佛山电力需求响应试点之多系统数据采集、融合与应用探索

佛山电力需求响应试点之多系统数据采集、融合与应用探索

黄宇魁

（广东卓维网络有限公司广东佛山528200）

摘要:城市需求响应试点工作的开展，需要一定规模企业参加，如何最低成本、快速部署，获取参与企业负荷等电气数据始终是一个挑战。解决这一挑战的核心解决方案是充分利用供电局及企业已有的各类数据采集系统，结合电能服务商组建的数据采集平台将数据上传到需求响应平台，实现系统的相互融合，数据的相互验证与冗余，确保试点结果的可验证性。

关键词：电力需求响应；多系统；数据采集；融合

0引言

电力需求响应是“互联网+智能技术+市场化手段”在大系统范围内将能源供应与能源需求优化平衡、综合应用的一个新的领域。它采用技术、经济与市场化的方法（例如激励机制、市场交易机制等），在电力系统用电高峰时，根据电网总体或区域负荷的紧缺程度让客户自觉、自愿地调整其用电设备负荷以满足电力系统可靠性、动态优化平衡及系统性节能减排的要求。需求响应是电力体制改革的一个重要内容。实施电力需求响应，有利于削减或转移高峰用电负荷，化解多年来反复出现的高峰电力短缺问题，并节约大量峰荷、发电容量和输电电网投资，为国家节省资金、节约资源、实现环保；有利于提升电力系统突发事件的应急保障能力，保障电力供需平衡和生产生活秩序；有利于消纳可再生能源的发电，有效地帮助可再生能源实现并网的需要，推动智能电网的应用和发展，提升用能管理、企业管理乃至社会整体的能效管理水平。

佛山市是南方电网范围内国家电力需求侧管理综合试点的唯一试点城市。经过3年(2013-2015的努力，佛山市在电力需求响应资源开发与资源应用体系、机制、技术实施系统建设等方面取得了突出的进展，建设并验证了由153个企业参加的、经过15次需求响应事件验证的19.2万千瓦的需求响应能力，并积累了政府引导、供电局与电能服务商协同配合、资源共享、市场化客户开发、电能服务商发展、政府与电能服务商平台、客户需求响应增值服务等一系列成功经验与做法。

电力需求响应的核心是数据的获取与数据的应用。对于一个城市级别的电力需求响应管理平台需要一定规模客户参加试点，如何最低成本、快速部署参与客户用于计电能与负荷的数据采集系统始终是一个挑战。解决这一挑战的核心解决方案是充分利用现有供电局及企业端已有的各类数据采集系统，实现系统的相互融合，数据的相互验证与冗余，确保试点结果的可验证性。本文介绍电力需求响应平台如何与电网相关系统和自主采集系统的数据进行融合与应用。

1需求响应相关信息化系统现状及存在问题

佛山供电局自2007年开始大规模逐步建立起了电力营销管理系统、计量自动化系统、数据仓库与决策支持系统、网上营业厅等信息系统，涵盖了所有电力客户的档案信息和部分典型客户的电能量信息，并且所有系统都建设了相应的软硬件平台目前，佛山市已建成的计量自动化系统覆盖了全部专变用户，共安装负荷管理终端2.1万户，占总负荷的64%，实现了对专变客户的在线实时监测。2011年，佛山供电局启动电能量数据中心的建设，实现了按电网网架、线路、区域分布等维度对负荷、线损、电能质量指标等的监控、统计、分析能力。

最大限度地利用已有的信息系统建设投资，减少重复建设，避免封闭式的单系统大而全大而弱的情况，在保证需求响应平台独立性的前提下保持与其他相关系统的良好数据交互，通过定义与已建系统的数据接口，实现多种异构数据库的集成，充分利用现有的成熟系统，保护用户以往的投资。因此需求响应平台从营配一体化系统、电力需求侧管理平台，计量自动化系统、PI准实时数据平台、SCADA系统接入负荷自动需求响应平台所需基础数据。

