方公有云平臺(tái),將查詢類的網(wǎng)絡(luò)流量引導(dǎo)到公有云上,向廣大市場(chǎng)成員提供市場(chǎng)政策、市場(chǎng)信息、交易公告、交易出清結(jié)果等公開、非機(jī)密數(shù)據(jù)的只讀訪問請(qǐng)求,第三方公有云與交易中心私有云之間使用防火墻及虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)加密通道進(jìn)行數(shù)據(jù)同步,此方案可減少交易中心私有云中服務(wù)器的負(fù)載。而針對(duì)敏感性的交易、結(jié)算類請(qǐng)求,則直接通過訪問交易中心私有云,保證私密和敏感數(shù)據(jù)安全。

圖2 平臺(tái)兩級(jí)部署模式Fig.2 Two-tier deployment pattern of trading platform

兩級(jí)交易中心是通過專用的電力廣域網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互通,再根據(jù)業(yè)務(wù)信息交互的特性分為三種方式交互:①業(yè)務(wù)時(shí)效性高的信息,如跨省區(qū)交易開展時(shí)必須要省級(jí)交易中心、調(diào)度中心進(jìn)行確認(rèn)和校核電量的信息,則可以通過兩級(jí)服務(wù)總線上的服務(wù)實(shí)現(xiàn)即時(shí)交互;②流程相關(guān)性高的信息,如跨省區(qū)的結(jié)算單的確認(rèn),需要下級(jí)交易中心在指定時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行確認(rèn),如不確認(rèn)則默認(rèn)無問題,就可以使用BPM流程引擎實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)信息交互;③其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),即對(duì)時(shí)效和流程都不是特別關(guān)注的信息,則可以通過定時(shí)任務(wù)在閑時(shí)通過批量數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)信息的交互。交互的信息包括:基礎(chǔ)類模型數(shù)據(jù)、交易類數(shù)據(jù)、合同類數(shù)據(jù)、結(jié)算類數(shù)據(jù),以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析類數(shù)據(jù),可以覆蓋交易中心各項(xiàng)核心業(yè)務(wù)。

外網(wǎng)用戶通過互聯(lián)網(wǎng)訪問交易中心的外網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)器,其中發(fā)電企業(yè)、電力用戶、售電公司作為市場(chǎng)成員交易主體,因?yàn)樾枰獏⒓邮袌?chǎng)的交易活動(dòng),必須使用經(jīng)過國家認(rèn)可的第三方金融數(shù)字證書的認(rèn)證后才允許訪問;監(jiān)管機(jī)構(gòu)則可以通過賬戶級(jí)認(rèn)證后直接訪問系統(tǒng);社會(huì)公眾無需賬號(hào)可直接瀏覽信息發(fā)布網(wǎng)站。內(nèi)網(wǎng)用戶包括交易中心及下轄的地市公司用戶,可直接通過電力系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)使用已分配的賬號(hào)登錄平臺(tái),或者從各單位門戶直接訪問內(nèi)網(wǎng)的交易應(yīng)用。同時(shí),在外網(wǎng)側(cè)結(jié)合統(tǒng)一權(quán)限管理平臺(tái)(ISC)[23],實(shí)現(xiàn)單一市場(chǎng)成員在任意市場(chǎng)注冊(cè)成功后,其注冊(cè)信息和賬號(hào)可通過縱向傳輸通道共享給其他市場(chǎng),共享成功后不僅可以參與所在省級(jí)市場(chǎng)的省內(nèi)電力交易業(yè)務(wù),而且可以直接參加國家市場(chǎng)組織的跨省跨區(qū)外送電交易,直接提升了市場(chǎng)成員參與兩級(jí)市場(chǎng)交易的能力。

