電力營銷系統(tǒng)客戶實名信息采錄及儲存模型設(shè)計

程杰,謝楓,韓碩辰,魯香,呂凜杰

(1.國網(wǎng)冀北電力有限公司營銷服務(wù)中心（計量中心），北京 100045；2.國網(wǎng)冀北電力有限公司，北京 100045）

1 引言

電力市場的不斷改革使得供電企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)也越來越多，供電企業(yè)需要在更多競爭者介入的同時滿足國家電網(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)運行工況的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)[1-2]。這些都意味著改革后的電力市場將會出現(xiàn)新的發(fā)展趨勢。這就要求供電企業(yè)要在最短的時間內(nèi)，制定出適應(yīng)市場發(fā)展需要的管控手段和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，從而實現(xiàn)快速處理不同類型客戶的用電問題的能力。

供電企業(yè)首先要提高客戶信息采錄效率，實時掌握客戶的用電需求，將傳統(tǒng)被動的電力營銷轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥臓I銷方式，占據(jù)主導(dǎo)地位，滿足各類用電客戶的用電需求。以此來提升供電企業(yè)的經(jīng)濟效益、市場競爭力以及社會公信力。

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定期抄表，將客戶的用電數(shù)據(jù)抄錄后遞交給營銷系統(tǒng)調(diào)度部門，再將新數(shù)據(jù)與舊數(shù)據(jù)進行比對分析后，調(diào)整和制定收費政策[3-4]。這種信息采錄模式信息采錄時間較長，因為要經(jīng)過抄錄、統(tǒng)計、回饋和收費等環(huán)節(jié)，實時性較差、工作效率較低。從系統(tǒng)整體上看存在潛在的財務(wù)風(fēng)險，浪費人力、物力資源，并導(dǎo)致營銷資金存在回流緩慢及損耗大等隱患。同時，在電力營銷系統(tǒng)中包含大量的客戶實名信息，傳統(tǒng)的紙質(zhì)記錄方式已不再滿足現(xiàn)代化電力市場的需求，一方面大量的客戶信息工作人員查找起來非常麻煩，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型客戶的用電需求且符合國家電網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的客戶實名信息采錄模型設(shè)計方案，將有限的電力資源發(fā)揮出最大價值，并建立基于超帶寬的客戶信息多重加密儲存模型，利用超帶寬多重加密儲存技術(shù)對客戶信息多重加密，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。通過性能測試可知，本研究設(shè)計的電力營銷系統(tǒng)客戶實名信息采錄及儲存模型不僅能實現(xiàn)精準(zhǔn)、便捷地采錄客戶信息，而且安全性能極高，大大保護了客戶信息隱私性。

2 客戶實名信息采錄模型設(shè)計

根據(jù)國家電網(wǎng)出臺的相關(guān)政策要求，用電客戶信息采錄系統(tǒng)需要針對不同的用電客戶實施信息集中采集和實時監(jiān)控，實現(xiàn)“全覆蓋、全采集、全費控”的管理目標(biāo)。以下針對不同客戶類型針對性地制定不同的采錄模式。

2.1 大型專變用戶信息采錄

針對大型專變用戶的用電特點，需實現(xiàn)用戶電表遠(yuǎn)程抄表、運行工況信息采錄和本地信息服務(wù)等功能如下：①大型專變用戶要安裝相應(yīng)的專變采集終端，以便準(zhǔn)確掌握電表的輸出脈沖，實時采錄電表用電量；②監(jiān)控用電客戶開關(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專用的光纖網(wǎng)絡(luò)、GPRS/CDMA無線公網(wǎng)、230MHz無線專網(wǎng)等實現(xiàn)通信。

2.2 中小型專變用戶信息采錄

針對中小型專變用戶，需實現(xiàn)電表遠(yuǎn)程抄表、現(xiàn)場事件信息采集、支持預(yù)付費功能和本地信息服務(wù)等功能如下：①中小型專變用戶要安裝專變采集終端，實時抄錄電表數(shù)據(jù)，對現(xiàn)場運行工況實時監(jiān)測；②直接監(jiān)控用電客戶開關(guān)，實現(xiàn)預(yù)付費功能；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)主站之間通過專用的光纖網(wǎng)絡(luò)和無線公網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 低壓單相和三相工商業(yè)用戶信息采錄

針對低壓單相和三相工商業(yè)用戶的用電特點，將這兩類用戶一并劃分為配變臺區(qū)集中抄表的范圍內(nèi)。需要實時掌握用戶的用電情況，加強對用電量、計量信息的實時采錄和異常狀況分析；受系統(tǒng)主站直接管理，對用戶電表直接管控完成預(yù)付費功能。

2.4 居民用戶和公配變計量點信息采錄模式

針對居民用戶和公配變計量點的用電特點，需要實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表和預(yù)付費功能，以及配變臺區(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)，但是單個用戶的用電量卻很少，針對這種情況對居民用戶實施集中抄表較為合適。以公用配變臺區(qū)為采集單位實現(xiàn)對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，再集中采集各個電表的電量數(shù)據(jù)。

集中抄表終端將該配電臺區(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，對用戶電表實施監(jiān)控管理，以及預(yù)付費功能。

集中器與系統(tǒng)主站之間通過專用光纖網(wǎng)絡(luò)、無線公網(wǎng)(GPRS/CDMA)等方式實現(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，主要是將各個采集終端和電能表的數(shù)據(jù)集中儲存和收集，并傳送給系統(tǒng)主站；二是采集器，主要是用來采集各個電表的用電量數(shù)據(jù)，與集中器一起工作完成對電表數(shù)據(jù)的實時抄錄，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)。對配變臺區(qū)居民用戶進行集中抄表和數(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窄寬電力線載波直接進行用電信息抄錄。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

