新型電力負荷管理系統(tǒng)國內(nèi)標準體系研究與建議

王 宇，龍 禹，郭 松

（1. 國網(wǎng)電力科學研究院有限公司（南瑞集團有限公司），南京 210000；2. 國網(wǎng)電力科學研究院武漢能效測評有限公司，武漢 430074；3. 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司，南京 210024）

0 引言

在“碳達峰，碳中和”戰(zhàn)略背景下，我國能源綠色低碳轉(zhuǎn)型加速推進，新能源發(fā)電比例逐步提升，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行及可靠供電提出了更大的挑戰(zhàn)。為應對新形勢下電力供需緊張矛盾，更好地服務于電力安全保供和“雙碳”工作，支撐構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，2022 年5 月，國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進新型電力負荷管理系統(tǒng)建設的通知》，提出“加快建立健全負荷管理系統(tǒng)相關(guān)國家技術(shù)標準、行業(yè)技術(shù)標準體系”。建設新型電力負荷管理系統(tǒng)，有利于提升電力系統(tǒng)靈活性和源-網(wǎng)-荷互動能力，促進新能源消納，對用戶能源消費和碳排放的精準高效管理、助力“雙碳”目標實現(xiàn)具有重要意義。

在新型電力負荷管理系統(tǒng)建設過程中，標準規(guī)范具有十分關(guān)鍵的作用，制定標準、應用標準將有利于降低工程實施成本和難度，推動業(yè)務規(guī)范化、規(guī)模化發(fā)展?，F(xiàn)階段電力負荷管理系統(tǒng)標準的功能、性能指標缺乏先進性，很多關(guān)鍵內(nèi)容難以適應當下負荷精準分類、實時監(jiān)測、實時控制的需要，特別是電力負荷管理系統(tǒng)主站、負控終端及接入等方面的標準亟需更新，同時需圍繞信道時延控制、量測功能設置、數(shù)據(jù)采集頻度、負控終端與客戶負荷開關(guān)的連接等，制定或修訂相應標準［1—3］。

本文立足現(xiàn)行電力負荷管理系統(tǒng)標準，從系統(tǒng)類、終端類、接口類和管理類4 個方面入手，每個方面選取幾個典型標準進行介紹，分析各個環(huán)節(jié)標準的覆蓋面，指出現(xiàn)行標準存在的盲區(qū)，提出新型電力負荷管理系統(tǒng)標準體系完善建議。

1 電力負荷管理系統(tǒng)標準體系架構(gòu)

現(xiàn)有的電力負荷管理系統(tǒng)標準包括電能信息采集與管理系統(tǒng)、電力用戶用電信息采集系統(tǒng)、電力需求響應系統(tǒng)等，相關(guān)標準類型包括系統(tǒng)類、終端類、接口及通信類、管理類等。其中發(fā)布的標準主要集中在負荷管理系統(tǒng)和負荷管理終端兩大類。電力負荷管理系統(tǒng)經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)建立涵蓋國家標準、行業(yè)標準、企業(yè)標準的標準體系，包括系統(tǒng)類、終端類、接口通信類和管理類4類［4］，如圖1所示。

圖1 電力負荷管理系統(tǒng)標準體系Fig.1 Standard system of power load management system

2 電力負荷管理系統(tǒng)標準現(xiàn)狀分析

2.1 系統(tǒng)類標準

截至目前，系統(tǒng)類標準共發(fā)布了國家標準2項、行業(yè)標準1項、企業(yè)標準3項。具體包括電力負荷管理系統(tǒng)主要功能性能指標等方面標準1項，用電信息采集系統(tǒng)負荷控制、負荷分析和預測等業(yè)務功能方面標準2項，需求響應系統(tǒng)功能等方面標準1項，源網(wǎng)荷友好互動精準切負荷等方面標準1項，負荷管理功能驗收方面標準1項。相關(guān)標準內(nèi)容可概括為:

（1）國標部分規(guī)范了電力負荷管理系統(tǒng)構(gòu)成、主站功能、系統(tǒng)安全、系統(tǒng)主要功能及系統(tǒng)主要性能指標；

（2）行標部分規(guī)范了電力需求響應系統(tǒng)構(gòu)成、功能要求，以及用電信息采集系統(tǒng)在不同環(huán)節(jié)對系統(tǒng)進行驗收的條件、方法；

（3）企標部分規(guī)范了定值控制和遠程控制業(yè)務功能，以及用電信息采集系統(tǒng)在不同環(huán)節(jié)對系統(tǒng)進行驗收的條件、方法。

