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摘 要：结合售电公司营配用售一体化管理、电水气热综合管控的实际业务需求，分析了系统的应用场景，梳理了各种场景的功能需求，详细设计了系统的物理架构、功能架构，并指出了系统设计开发中所应用的关键技术。设计方案满足4类售电公司的应用需求，目前已应用于公司相关产品的研发中。 关键词：售电公司；购售电；能源服务；智能运维 Abstract： Combined with the actual business needs of integrated management of operation, distribution, uses and sales, and integrated control of electricity, water, gas and heat in electricity retail companies, the application scene of the system is analyzed and the function needs of all scenes are cleared. Then the hierarchical structure of this system is proposed. Both the physical architecture and the functional structure of this system are designed in detail, and the key technology of this system is analyzed. The design project meets the application needs of four kinds of electricity retail companies and has been applied in the development of concerning products. Key words: electricity retail companies, purchasing and selling electricity, energy services, intelligent operation 自2002年电力体制改革实施以来，电力行业破除了独家办电的体制束缚，从根本上改变了指令性计划体制和政企不分、厂网不分等问题，初步形成了电力市场主体多元化竞争格局。为了进一步深化电力体制改革，解决制约电力行业发展的突出矛盾和深层次问题， 2015年国务院相继发布了《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》(中发[2015]9号)和6个电力体制改革配套文件，从市场基本制度、价格机制和市场体系的建立等方面构建了一套完善的政策框架，标志着新一轮电力市场改革正式开始。 新电改的总体思路是管住中间，放开两头，鼓励社会资本开展配售电业务。据不完全统计，截止到2017年4月，全国工商注册的各类售电公司已超过8 000家，获得电力交易中心公示的售电公司有1 371家，售电公司的业务不能局限于基本的购售电业务，否则将存在严重的同业化竞争问题。拥有配电网资产的售电公司不仅提供保底供电服务，还可以提供能效服务、需求侧管理、合同能源管理和设备托管等增值服务，无疑更具备发展潜力。 现在电网企业的营销业务、配电业务、用电业务和售电业务分别属于不同的部门管理，缺乏统一的业务平台支撑。售电公司规模相对较小，更需要营配用售一体化的运营平台支撑其业务发展，现有营销、配电系统和运营体系远远不能满足未来售电公司的业务发展需求。 2016年2月29日，国家发改委、国家能源局联合印发了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》(发改能源[2016]392号)，提出建设以电为主，电、水、气和热多种类型能源网络的互联互通，多种能源形态协同转化的综合能源网络。 通过前期大量的市场调研发现，随着多能源互联程度的不断提高以及配售电业务市场放开，多能源的联合供给将成为未来能源服务商抢夺终端用户的主要竞争手段。对于工业园区和资产规模较大的售电公司，比如，深圳前海蛇口自贸区供电公司、天津天保能源股份有限公司等，均有实现多种能源综合管控的应用需求。 