程杰,謝楓,韓碩辰,魯香,呂凜杰

(1.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)中心（計(jì)量中心），北京 100045；2.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司，北京 100045）

1 引言

電力市場(chǎng)的不斷改革使得供電企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)也越來(lái)越多，供電企業(yè)需要在更多競(jìng)爭(zhēng)者介入的同時(shí)滿足國(guó)家電網(wǎng)提倡的新能源分布式電源介入配電網(wǎng)的電網(wǎng)構(gòu)架、不同用電需求的客戶要制定不同供需標(biāo)準(zhǔn)以及智能化電網(wǎng)運(yùn)行工況的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[1-2]。這些都意味著改革后的電力市場(chǎng)將會(huì)出現(xiàn)新的發(fā)展趨勢(shì)。這就要求供電企業(yè)要在最短的時(shí)間內(nèi)，制定出適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展需要的管控手段和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，從而實(shí)現(xiàn)快速處理不同類(lèi)型客戶的用電問(wèn)題的能力。

供電企業(yè)首先要提高客戶信息采錄效率，實(shí)時(shí)掌握客戶的用電需求，將傳統(tǒng)被動(dòng)的電力營(yíng)銷(xiāo)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的營(yíng)銷(xiāo)方式，占據(jù)主導(dǎo)地位，滿足各類(lèi)用電客戶的用電需求。以此來(lái)提升供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力以及社會(huì)公信力。

傳統(tǒng)的用電客戶信息采錄模式是抄表員按月或季度上門(mén)定期抄表，將客戶的用電數(shù)據(jù)抄錄后遞交給營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)調(diào)度部門(mén)，再將新數(shù)據(jù)與舊數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析后，調(diào)整和制定收費(fèi)政策[3-4]。這種信息采錄模式信息采錄時(shí)間較長(zhǎng)，因?yàn)橐?jīng)過(guò)抄錄、統(tǒng)計(jì)、回饋和收費(fèi)等環(huán)節(jié)，實(shí)時(shí)性較差、工作效率較低。從系統(tǒng)整體上看存在潛在的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，浪費(fèi)人力、物力資源，并導(dǎo)致?tīng)I(yíng)銷(xiāo)資金存在回流緩慢及損耗大等隱患。同時(shí)，在電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)中包含大量的客戶實(shí)名信息，傳統(tǒng)的紙質(zhì)記錄方式已不再滿足現(xiàn)代化電力市場(chǎng)的需求，一方面大量的客戶信息工作人員查找起來(lái)非常麻煩，導(dǎo)致工作效率低下；另一方面，客戶信息的安全性較低，無(wú)法系統(tǒng)、安全地保存電力客戶信息。

為此，本文提出一種適用于不同類(lèi)型客戶的用電需求且符合國(guó)家電網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的客戶實(shí)名信息采錄模型設(shè)計(jì)方案，將有限的電力資源發(fā)揮出最大價(jià)值，并建立基于超帶寬的客戶信息多重加密儲(chǔ)存模型，利用超帶寬多重加密儲(chǔ)存技術(shù)對(duì)客戶信息多重加密，結(jié)合混沌的映射杜絕客戶信息被反破解，從而提高客戶信息的安全性。通過(guò)性能測(cè)試可知，本研究設(shè)計(jì)的電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)客戶實(shí)名信息采錄及儲(chǔ)存模型不僅能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、便捷地采錄客戶信息，而且安全性能極高，大大保護(hù)了客戶信息隱私性。

2 客戶實(shí)名信息采錄模型設(shè)計(jì)

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)出臺(tái)的相關(guān)政策要求，用電客戶信息采錄系統(tǒng)需要針對(duì)不同的用電客戶實(shí)施信息集中采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)“全覆蓋、全采集、全費(fèi)控”的管理目標(biāo)。以下針對(duì)不同客戶類(lèi)型針對(duì)性地制定不同的采錄模式。

