智能電網環境下電力營銷管理系統的優化設計

張凌　田珂　張巍　孫玉明

摘? ?要：隨著智能電網技術的發展，電力營銷管理已經成為當前發展的核心業務，其工作質量高低與供電企業所獲經濟效益呈正比關系。為了有效地節約能源，減低電網系統中的負載消耗，提出了一種新型的電力營銷管理系統優化方案，將電力營銷管理系統管理平臺劃分為營銷決策層、營銷工作質量管理層、營銷業務層和客戶服務層，分門別類地管理不同類型的電能信息。并且通過用電優化模型及算法有效地將電價比較高時段的負荷被轉移到電價比較低的時段，提高電能利用效果，降低電網負載電能消耗。實驗表明，本技術方案優化性能較好，有力地推動電力營銷管理系統新技術的發展。

關鍵詞：智能電網;電力營銷管理系統;優化;用電優化模型;電網負載

中圖分類號：TP274? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Optimization Design of Power Marketing Management

System in Smart Grid Environment

ZHANG Ling1，TIAN Ke2，ZHANG Wei1，SUN Yu-ming3

（1. Customer Service Center，State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou，Henan 450000，China;

2. Marketing Department of State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou，Henan 450000，China;

3. Electric Power Research Institute，State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou，Henan 450000，China）

Abstract：With the development of smart grid technology，power marketing management has become the core business of current development，and the quality of its work is directly proportional to the economic benefits of power supply companies. In order to effectively save energy and reduce load consumption in the power grid system，this paper proposes a new power marketing management system optimization program，which divides the power marketing management system management platform into marketing decision-making layer，marketing work quality management layer，marketing business layer and The customer service layer manages different types of power information in different categories. And through the use of electricity optimization models and algorithms，the load of the electricity price is relatively high during the period when the electricity price is relatively low，and the power utilization effect is improved，and the power consumption of the grid load is reduced. Tests show that this technical solution has better optimization performance and powerfully promotes the development of new technologies in the power marketing management system.

Key words：smart grid;power marketing management system;optimization;power optimization model;grid load

隨著智能電網技術的發展，憑借現代信息技術、通信技術以及控制技術迅速發展智能電網成為未來智能電網的發展方向[1-3]。電力營銷作為電力系統管理的核心，電力營銷系統工作質量的好壞直接關系到供電企業的經濟利益[4-6]。目前，電力營銷管理系統管理模式不能滿足當前需求，系統雍腫，數據運行困難，由于智能電網產生的數據越來也多，其管理復雜程度也越來越大，用戶使用起來極其不便[7]。這種情況下，將對電力營銷管理系統管理的發展造成困擾，導致系統使用效率低下，管理水平較低[8]。

為了提高市場響應速度，提高計量公正準確性，加快數據采集效率[9]，增加收費方式多樣性，構建智能電網與電力用戶電力流、信息流、業務流實時互動的新型供用電關系[10]，設計出一種新型的電力管理系統，對現有的系統進行進一步的優化，以促進電力運營信息化、智能化，有利于用戶對電力營銷管理系統進行進一步的管理，這已經成為智能電網發展的必由之路，下文將詳細描述本技術方案。

1? ?優化方案設計

在智能電網環境下，將電力營銷管理系統平臺進行優化設計，以滿足用戶的多種需要。其優化方案如圖1所示。電力營銷業務服務類型繁多，比如用電檢查、抄表繳費、計量點管理、停電檢修管理、公共信息服務等營銷業務[11]。本優化方案包括數據采集層、數據傳輸層、電力營銷管理系統平臺、數據應用層。

在數據采集層中，數據采集層包括各種移動營銷互動終端，比如大型專變終端、中小型專變終端、單/三相檢定設備、居民用戶設備、公用配變考核計量設備、變電站設備等。在該層中，通過上述設備采集電能信息，也可以通過溫、濕度傳感器、RFID 射頻識別標簽、攝像頭、讀寫器、GPS定位裝置等不同設備感知的信息。將這些采取的不同信息存儲在營銷工作質量管理系統平臺中，根據電力信息管理系統中各個不同的存儲模塊進行運算。在數據傳輸層中，基于智能電網環境下進行的數據信息傳輸。其可以包括各種通訊方式，諸如3G、4G 、WLAN、LTE、GPRS等無線通訊、基于TCP/IP的通訊協議等[12]，其能夠實現電力營銷管理系統中各種數據的融合復用以及底層檢測數據信息的遠距離傳輸。在電力營銷管理系統平臺中，在數據采集層中的各種不同數據通過優化調度模型被優化，并通過調度計算適當調度。計算后的數據在數據應用層中應用。能夠實現不同業務的處理，用以實現電力管理單位、企業用戶的移動服務，在應用層中，用戶還可以通過不同的軟件算法來計算感知層傳遞的各種不同數據。通過調度計算以及優化調度模型計算，能夠實現對電力營銷管理系統信息的進一步挖掘，揭示隱含在不同數據內部更本質的數據信息。

2? ?關鍵技術設計

2.1? ?電力營銷管理系統設計

在電力營銷管理系統架構設計中，其開發環境采用企業級開發工具PowerBuiler 6.5/8.0[13]，語音查詢和觸摸查詢為采用Delphi 6.0，VB 6.0等開發工具完成。配電管理子系統采用Mapinfo 5.1與PowerBuilder 6.5/8.0相結合的方法來實施。其架構示意圖如圖2所示。