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 “混合云”與兩地三中心

借鑒了銀行、證券公司、12306網(wǎng)站及PJM AC2的技術(shù)方案[24-25],采用私有云+公有云的“混合云”的設(shè)計(jì)。用戶的網(wǎng)絡(luò)訪問請(qǐng)求首先到達(dá)負(fù)載均衡設(shè)備,然后將大部分查詢類請(qǐng)求送往第三方公有云平臺(tái),少量的交易類請(qǐng)求送至交易中心的私有云平臺(tái)。在交易中心私有云中實(shí)現(xiàn)兩地三中心[24]的運(yùn)行模式:兩地三中心,分別為同城主中心、同城副中心和異地災(zāi)備中心,主中心與副中心設(shè)計(jì)為雙活平臺(tái)運(yùn)行,而災(zāi)備中心主要實(shí)現(xiàn)高可用性,在發(fā)生災(zāi)難且同城主副中心無法使用時(shí)才會(huì)使用。其特點(diǎn)包括:資料完全同步,主中心停機(jī),副中心接替運(yùn)行;副中心不閑置,提升整體效能,創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值;足以應(yīng)對(duì)大多數(shù)緊急事故;主中心與災(zāi)備實(shí)現(xiàn)異步的資料同步;免除大區(qū)域?yàn)?zāi)害的停機(jī)風(fēng)險(xiǎn);確保資料的安全與完整。

需要關(guān)注的是,由于交易業(yè)務(wù)涉及電量和電價(jià),可以說是與市場(chǎng)成員切身利益直接相關(guān),成員在平臺(tái)中提交的每一筆電量和電價(jià)都不能丟失和出錯(cuò)。因此平臺(tái)雙活之間的數(shù)據(jù)同步是需要重點(diǎn)解決的技術(shù)問題,同時(shí)與公有云之間的數(shù)據(jù)同步既要保障數(shù)據(jù)安全,又要保障無差錯(cuò),也需要重點(diǎn)關(guān)注。

5.2 高并發(fā)訪問

目前國內(nèi)電力交易以中長(zhǎng)期交易為主,市場(chǎng)成員在集中時(shí)間段登錄交易平臺(tái)進(jìn)行電量或量?jī)r(jià)信息申報(bào),平臺(tái)并發(fā)訪問峰值預(yù)計(jì)在千級(jí),傳統(tǒng)的三/四層互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可以通過簡(jiǎn)單擴(kuò)展硬件設(shè)備應(yīng)對(duì)。但隨著用戶側(cè)和售電側(cè)市場(chǎng)的放開,平臺(tái)要支撐萬級(jí)用戶的并發(fā)訪問,傳統(tǒng)的基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)處理架構(gòu)將遭遇瓶頸。因此,本文從架構(gòu)層面分析海量用戶并發(fā)訪問關(guān)鍵技術(shù),支撐新電改形式下各類準(zhǔn)入市場(chǎng)成員高效參與市場(chǎng)組織的各類集中撮合交易,提升市場(chǎng)運(yùn)營能力。如圖3所示,本文在分析電力交易業(yè)務(wù)需求和借鑒互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上,形成如下兩層高并發(fā)訪問優(yōu)化總體方案。

圖3 高并發(fā)訪問總體優(yōu)化方案Fig.3 Overall optimized scheme for high concurrent access

1)基礎(chǔ)設(shè)施層需要合理配置優(yōu)化高性能服務(wù)器和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬,為高并發(fā)提供基礎(chǔ)硬件和網(wǎng)絡(luò)條件。靜態(tài)頁面訪問效率要遠(yuǎn)高于動(dòng)態(tài)頁面,將靜態(tài)頁面與動(dòng)態(tài)頁面分離部署,可以總體提升交易平臺(tái)并發(fā)能力。圖片加載非常消耗資源,把圖片與交易業(yè)務(wù)頁面進(jìn)行分離,搭建交易平臺(tái)獨(dú)立圖片服務(wù)器,降低提供交易業(yè)務(wù)訪問請(qǐng)求的服務(wù)器壓力,并能保證交易業(yè)務(wù)服務(wù)器健壯性。