现阶段对售电侧改革的研究主要集中在市场化改革[1-4]、购售电策略[5-7]、经营模式[8-9]以及风险管理[10-11]等方面。对“互联网+”智慧能源的研究主要集中在示范园区的能源互联网、多能互补和冷热电三联供等方面，基本没有如何从整体上对售电公司开展多种能源一体化管控方面的研究。 本文结合售电公司营配用售一体化管理、电水气热综合管控的实际业务需求，分析了系统的应用场景，梳理了各种场景的功能需求，详细设计了系统的物理架构、功能架构，并指出了系统设计开发中所应用的关键技术。 1 售电公司的分类根据售电公司的有无配网资产以及资产类型，将其分为独立型售电公司、配售一体型售电公司、新能源接入型售电公司和多能融合型售电公司。售电公司的分类见表1。 表1 售电公司分类  类别性质特征A类独立型 无配电网资产,仅有零售资质B类配售一体型 有配电网资产,有零售资质C类新能源接入型 有新能源发电资产和配电网资产,有零售资质D类多能融合型 有新能源发电、配电网、水、气、热管网等资产,有零售资质 A类为独立型售电公司，无配电网资产，不拥有配电网运营权，不承担保底供电服务。该类售电公司最为普遍，竞争也最为激烈，其基本业务是进行电力批发销售，赢取中间差价利润。 B类为配售一体型售电公司，拥有配电网运营权，承担保底供电服务。该类售电公司在其供电营业区内只能有一家，为用户提供保底供电服务及输配电服务，但是在其供电营业区内允许存在多家A类售电公司。 C类为新能源接入型售电公司，拥有新能源发电资质和配电网运营权，承担保底供电服务及输配电服务。该类售电公司具备发电能力，可以与用户直接建立交易关系。 D类为多能融合型售电公司，拥有新能源发电资质、配电网运营权以及水、气、热的运营权，承担保底供能服务及能源输配服务，具备对区域内多种能源综合管控的优势，是未来最具竞争力的综合能源服务企业。 2 系统概述区域能源综合管控系统以多能融合型售电公司为应用研究对象，集营销、配电、用电、售电、运维和增值服务等业务于一体，实现信息高度融合，电、水、气、热等多种能源友好互动。其功能应体现在如下5个方面。 1)多种能源的全景监控。系统能够对多种能源类型数据进行统一的采集、处理及分析，并以图、表和曲线等丰富方式实现对区域能源的全景监视及控制。 2)营配用售一体化管控。系统基于对多种能源的生产、输配和消费等多个环节数据的统一处理，打通了传统业务分隔形成的信息孤岛，通过数据的集成及信息融合，实现营配用售一体化管控。 3)多能互补优化控制。通过建设冷热电三联供系统、地源热泵系统、电储热系统和分层储能系统等，促进电、气、冷和热能源的相互转化，提高能源供需协调能力，实现多能互补和能源综合梯级利用。 4)全生命周期的智能运维。系统能够实现对配用电一二次设备、水气热等其他用能设备的全生命周期状态监测、运行维护管理、故障诊断与处理、检修管理、运检流程管理以及资产管理等。 5)“互联网+”智慧能源服务。系统能够结合供能侧和用能侧的需求，实现能源流、信息流和价值流的交换与互动，为用户提供便捷的、一站式的增值能源服务。 为实现上述功能，解决千万测量点级数据的采集处理问题，系统以分布式系统软件平台为基础进行开发，形成完整的可全面支撑能源领域各种规模的综合管控应用。 3 系统架构设计3.1 系统层次结构 区域能源综合管控系统的层次结构如图1所示，系统由主站系统、远程信道、终端及监控子系统、采集子网和测控设备组成。系统的工作特点是双向通信，通过交互的信息流传递数据，由统一的大数据中心对采集信息进行处理、存储，从而支撑综合能源的实时监控、运行管理、售电管理、能源服务和智能运维等业务功能。 3.2 物理架构 区域能源综合管控系统物理架构如图2所示。系统部署前置服务器、数据服务器、Web服务器、应用服务器和操作工作站等，除满足大容量实时数据和非实时电量数据采集与处理、数据存取、运行管控和售电管理等功能外，利用接口服务器与大型新能源发电系统、换热站监控系统、供水泵站监控系统和燃气调压站监控系统等交互数据，利用Web服务器实现信息共享与发布以及用户访问等。 图1 区域能源综合管控系统层次结构  图2 系统物理架构 3.3 功能架构 区域能源管控系统的主要功能为对电、水、气、热等能源信息进行统一的采集处理，对能源的生产、使用和消费各环节的状态进行统一管控，实现能源生产和使用的友好互动。 系统的设计着重利用平台化、模块化思想，使之适用于不同规模和不同应用场景的售电公司，保证系统的兼容性和可扩展性。