在本系統設計中，其主要包括營銷決策層、營銷工作質量管理、營銷業務層以及客戶服務層。在營銷決策層中，本系統的特點為較高的現代化用電管理信息系統，其采用的數據庫為大型ORACLE數據庫、PowerBuilder 6.5企業級開發工具等，系統內的不同子系統緊密地結合在一起，能夠實現各種不同數據的高度共享，能夠使一種類型的數據從一種端口進入系統，同時提供多個不同子系統的共享。本系統通過使用分布式計算模式，從各個省電力公司到各個市級電力公司，再到各個縣級電力公司，能夠逐級實現各種不同類型數據集中、分布管理為一體，上級單位可遠程查詢下級單位的檢測數據，并根據檢測到的數據對下級單位進行指導，繼而實現數據的高度共享。本系統還設計成三層B/S結構，，其與C/S結構相結合，B/S平臺以JAVA為基礎，通過采用JSP+Servlet+JDBC+JavaBean+EJB為核心技術[14]，能夠保證整個系統可適應于NT、UNIX、LINUX等各種平臺，自適應能力非常強。本系統在計算電費時，采用Client/Server結構，把電費計算放置再服務器上，本系統的電費計算流程和算法均采用大型數據庫ORACLE進行存儲，數據存儲的過程與本系統應用軟件相獨立開[15]。因此，采用本系統能夠大大提高供電公司用電管理的水平，提高電力系統的經濟效益。

2.2? ?用電優化模型及算法

本系統能夠針對各種情況下用電以及負荷之間的關聯性、順序性、強依附性等不同特性而建立起用電優化模型，將優化模型轉化為容易求解的混合整數線性規劃等相關技術問題，以各種情況下用電的經濟性為目標而進行的優化。

假設電網線路負荷中所有負荷部件包括N個，將其建立集合為X={1，…，N}，假設T為優化周期，將優化周期T劃分為M個時間段，假設Li（t）表示第i種負荷組件在時間段t內是否工作的標志。在本文的優化模型中，將0表示為非工作狀態，將1表示為工作狀態。則Li（t）的數學模型為：

Li（t） = 01? ?i∈X? ? ? ?（1）

在一定的時間段內，一種類型的電網負荷組件需要滿足指定的運行任務。其任務運行模型公式為：

■Li（t） = taski，其中t∈[tmin（t），tmax（t）]? ? （2）

在公式（2）中，taski表示電網中第i種負荷需要運行的時段的任務數量。

將電網運行中的電能存儲裝置的電能存儲模型表示為C（t），定義C（t）為電能在第t時間段內的初始時刻所存儲的電能量。在負荷工作時，電能存儲裝置需要保留足夠量的電能。假設將電能量保持在一定的范圍內，則用公式表示為：

C（t+1）=C（t）*（1-σe）+（Peh*η1-Pdis /η2）*Δt （3）

在公式（3）中，σe表示電能存儲裝置的自然損耗程度，Peh（t）、Pdis（t）表示為電能存儲裝置的充放電功率，η1、η2表示電能存儲裝置的充、放電效率。Δt表示時間段長度。

下面對優化調度運行方式進行以下說明。總的經濟成本實現最優化的公式為：

min C = CL + CE + CS? ? ? ? ? ?（4）

其中CL表示為電能存儲裝置正常工作時所需要的電費，CE表示為電能存儲裝置存儲電能設備的建設投資成本，CS表示為電能存儲裝置的維護成本。其中CL、CE、CS的應用公式為：

CL = ■（load（t）*Δt*Pricee（t））? ? ?（5）

load（t）■（Li（t）*Pi）+Peh（t）-Pdis（t）? ? ?（6）

在上述公式中，Pi為第i種負荷的功率，load（t）表示為整個電網系統中的負荷曲線，Pricee（t）表示為24小時的峰谷電價，Δt表示為每個時間段的長度。

CE = cap*Prices■? ? ?（7）

在公式（6）中，cap為電能存儲裝置的容量，Pricee（t）表示為電能存儲裝置的單價，year表示電能存儲裝置的使用年限。

CS = Prices*■? ? ?（8）

在上述公式中，Prices表示為電能存儲裝置的年運行維護費用。

下面結合案例對優化方案進行驗證。

3? ?實驗分析及結果

在Matlab環境下對電力營銷管理系統的電力管理功能進行仿真分析。在實驗時，選取電力營銷管理系統中電能計量子系統為檢測對象。記錄電力營銷管理系統中的負荷單元基礎數據如表1所示。

在仿真結果中，比如將19：00-22：00區間的尖峰時段中的較為集中的負荷被轉移到夜里1：00-6：00期間內低谷時段的電力負荷，使得有效地將電價比較高時段的負荷被轉移到電價比較低的時段。下面以0-24小時時段對電能計量子系統中的負荷情況進行衡量。下面將優化前后的數據繪成曲線圖，如圖3所示。

通過上述實驗分析，采用本技術方案能夠使電能計量子系統在不同的區間內。在電能計量子系統優化前的電力負荷明顯低于優化前的電力負荷，大大降低電能損耗，提高電能優化效率。

4? ?結? ?論

在智能電網環境下，智能電網的負荷作為電能的消耗者，其優化程度和能量交換關系都影響著電能計量、電力營銷管理系統等用電策略的選擇情況和最終的用電成本。提出了一種基于智能電網的電力營銷管理系統優化方案，通過設計出多模塊化的電力營銷管理系統架構，實現多種不同類型的電能管理，并采用用電優化模型及算法將電價比較高時段的負荷被轉移到電價比較低的時段，有效地節約了電能，降低了電網負載消耗。

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