2)平臺(tái)服務(wù)層主要優(yōu)化方法是提升數(shù)據(jù)訪問性能和異步寫入機(jī)制。通過分庫分表、讀寫分離提升關(guān)系庫讀寫性能,通過部署分布式內(nèi)存庫提升數(shù)據(jù)讀寫性能,但基于內(nèi)存庫處理數(shù)據(jù)時(shí)需要考慮與關(guān)系庫的數(shù)據(jù)同步及數(shù)據(jù)備份,防止內(nèi)存數(shù)據(jù)因意外原因造成數(shù)據(jù)丟失。異步寫入機(jī)制主要用于交易數(shù)據(jù)申報(bào)等應(yīng)用的高并發(fā)場(chǎng)景,實(shí)現(xiàn)用戶請(qǐng)求的快速響應(yīng)。基于服務(wù)總線的負(fù)載均衡機(jī)制保證服務(wù)橫向線性擴(kuò)展,提升交易平臺(tái)服務(wù)性能。

5.3 IEC 62325模型

中國電力市場(chǎng)運(yùn)營與國外有所差異,目前中國以年度、月度等中長(zhǎng)期方式開展電能交易。歐洲電力市場(chǎng)目前正趨于向統(tǒng)一互聯(lián)的方向發(fā)展,IEC 62325模型標(biāo)準(zhǔn)中的歐洲市場(chǎng)部分系列標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)雙邊交易,覆蓋了市場(chǎng)成員、合同、計(jì)劃、結(jié)算等中長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)營業(yè)務(wù)的信息交換標(biāo)準(zhǔn)。由于與中國現(xiàn)行的統(tǒng)一市場(chǎng)運(yùn)營模式和業(yè)務(wù)類似,因此具有重要的借鑒作用和參考意義[26]。本文在IEC 62325標(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)上,對(duì)IEC 61970模型結(jié)合中國電力交易實(shí)際業(yè)務(wù)需求進(jìn)行了擴(kuò)展,設(shè)計(jì)了如圖4所示的多層次市場(chǎng)模型。

圖4 多層次市場(chǎng)模型Fig.4 Multi-level market model

1)市場(chǎng)成員層:市場(chǎng)成員層根據(jù)市場(chǎng)成員主體類型的不同,主要?jiǎng)澐譃榘l(fā)電商、輸電商、交易中心、配電公司、售電商和電力用戶等信息。

2)業(yè)務(wù)單元層:根據(jù)交易應(yīng)用核心業(yè)務(wù)劃分為不同的業(yè)務(wù)單元,解決不同業(yè)務(wù)模型粒度不一致帶來的問題。

3)經(jīng)濟(jì)機(jī)組/負(fù)荷層:為滿足不同應(yīng)用間的數(shù)據(jù)交互和共享,不同應(yīng)用間的業(yè)務(wù)單元在進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理時(shí),必須將業(yè)務(wù)單元應(yīng)用數(shù)據(jù)分解到經(jīng)濟(jì)機(jī)組粒度。

4)物理機(jī)組/負(fù)荷層:物理機(jī)組和物理負(fù)荷層分別與IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)的物理模型物理機(jī)組/負(fù)荷進(jìn)行相互映射,為電力市場(chǎng)交易安全校核、發(fā)電計(jì)劃優(yōu)化等奠定模型基礎(chǔ)。需要注意的是,由于電網(wǎng)的物理模型由調(diào)度平臺(tái)負(fù)責(zé)管理和維護(hù),未來電網(wǎng)模型的即時(shí)同步和映射是需要關(guān)注的一個(gè)問題。

