引言

　　目前用電互動服務存在信息分散、用電信息利用不夠充分、應用系統(tǒng)眾多和信息集成需求突出等問題，因此需要建立標準化的雙向互動服務平臺，以支撐和促進用電信息共享，進而提高供電可靠性與用電效率和供電企業(yè)服務水平。

　　為將居民用戶用電、大用戶用電、電動汽車、分布式發(fā)電等電力業(yè)務的互動數(shù)據(jù)接入統(tǒng)一的雙向互動服務平臺，需要平臺的通信架構能夠承載各類互動終端設備的靈活接入，并具備標準化信息交換和通信模型。

　　作為智能電網的重要組成部分，高級量測體系（Advanced Measurement Infrastructure，AMI）是配用電領域數(shù)據(jù)通信和信息交換的重要發(fā)展方向。本文利用AMI的體系結構，面向雙向互動服務數(shù)據(jù)采集與控制應用，構建了滿足智能用電需求的信息通信模型，并深入探討了信息模型中應用的關鍵技術。

　　1、雙向互動服務及智能終端設備

　　典型的雙向互動服務包括大客戶業(yè)務、居民用戶業(yè)務、移動營銷業(yè)務、分布式發(fā)電和儲能業(yè)務和電動汽車運營業(yè)務等。雙向互動服務的基礎是在電網中廣泛分布的智能終端設備，包括智能電表、電能信息采集終端、電動汽車充電樁和分布式發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)等。這些智能終端設備可以實時監(jiān)測用電設備的能耗情況和運行狀態(tài)，為電力需求側管理（Demand Side Management，DSM）提供基礎數(shù)據(jù)。

　　雙向互動業(yè)務信息通信的需求即包括用戶側向設備“向上”的數(shù)據(jù)采集信息，也包括雙向互動服務平臺“向下”的負荷控制和需求側管理等信息。從通信技術的選擇來說，由于電力用戶數(shù)據(jù)龐大，空間分布范圍廣，所處環(huán)境的通信條件差異性較大，使用的終端類型也不同，因此要本著節(jié)約、統(tǒng)一、規(guī)范的原則，充分利用現(xiàn)有的技術條件、通信信道和通信協(xié)議建立統(tǒng)一的用電雙向互動服務平臺，在一個平臺上實現(xiàn)電力用戶的雙向互動服務的全面覆蓋。

　　2、雙向互動服務通信系統(tǒng)架構

　　作為智能電網體系內的智能化計量、傳輸、存儲、分析和利用用戶用電信息的軟硬件體系，AMI為電網與用戶的全面雙向互動提供了平臺和技術支撐。AMI由智能電表、廣域通信網絡、量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（Meter Database Management System，MDMS）和用戶戶內網絡（Home Area Network，HAN）組成。在AMI架構內，智能電表提供雙向計費和智能監(jiān)測、告警等功能，HAN通過網關連接智能電表和可控電器設備，并接入廣域通信網絡，最終傳輸至MDMS進行數(shù)據(jù)的分析和存儲。如圖1所示，需要使用一個分層多級網絡架構實現(xiàn)雙向通信和對智能終端設備的遠程控制。最終將采集的數(shù)據(jù)傳送至MDMS，并通過雙向互動服務平臺進行業(yè)務辦理和信息發(fā)布。

圖1中各層的說明如下：

　　（1）用戶戶內網絡/前端局域網（HAN/PAN）

　　HAN和PAN包含雙向電表和分布式發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)等智能終端設備，以及將這些設備接入領域網的網關功能，通過這些智能終端設備，用戶可以通過與電網互動積極參與能源效率管理和需求響應。

　　（2）鄰域網（LAN）

　　HAN內的智能終端設備通過ESI連接到LAN，有些智能電表等終端設備也可以不通過HAN直接接入LAN。HAN和LAN兩層之間的通信連接屬于“最后一英里”的連接，即從用戶前端接入高速核心通信網的連接。