2.1 大型專(zhuān)變用戶信息采錄

針對(duì)大型專(zhuān)變用戶的用電特點(diǎn)，需實(shí)現(xiàn)用戶電表遠(yuǎn)程抄表、運(yùn)行工況信息采錄和本地信息服務(wù)等功能如下：①大型專(zhuān)變用戶要安裝相應(yīng)的專(zhuān)變采集終端，以便準(zhǔn)確掌握電表的輸出脈沖，實(shí)時(shí)采錄電表用電量；②監(jiān)控用電客戶開(kāi)關(guān)；③控制電量及負(fù)荷；④與系統(tǒng)主站之間遠(yuǎn)程通信，接收并執(zhí)行主站的指令，將用戶用電信息傳送給主站；⑤為用戶提供本地服務(wù)等。

該終端與主站之間通過(guò)專(zhuān)用的光纖網(wǎng)絡(luò)、GPRS/CDMA無(wú)線公網(wǎng)、230MHz無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)等實(shí)現(xiàn)通信。

2.2 中小型專(zhuān)變用戶信息采錄

針對(duì)中小型專(zhuān)變用戶，需實(shí)現(xiàn)電表遠(yuǎn)程抄表、現(xiàn)場(chǎng)事件信息采集、支持預(yù)付費(fèi)功能和本地信息服務(wù)等功能如下：①中小型專(zhuān)變用戶要安裝專(zhuān)變采集終端，實(shí)時(shí)抄錄電表數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；②直接監(jiān)控用電客戶開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能；③與系統(tǒng)主站直接通信，接收并執(zhí)行主站的集中管控，將現(xiàn)場(chǎng)采集到的客戶信息傳送給主站。

該采集終端與系統(tǒng)主站之間通過(guò)專(zhuān)用的光纖網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線公網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 低壓?jiǎn)蜗嗪腿喙ど虡I(yè)用戶信息采錄

針對(duì)低壓?jiǎn)蜗嗪腿喙ど虡I(yè)用戶的用電特點(diǎn)，將這兩類(lèi)用戶一并劃分為配變臺(tái)區(qū)集中抄表的范圍內(nèi)。需要實(shí)時(shí)掌握用戶的用電情況，加強(qiáng)對(duì)用電量、計(jì)量信息的實(shí)時(shí)采錄和異常狀況分析；受系統(tǒng)主站直接管理，對(duì)用戶電表直接管控完成預(yù)付費(fèi)功能。

2.4 居民用戶和公配變計(jì)量點(diǎn)信息采錄模式

針對(duì)居民用戶和公配變計(jì)量點(diǎn)的用電特點(diǎn)，需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表和預(yù)付費(fèi)功能，以及配變臺(tái)區(qū)考核總表的遠(yuǎn)程抄表和客戶用電信息采集。

由于居民用戶占大多數(shù)，但是單個(gè)用戶的用電量卻很少，針對(duì)這種情況對(duì)居民用戶實(shí)施集中抄表較為合適。以公用配變臺(tái)區(qū)為采集單位實(shí)現(xiàn)對(duì)居民用戶的集中抄表，先由集中器將本地區(qū)內(nèi)所有居民用戶的用電量集中抄表通信，再集中采集各個(gè)電表的電量數(shù)據(jù)。

集中抄表終端將該配電臺(tái)區(qū)的電表總數(shù)集中抄表后，利用遠(yuǎn)程通信將所有數(shù)據(jù)信息傳送給系統(tǒng)主站。集中抄表終端受主站的直接管控，對(duì)用戶電表實(shí)施監(jiān)控管理，以及預(yù)付費(fèi)功能。

集中器與系統(tǒng)主站之間通過(guò)專(zhuān)用光纖網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線公網(wǎng)(GPRS/CDMA)等方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。其中，采集終端包含集中器和采集器兩種設(shè)備，一是集中器，主要是將各個(gè)采集終端和電能表的數(shù)據(jù)集中儲(chǔ)存和收集，并傳送給系統(tǒng)主站；二是采集器，主要是用來(lái)采集各個(gè)電表的用電量數(shù)據(jù)，與集中器一起工作完成對(duì)電表數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)抄錄，并與集中器之間交換信息數(shù)據(jù)。

