客户侧用电安全监测的云计算技术应用

李冬梅，葛磊蛟

(1.中国石油大学胜利学院机械与控制工程学院，山东 东营 257091;2.天津大学电气与自动化工程学院，天津 300072)

目前全国已有27个省级电力公司已经完成了省级用电信息采集系统主站的构建，通过安装智能电表累计实现约2亿户用电信息采集。中国用电安全检查已经在防窃电、大客户管理流程、送电管理、智能用电等方面取得了一些成绩［1-6］，但是用电安全生产事件仍时有发生，尤其是工商业用户的变压器失火、大型设备的用电故障等，居民用户的违规用电、窃电、线损明显过高、变压器经济运行状态差等。针对这些问题，笔者采用云计算技术搭建客户侧用电安全监测系统，不仅可有效防窃电，而且可提供灵活快捷的增值服务。从硬件架构、功能概述和云系统3方面对基于云计算技术的客户侧用电安全监测系统进行详细阐述，期望为客户侧用电安全监测的推广应用提供借鉴。

1 云计算技术

中国云计算网将“云”定义为:云计算是分布式计算、并行计算和网格计算的发展，或者说是这些科学概念的商业实现。

云计算技术与客户侧用电安全监测系统相结合，主要有如下几点优势:(1)云计算具有超强的数据处理能力，可以在电力系统广域网络硬件不变的情况下，最大限度地整合当前系统的数据资源和处理器资源，大大提高电网数据的处理和交互能力，为电力系统防窃电提供有效的技术支持。(2)将云计算技术运用到客户侧用电安全监测中，可以极大地提高客户侧用电安全相关的数据收集、分析、处理、计算能力，对提升电网的智能化、数字化，提高客户侧响应水平都有极大的促进意义。(3)在客户侧用电安全监测中心，云计算资源管理平台可以纳管管控区和验证区的所有设备，向各省网和运维系统提供统一的虚拟化数据验证环境和管理软件运行环境，从而提高客户侧用电安全监测的管理水平和工作效率。

2 客户侧用电安全监测系统

2.1 硬件架构及功能概况

客户侧用电安全监测系统的硬件架构主要包括数据感知层、网络层和主站应用层;其中数据感知层涉及与用电安全检查相关的基础数据采集工作的硬件和系统，主要包括电动汽车充电桩管理系统、微网GEMS等系统级平台，也包括智能终端、采集器/集中器等现场设备;网络层主要完成数据的上传和下发功能，主要有智能通讯机、交换机和路由器等;主站应用层是核心层，其硬件设备主要涉及用电检查业务相关的服务器，包括通信管理服务器、窃电管理服务器、安全认证管理服务器、用电进网管理服务器和大客户的检查管理服务器等，其系统框架如图1所示。

图1 客户侧用电安全监测系统硬件框架

系统主要是对用电安全检查工作进行通信管理、窃电管理、用电进网管理和大客户的检查管理等分模块的精细管理，并可通过IT设备将用电监测的过程和结论信息在电力企业与用户之间形成双向互动，以及与第三方机构之间的信息共享，满足用电安全的即时发现、及时处理。

2.2 客户侧用电安全监测云系统

客户侧用电安全监测云系统一方面为有效利用电网企业的闲置或者负载率较低的服务器、存储器和普通PC机等IT资源提供良好的渠道，另一方面可充分利用云平台的强大计算能力和灵活的构建能力，实现系统应用、开发环境、数据分析和辅助决策等。

2.2.1 系统架构

客户侧用电安全监测云系统是在利用原有硬件架构体系的前提下，充分利用现有的闲置硬件设备，通过系统级软件平台的重新搭建和逻辑划分，构成云计算平台。在原来的硬件架构下，在主站应用层和数据感知层两部分进行了不同系统架构设计。

(1)主站应用层的系统架构由基础设施层、平台层、应用层、用户层以及云安全组成，如图2所示。

基础设施层。基础设施层即云计算架构的IasS层，主要包括物理层和管理层;其中物理层利用虚拟机技术对服务器、磁盘阵列和普通PC机等进行虚拟化统一管理，采用虚拟网络技术对路由器、交换机和集线器等进行管理;管理层实现IT资源的动态调度管理，通过负载均衡进程实现计算资源动态分配，采用资源管理调度进程实现内部资源管控和外部需求响应，从而达到将监控范围的空闲计算资源硬件设备进行云级的统一管理。

