張凌　田珂　張巍　孫玉明

摘? ?要：隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，電力營銷管理已經(jīng)成為當(dāng)前發(fā)展的核心業(yè)務(wù)，其工作質(zhì)量高低與供電企業(yè)所獲經(jīng)濟(jì)效益呈正比關(guān)系。為了有效地節(jié)約能源，減低電網(wǎng)系統(tǒng)中的負(fù)載消耗，提出了一種新型的電力營銷管理系統(tǒng)優(yōu)化方案，將電力營銷管理系統(tǒng)管理平臺劃分為營銷決策層、營銷工作質(zhì)量管理層、營銷業(yè)務(wù)層和客戶服務(wù)層，分門別類地管理不同類型的電能信息。并且通過用電優(yōu)化模型及算法有效地將電價(jià)比較高時(shí)段的負(fù)荷被轉(zhuǎn)移到電價(jià)比較低的時(shí)段，提高電能利用效果，降低電網(wǎng)負(fù)載電能消耗。實(shí)驗(yàn)表明，本技術(shù)方案優(yōu)化性能較好，有力地推動(dòng)電力營銷管理系統(tǒng)新技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);電力營銷管理系統(tǒng);優(yōu)化;用電優(yōu)化模型;電網(wǎng)負(fù)載

中圖分類號：TP274? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Optimization Design of Power Marketing Management

System in Smart Grid Environment

ZHANG Ling1，TIAN Ke2，ZHANG Wei1，SUN Yu-ming3

（1. Customer Service Center，State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou，Henan 450000，China;

2. Marketing Department of State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou，Henan 450000，China;

3. Electric Power Research Institute，State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou，Henan 450000，China）

Abstract：With the development of smart grid technology，power marketing management has become the core business of current development，and the quality of its work is directly proportional to the economic benefits of power supply companies. In order to effectively save energy and reduce load consumption in the power grid system，this paper proposes a new power marketing management system optimization program，which divides the power marketing management system management platform into marketing decision-making layer，marketing work quality management layer，marketing business layer and The customer service layer manages different types of power information in different categories. And through the use of electricity optimization models and algorithms，the load of the electricity price is relatively high during the period when the electricity price is relatively low，and the power utilization effect is improved，and the power consumption of the grid load is reduced. Tests show that this technical solution has better optimization performance and powerfully promotes the development of new technologies in the power marketing management system.

Key words：smart grid;power marketing management system;optimization;power optimization model;grid load

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，憑借現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù)以及控制技術(shù)迅速發(fā)展智能電網(wǎng)成為未來智能電網(wǎng)的發(fā)展方向[1-3]。電力營銷作為電力系統(tǒng)管理的核心，電力營銷系統(tǒng)工作質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益[4-6]。目前，電力營銷管理系統(tǒng)管理模式不能滿足當(dāng)前需求，系統(tǒng)雍腫，數(shù)據(jù)運(yùn)行困難，由于智能電網(wǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)越來也多，其管理復(fù)雜程度也越來越大，用戶使用起來極其不便[7]。這種情況下，將對電力營銷管理系統(tǒng)管理的發(fā)展造成困擾，導(dǎo)致系統(tǒng)使用效率低下，管理水平較低[8]。

為了提高市場響應(yīng)速度，提高計(jì)量公正準(zhǔn)確性，加快數(shù)據(jù)采集效率[9]，增加收費(fèi)方式多樣性，構(gòu)建智能電網(wǎng)與電力用戶電力流、信息流、業(yè)務(wù)流實(shí)時(shí)互動(dòng)的新型供用電關(guān)系[10]，設(shè)計(jì)出一種新型的電力管理系統(tǒng)，對現(xiàn)有的系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，以促進(jìn)電力運(yùn)營信息化、智能化，有利于用戶對電力營銷管理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的管理，這已經(jīng)成為智能電網(wǎng)發(fā)展的必由之路，下文將詳細(xì)描述本技術(shù)方案。

1? ?優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

在智能電網(wǎng)環(huán)境下，將電力營銷管理系統(tǒng)平臺進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以滿足用戶的多種需要。其優(yōu)化方案如圖1所示。電力營銷業(yè)務(wù)服務(wù)類型繁多，比如用電檢查、抄表繳費(fèi)、計(jì)量點(diǎn)管理、停電檢修管理、公共信息服務(wù)等營銷業(yè)務(wù)[11]。本優(yōu)化方案包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、電力營銷管理系統(tǒng)平臺、數(shù)據(jù)應(yīng)用層。

