基于能效分析的雙向互動用電信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計

【摘 要】雙向互動是智能電網(wǎng)的重要特征，也是提高客戶滿意度的重要手段，而雙向互動平臺是實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶信息互動的一個重要方式。本文提出了一個基于能效分析的雙向互動用電信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計，不僅可以為大用戶提供用電能耗分析、電價信息、功率因數(shù)分析、負荷分析、用電量等信息顯示功能，而且結(jié)合能效互動為用戶提供用電能耗分析和智能用電信息。為了驗證平臺設(shè)計方案的可行性，本文中構(gòu)建了電網(wǎng)與用戶雙向互動系統(tǒng)演示平臺，通過該演示平臺對設(shè)計方案進行了功能性模擬。

【關(guān)鍵詞】雙向互動平臺；互動式用電；能效分析；J2EE；Web

0.引言

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

通過雙向互動用電信息服務(wù)系統(tǒng)，電力用戶和電網(wǎng)公司之間進行網(wǎng)絡(luò)互動和即時連接，實現(xiàn)電力數(shù)據(jù)實時、高速、雙向的讀取。電網(wǎng)通過該系統(tǒng)鼓勵用戶改變傳統(tǒng)用電方式，引導(dǎo)用戶積極參與電網(wǎng)運行，提高客戶服務(wù)水平。用戶根據(jù)用電統(tǒng)計信息調(diào)整用電模式以提升用能效率，減少用電成本[1，2]。

本文通過對雙向互動用電信息服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)研究，提出了基于能效的雙向互動用電信息服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計方案。通過該雙向互動系統(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服務(wù)，滿足電力用戶個性化、差異化的服務(wù)需求。

1.雙向互動系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

雙向互動系統(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)。目的是以計量自動化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，依托計量自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計功能，利用計量自動化系統(tǒng)的交互功能以及其它技術(shù)手段為用戶提供雙向互動服務(wù)。雙向互動服務(wù)系統(tǒng)由主站層、通信層和用戶層三層組成，如圖1。

圖1 雙向互動服務(wù)體系框架

1.1主站層

在互動式智能用電通信系統(tǒng)中，電網(wǎng)側(cè)主站利用先進的傳感裝置對電力設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)控并進行數(shù)據(jù)整合，通過在電力供應(yīng)高峰時的統(tǒng)一調(diào)度來平衡電力供應(yīng)缺口。

1.2通信層

雙向互動系統(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)主要為后臺業(yè)務(wù)和信息互動提供鏈路，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)與用戶雙向互動系統(tǒng)中，用戶作為電網(wǎng)的互動對象可對電網(wǎng)分時電價、計劃停電等政策做出快速響應(yīng)，合理安排電器使用，降低用電高峰時段電網(wǎng)的負荷，參與需求側(cè)響應(yīng)，同時根據(jù)用戶各種用電信息的實時采集，電網(wǎng)可以分析以提供最優(yōu)用電指導(dǎo)，并實時監(jiān)測系統(tǒng)用電情況、故障信息，對電網(wǎng)的安全、可靠運營提供保障。電網(wǎng)與用戶通過這樣一種調(diào)節(jié)負荷的互動來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平臺設(shè)計