綜上，由集中器、采集器、電表以及各設(shè)備之間的傳輸信道共同構(gòu)成居民用戶用電網(wǎng)絡(luò)。對(duì)配變臺(tái)區(qū)居民用戶進(jìn)行集中抄表和數(shù)據(jù)信息采錄有以下3種組網(wǎng)模式：

①模式一：集中器+載波表相結(jié)合模式

集中器與用戶電表之間通過(guò)窄寬電力線載波直接進(jìn)行用電信息抄錄。集中器+載波表模式如圖1所示。

圖1 集中器+載波表模式

②模式二：集中器+采集器+RS-485模式

采集器主要用來(lái)采集用戶電表的電量數(shù)據(jù)，與集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，二者相結(jié)合構(gòu)成二級(jí)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。采集器與電表之間通過(guò)RS-485總線傳輸抄表數(shù)據(jù)，集中器與采集器采用窄寬電力線的方式傳輸本地?cái)?shù)據(jù)。集中器+采集器+RS-485表模式如圖2所示。

圖2 集中器+采集器+RS-485模式

③模式三：集中器+帶寬載波采集器+RS-485表模式

采集器與電表通過(guò)RS-485總線完成用電信息的采錄，集中器具有互聯(lián)網(wǎng)接口，與系統(tǒng)主站通過(guò)專(zhuān)用的光纖網(wǎng)絡(luò)直接進(jìn)行用電信息的傳輸。集中器與采集器通過(guò)電力線載波技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)集中管理和收集。集中器+寬帶載波采集器+RS-485模式如圖3所示。

圖3 集中器+寬帶載波采集器+RS-485模式

3 大數(shù)據(jù)分析下客戶信息儲(chǔ)存模型設(shè)計(jì)

由于電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)中所有的客戶信息都是實(shí)名制的，為提高客戶信息的安全性，本研究在大數(shù)據(jù)分析下基于超帶寬設(shè)計(jì)了客戶信息多重加密儲(chǔ)存模型。

為了確保客戶信息的安全性，在構(gòu)建儲(chǔ)存模型時(shí)，選擇客戶實(shí)名信息多重加密儲(chǔ)存技術(shù)。在大數(shù)據(jù)分析下，通過(guò)混沌映射減少客戶信息被反破解的概率，降低加密儲(chǔ)存信息造成的非線性突變，解決現(xiàn)存儲(chǔ)存方式中安全隱患[5]。利用超帶寬信息多重加密技術(shù)對(duì)系統(tǒng)中客戶的實(shí)名信息進(jìn)行加密儲(chǔ)存，增加了加密儲(chǔ)存信息的抗攻擊性。

3.1 大數(shù)據(jù)分析下客戶實(shí)名信息多重加密技術(shù)

在電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)中，需要從兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶信息的多重加密[6]：一方面是信息采錄端的加密，另一方面是信息查看端的加密。信息采錄端的加密由映射相結(jié)合實(shí)現(xiàn)，信息查看端的加密則是由二進(jìn)制編碼序列，即一級(jí)序列值對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行加密調(diào)制，二者相結(jié)合共同完成的。

將二進(jìn)制編碼序列中客戶的信息sn變換為映射參數(shù)，可以用式(1)表示為：

其中，yn表示映射狀態(tài)；λ(sn)表示進(jìn)行調(diào)制的信息參數(shù)，3.59＜λ(sn)＜4；4δ=λa-λb表示高低的電平差，因此獲得多重加密技術(shù)的密匙，將其設(shè)為(y0，λb，δ)。

那么，在二級(jí)信息映射中客戶信息參數(shù)可以表示為：

二級(jí)映射狀態(tài)值通過(guò)調(diào)制可表示為：

式(3)是通過(guò)置亂、變換客戶信息狀態(tài)值得出的。

通過(guò)式(3)的狀態(tài)值可以看出，一級(jí)映射對(duì)二級(jí)映射產(chǎn)生調(diào)制作用，使二級(jí)映射不具有混沌性，但是可以表示為：

