关于用电信息采集系统与业务应用平台接口设计的研究

作者：张毅

   用电信息采集系统作为用户侧数据的直接来源，是用电侧信息化、智能化、门动化服务实现的基础和核心．是用户与市场之间实现计量、计费、用电质量等信息交互的关键平台，因此用电信息采集系统与其他业务应用平台之间的交互内容和接口协议直接关系到智能用电技术的发展。

  国际上关于用户侧信息交互标准的工作开展相对较早，目前较为成熟的标准包括美国加州能源委员会发布的自动需求响应通信规范OpenADR、ZigBee联盟开发的智能能源规范SFP2.0、IEC工作组提出的IEC 62746（用户能源管理系统与电力管理系统之间的系统接口）、澳大利亚提出的AS4755标准以及OASIS系列标准等，其中大部分标准已投入使用，但由于电网结构和用户结构的差异性，国外的标准体系并不能满足国内智能用电建设的需求。

  曰前，国家电网公司已经建设并推广了一系列与用电相关的管理平台，以用电采集系统平台为基础，建设了95598门户服务网站、电能服务管理平台、智能楼宁与智能小区系统、营销业务应用系统等用电管理平台，然而，曰前各平台之间尚未形成有机结合，运行相对独立．缺乏同平台的双向信息交互，导致了用电管理中工作量的重复性和管理上的复杂性。因此，建立以用电信息采集系统为核心的业务应用平台接口标准是智能用电发展过程巾亟待解决的问题。

1  用电信息采集系统

  用电信息采集系统作为智能用电建设的物理基础，主要用于实现面向电力用户的电力、电量、用能质量等数据的采集和管理，从而基于用户数据实现用电负荷的分析、监测、数据挖掘等高级应用，指导智能用电策略制定和自动需求响应等智能用电业务。

1.1  系统架构

  系统的主体结构如图1所示，主要可分为3个层次：设备层、传输层和系统层。

  设备层即用户侧采集终端设备，如电能表、集中器、传感器、多功能终端等，主要用户现场数据的直接采集，形成原始的电力用户信息。传输层则为设备终端的原始数据上传和系统控制指令的下发提供双向互动通信信道，传输过程中包含了数据的预处理、编解码、加密等功能实现，日前较为常见的通信手段为用户侧设备采用光纤网络、主站部分采用GPRS无线数据网络的分段结合方式。另外，230 MHz无线专网、传感器网络等其他方式也有所应用。系统层则由主站服务器、存储单元、工作站、同步定位系统、防火墙以及相关网络设备组成，主要实现数据收集、深度挖掘、数据库管理、控制指令决策和下发等功能。

1.2关键技术

  随着智能用电相关技术的发展，用电信息采集系统的功能定位和技术需求也有所改变，尤其在通信、信息处理、双向互动等技术层面需实现强化应用，以满足用电信息采集系统与其他系统平台之问的交互需求，提供进一步增值服务空间。

  (1)通信技术。通信网络为用电信息采集系统的实现提供基础的数据传输保障。现有解决方案主要包括电力线载波通信、光纤通信、GPRS无线通信、传感器网络以及230 MHz无线专网等。通信方式有多种选择，但各有利弊，目前尚未形成统一的通信方式应用规范，通常根据应用环境和需求的不同而选择相应的通信方案，常用方案为有线传输和无线传输相结合的通信方式，即从用户终端到集中器采用电力线或RS485通信方式，从集中器到主站则采用无线公网通信方式传输，实现在较小改造规模下对传输质量的提升。

  (2)信息处理技术。用电信息采集系统目前的工程应用仍主要停留在电力电量的采集和计费计量功能阶段。随着智能电网技术、大数据分析挖掘技术以及“互联网+”技术的发展创新，用电信息采集系统的功能角色定位也有所拓展。因此，与其他业务系统平台的数据对接和信息融合就尤为重要，需针对不同系统间的异构信息进行融合处理．为平台之间的交互和业务拓展提供基础。

  (3)双向互动技术。双向交互技术主要服务于智能用电业务的开展，在电网和用户之间基于用电信息采集系统实现实时的数据监测、业务需求交互、可视化数据分析等，通过用户侧实时用电信息查询、用能分析、电价政策以及需求响应策略等技术，实现用电的智能化改造。

2  用电信息采集系统交互需求

2.1  与其他系统平台间交互需求

  智能用电环境下，用电信息采集系统主要的交互平台对象包括95598门户服务网站、电能服务管理平台、智能楼宇与智能小区系统、营销业务应用系统等用电管理平台，以及“互联网+”所衍生的物联网平台和互联网大数据平台等外部平台。

  在用电信息采集系统与各系统平台的交互过程中，主要的上传数据包括电能数据、交流模拟量、状态量数据、电能质量等信息，其数据传输格式具有国家及行业标准。主要需接收的信息包括业务平台数据分析结果、业务平台控制指令、业务平台互动功能信息等。在下一步用电侧足够智能化发展的前景下，电网实时负荷情况、分布式电源接人情况、电动汽车充放电情况、自动需求响应相关信息以及用能策略分析等都将成为业务平台与用电信息采集系统间交互的重要需求，其交互系统框架如图2所示。