電力負荷管理系統(tǒng)類標準對負荷管理系統(tǒng)的系統(tǒng)功能、技術(shù)架構(gòu)以及安全防護設計都有相應規(guī)定，但部分負荷管理新成果未能在現(xiàn)有標準中體現(xiàn)，在負荷管理系統(tǒng)方面存在以下問題。

（1）系統(tǒng)功能方面。電力負荷管理系統(tǒng)一般利用通信技術(shù)達到預期目標，首先主站發(fā)出指令，通過安裝在各個分廠的負荷控制終端采集所需的電能表數(shù)據(jù)，對各種功能應用進行處理，處理后的信息通過負荷控制終端傳送到前置機，通過調(diào)制解調(diào)，經(jīng)過命令上傳到數(shù)據(jù)庫。通過系統(tǒng)的判斷和處理，實現(xiàn)對負荷端電力設備運行情況的實時監(jiān)控，保證所轄區(qū)域電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運行和電氣設備的穩(wěn)定。缺少客戶統(tǒng)一管理、負荷特性精準分析、負荷實時分析、負荷分鐘級監(jiān)測、負荷柔性控制、安全用電方面的功能。

（2）數(shù)據(jù)架構(gòu)方面。電力負荷管理系統(tǒng)現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫為單一生產(chǎn)庫，讀寫未分離，導致數(shù)據(jù)庫對海量數(shù)據(jù)的入庫及分析速度緩慢，整體運行效率較低，應用響應時間長，無法滿足當前電力負荷管理系統(tǒng)實用化發(fā)展對系統(tǒng)數(shù)據(jù)并發(fā)處理、數(shù)據(jù)應用的要求。電力負荷管理系統(tǒng)通過通用分組無線技術(shù)（general packet radio service，GPRS）、碼分多址（code division multiple access，CDMA）光纖等多個信道對日凍結(jié)表碼、電壓統(tǒng)計、電流統(tǒng)計等數(shù)據(jù)進行高密度采集；同時還需進行電價下發(fā)、費用控制管理等業(yè)務的支撐；此外需滿足電價巡檢、終端參數(shù)巡檢等新業(yè)務的需求，給前置機的采集造成巨大的壓力。由于采集數(shù)據(jù)的不斷增長，電力負荷管理系統(tǒng)利用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫架構(gòu)已逐漸無法滿足其對反竊電分析、線損分析、電能質(zhì)量在線監(jiān)測臺區(qū)一體化指標分析和異常診斷等深化應用業(yè)務的快速響應。為更好開展此類深化應用業(yè)務，對電力負荷管理系統(tǒng)平臺計算能力提出更高要求。

（3）安全防護方面。電力負荷管理系統(tǒng)中的安全防護主要包括兩方面:一是網(wǎng)絡系統(tǒng)中存儲和傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)；二是網(wǎng)絡系統(tǒng)中的各類設備。這關(guān)系到生產(chǎn)、經(jīng)營業(yè)務的正常運行，同時防止信息數(shù)據(jù)被非授權(quán)訪問者竊取、篡改和破壞。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡主要包括各類服務器、路由器及交換機系統(tǒng)，服務器上有操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和其他應用系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都或多或少存在“后門”和漏洞等安全隱患，一旦被利用并攻擊，將帶來不可估量的損失。比如網(wǎng)絡通信的TCP/IP 協(xié)議缺乏相應的安全機制，其中某些協(xié)議存在安全漏洞，黑客可以利用這些安全漏洞直接攻擊設備、修改配置，影響網(wǎng)絡的正常運行或使網(wǎng)絡中斷，并以設備為跳板，繼續(xù)攻擊內(nèi)部網(wǎng)絡資源［5—8］。

2.2 終端類標準

截至目前，電力負荷管理系統(tǒng)在終端領(lǐng)域共發(fā)布了國家標準2 項、行業(yè)標準5 項、企業(yè)標準6 項。具體包括通用技術(shù)類標準8 項，信息通信類標準1項，型式規(guī)范類標準1 項，檢測檢驗類標準2 項，設計規(guī)范類標準1項。相關(guān)標準內(nèi)容可概括為:

（1）國標部分主要包括集中式空調(diào)系統(tǒng)終端技術(shù)條件以及分散式空調(diào)系統(tǒng)終端技術(shù)條件；

（2）行標部分主要包括電能信息采集終端技術(shù)規(guī)范通用要求、廠站采集終端特殊要求、專變采集終端特殊要求、電能信息采集終端檢測裝置技術(shù)規(guī)范；