在數(shù)據(jù)采集層中，數(shù)據(jù)采集層包括各種移動(dòng)營銷互動(dòng)終端，比如大型專變終端、中小型專變終端、單/三相檢定設(shè)備、居民用戶設(shè)備、公用配變考核計(jì)量設(shè)備、變電站設(shè)備等。在該層中，通過上述設(shè)備采集電能信息，也可以通過溫、濕度傳感器、RFID 射頻識別標(biāo)簽、攝像頭、讀寫器、GPS定位裝置等不同設(shè)備感知的信息。將這些采取的不同信息存儲在營銷工作質(zhì)量管理系統(tǒng)平臺中，根據(jù)電力信息管理系統(tǒng)中各個(gè)不同的存儲模塊進(jìn)行運(yùn)算。在數(shù)據(jù)傳輸層中，基于智能電網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行的數(shù)據(jù)信息傳輸。其可以包括各種通訊方式，諸如3G、4G 、WLAN、LTE、GPRS等無線通訊、基于TCP/IP的通訊協(xié)議等[12]，其能夠?qū)崿F(xiàn)電力營銷管理系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)的融合復(fù)用以及底層檢測數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)距離傳輸。在電力營銷管理系統(tǒng)平臺中，在數(shù)據(jù)采集層中的各種不同數(shù)據(jù)通過優(yōu)化調(diào)度模型被優(yōu)化，并通過調(diào)度計(jì)算適當(dāng)調(diào)度。計(jì)算后的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)應(yīng)用層中應(yīng)用。能夠?qū)崿F(xiàn)不同業(yè)務(wù)的處理，用以實(shí)現(xiàn)電力管理單位、企業(yè)用戶的移動(dòng)服務(wù)，在應(yīng)用層中，用戶還可以通過不同的軟件算法來計(jì)算感知層傳遞的各種不同數(shù)據(jù)。通過調(diào)度計(jì)算以及優(yōu)化調(diào)度模型計(jì)算，能夠?qū)崿F(xiàn)對電力營銷管理系統(tǒng)信息的進(jìn)一步挖掘，揭示隱含在不同數(shù)據(jù)內(nèi)部更本質(zhì)的數(shù)據(jù)信息。

2? ?關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1? ?電力營銷管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在電力營銷管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，其開發(fā)環(huán)境采用企業(yè)級開發(fā)工具PowerBuiler 6.5/8.0[13]，語音查詢和觸摸查詢?yōu)椴捎肈elphi 6.0，VB 6.0等開發(fā)工具完成。配電管理子系統(tǒng)采用Mapinfo 5.1與PowerBuilder 6.5/8.0相結(jié)合的方法來實(shí)施。其架構(gòu)示意圖如圖2所示。

在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其主要包括營銷決策層、營銷工作質(zhì)量管理、營銷業(yè)務(wù)層以及客戶服務(wù)層。在營銷決策層中，本系統(tǒng)的特點(diǎn)為較高的現(xiàn)代化用電管理信息系統(tǒng)，其采用的數(shù)據(jù)庫為大型ORACLE數(shù)據(jù)庫、PowerBuilder 6.5企業(yè)級開發(fā)工具等，系統(tǒng)內(nèi)的不同子系統(tǒng)緊密地結(jié)合在一起，能夠?qū)崿F(xiàn)各種不同數(shù)據(jù)的高度共享，能夠使一種類型的數(shù)據(jù)從一種端口進(jìn)入系統(tǒng)，同時(shí)提供多個(gè)不同子系統(tǒng)的共享。本系統(tǒng)通過使用分布式計(jì)算模式，從各個(gè)省電力公司到各個(gè)市級電力公司，再到各個(gè)縣級電力公司，能夠逐級實(shí)現(xiàn)各種不同類型數(shù)據(jù)集中、分布管理為一體，上級單位可遠(yuǎn)程查詢下級單位的檢測數(shù)據(jù)，并根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)對下級單位進(jìn)行指導(dǎo)，繼而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高度共享。本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)成三層B/S結(jié)構(gòu)，，其與C/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合，B/S平臺以JAVA為基礎(chǔ)，通過采用JSP+Servlet+JDBC+JavaBean+EJB為核心技術(shù)[14]，能夠保證整個(gè)系統(tǒng)可適應(yīng)于NT、UNIX、LINUX等各種平臺，自適應(yīng)能力非常強(qiáng)。本系統(tǒng)在計(jì)算電費(fèi)時(shí)，采用Client/Server結(jié)構(gòu)，把電費(fèi)計(jì)算放置再服務(wù)器上，本系統(tǒng)的電費(fèi)計(jì)算流程和算法均采用大型數(shù)據(jù)庫ORACLE進(jìn)行存儲，數(shù)據(jù)存儲的過程與本系統(tǒng)應(yīng)用軟件相獨(dú)立開[15]。因此，采用本系統(tǒng)能夠大大提高供電公司用電管理的水平，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2? ?用電優(yōu)化模型及算法