5.4 海量存儲(chǔ)與處理

售電及用戶低壓側(cè)市場(chǎng)放開后,各類市場(chǎng)成員主體數(shù)量跨數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)將直接導(dǎo)致結(jié)算計(jì)算、交易撮合等核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量的急劇增長(zhǎng),交易、計(jì)量、結(jié)算等核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量將高達(dá)幾百萬條甚至上千萬條。在梳理三類不同數(shù)據(jù)源存儲(chǔ)特點(diǎn)基礎(chǔ)上,基于面向服務(wù)的架構(gòu),根據(jù)電力交易業(yè)務(wù)的特點(diǎn),研究設(shè)計(jì)了三層的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理方案。

1)數(shù)據(jù)層:為解決交易海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問題,本文提出三類海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)策略,即關(guān)系庫(分庫分表)、分布式內(nèi)存庫和分布式海量庫,這三類庫均支持彈性橫向擴(kuò)展。其中,關(guān)系庫負(fù)責(zé)交易業(yè)務(wù)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ),分布式內(nèi)存庫主要用作緩存為計(jì)算準(zhǔn)備數(shù)據(jù),分布式海量庫主要用于超大規(guī)模歷史數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

2)通信層:基于面向服務(wù)的架構(gòu)設(shè)計(jì)交易平臺(tái)服務(wù)總線,提供三類數(shù)據(jù)訪問服務(wù)的注冊(cè)、定位及遠(yuǎn)程調(diào)用,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)松耦合,提升服務(wù)通信和復(fù)用效率。

3)邏輯層:應(yīng)用分布式計(jì)算框架,支持基于磁盤的分布式計(jì)算模型Map/Reduce和基于內(nèi)存的分布式計(jì)算模型Spark。當(dāng)涉及需要重復(fù)讀取同樣數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代式計(jì)算時(shí),Spark有其自身優(yōu)勢(shì),如平臺(tái)基于Spark進(jìn)行結(jié)算時(shí)迭代計(jì)算效果提升數(shù)十倍。但當(dāng)涉及單次讀取、類似 ETL操作任務(wù),如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)整合等時(shí),Map/Reduce更加合適。邏輯層通過平臺(tái)注冊(cè)的三類數(shù)據(jù)訪問服務(wù)訪問數(shù)據(jù),同時(shí)可以通過消息總線,支持不同應(yīng)用間的消息傳遞,提升計(jì)算效率。

5.5 標(biāo)準(zhǔn)化信息交換接口

電力交易平臺(tái)主要與發(fā)電、售電及電力用戶技術(shù)支持系統(tǒng)進(jìn)行信息交換。交換體系由信息交換總線、標(biāo)準(zhǔn)接口服務(wù)器、數(shù)據(jù)傳輸總線、隔離裝置,以及參與信息交換的市場(chǎng)成員技術(shù)支持系統(tǒng)共同組成,其關(guān)系如圖5所示。

圖5 外部系統(tǒng)信息交換體系Fig.5 Information exchange system for external system

所有信息交換都會(huì)基于一種通信模式,通信模式實(shí)際上就是說明通信雙方協(xié)同工作的方式。新一代電力交易技術(shù)支持系統(tǒng)與售電技術(shù)支持系統(tǒng)信息交換涉及的通信模式共包含以下三種。①對(duì)話通信模式:指由市場(chǎng)成員的技術(shù)支持系統(tǒng)主動(dòng)發(fā)起的通信請(qǐng)求。該請(qǐng)求被交易技術(shù)支持系統(tǒng)接收和處理,并給予響應(yīng),如申報(bào)、查詢等。這種通信模式與普通的客戶/服務(wù)器模式相同。②私有通信模式:指交易平臺(tái)主動(dòng)向某個(gè)特定的成員發(fā)出的信息,如成交結(jié)果通知等。③廣播通信模式:指交易平臺(tái)端主動(dòng)向市場(chǎng)中的所有成員都發(fā)出相同的信息,如市場(chǎng)公告、行情等。