（3）企標部分主要包括專變采集終端技術(shù)規(guī)范、專變采集終端型式規(guī)范、采集終端遠程通信模塊接口、專變采集終端檢驗技術(shù)規(guī)范以及終端應用軟件設計導則等內(nèi)容。

終端類標準對用電信息采集終端、專變采集終端、電力需求響應終端以及融合終端都有相應規(guī)定，但相關(guān)的標準在技術(shù)功能、通信要求等方面無法滿足新型電力負荷管理及多元負荷的柔性調(diào)控需求，主要存在以下問題。

（1）負荷控制終端掉線的問題。電力負荷管理終端作為一個系統(tǒng)化、復雜化、龐大化的運行系統(tǒng)，在運行中會消耗大量的數(shù)據(jù)流量，特別是在傳輸海量的信息數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)整體流量消耗量會呈現(xiàn)陡增的趨勢。如果終端系統(tǒng)內(nèi)部電源所輸送的電量無法滿足海量信息數(shù)據(jù)傳輸用電需求，會造成終端系統(tǒng)電壓在某一時刻出現(xiàn)急劇下降，導致一些功能無法正常運行，從而出現(xiàn)負荷控制終端掉線問題。電源因素是造成負荷控制終端頻繁掉線的常見原因，現(xiàn)行標準并未給出解決方法。此外，現(xiàn)行標準中也未給出方案解決網(wǎng)絡因素導致負荷控制終端出現(xiàn)掉線的問題，該問題主要體現(xiàn)在以下兩個方面:一是GPRS移動網(wǎng)絡信號很差，例如一些偏遠地區(qū)因地理位置偏僻導致網(wǎng)絡信號無法全面覆蓋，使得安裝電力負荷控制管理終端的地區(qū)因網(wǎng)絡信號不佳而掉線；二是當電力負荷控制管理終端GPRS 成功激活并連接分組數(shù)據(jù)協(xié)議時，若網(wǎng)絡系統(tǒng)出現(xiàn)連接超時問題，分組數(shù)據(jù)協(xié)議將由激活狀態(tài)變?yōu)榭臻e狀態(tài)，最終引起電力負荷控制管理終端GPRS 斷開與分組數(shù)據(jù)協(xié)議之間的連接，導致負荷控制終端出現(xiàn)掉線問題［9—11］。

（2）無法利用集成電能表進行數(shù)據(jù)處理的問題?，F(xiàn)行標準中未解決電力負荷控制管理終端系統(tǒng)在實際運行期間，由于設備安裝操作不規(guī)范、電路信號不佳等原因，嚴重影響終端系統(tǒng)的運行性能，使得終端系統(tǒng)出現(xiàn)如相關(guān)數(shù)據(jù)信息采集出現(xiàn)異常、終端管理設備出現(xiàn)磨損問題等。導致終端系統(tǒng)出現(xiàn)運行異常的問題主要聚焦在兩個方面:一是無法正常使用終端監(jiān)測電能表完成對相關(guān)信息數(shù)據(jù)的全面采集和處理；二是由于終端系統(tǒng)連接不可靠、不穩(wěn)定，導致終端無法正常連線［12—14］。

（3）在通信方面，原有終端在控制回路接入數(shù)量、信息通信速率、信息交互準確性、信息交互安全性等方面難以適應高交互頻次下負荷管理需求［15］。

2.3 接口類標準

目前與電力負荷管理系統(tǒng)相關(guān)的接口類標準主要有2 項，其主要內(nèi)容為電力負荷管理系統(tǒng)中主站和終端之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸袷?、?shù)據(jù)編碼及傳輸規(guī)則，適用于點對點、多點共線及一點對多點的通信方式，適用于主站對終端執(zhí)行主從問答方式以及終端主動上傳方式的通信。當前缺乏統(tǒng)一的標準指導整個負荷管理業(yè)務體系運行發(fā)展，保證系統(tǒng)各相關(guān)參與方的協(xié)同高效性。

2.4 管理類標準

目前與電力負荷管理系統(tǒng)相關(guān)的接口類標準主要有4項，其中主要涵蓋電力通信運行管理規(guī)程、電力線載波通信運行管理規(guī)程、電力客戶有序用電價值評估技術(shù)導則以及電力負荷管理。當前管理類標準未明確負荷分類方式方法、運行管理的相關(guān)方案及計劃，缺少對于新型電力負荷管理系統(tǒng)建設項目的驗收評價細則［16］。

3 新型電力負荷管理系統(tǒng)標準完善建議

完善標準是規(guī)范新型電力負荷管理系統(tǒng)行為、提高服務效益的重要手段，可以從根本上提高管理水平、保證產(chǎn)品質(zhì)量、改善項目質(zhì)量，也是規(guī)范市場行為和秩序的重要措施，在推動新型電力負荷管理系統(tǒng)建設方面將會顯示出重要作用。