由式(4)迭代得出客戶信息的密文序列為：

其中，μ和xn的值可通過(guò)計(jì)算式(2)和式(3)得出。式(4)中存在偽信息υn，除了可以增加映射的迭代復(fù)雜性，還可以增加欺騙性。

一級(jí)映射信息的參數(shù)由觸發(fā)型受控進(jìn)行調(diào)制，二級(jí)映射信息的序列值可對(duì)信息查看端的序列值作出對(duì)比判決。如果電力系統(tǒng)中客戶的信息受到“污染”，可以在此方法基礎(chǔ)上通過(guò)聚類(lèi)原則建立判決機(jī)制。

信息度量定義公式可表示為：

式(6)中，W()表示二進(jìn)制編碼序列個(gè)數(shù)，en表示采錄端序列值表示系統(tǒng)中信息序列值。通過(guò)分析可知，當(dāng)＞5 時(shí)，信息度量長(zhǎng)度為20 位。其中ek1與 k0表示二進(jìn)制序列值。

當(dāng)被“污染”的客戶信息引發(fā)判決機(jī)制后，可操作以下步驟：

Step 1：假設(shè)判決次數(shù)共為k次迭代，如果d(ek，＜5，那么可直接操作Step3；如果d(ek，)≥5，受控電平將會(huì)引發(fā)跳變；

Step 2：對(duì)所得結(jié)果ek再次進(jìn)行運(yùn)算，如果d(ek，)≥5，那么可判斷客戶信息受到“污染”，如果d(ek，)＜5，可直接操作Step3；

Step 3：如果d(ek，)≤2，在的基礎(chǔ)上對(duì)采錄信息的k進(jìn)行調(diào)制變換，如果調(diào)制結(jié)果與k+1次迭代的結(jié)果相同那么重復(fù)Step1，如果不同可繼續(xù)操作Step4；

Step 4：如果2＜d(ek，≤4，結(jié)束運(yùn)算，將第k次迭代的結(jié)果傳送給信息采錄端。

3.2 基于超帶寬的客戶實(shí)名信息加密儲(chǔ)存模型實(shí)現(xiàn)

基于超帶寬的客戶實(shí)名信息加密儲(chǔ)存主要由超帶寬的梯度質(zhì)量和儲(chǔ)存共同結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

(1)儲(chǔ)存信息的使用強(qiáng)度T(x)和信息帶寬的占用概率P(x)完成信息加密儲(chǔ)存。

每個(gè)客戶的信息在系統(tǒng)中都是單獨(dú)加密儲(chǔ)存的，所以每個(gè)客戶信息節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的強(qiáng)度也是不同的，通過(guò)T(x)與P(x)進(jìn)行信息傳輸。指數(shù)λ決定信息數(shù)據(jù)流，由單獨(dú)的信息儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)t0和T(x)配合完成。T(x)的一階矩陣E[T(x)]需要滿足：

其中，E|T(x)|表示T(x)的信息期望，|T(x)2|表示T(x)信息的二階期望。

信息多重儲(chǔ)存后的T(x)的一階矩陣與P(x)的一階矩陣呈線性的反比例關(guān)系表示為：

若式(7)一階矩陣的結(jié)果為正數(shù)，說(shuō)明信息的加密儲(chǔ)存過(guò)程為正向分布，若為負(fù)數(shù)，那么就需要對(duì)信息粒度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以此來(lái)增加信息的安全性[7]。

(2)超寬帶信息能否進(jìn)行傳輸取決于信息傳輸粒度p＇的大小。

當(dāng)最小的p＇在對(duì)信息加密儲(chǔ)存的過(guò)程中，受到條件式(7)的結(jié)果影響時(shí)，需要調(diào)整信息粒度的大小，以此控制信息使用強(qiáng)度T(x)來(lái)完成信息帶寬操作。

T(x)與p＇呈負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，當(dāng)采用最小的信息傳輸粒度時(shí)[8]，T(x)的正負(fù)不會(huì)發(fā)生變化，表示為T(mén)(x)p＇，其中，T(x)p＇的一階矩陣E[T(x)p＇]能滿足隨機(jī)的萊斯分布，該分布信息的數(shù)學(xué)特征函數(shù)需滿足：