信息交換的通信方式可使用FTP協(xié)議、WebService協(xié)議、WebSocket協(xié)議三種,如圖5所示,分別對(duì)應(yīng)單向只讀傳輸、請(qǐng)求應(yīng)答及長(zhǎng)連接雙向傳輸。針對(duì)交易公告、交易申報(bào)、消息推送等不同的信息交換類別,可以選用相應(yīng)的通信方式。

目前在電力市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)工作組的組織下,中國電力科學(xué)研究院正在牽頭起草電力市場(chǎng)技術(shù)支持系統(tǒng)與售電技術(shù)支持系統(tǒng)信息交換的標(biāo)準(zhǔn),未來基于此標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)擴(kuò)展到與發(fā)電商和電力用戶相關(guān)系統(tǒng)的信息交換。

5.6 身份認(rèn)證與安全防護(hù)

由于電力交易平臺(tái)與市場(chǎng)成員的信息交換基本都是通過互聯(lián)網(wǎng)通道,除了傳統(tǒng)的防火墻和入侵檢測(cè)、分布式拒絕服務(wù)(DDOS)之外,建議增強(qiáng)如下幾個(gè)方面的能力。

1)身份認(rèn)證技術(shù)。新一代電力交易平臺(tái)的身份認(rèn)證設(shè)計(jì),根據(jù)用戶角色,劃分不同的安全等級(jí):針對(duì)參與市場(chǎng)交易的發(fā)電企業(yè)、售電商、電力用戶,仍采用國家認(rèn)可的第三方數(shù)字證書;針對(duì)不參與市場(chǎng)交易的市場(chǎng)成員,以及從移動(dòng)設(shè)備登錄的場(chǎng)景,可使用短信、APP等形式的動(dòng)態(tài)口令進(jìn)行雙因子認(rèn)證,降低市場(chǎng)成員參與市場(chǎng)的成本,提升操作便捷度。此外,可以根據(jù)操作的類型來進(jìn)行安全等級(jí)的劃分,如簡(jiǎn)單的查詢類操作,可以配置僅通過用戶口令進(jìn)行身份認(rèn)證;涉及交易類的核心操作,則要求插入數(shù)字證書或者進(jìn)行雙因子認(rèn)證。

2)云安全防護(hù)。此次設(shè)計(jì)采用了云架構(gòu)設(shè)計(jì),因此為了提高性能和安全等級(jí),可以在負(fù)載均衡前增加內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN),在云CDN服務(wù)集成Web應(yīng)用防火墻(WAF),以及防借助代理服務(wù)器攻擊(CC)的能力,可進(jìn)一步阻止針對(duì)Web服務(wù)的結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)注入、跨站腳本攻擊(XSS),以及CC拒絕服務(wù)攻擊,提升交易平臺(tái)在外網(wǎng)的安全性。

3)數(shù)據(jù)安全技術(shù)。關(guān)于數(shù)據(jù)安全,可以分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全和數(shù)據(jù)傳輸安全兩個(gè)部分。在傳輸安全方面,新一代電力交易平臺(tái)要求全站啟用HTTPS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持,采用服務(wù)器數(shù)字證書及安全套接層(SSL)協(xié)議,加密客戶端與服務(wù)端交互的全部數(shù)據(jù)通信;在存儲(chǔ)安全方面,針對(duì)數(shù)據(jù)庫的訪問控制和加密,其中內(nèi)網(wǎng)主數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)所有機(jī)密或者非機(jī)密數(shù)據(jù)集,位于防火墻或者隔離裝置后,僅能通過指定源IP訪問,外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫位于公有云,存放只讀的非機(jī)密數(shù)據(jù),只能通過VPN專線與內(nèi)網(wǎng)主數(shù)據(jù)庫進(jìn)行同步,并對(duì)數(shù)據(jù)庫所在的硬盤分區(qū)全盤加密,而且關(guān)鍵數(shù)據(jù)如交易申報(bào)等加密存放在相應(yīng)表中,出清計(jì)算時(shí)需要使用相應(yīng)密鑰動(dòng)態(tài)解密,避免數(shù)據(jù)庫造成的信息泄露。