未來電力供需不平衡將呈現(xiàn)常態(tài)化趨勢，缺電呈現(xiàn)出“量大、面寬、時間長”等特點，受電源結(jié)構(gòu)、新能源資源稟賦和客戶用能結(jié)構(gòu)等多維影響的省市地區(qū)有電力供需嚴重不平衡的風險。為解決上述問題，亟需開展新型電力負荷管理系統(tǒng)標準的適應性和體系的完整性研究。

3.1 深化新型電力負荷管理系統(tǒng)設計研發(fā)

在功能規(guī)范方面，制定新型電力負荷管理系統(tǒng)功能規(guī)范，明確系統(tǒng)建設功能，確定系統(tǒng)建設業(yè)務邊界，增加可控負荷精準預測、負荷分鐘級監(jiān)測等基礎(chǔ)業(yè)務，提供能效服務、用電安全等增值服務，解決負荷特性精準分析、負荷實時監(jiān)測標準不統(tǒng)一的問題。

在模型規(guī)范方面，制定新型電力負荷管理系統(tǒng)業(yè)務模型和數(shù)據(jù)模型規(guī)范，確立系統(tǒng)的業(yè)務范圍、業(yè)務流程、工作要求、工作內(nèi)容以及各環(huán)節(jié)間業(yè)務關(guān)聯(lián)關(guān)系，作為指導系統(tǒng)開發(fā)及驗證的標準規(guī)范，解決系統(tǒng)建設內(nèi)容不清晰、業(yè)務流程不規(guī)范、數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一的問題。

在技術(shù)規(guī)范方面，制定新型電力負荷管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)和數(shù)據(jù)交互規(guī)范，確定系統(tǒng)建設依據(jù)、建設路線、技術(shù)架構(gòu)、技術(shù)標準等關(guān)鍵內(nèi)容，明確與外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互內(nèi)容及方式，采用最新的分布式架構(gòu)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)，支持分鐘級采集頻次數(shù)據(jù)量的快速處理，實現(xiàn)負荷數(shù)據(jù)實時分析、負荷策略智能分解、控制指令實時響應。

在安全規(guī)范方面，制定新型電力負荷管理系統(tǒng)安全架構(gòu)規(guī)范，按照國家網(wǎng)絡安全等級保護基本要求和國家電網(wǎng)有限公司網(wǎng)絡安全防護相關(guān)要求進行設計，依據(jù)《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護規(guī)定》、《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護方案》要求，加強新型電力負荷管理系統(tǒng)有序用電控制類業(yè)務安全和終端接入安全，實施嚴格的邊界防護，強化新型電力負荷管理系統(tǒng)與其他業(yè)務系統(tǒng)間邊界的安全防護能力，基于密碼技術(shù)保證客戶身份的真實性以及通信信道、傳輸數(shù)據(jù)的機密性。

積極應對在新型電力系統(tǒng)建設背景下電網(wǎng)供需不平衡問題，滿足在極端高溫寒潮天氣、電煤供應緊張等多重因素下有序用電執(zhí)行的迫切需求，結(jié)合當前信息通信技術(shù)、自動化控制技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，在新型電力負荷管理系統(tǒng)的功能、建設、調(diào)試、運維、檢驗檢測等方面開展核心標準布局，指導新型電力負荷管理系統(tǒng)主站高標準、高質(zhì)量建設，重點制定《新型電力負荷管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》、《新型電力負荷管理系統(tǒng)功能規(guī)范》、《新型電力負荷管理系統(tǒng)建設規(guī)范》、《新型電力負荷管理系統(tǒng)主站安全防護規(guī)范》等團體標準，《新型電力負荷管理系統(tǒng)運行維護規(guī)范》、《新型電力負荷管理系統(tǒng)檢驗規(guī)范》等企業(yè)標準，為新型電力負荷管理系統(tǒng)的規(guī)范建設提供依據(jù)［17—23］。

3.2 改進新型電力負荷管理終端

隨著新型電力負荷管理系統(tǒng)主站建設應用，將對接入主站的負控終端硬件設備的功能性能、中繼擴展功能、控制回路監(jiān)測功能、調(diào)試運維、檢驗測試等均提出更高的要求。需重點圍繞電力負荷管理終端的功能、技術(shù)、建設運行、檢驗測試、多種終端接口交互，以及客戶側(cè)控制回路建設與測試等方面進行標準制定及修訂，重點制定《新型電力負荷管理終端技術(shù)規(guī)范》、《新型電力負荷管理終端測試規(guī)范》等團體標準，制定《新型電力負荷管理系統(tǒng)客戶側(cè)控制回路建設規(guī)范》等企業(yè)標準，為高效開展精準負荷管理奠定堅實基礎(chǔ)［24—27］。