如果信息最小傳輸粒度依然為p＇，則T(x)需要滿足：

利用客戶信息儲(chǔ)存梯度△完成對(duì)信息覆蓋T(x)的全適應(yīng)。在任意時(shí)刻△t，信息梯度的系數(shù)△T(x)都要滿足以下條件：

由此可得用戶信息多重加密存儲(chǔ)的指數(shù)△λ滿足：

用戶信息△與T(x)需要滿足下述條件，以進(jìn)行二次加密存儲(chǔ)：

通過(guò)以上計(jì)算可完成大數(shù)據(jù)分析下基于超帶寬的客戶實(shí)名信息多重加密儲(chǔ)存模型設(shè)計(jì)。

4 采錄和儲(chǔ)存模型性能測(cè)試

為驗(yàn)證電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)客戶實(shí)名信息采錄及儲(chǔ)存模型的實(shí)際應(yīng)用性能，對(duì)該模型展開(kāi)性能測(cè)試，來(lái)確保模型整體的功能和性能可以滿足客戶的用電需求。

4.1 采錄模型性能測(cè)試

對(duì)電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)中的客戶實(shí)名信息采錄模型進(jìn)行性能測(cè)試，可通過(guò)對(duì)以下4 個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試結(jié)果

(1)通過(guò)對(duì)信息采錄模型進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證了信息采集率符合模型設(shè)計(jì)需求。

(2)信息采錄模型信息更新較及時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)采集器和集中器的有效監(jiān)控和控制。

(3)信息采錄模型可支持局域網(wǎng)和客戶實(shí)名登錄。

(4)信息采錄模型穩(wěn)定性較高，可實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間的調(diào)試和監(jiān)控，保證系統(tǒng)整體的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 儲(chǔ)存模型性能測(cè)試

對(duì)本文模型的安全性能方面進(jìn)行測(cè)試，圖4和圖5分別表示利用本文方法進(jìn)行加密儲(chǔ)存前后的用戶信息字符。

圖4 用電客戶信息加密儲(chǔ)存前ASCII值分布

圖5 用電客戶信息加密儲(chǔ)存后ASCII值分布

通過(guò)觀察圖4和圖5可以很明顯地看出，利用本文模型前后客戶的實(shí)名信息字符發(fā)生了很大的變化。未利用本文模型加密時(shí)，信息字符具有明顯的排列規(guī)律，而利用本文模型加密后的字符，改變了原本規(guī)律的信息序列，顯示為混沌的隨機(jī)狀態(tài)，ASCII值分布較均勻，掩蓋了原始的信息數(shù)據(jù)，大大提高了客戶實(shí)名信息多重加密儲(chǔ)存的安全性。

5 結(jié)束語(yǔ)

本研究設(shè)計(jì)的電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)客戶實(shí)名信息采錄模型可根據(jù)不同類(lèi)型客戶的用電需求采取不同的采錄方式，為客戶提供具有針對(duì)性與個(gè)性化的服務(wù)，這種服務(wù)站在為客戶著想的立場(chǎng)，無(wú)形之中提高客戶用電體驗(yàn)滿足感。同時(shí)通過(guò)差異化服務(wù)，也開(kāi)拓了新的有償服務(wù)市場(chǎng)。與此同時(shí)，由于電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)中所有的客戶信息都是實(shí)名制的，考慮到這個(gè)原因，本研究設(shè)計(jì)了基于超帶寬的客戶信息多重加密儲(chǔ)存模型，在為客戶提供良好服務(wù)的同時(shí)保證了客戶的個(gè)人信息安全。最后通過(guò)性能測(cè)試證明了本研究設(shè)計(jì)的信息采錄及儲(chǔ)存模型在保證客戶個(gè)人信息安全的情況下采集到的結(jié)果較為精準(zhǔn)。在下一步的研究工作中，將力爭(zhēng)在成本更低的情況下為用電客戶提供更好的服務(wù)。