　　（3）廣域網（WAN）

　　WAN將多個LAN連接起來，充當HAN、LAN和MDMS之間的橋梁。在這一過程中，可以根據(jù)具體需求采用電力通信網、電力數(shù)據(jù)網、電信運營商提供的IP數(shù)據(jù)網、無線通信網等各種通信資源。

　　（4）企業(yè)網（Enterprise）

　　在雙向互動體系架構內，企業(yè)網包含MDMS負責存儲、處理和分析從各層中采集的數(shù)據(jù)，以此獲得不同用戶的用電行為信息。

　　（5）外部網（External）

　　外部網利用雙向互動服務平臺，通過PC、智能手機、平板電腦、雙向互動終端等終端設備，向電網公司和電力消費者提供各種業(yè)務處理功能。

　　3、數(shù)據(jù)聚合單元

　　由于現(xiàn)有智能終端設備的接口、通信技術和通信協(xié)議差異性較大，在本文設計的雙向互動服務通信系統(tǒng)架構中，在LAN層集成了數(shù)據(jù)聚合單元（DAU）用于將各雙向互動服務中的采集與控制數(shù)據(jù)通過WAN傳輸至MDMS。并使雙向互動服務平臺的負荷控制、需求側管理和營銷管理等子系統(tǒng)的信息可以傳輸至智能終端設備，作為用戶用電行為的指導，或直接通過執(zhí)行器進行控制。

　　使用面向對象的方法，利用統(tǒng)一的通信模型IEC61850通信標準對數(shù)據(jù)進行格式化處理，將更便于MDMS完成對數(shù)據(jù)的傳輸、存儲和分析，同時也更有利于雙向互動服務平臺兼容各類協(xié)議標準。

　　非IEC61850協(xié)議的智能終端設備根據(jù)其通信接口接入DAU的數(shù)據(jù)接入模塊，在DAU內部經過規(guī)約解析和數(shù)據(jù)映射完成向IEC61850的標準化轉換，并通過以太網接口經過網絡交換設備傳輸至MDMS，轉換為IEC61850模型存儲在實時數(shù)據(jù)庫中，從而通過傳感器和執(zhí)行器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和需求側響應等雙向互動服務。DAU還具備顯示、存儲和故障檢測等功能。

　　4、基于IEC61850的雙向互動通信模型

　　傳統(tǒng)的通信規(guī)約如103/104等都是面向信號的，而IEC61850需要根據(jù)信息之間的關系，利用邏輯節(jié)點（LN）、公共數(shù)據(jù)類（CDC）和抽象通信服務接口（ACSI）對每種智能終端設備進行面向對象建模。因此需要依據(jù)IEC61850的建模方法，明確數(shù)據(jù)需求與關系，定義邏輯節(jié)點與邏輯設備。

　　雙向互動服務不同業(yè)務之間通信數(shù)據(jù)具有相似性，主要的雙向互動數(shù)據(jù)包括：

　　（1）采集數(shù)據(jù)：主要為智能終端通過傳感器采集并向雙向互動服務平臺上傳的數(shù)據(jù)。包括設備基本信息、電能數(shù)據(jù)、交流模擬量、電能質量越限統(tǒng)計數(shù)據(jù)和事件記錄數(shù)據(jù)：自動記錄的負荷越限、工況變化和運行異常等事件。

　　（2）控制數(shù)據(jù)：包括雙向互動服務平臺對負控終端、分布式發(fā)電系統(tǒng)等智能終端下發(fā)的功率定值閉環(huán)控制、電能量定值閉環(huán)控制和跳閘控制等由控制器執(zhí)行的指令。

　　（3）需求側管理數(shù)據(jù)：雙向互動平臺分析用戶的用電數(shù)據(jù)和用電行為后，向雙向互動終端傳輸幫助企業(yè)和居民優(yōu)化用電負荷曲線和用電成本、提高用電效率和減少停電損失的需求側管理數(shù)據(jù)。