实施需求响应需要准确采集、获取企业的响应实时负荷，但是采用佛山供电局的企业关口数据存在以下问题：

1）无法及时准确获取，负荷数据的获取存在1个小时左右的延时。无法实时展现参与需求响应企业的实时负荷削减情况。

2）因为全省计量数据的统一采集与管理，佛山供电局因为数据安全问题，长期将数据提供给需求响应平台使用存在一定的隐患。

3）无法提供企业的参与需求响应部分的分项计量的负荷。

4）数据采集密度最高为15分钟一次，无法提供更实时的数据采集密度。

为了解决这些问题，采取电能服务商组建数据采集平台，电能服务商确定企业负荷采集点，采集装置的安装、调试及数据上传到需求响应平台。

2电力需求响应试点的数据采集方案

2.1电网关口数据同步方案

电力需求响应平台需要从供电局各个已有系统获取数据，从营配数据中心获取客户信息、馈线信息、线变关系、变压器信息、线所关系、变电站信息、站线关系、区域、客户表计，从电能量数据平台获取专变低压日电量、专变低压月电量、行业分类，从PI实时数据库获取实时负荷、功率因数，从EMS系统获取区域日电量、区域实时负荷、行业分类、功率因数。同步方式见图1：

图1电网关口数据同步方案图

Figure1Gridgatewaydatasynchronizationscheme

2.2企业分项计量采集系统

为了准确、及时获取企业参与需求响应的负荷及负荷削减量，广东卓维网络有限公司（下称卓维公司）作为电能服务商建有需求响应平台数据采集系统，采用《佛山电力需求侧管理平台主站与信息集中与交互终端通信协议》，为了实时反应企业参与需求响应的负荷，平台每5分钟采集一次参与需求响应企业的电力数据包括三相电流、三相电压、三相有功功率、总有功功率、三相无功功率、总无功功率、正反向有功总电能及正反向无功总电能等电气参数，这些数据将用来进行基线负荷的计算及负荷削减量的确认。为评价实施自动需求响应的结果提供数据支撑。

2.3电能服务商数据接入电力需求侧管理平台

电能服务商将采集到的企业数据接入电力需求侧管理平台，建有需求响应平台的企业将参与响应的电气参数按照协议采用TCP的方式上送到电力需求侧管理平台。电力需求响应的响应事件和响应监控由电能服务商平台或者企业需求响应平台通佛山市电力需求侧管理平台采用Webservice的方式执行交互，如图2所示。

图2电能服务商和需求侧管理平台数据交互

Figure2Dataexchangebetweenpowerserviceprovidersanddemandsidemanagementplatform

4多系统数据的融合与清洗方法

电力需求响应平台需要根据企业的过去一段时间以来的实际用电负荷情况进行负荷基线计算，负荷削减量计算，对数据的准确、完整、实时性的质量要求都很高。平台承建方需要对多系统数据进行融合、清洗。多系统之间需要交互大量数据信息，利用Webservice、中间库、Socket等技术设计软件接口，有利于提高信息交互效率以保证系统的可靠运行[1]。

4.1企业关口电表档案梳理

针对每家参与需求响应企业的参与需求响应的关口电表档案进行梳理，并完成数据的同步。在需求响应试点前期，由于企业用电档案较多，有些与需求响应无关，且其数据存在异常，严重影响需求响应结果的核算，经过梳理和核实后，数据的质量问题有明显改善。

4.2企业关口数据质量核查

针对每家签约企业每块关口电表数据质量进行检查，梳理出完全正常、部分正常、完全不正常的关口数据的企业清单。此项工作对于后续需求响应客户参与响应的方式的研究有较大的意义。

4.3企业关口数据同步稳定性提升

针对数据同步存在不稳定的情况，对数据同步系统中的各环节进行测试和优化，保证系统资源与实际同步数据规模的一致性。在试点前期，每次需求响应时，都必须到现场进行人工的处理，该项工作完成后，从第4次需求响应开始，基本不需现场人工处理，稳定性大大加强。

4.4分项计量数据接入

根据从供电局的关口表数据进行融合清理结果，卓维对数据不完整的企业和一些重要的企业采用直接将企业用电数据接入平台的方法进行数据接入。目前总共接入参与需求响应的企业153家。安装在企业端的集中器按照主站设置的任务每5分钟一次将采集到的电气数据上传到主站平台。

5几个关键问题的研究与解决方案

5.1客户数据存储安全

安全是很多用电客户关心的第一个问题，卓维公司将数据采集平台部署在阿里云服务器上。阿里巴巴基于10年积累的攻防技术研发了云盾，提供基于云端的DDOS防护，主机入侵防护，安全体检，数据库防火墙等一整套云安全服务。此外，阿里云对涉密数据采取“大使馆”模式隔离；针对一些企业担心的数据私密性问题，阿里云制定了严格的内部审计制度和数据加密措施，并将采取操作日志透明化等措施以加强安全保障。阿里巴巴集团首席技术官王坚曾经比喻过，“事实上，云计算比原来的方法更安全，就好像把钱放在银行事实上会比放在枕头底下更安全一样，需要克服的是心理障碍。”可以佐证王坚的话是2014年7月，阿里云进入国家工信部“可信云认证”名单。这是国内权威机构首次开展云计算领域的资质认证。