系统功能架构如图3所示，主要功能包括实时监控、运行管控、售电管理、能源服务和智能运维等5个子系统。 3.3.1 实时监控子系统 该系统由运行状态监视、操作控制、综合告警分析和馈线自动化等模块构成，通过对区域多种能源系统的运行工况和设备状态信息的采集与处理，实现对区域能源的全景监视，并根据运行策略对设备进行控制调节。设备发生故障时，能够对设备产生的告警信息进行综合诊断与处理，提供全面直观的告警提示。 3.3.2 运行管控子系统 该系统由电能质量管理、有序用电管理、负荷预测、损耗分析和多能互补优化控制等模块构成。其中，电能质量管理主要对系统各支路的电压波动、电压偏差和谐波等电能质量指标进行监视，为用户电能质量考核和治理提供支撑；有序用电管理通过经济和技术等手段，采取错峰、轮休和让电等措施，改变用户用电方式，引导用户科学用电；负荷预测通过对电、水、气、热的历史负荷数据，气象数据，节假日等信息进行分析，挖掘负荷变化规律，建立相应的预测模型，预测不同时间尺度的负荷需求，该功能是售电公司购电和需求侧响应服务业务的基础。 3.3.3 售电管理子系统 售电管理是售电公司开展购售电业务的基本功能，主要功能包括售电、购电、结算管理，客户管理和电力交易辅助服务模块。其中， 购电管理用于管理售电公司在电力交易中心进行购电业务，包含客户用电需求、购电需求上报，竞价管理，电量平衡管理和长协购电合约管理；售电管理为售电公司提供整套的电量零售的支持，包含套餐设计、售电合约管理和电量执行追踪等；结算管理用于管理售电公司的费用结算，包含用电量确认、偏差考核和对账结算等；客户管理用于客户档案和合同的管理；电力交易辅助服务通过负荷预测和用户上报用能需求，对售电量、电价和售电收入进行分析和预测，为售电公司的经营管理提供强大的决策依据。 图3 系统功能架构图
3.3.4 能源服务子系统 能源服务是售电公司开展的增值服务，实现了与用户的互动，是其提升服务水平、增强公司竞争力的有效途径。系统由业扩管理、一体化缴费管理、能效服务、合同能源管理、移动应用服务、信息共享与发布等模块构成。其中，业扩管理用于实现对用户用能的新装、增容、变更、故障和迁址等业务的办理；一体化缴费管理用于实现各类代收机构、银联卡缴费、网上缴费、手机缴费及充值卡缴费等多种缴费方式的一体化管理；能效服务包含能效检测、能效分析评估、节能诊断和用能策略管理，实现对用户整个用能系统进行能效监测、管理以及优化；移动应用服务针对运行维护人员和用户两类群体提供移动应用服务，对于运行维护人员，采用信息实时传输、线上线下同步、地理信息精准定位等技术手段，实现了外勤透明管理、工单闭环管理，对于用户，通过移动设备提供查询、缴费、故障报修、送电等服务；信息共享与发布针对不同的对象发布不同内容，主要包括系统运行工况、历史数据、统计分析结果、各类报表和套餐类别等。 3.3.5 智能运维子系统 该系统用于实现对配用电一二次设备、水气热等其他能源的运维检修管理。主要包括设备监测与管理、运行维护管理、故障诊断与处理、检修管理、运检流程管理和资产管理。其中，设备状态监测与管理通过周期性监测设备性能参数，实现对设备的状态评价，为设备的维护提供数据支撑；运行维护管理用于实现硬件设备、软件系统的维护管理，包含设备维护管理、告警信息管理、在线定值管理和通信网络管理等；故障诊断与处理用于对各类设备进行故障检测、故障判断、故障隔离和故障处理，恢复系统至安全运行状态，主要包含故障诊断、一般故障处理和故障抢修；运检流程管理用于实现设备运维检修的工单生成、派工、处理到综合评价的全过程闭环管理，包含工作流程管理、工单管理、现场作业流程管理、工作流程监控和工单质量考核管理等；资产管理包含设备台账管理、设备资产统计查询和备品备件管理，实现对系统资产的统计与查询管理。 4 系统应用关键技术区域能源综合管控的对象涵盖了电、水、气、热等多种业务领域，为了实现系统的业务融合和可靠运行，需充分发挥多种类型能源的数据采集、统一建模、分布式架构处理和多能互补优化控制等技术在系统中的应用。 4.1 多种类型能源计量一体化采集技术 由于电、水、气、热分别属于4个能源行业，除了电表外，其他表计信息的采集多为人工抄表方式，抄表效率低，且存在系统不兼容、方案不统一以及智能化水平差异大等问题。采用多种类型能源计量一体化采集技术，对电、水、气、热进行远程自动集采集抄，实现“多表合一”，有利于售电公司跨专业协调业务的开展，并为电、水、气、热等开展高效社会化服务提供支撑。 