3.3 優(yōu)化新型電力負荷管理系統(tǒng)接口通信

新型電力負荷管理系統(tǒng)建設業(yè)務開展，需要在各種接口方面進行進一步的標準研究制定及修訂。通過統(tǒng)一標準指導整個負荷管理業(yè)務體系運行發(fā)展，保證系統(tǒng)各相關(guān)參與方的協(xié)同高效性。明確新型電力負荷管理系統(tǒng)與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)、營銷業(yè)務系統(tǒng)、省級智慧能源服務平臺、綠色國網(wǎng)間的接口規(guī)范，與客戶負荷資源、主站和終端間的信息交換模型等，重點制定包括《新型電力負荷管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換模型》、《新型電力負荷管理系統(tǒng)接口規(guī)范》、《新型電力負荷管理系統(tǒng)客戶側(cè)資源接入規(guī)范》、《新型電力負荷管理系統(tǒng)互操作規(guī)范》等標準。

3.4 完善新型電力負荷管理系統(tǒng)運行管理

規(guī)范新形勢下新型電力負荷管理系統(tǒng)設計、建設、實施及運維等全業(yè)務流程，進一步完善新型電力負荷系統(tǒng)管理類標準。明確客戶與負荷分類方式方法，完善新型電力負荷管理系統(tǒng)建設與運行管理的相關(guān)方案及計劃，增加對于新型電力負荷管理系統(tǒng)建設項目的驗收評價細則，加速建立整個新型電力負荷管理系統(tǒng)業(yè)務全流程的管控機制相關(guān)規(guī)范及指導等，重點制定《新型電力負荷管理系統(tǒng)管控與評價導則》、《新型電力負荷管理系統(tǒng)建設與驗收評價規(guī)范》等企業(yè)標準。

4 重點行動計劃

4.1 新型電力負荷管理系統(tǒng)標準體系重點發(fā)展路線

本著急用先行、逐步完善，注重經(jīng)驗總結(jié)與推廣應用的標準化工作原則，對2022—2024年需要制定與修訂的重點標準進行了梳理，設計了標準發(fā)展路線，如圖2所示，以支撐新型電力負荷管理系統(tǒng)規(guī)范、有序、高效建設與運行。

圖2 新型電力負荷管理系統(tǒng)標準發(fā)展路線Fig.2 Standard development route of new power load management system

4.2 持續(xù)完善標準體系和關(guān)鍵標準

圍繞“雙碳”目標實現(xiàn)和構(gòu)建以新能源發(fā)電為主體的新型電力系統(tǒng)建設需求，根據(jù)負荷管理業(yè)務的變化，持續(xù)完善新型電力負荷管理系統(tǒng)標準體系，聯(lián)合系統(tǒng)內(nèi)外各相關(guān)單位，加強新型電力負荷管理系統(tǒng)平臺建設、負荷管理終端建設等方面核心標準的制定與修訂工作。

依托相關(guān)科研單位和各省電網(wǎng)公司的科技項目、公司實驗室，加快相關(guān)標準驗證進度，提升標準的實用性和引領(lǐng)性。加強標準實施和檢驗測試能力建設，提出標準實施要求及評價方法。

結(jié)合現(xiàn)階段各省電網(wǎng)公司新型電力負荷管理系統(tǒng)現(xiàn)狀，充分考慮目前電網(wǎng)公司建有的獨立電力負荷管理系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)和省級智慧能源服務平臺3個業(yè)務支撐系統(tǒng)及相應的軟硬件基礎(chǔ)條件，保持標準體系修訂工作與新型電力負荷管理系統(tǒng)建設相同步，逐步完善標準體系，積極推動標準落地。

5 結(jié)束語

在雙碳目標及新型電力系統(tǒng)建設的新形勢下，現(xiàn)有電力負荷管理系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)標準已經(jīng)難以適應需求響應、有序用電等業(yè)務發(fā)展需要。本文從系統(tǒng)類、終端類、接口類、管理類4 方面開展新型電力負荷管理系統(tǒng)技術(shù)標準體系完善與建議工作，并提供了重點行動計劃，為電網(wǎng)公司新型電力負荷管理系統(tǒng)的升級與完善奠定標準基礎(chǔ)，支撐電網(wǎng)公司新型電力負荷管理業(yè)務規(guī)范有序開展。D