5.2客户数据采集传输安全

数据采集平台部署在阿里云，网络采用公共网络，如何保证公网数据的传输安全关系到企业是否愿意参与到需求响应中来的关键。数据采集平台采用了严格的身份认证的加解密算法来确保是合法的集中器连接到平台。防止非法的集中器假冒合法的集中器上送数据来篡改合法集中器的数据。平台为每个参与需求响应的企业分配一对密钥文件，主站本身拥有自己的一对密钥文件，主站和集中器采用这两对密钥文件采用RSA加解密算法来进行身份验证。平台采用的RSA加解密是应用得最广泛的公钥算法，从提出到现今的三十多年里，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。

5.3基线负荷计算

用户基线负荷是指对用户如果没有参加需求响应项目时的负荷数据进行预测，通过所预测的用户基线负荷和实时监测到的实际负荷数据进行对比得到负荷削减量[2,3]。

需求响应通过补贴和政策等的激励方式，让用户自愿自觉地在用电高峰时期临时减少电力负荷，进而确保电力运行安全、减少对用户正常生产、工作的影响。如何确定用户用电负荷基准线是直接关系到电力负荷削减量的测量和验证，是电网公司与用户之间利益平衡的基础。

在实施需求响应的过程中，借鉴国际与国内需求响应实践，针对佛山市电力需求响应试点要求，我们提出多种基线方法。

根据实际试运行结果，发现有部分企业采用国家发改委基线算法计算出的削减量存在不合理的现象。从暴露的问题来看，其实也是目前国内整个电力需求响应试点开展的关键和核心问题，目前，在试点过程中，我们尝试用不同的基线算法进行测试，一种是基于事件当天前12天历史数据进行基线计算，另一种是基于事件当天前5天历史数据进行计算，从后者的实际核算结果看，能够较为真实的反应企业实际负荷削减量。

6结语

通过多次实施需求响应获得了积极的实施效果：

1、试点效果显著，企业配合度高：佛山开展的需求响应试点效果非常显著，企业参与的积极性和配合度高比较高，到2015年底为止，总共进行了15次需求响应事件，许多企业完成协议约定的4次响应事件后，仍然继续参与。

2、系统的准备和响应业务的流转比较充分和顺畅，平台完成改造后，每次需求响应事件都是通过平台进行各方调度和协调，保证了响应业务的顺利流转。

3、多种数据来源和多种基线算法的尝试和验证，通过测试事件尝试了采用企业自主采集的数据和供电局关口数据结合的方式进行需求响应，在基线算法上，也对国家发改委推荐的算法及改造的算法进行了测试和验证，并获得了第一手的测试资料。

4、进一步验证企业用电的时间特性，部分企业的削减量只在某些时间段内具备相应在的削减能力，为进一步对用户的负荷特性进行分类和细化管理提供支撑。

5、形成了一套针对企业需求响应异常结果分析和模式，经过试运行和分析，对于某些企业的异常结果，存在多种原因，一是由于企业用电量减少，本身无法达到削减要求，二是有部分企业参与响应事件，实际过程中未执行，三是部分企业执行不到位，无法达标，四是仍有部分关口数据有问题的企业参与响应，以致结果不准确，后续将在试点的机制和平台功能方面将进行完善。

Grimmc

参考文献：

[1].阎华光，陈宋宋，钟鸣，蒋利民电力需求侧能效管理与需求响应系统的研究与设计《电网技术》,2015,39(01):42-47。

[2]GrimmC.Evaluatingbaselinesfordemandresponseprograms[C/OL]//2008AEICLoadResearchWorkshopSanAntonio,TX,USA,2008.http://publications.aeic.in/lrc/12_Evaluating_Baselines_for_Demand_Response_Programs_PAPER.pdf．

[3]WonjR,YoonYB,ChoijH,etal.Casestudyofcustomerbaseline(CBL)loaddeterminationinkoreabasedonstatisticalmethod[C/OL]//TransmissionandDistributionConferenceandExposition:AsiaandPacific.Seoul,SouthKorea,2009.http://ieeexplore.ieee.org/xpl/mostRecentIssue.jsp?punumber=5353036.

作者简介：

黄宇魁（1976-）男，广东卓维网络有限公司硕士研究方向需求侧管理及需求响应。