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

2.1雙向互動平臺功能設(shè)計

雙向互動平臺應(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]。該雙向互動平臺具有以下幾個功能。

2.1.1大用戶功能

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

信息發(fā)布功能主要是為用戶提供電網(wǎng)運行情況，包括全市的用電結(jié)構(gòu)、裝機容量、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信息、用戶內(nèi)部的用電結(jié)構(gòu)信息和停電通告。電價信息功能用來發(fā)布電網(wǎng)的實時電價信息包括動態(tài)電價和階梯電價，用戶及時了解電價信息，調(diào)整用電方式，節(jié)約用電。市大用戶信息包括日負荷特征、月負荷特征、年負荷特征、典型日負荷、平均功率因數(shù)等信息，同時提供能耗分析。高壓負荷信息功能為用戶提供用戶內(nèi)部高壓側(cè)的用電情況如負荷特征、負荷率、尖峰負荷時間等信息。低負荷信息功能為用戶提供用戶內(nèi)部低壓側(cè)的用電情況如負荷特征、負荷特性曲線、各機組功率因數(shù)、各機組負荷數(shù)據(jù)等信息。用電量信息包括各月有功電量、無功電量、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系統(tǒng)包括信息發(fā)布、用戶信息、電價信息和家庭內(nèi)部用電詳情匯總。智能用電功能包括用電明細、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線局域網(wǎng)，通過智能生活PC 客戶端或移動客戶端實現(xiàn)對家用電器的管理控制。

2.2雙向互動平臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

雙向互動平臺采用主流的基于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)庫四層結(jié)構(gòu)，如圖2。

圖2 互動平臺系統(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)來的請求，通過JSP 和Servlet 技術(shù)動態(tài)生成響應(yīng)的內(nèi)容，JSP 或Servlet 可以接著調(diào)用運行于應(yīng)用服務(wù)器EJB 容器中的企業(yè)JavaBean 進行相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理和運算。而中間層通過標準的協(xié)議訪問企業(yè)信息系統(tǒng)層來讀取數(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)庫交互，對數(shù)據(jù)進行分析、處理，同時可以通過程序接口調(diào)用其它系統(tǒng)如網(wǎng)上支付系統(tǒng)實現(xiàn)功能拓展，最后將邏輯處理結(jié)果返回給Web 服務(wù)器。雙向互動系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫用于存儲處理過的用戶用電信息。

3.雙向互動系統(tǒng)演示平臺

為驗證雙向互動系統(tǒng)設(shè)計方案的可行性，本文在MyEclipse平臺上，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，開發(fā)了電網(wǎng)與用戶雙向互動系統(tǒng)演示平臺。

3.1平臺框架

演示平臺采用J2EE MVC model2框架，使用JSP實現(xiàn)用戶視圖，JavaBean實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯模型，Servlet作為控制器進行設(shè)計。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，即可以為同一個模型和控制器選擇不同的界面，也可以對同一個應(yīng)用程序選擇不同的模型及其數(shù)據(jù)源，還可以通過修改控制器改變應(yīng)用程序來響應(yīng)用戶動作的行為。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大用戶雙向互動系統(tǒng)演示平臺

（1）市大用戶能耗統(tǒng)計。

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

圖4 市大用戶能耗

（2）負荷信息。

通過該平臺可查得大用戶高壓側(cè)高峰負荷率，反映了高壓側(cè)的運行狀況。通過與電網(wǎng)高峰時間對比，分析用戶是否在高峰時期用電。

3.2.2居民用戶雙向互動系統(tǒng)演示平臺

（1）分類電器用電量統(tǒng)計及節(jié)電建議。

本功能通過圖表形式為用戶展示各家用電器各時段的用電量和電費情況，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

該雙向互動系統(tǒng)演示平臺通過友好的交互界面，利用圖表的形式形象地向用戶展示了用能統(tǒng)計、電價信息、用電指導(dǎo)、大用戶高壓負荷信息及低壓負荷信息等，同時對于居民用戶實現(xiàn)了智能用電、智能家居等功能。該演示平臺模擬實現(xiàn)了雙向互動系統(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。

4.總結(jié)

雙向互動用電服務(wù)系統(tǒng)作為信息系統(tǒng)開放電網(wǎng)采集的信息，并進行能耗分析、電價發(fā)布、用電情況通過以及用戶EMS 等互動服務(wù)，并進一步提供節(jié)能分析等。本文提出的雙向互動用電信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計方案為指導(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，實現(xiàn)削峰填谷，降低電網(wǎng)運行成本，提高電能使用的經(jīng)濟性、安全性以及用電效率，從而建立并推廣需求管理以落實節(jié)能減排。

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