6 結(jié)語

本文提出了適應(yīng)國家電力市場(chǎng)兩級(jí)交易運(yùn)營業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)開展的新一代電力市場(chǎng)交易平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。該方案具有以下的特點(diǎn):①適應(yīng)國家和省級(jí)兩級(jí)市場(chǎng)運(yùn)營的交易平臺(tái)統(tǒng)一設(shè)計(jì)方案,有效提升了兩級(jí)業(yè)務(wù)的協(xié)調(diào)運(yùn)作能力;②重構(gòu)了適應(yīng)中國特色的四大應(yīng)用子系統(tǒng)的業(yè)務(wù)架構(gòu),實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的松耦合交互,提升了平臺(tái)的性能和可靠性;③設(shè)計(jì)了支撐與廣大市場(chǎng)成員的技術(shù)支持系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的機(jī)制和方案;④借鑒互聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)的“混合云”技術(shù),借助公有云分擔(dān)部分只讀信息的查詢,有效減少了交易中心平臺(tái)的負(fù)載。該設(shè)計(jì)可適應(yīng)電改要求的“現(xiàn)貨+中長(zhǎng)期市場(chǎng)”協(xié)調(diào)運(yùn)營的需求,提升了兩級(jí)市場(chǎng)協(xié)調(diào)動(dòng)作的能力,可為下一代電力市場(chǎng)交易平臺(tái)的設(shè)計(jì)、研發(fā)提供參考。

雖然設(shè)計(jì)方案中提到了兩地三中心的私有云架構(gòu)思路,考慮到交易業(yè)務(wù)的特殊性,還需要借鑒國外主流市場(chǎng)的雙活設(shè)計(jì)方案,針對(duì)基于雙活架構(gòu)的兩地三中心的方案和關(guān)鍵技術(shù)開展研究和探討。

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DiscussiononArchitectureofNew-generationElectricityTradingPlatform

SHILianjun1,SHAOPing2,ZHANGXian1,HUANGLongda2,GENGJian2,YEFei2

(1. Beijing Power Exchange Center, Beijing100031, China;2. China Electric Power Research Institute (Nanjing), Nanjing210003, China)

Along with the new round of electricity market reform, the supply of electricity has been gradually transformed from traditional planning mode to market trading mode. Faced with complex market variations, the technical support system of electricity trading has made some new requirements regarded as the joint operation of “spot+medium and long term” market, the Internet-oriented high concurrent access, the standardized market model, the external system information exchange and the transaction security guarantee. In addition, a four-major-application business architecture is proposed, which is adapted to the characteristics of China’s electricity market, with a two-tier-coordination platform architecture based on “hybrid cloud”. Finally, the key technical problems that need to be solved in system expansion are discussed.

This work is supported by National Key R&D Program of China (No.2016YFB0901900) and State Grid Corporation of China.

electricity market; technical support system; system architecture; trade platform

2017-06-14;

2017-08-14。

上網(wǎng)日期: 2017-09-12。

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2016YFB0901900);國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“適應(yīng)多邊市場(chǎng)運(yùn)作的交易平臺(tái)總體框架和關(guān)鍵技術(shù)研究”。

史連軍(1966—),男,博士,教授級(jí)高級(jí)工程師,主要研究方向:電力市場(chǎng)。

邵 平(1979—),男,通信作者,碩士,高級(jí)工程師,主要研究方向:電力市場(chǎng)。E-mail: shaoping@epri.sgcc.com.cn

張 顯(1977—),男,博士,教授級(jí)高級(jí)工程師,主要研究方向:電力市場(chǎng)運(yùn)營與管理、電力系統(tǒng)優(yōu)化。E-mail: xian-zhang@sgcc.com.cn

(編輯章黎)