4.2 一体化建模技术 系统管控的对象具有种类多、数量大且分属不同能源行业的特点，配电网主站系统、新能源发电监控系统、用电信息采集系统以及供水、供气和供热等系统分别建有各自的数据模型，各模型之间的信息不共享。建立统一数据模型，对用能系统(设备)的关键参数统一归纳，有利于打通各领域、各业务的数据间隔，并为开展系统增值服务提供数据支撑。 4.3 分布式处理技术 随着“多表合一”采集技术的推广，能源计量点数量成倍增加，计量点规模已达到千万级。现有用电信息采集系统采集数据是先存入MySQL/Oracle数据库，再从数据库读取数据，计算完成后，再写入数据库，其数据处理速度较慢，不能满足海量数据处理性能的要求。 系统基于统一的大数据平台，利用Kafka消息服务将前置采集解析后的数据推送给分布式内存集群存储，利用分布式计算引擎Spark的多进程、多线程计算优势，从分布式内存中读取数据并将计算结果存储在分布式数据库中，大大提高了系统处理海量数据的效率。分布式系统具备良好的可扩展性，在不中断系统运行的情况下，增加系统节点，提高系统处理规模和运行性能。 4.4 购售电策略 系统制定购售电策略时以售电公司的售电利润最大化和购电风险最小化为目标。在制定售电电价时，考虑用户侧分时电价以及阶梯电价对售电利润的影响。在制定购电电价和电量时，依据用户的购电需求与市场的电量交易价格、发电成本和中断负荷补偿成本等因素，决策是否调用储能以及其他发电资源、是否向市场购电以及是否调用可中断负荷等，以实现自身利润最大化的目标。 4.5 多能互补优化控制技术 系统通过调节光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、冷热电三联供系统、地源热泵系统、集中供冷/热系统和电储热装置等，改变能量供给方式，实现对区域多种能源的互补控制。基于对多种能源的负荷预测，得到冷、热、电、气和水的供给需求，以经济性最优、能耗最低为目标，结合各种能源的投资和运营成本，建立能源供给优化模型，寻求多种能源供给的最佳组合配置。实现多品质能源的阶梯利用和相互补充，提高能源利用效率，降低能源使用量，进而达到实现节能减排和降低企业用能成本的目的。 5 结语随着售电侧改革的深入推进，越来越多的售电公司参与到电力的市场化交易，未来的售电市场将是一个比拼综合服务能力的市场。便捷、智能和智慧的能源管理系统将有助于降低企业的运营成本，提升企业的管理水平，增强其市场竞争力。本文提供的设计方案可满足4类售电公司的应用需求，目前已应用于公司相关产品的研发中。下一步，将完成区域能源综合管控系统的研发，并在试点工程对相关功能进行验证，对设计方案进行完善，为售电公司的发展提供技术支撑。 参考文献 [1] 阙光辉. 日本电力市场化改革最新进展及启示[J].电力技术经济，2007,19(3)：9-13. [2] 朱锐. 我国竞争性售电市场构建研究[D]. 成都：西南财经大学，2010. [3] 包强，王晓雯. 市场竞争环境下售电业务发展方向探索[J]. 电力需求侧管理，2015,17(4):48-51. [4] 白杨, 谢乐, 夏清, 等. 中国推进售电侧市场化的制度设计与建议[J]. 电力系统自动化, 2015, 39(14): 1-7. [5] 罗琴. 市场环境下售电公司购售电策略研究[D].上海：上海交通大学，2014. [6] 孙浩淞. 电力市场售电侧开放环境下售电公司购电策略研究[J]. 科技创新与应用，2016,5(11)：180. [7] 陈政，张翔，荆朝霞, 等. 澳大利亚输电过网费定价机制分析[J]. 南方电网技术，2017,11(2)：1-8. [8] 胡晨，杜松怀，苏娟, 等. 新电改背景下我国售电公司的购售电途径与经营模式探讨[J].电网技术，2016，40(11)：3293-3299. [9] 周逢权, 张萌, 甄立敬, 等. 基于价值最优的区域能源管控中心价值模型研究[J]. 电力系统保护与控制，2015，43(22): 29-34. [10] 周明，聂艳丽，李庚银, 等. 电力市场下长期购电方案及风险评估[J]. 中国电机工程学报，2006,26(6):116-122. [11] 宋艺航，谭忠富，于超, 等. 需求侧峰谷分时电价对供电公司购售电风险影响分析模型[J]. 电工技术学报， 2010,25(11):183-190. 责任编辑 马彤 |
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