采集器主要用來采集用戶電表的電量數(shù)據(jù)，與集中器進行數(shù)據(jù)交換，二者相結(jié)合構(gòu)成二級數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。采集器與電表之間通過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數(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)主站通過專用的光纖網(wǎng)絡(luò)直接進行用電信息的傳輸。集中器與采集器通過電力線載波技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(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)分析下客戶信息儲存模型設(shè)計

由于電力營銷系統(tǒng)中所有的客戶信息都是實名制的，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)計了客戶信息多重加密儲存模型。

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

3.1 大數(shù)據(jù)分析下客戶實名信息多重加密技術(shù)

在電力營銷系統(tǒng)中，需要從兩個方面實現(xiàn)對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)合實現(xiàn)，信息查看端的加密則是由二進制編碼序列，即一級序列值對相關(guān)參數(shù)進行加密調(diào)制，二者相結(jié)合共同完成的。

將二進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，在二級信息映射中客戶信息參數(shù)可以表示為：

二級映射狀態(tài)值通過調(diào)制可表示為：

式(3)是通過置亂、變換客戶信息狀態(tài)值得出的。

通過式(3)的狀態(tài)值可以看出，一級映射對二級映射產(chǎn)生調(diào)制作用，使二級映射不具有混沌性，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的值可通過計算式(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。

一級映射信息的參數(shù)由觸發(fā)型受控進行調(diào)制，二級映射信息的序列值可對信息查看端的序列值作出對比判決。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)上通過聚類原則建立判決機制。

信息度量定義公式可表示為：

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

當(dāng)被“污染”的客戶信息引發(fā)判決機制后，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，受控電平將會引發(fā)跳變；

Step 2：對所得結(jié)果ek再次進行運算，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)上對采錄信息的k進行調(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名信息加密儲存模型實現(xiàn)

基于超帶寬的客戶實名信息加密儲存主要由超帶寬的梯度質(zhì)量和儲存共同結(jié)合來實現(xiàn)的。

(1)儲存信息的使用強度T(x)和信息帶寬的占用概率P(x)完成信息加密儲存。

每個客戶的信息在系統(tǒng)中都是單獨加密儲存的，所以每個客戶信息節(jié)點數(shù)據(jù)的強度也是不同的，通過T(x)與P(x)進行信息傳輸。指數(shù)λ決定信息數(shù)據(jù)流，由單獨的信息儲存節(jié)點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)，說明信息的加密儲存過程為正向分布，若為負(fù)數(shù)，那么就需要對信息粒度進行相應(yīng)的調(diào)整，以此來增加信息的安全性[7]。

(2)超寬帶信息能否進行傳輸取決于信息傳輸粒度p＇的大小。

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

T(x)與p＇呈負(fù)增長趨勢，當(dāng)采用最小的信息傳輸粒度時[8]，T(x)的正負(fù)不會發(fā)生變化，表示為T(x)p＇，其中，T(x)p＇的一階矩陣E[T(x)p＇]能滿足隨機的萊斯分布，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：

利用客戶信息儲存梯度△完成對信息覆蓋T(x)的全適應(yīng)。在任意時刻△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的指數(shù)△λ滿足：

用戶信息△與T(x)需要滿足下述條件，以進行二次加密存儲：

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

4 采錄和儲存模型性能測試

為驗證電力營銷系統(tǒng)客戶實名信息采錄及儲存模型的實際應(yīng)用性能，對該模型展開性能測試，來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 采錄模型性能測試

對電力營銷系統(tǒng)中的客戶實名信息采錄模型進行性能測試，可通過對以下4 個項目進行測試，測試項目和測試結(jié)果如表1所示。

表1 測試項目和測試結(jié)果

(1)通過對信息采錄模型進行測試驗證了信息采集率符合模型設(shè)計需求。

(2)信息采錄模型信息更新較及時，可實現(xiàn)對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)和客戶實名登錄。

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

4.2 儲存模型性能測試

對本文模型的安全性能方面進行測試，圖4和圖5分別表示利用本文方法進行加密儲存前后的用戶信息字符。

圖4 用電客戶信息加密儲存前ASCII值分布

圖5 用電客戶信息加密儲存后ASCII值分布

通過觀察圖4和圖5可以很明顯地看出，利用本文模型前后客戶的實名信息字符發(fā)生了很大的變化。未利用本文模型加密時，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)，大大提高了客戶實名信息多重加密儲存的安全性。

5 結(jié)束語

本研究設(shè)計的電力營銷系統(tǒng)客戶實名信息采錄模型可根據(jù)不同類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性與個性化的服務(wù)，這種服務(wù)站在為客戶著想的立場，無形之中提高客戶用電體驗滿足感。同時通過差異化服務(wù)，也開拓了新的有償服務(wù)市場。與此同時，由于電力營銷系統(tǒng)中所有的客戶信息都是實名制的，考慮到這個原因，本研究設(shè)計了基于超帶寬的客戶信息多重加密儲存模型，在為客戶提供良好服務(wù)的同時保證了客戶的個人信息安全。最后通過性能測試證明了本研究設(shè)計的信息采錄及儲存模型在保證客戶個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，將力爭在成本更低的情況下為用電客戶提供更好的服務(wù)。