本系統(tǒng)能夠針對各種情況下用電以及負(fù)荷之間的關(guān)聯(lián)性、順序性、強(qiáng)依附性等不同特性而建立起用電優(yōu)化模型，將優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為容易求解的混合整數(shù)線性規(guī)劃等相關(guān)技術(shù)問題，以各種情況下用電的經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)而進(jìn)行的優(yōu)化。

假設(shè)電網(wǎng)線路負(fù)荷中所有負(fù)荷部件包括N個(gè)，將其建立集合為X={1，…，N}，假設(shè)T為優(yōu)化周期，將優(yōu)化周期T劃分為M個(gè)時(shí)間段，假設(shè)Li（t）表示第i種負(fù)荷組件在時(shí)間段t內(nèi)是否工作的標(biāo)志。在本文的優(yōu)化模型中，將0表示為非工作狀態(tài)，將1表示為工作狀態(tài)。則Li（t）的數(shù)學(xué)模型為：

Li（t） = 01? ?i∈X? ? ? ?（1）

在一定的時(shí)間段內(nèi)，一種類型的電網(wǎng)負(fù)荷組件需要滿足指定的運(yùn)行任務(wù)。其任務(wù)運(yùn)行模型公式為：

■Li（t） = taski，其中t∈[tmin（t），tmax（t）]? ? （2）

在公式（2）中，taski表示電網(wǎng)中第i種負(fù)荷需要運(yùn)行的時(shí)段的任務(wù)數(shù)量。

將電網(wǎng)運(yùn)行中的電能存儲裝置的電能存儲模型表示為C（t），定義C（t）為電能在第t時(shí)間段內(nèi)的初始時(shí)刻所存儲的電能量。在負(fù)荷工作時(shí)，電能存儲裝置需要保留足夠量的電能。假設(shè)將電能量保持在一定的范圍內(nèi)，則用公式表示為：

C（t+1）=C（t）*（1-σe）+（Peh*η1-Pdis /η2）*Δt （3）

在公式（3）中，σe表示電能存儲裝置的自然損耗程度，Peh（t）、Pdis（t）表示為電能存儲裝置的充放電功率，η1、η2表示電能存儲裝置的充、放電效率。Δt表示時(shí)間段長度。

下面對優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行方式進(jìn)行以下說明?？偟慕?jīng)濟(jì)成本實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的公式為：

min C = CL + CE + CS? ? ? ? ? ?（4）

其中CL表示為電能存儲裝置正常工作時(shí)所需要的電費(fèi)，CE表示為電能存儲裝置存儲電能設(shè)備的建設(shè)投資成本，CS表示為電能存儲裝置的維護(hù)成本。其中CL、CE、CS的應(yīng)用公式為：

CL = ■（load（t）*Δt*Pricee（t））? ? ?（5）

load（t）■（Li（t）*Pi）+Peh（t）-Pdis（t）? ? ?（6）

在上述公式中，Pi為第i種負(fù)荷的功率，load（t）表示為整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中的負(fù)荷曲線，Pricee（t）表示為24小時(shí)的峰谷電價(jià)，Δt表示為每個(gè)時(shí)間段的長度。

CE = cap*Prices■? ? ?（7）

在公式（6）中，cap為電能存儲裝置的容量，Pricee（t）表示為電能存儲裝置的單價(jià)，year表示電能存儲裝置的使用年限。

CS = Prices*■? ? ?（8）

在上述公式中，Prices表示為電能存儲裝置的年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

下面結(jié)合案例對優(yōu)化方案進(jìn)行驗(yàn)證。

3? ?實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)果

在Matlab環(huán)境下對電力營銷管理系統(tǒng)的電力管理功能進(jìn)行仿真分析。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，選取電力營銷管理系統(tǒng)中電能計(jì)量子系統(tǒng)為檢測對象。記錄電力營銷管理系統(tǒng)中的負(fù)荷單元基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1所示。