2.2与电力用户间交互需求

  用电信息采集系统与电力用户间的交互需求不同于业务平台间的交互模式，与业务平台的交互类似于客户／服务器模式的固定业务交互，通信媒介和交互方式相对同定，如图3所示。与电力用户的信息交互更偏重于订阅／发布的交互模式．即根据用户的用能行为和用能习惯进行分析．为用户提供相应的定制服务。根据用户需求推送其所需信息，也可由用户自行通过服务渠道查询和订购，典型的信息交互功能：缴费服务、智能家居服务、电费电价信息、实时用电情况、分布式能源利用率、能效监测信息等，尤其对于能效监测、需求响应和智能家居相结合的用电设备管理．是智能用电下一步发展中亟待实现的功能需求。

3业务应用平台的接口设计

  基于前述的智能用电环境下用电信息采集系统与各系统及电力用户的交互需求，针对目前各平台接口不一致，缺乏具体完备的平台对接方案的情况，对常见系统平台进行了通用接口设计说明，以推进智能用电平台化服务的发展。

3.1  95598门户服务网站的接口设计

  95598系统的信息传输特点为时间短、数量小，主要服务功能是在互联网平台下实现的．比较适合为WebService的接口模式，通过消息触发响应机制，保证服务的实时性。此外．95598系统所涉及的内部和外部功能模块较多，为避免用电信息采集系统接入时接口繁多复杂，一般采用数据总线将各模块接口连接．形成统一的外部接口，实现与用电信息采集系统间的信息交互。在GPRS无线公网广泛应用的环境下，如果能够有效地解决公网传输成本高和安全性差的问题，由集中器GPRS模块直接与95598网络平台交互将可以在很大程度上减少传输冗余度，其接口设计结构如图4所示。

3.2  电能服务管理平台的接口设计

  电能服务管理平台主要针对用户的用电能效进行监测管理，并提供基于能效监测分析的电能管理服务，如有序用电、需求响应、节能量分析、分布式能源接入方案等。电能服务管理平台目前主要的应用对象为大型工业用户．用户表计可直接与其所在地区级电能服务管理平台通过中间库和网络接口进行数据对接，并通过电能服务管理平台的内部接口向上同步传输。

3.3智能楼宇／小区系统的接口设计

  用电信息采集系统与智能楼宁和智能小区的接口主要是面向用户智能化设备、分布式能源及储能设备的管理，其主要的接口交互结构如图5所示，用户内设备各自具备传感装置．其监测信息通过传感器网络接口，以无线局域网方式将用户数据集中在楼宇管理系统终端／网关，然后通过有线连接，如电力线载波或者RS485方式与智能表计交互，随着终端类型的丰富．也可通过手机等移动终端以互联网接口接入。曰前的智能表计还不足以替代管理终端／网关的角色．在进一步的发展中不排除设备传感节点直接以无线方式接入到用电信息采集系统。

3.4营销业务应用系统的接口设计

  营销系统平台综合性较强，业务类型较多，涉及用户账户管理、电费结算、业务拓展等诸多功能，并且为多个外部系统提供支持功能。在进行接口设计时，按照实现方式将各功能可以分为内部业务和外部业务，如图6所示。内部业务的功能接口主要采用中间库的方式，属于客户／服务器机制，集中的数据库为各功能模块提供数据支持：外部业务的功能接口多为WebService方式，主要用于消息信息传输和控制指令下发。

4发展分析

  智能用电技术的发展和实用化建设正在迅速推进电力需求侧的改革，尤其对以用电信息采集为核心的共平台智能用电业务开展提出了更高的要求。目前的系统接口设计，主要考虑便于各业务系统间异构数据的兼容交互，采用的方式主要是通过对应接口的协议转换，尚未形成统一平台，实现真正意义上的用电业务共享平台。“互联网+”概念的提出为大平台建设提供了方案，在下一步的发展建设中，现有各平台接口将逐步向统一化、智能化，以及基于“互联网+”的智能用电平台接口开放。本文旨在为现行结构下的各平台建设提供建设方案，为初步实现以用电信息采集为核心的智能用电系统提供研究基础和实用化建议。

5结语

本文基于用电信息采集系统架构及关键技术，通过用电信息采集系统与各业务平台以及与用电用户之间的交互需求分析，基于现行的各平台架构方案，分别针对95598门户服务网站、电能服务管理平台、智能楼宇与智能小区系统、营销业务应用系统进行了相应的信息交互与接口模型设计．并针对目前发展环境下的智能用电共平台接口建设提出了发展建议。为解决平台间数据异构性和通信差异性的交互瓶颈提供了实用化参考方案。

6摘要：用电信息采集系统作为智能用电业务的数据基础和交互核心枢纽，需要克服数据异构性、通信差异性的交互平台。在基于用电信息采集系统架构和各业务应用平台功能的数据交互需求分析的基础上，针对95598门户服务网站、电能服务管理平台、智能楼宇与智能小区系统、营销业务应用系统等智能用电相关业务平台进行了用电信息采集系统的交互接口设计，提出一种在现行平台构架下，业务平台间可行的信息交互方式，为下一步智能用电业务开展和实用化推广提供研究基础，并就目前的发展环境和趋势提出了未来用电平台接口的发展方向。