图2 客户侧用电安全监测系统主站应用层系统框架

平台层。平台层即云计算框架的PasS层，主要包括SDK开发环境、编辑工具共享和跨平台开发环境等，以实现平台的开发快速搭建;其中SDK开发环境支持C、C++、C#、Java等多种开发语言;跨平台开发环境支持Windows、Linux、Mac等。

应用层。应用层即云计算框架的SasS层，实现客户侧用电安全监测相关的业务应用，主要包括安全认证、通信管理、窃电管理、大客户管理、用户进网管理和其他相关应用。

用户层。用户层实现客户和管理人员的灵活接入，主要包括用户接入的通信方式和用户交互方式两部分;其中用户接入的通信方式包含无线互联网、GPRS、以太网和光纤专网;用户交互方式主要有瘦客户端、无线终端、Web浏览器和其他方式。

云安全。云安全是客户侧用电安全监测系统的保障，主要包括网络通信安全、软硬件防火墙、权限分层管理、节点加密、端到端加密、应用安全等。

(2)数据感知层的系统架构由数据层和管理层两部分组成，主要实现前端数据的管理和采集，如图3所示。

图3 客户侧用电安全监测系统数据感知层系统框架

数据层。数据层实现前端数据的存储、分析和引擎;根据结构化数据和非结构化数据的不同分类，通过GHFS分布式存储技术进行存储;应用MapReduce海量数据处理技术对数据进行处理;应用多A-gent处理技术等高级引擎技术对数据进行查找管理。

管理层。管理层实现资源的动态调度管理，主要包括负载均衡、通信进程管理和资源调度管理;其中负载均衡进程实现计算资源动态分配;通信进程管理实现通信的阻塞、调度等管理;资源管理调度进程实现内部资源管控和外部需求响应。

2.2.2 操作流程

客户侧用电安全监测云系统为A、B、C、D、E五类电力用户以及第三方机构提供灵活互动的接入方式，其云应用流程如图4所示。以客户的新用户变压器报装流程为例，对客户侧用电安全监测云平台的操作流程进行说明。

图4 客户侧用电安全监测系统应用流程

(1)用户向云系统提交特有的信息资源，在系统平台进行注册，获得用户名ID和密码。

(2)用户根据注册的用户名和密码，进行登录;云系统对用户名进行安全认证，通过后提供在线的电力企业服务人员与用户进行信息咨询对接服务。

(3)用户登录后，对所办事务(新用户变压器报装)按照固有的信息提交表格，进行网络数据提交;提交完成后等待事务处理结果。

(4)云平台系统接收事务处理申请后，电力企业服务人员进行报装数据对接，进入新用户变压器报装流程手续的网络申报流程审批。

(5)系统平台根据电力企业服务人员提交的审批信息，自动推送相关的报装手续给主管人员，进行信息核对，确认是否满足新装条件，反馈意见给系统平台。

(6)系统平台如接收到报装通过信息，一方面及时从网络平台、系统平台变压器安装资质单位的数据库中提取推荐安装单位，进行辅助决策信息报送;另一方面及时将相关报装审批结果报送给用户。

(7)系统平台如果接收报装不通过信息，及时将报装不通过结论报送用户。

3 结束语

采用云计算技术搭建客户侧用电安全监测系统，不仅通过大范围的数据实时共享，可有效防窃电，而且可提供灵活快捷的增值服务，期望为中国客户侧用电安全监测的推广应用提供借鉴。

［1］王珏昕，孟宇，殷树刚，等.用电信息采集系统反窃电功能现状及发展趋势［J］.电网技术，2008，32(增2):177-178.

［2］朱发国.基于现场监控终端的配网线损计算［J］.电网技术，2001，25(5):38-40.

［3］韩松林，尚德祖.反窃电、防窃电及防窃电产品［J］.电测与仪表，2002，39(9):10-15.

［4］施江涛，蚁泽沛.送电管理所生产管理软件的设计与开发［J］.电网技术，2002，26(7):77-81.

［5］殷树刚，张宇，拜克明.基于实时电价的智能用电系统［J］.电网技术，2009，33(19):11-16.

［6］朱征，顾中坚，吴金龙，等.云计算在电力系统数据灾备业务中的应用研究［J］.电网技术，2012，36(9):43-50.