在仿真結(jié)果中，比如將19：00-22：00區(qū)間的尖峰時(shí)段中的較為集中的負(fù)荷被轉(zhuǎn)移到夜里1：00-6：00期間內(nèi)低谷時(shí)段的電力負(fù)荷，使得有效地將電價(jià)比較高時(shí)段的負(fù)荷被轉(zhuǎn)移到電價(jià)比較低的時(shí)段。下面以0-24小時(shí)時(shí)段對電能計(jì)量子系統(tǒng)中的負(fù)荷情況進(jìn)行衡量。下面將優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)繪成曲線圖，如圖3所示。

通過上述實(shí)驗(yàn)分析，采用本技術(shù)方案能夠使電能計(jì)量子系統(tǒng)在不同的區(qū)間內(nèi)。在電能計(jì)量子系統(tǒng)優(yōu)化前的電力負(fù)荷明顯低于優(yōu)化前的電力負(fù)荷，大大降低電能損耗，提高電能優(yōu)化效率。

4? ?結(jié)? ?論

在智能電網(wǎng)環(huán)境下，智能電網(wǎng)的負(fù)荷作為電能的消耗者，其優(yōu)化程度和能量交換關(guān)系都影響著電能計(jì)量、電力營銷管理系統(tǒng)等用電策略的選擇情況和最終的用電成本。提出了一種基于智能電網(wǎng)的電力營銷管理系統(tǒng)優(yōu)化方案，通過設(shè)計(jì)出多模塊化的電力營銷管理系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多種不同類型的電能管理，并采用用電優(yōu)化模型及算法將電價(jià)比較高時(shí)段的負(fù)荷被轉(zhuǎn)移到電價(jià)比較低的時(shí)段，有效地節(jié)約了電能，降低了電網(wǎng)負(fù)載消耗。

參考文獻(xiàn)

[1]? ? 王坤. 智能電網(wǎng)中電力通信傳輸參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].? 電網(wǎng)與清潔能源，2017，33（7）：51-56.

[2]? ? 郝然，艾芊，肖斐. 基于多元大數(shù)據(jù)平臺的用電行為分析構(gòu)架研究[J].? 電力自動(dòng)化設(shè)備，2017，37（8）：26-33.

[3]? ? 王遠(yuǎn)，陶燁，蔣英明，等. 智能電網(wǎng)時(shí)序大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)[J].? 計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2015，（z2）：93-97.

[4]? ? 劉廣一，朱文東，陳金祥，等. 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)、應(yīng)用場景與分析平臺[J]. 南方電網(wǎng)技術(shù)，2016，10（5）：102-110.

[5]? ? 賀紅燕. 基于大數(shù)據(jù)的智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].? 電源技術(shù)，2016，40（8）：1713-1714.

[6]? ? 冉亮，李煒，孫向聚. 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用研究[J]. 自動(dòng)化與儀器儀表，2017，（9）：182-183.

[7]? ? 孟祥萍，周來，王暉，等. 云計(jì)算技術(shù)在未來智能電網(wǎng)信息處理平臺中的應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)測量與控制，2015，23（10）：265-268.

[8]? ? 葛磊蛟，王守相，瞿海妮. 智能配用電大數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)設(shè)計(jì)[J].? 電力自動(dòng)化設(shè)備，2016，36（6）：194-202.

[9]? ? 任雙贊，蒲路，楊傳凱，等. 基于廣域網(wǎng)的變壓器遠(yuǎn)程分析管理系統(tǒng)研究[J].? 變壓器，2017，54（8）：45-48.

[10]? 賈進(jìn)科，馬輝，蔡習(xí)文，等. 基于物聯(lián)網(wǎng)三維GIS的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測管理系統(tǒng)研究[J].? 長江科學(xué)院院報(bào)，2016，33（7）：142-144，149.

[11]? 陽瓊芳，羅云芳. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高校消防安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].? 科技通報(bào)，2017，33（10）：146-150.

[12]? 朱凱，李杪瑾，徐丹，等. 基于物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)能研究[J]. 電視技術(shù)，2015，39（4）：105-109.

[13]? 張俊虎，王青文，張軍朝，等. 基于開源平臺的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].? 電子器件，2018，41（4）：257-262.

[14]? 吳鑫，張貴，世熙. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的森林資源數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)研究[J/O]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36（9）：84-87.

[15]? 張延宇，曾鵬，臧傳治. 智能電網(wǎng)環(huán)境下家庭能源管理系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度算法 [J].? 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，44（2）：18-26.