新型电力负荷管理系统国内标准体系研究与建议

王 宇，龙 禹，郭 松

（1. 国网电力科学研究院有限公司（南瑞集团有限公司），南京 210000；2. 国网电力科学研究院武汉能效测评有限公司，武汉 430074；3. 国网江苏省电力有限公司，南京 210024）

0 引言

在“碳达峰，碳中和”战略背景下，我国能源绿色低碳转型加速推进，新能源发电比例逐步提升，对电力系统的稳定运行及可靠供电提出了更大的挑战。为应对新形势下电力供需紧张矛盾，更好地服务于电力安全保供和“双碳”工作，支撑构建新型电力系统，2022 年5 月，国家发展和改革委员会、国家能源局联合发布《关于推进新型电力负荷管理系统建设的通知》，提出“加快建立健全负荷管理系统相关国家技术标准、行业技术标准体系”。建设新型电力负荷管理系统，有利于提升电力系统灵活性和源-网-荷互动能力，促进新能源消纳，对用户能源消费和碳排放的精准高效管理、助力“双碳”目标实现具有重要意义。

在新型电力负荷管理系统建设过程中，标准规范具有十分关键的作用，制定标准、应用标准将有利于降低工程实施成本和难度，推动业务规范化、规模化发展。现阶段电力负荷管理系统标准的功能、性能指标缺乏先进性，很多关键内容难以适应当下负荷精准分类、实时监测、实时控制的需要，特别是电力负荷管理系统主站、负控终端及接入等方面的标准亟需更新，同时需围绕信道时延控制、量测功能设置、数据采集频度、负控终端与客户负荷开关的连接等，制定或修订相应标准［1—3］。

本文立足现行电力负荷管理系统标准，从系统类、终端类、接口类和管理类4 个方面入手，每个方面选取几个典型标准进行介绍，分析各个环节标准的覆盖面，指出现行标准存在的盲区，提出新型电力负荷管理系统标准体系完善建议。

1 电力负荷管理系统标准体系架构

现有的电力负荷管理系统标准包括电能信息采集与管理系统、电力用户用电信息采集系统、电力需求响应系统等，相关标准类型包括系统类、终端类、接口及通信类、管理类等。其中发布的标准主要集中在负荷管理系统和负荷管理终端两大类。电力负荷管理系统经过多年发展，已经建立涵盖国家标准、行业标准、企业标准的标准体系，包括系统类、终端类、接口通信类和管理类4类［4］，如图1所示。

图1 电力负荷管理系统标准体系Fig.1 Standard system of power load management system

2 电力负荷管理系统标准现状分析

2.1 系统类标准

截至目前，系统类标准共发布了国家标准2项、行业标准1项、企业标准3项。具体包括电力负荷管理系统主要功能性能指标等方面标准1项，用电信息采集系统负荷控制、负荷分析和预测等业务功能方面标准2项，需求响应系统功能等方面标准1项，源网荷友好互动精准切负荷等方面标准1项，负荷管理功能验收方面标准1项。相关标准内容可概括为:

（1）国标部分规范了电力负荷管理系统构成、主站功能、系统安全、系统主要功能及系统主要性能指标；

（2）行标部分规范了电力需求响应系统构成、功能要求，以及用电信息采集系统在不同环节对系统进行验收的条件、方法；

（3）企标部分规范了定值控制和远程控制业务功能，以及用电信息采集系统在不同环节对系统进行验收的条件、方法。

电力负荷管理系统类标准对负荷管理系统的系统功能、技术架构以及安全防护设计都有相应规定，但部分负荷管理新成果未能在现有标准中体现，在负荷管理系统方面存在以下问题。

（1）系统功能方面。电力负荷管理系统一般利用通信技术达到预期目标，首先主站发出指令，通过安装在各个分厂的负荷控制终端采集所需的电能表数据，对各种功能应用进行处理，处理后的信息通过负荷控制终端传送到前置机，通过调制解调，经过命令上传到数据库。通过系统的判断和处理，实现对负荷端电力设备运行情况的实时监控，保证所辖区域电网的安全平稳运行和电气设备的稳定。缺少客户统一管理、负荷特性精准分析、负荷实时分析、负荷分钟级监测、负荷柔性控制、安全用电方面的功能。

（2）数据架构方面。电力负荷管理系统现有数据库为单一生产库，读写未分离，导致数据库对海量数据的入库及分析速度缓慢，整体运行效率较低，应用响应时间长，无法满足当前电力负荷管理系统实用化发展对系统数据并发处理、数据应用的要求。电力负荷管理系统通过通用分组无线技术（general packet radio service，GPRS）、码分多址（code division multiple access，CDMA）光纤等多个信道对日冻结表码、电压统计、电流统计等数据进行高密度采集；同时还需进行电价下发、费用控制管理等业务的支撑；此外需满足电价巡检、终端参数巡检等新业务的需求，给前置机的采集造成巨大的压力。由于采集数据的不断增长，电力负荷管理系统利用传统数据库架构已逐渐无法满足其对反窃电分析、线损分析、电能质量在线监测台区一体化指标分析和异常诊断等深化应用业务的快速响应。为更好开展此类深化应用业务，对电力负荷管理系统平台计算能力提出更高要求。

（3）安全防护方面。电力负荷管理系统中的安全防护主要包括两方面:一是网络系统中存储和传输的信息数据；二是网络系统中的各类设备。这关系到生产、经营业务的正常运行，同时防止信息数据被非授权访问者窃取、篡改和破坏。电力系统网络主要包括各类服务器、路由器及交换机系统，服务器上有操作系统、数据库系统和其他应用系统。这些系统都或多或少存在“后门”和漏洞等安全隐患，一旦被利用并攻击，将带来不可估量的损失。比如网络通信的TCP/IP 协议缺乏相应的安全机制，其中某些协议存在安全漏洞，黑客可以利用这些安全漏洞直接攻击设备、修改配置，影响网络的正常运行或使网络中断，并以设备为跳板，继续攻击内部网络资源［5—8］。

2.2 终端类标准

截至目前，电力负荷管理系统在终端领域共发布了国家标准2 项、行业标准5 项、企业标准6 项。具体包括通用技术类标准8 项，信息通信类标准1项，型式规范类标准1 项，检测检验类标准2 项，设计规范类标准1项。相关标准内容可概括为:

（1）国标部分主要包括集中式空调系统终端技术条件以及分散式空调系统终端技术条件；

（2）行标部分主要包括电能信息采集终端技术规范通用要求、厂站采集终端特殊要求、专变采集终端特殊要求、电能信息采集终端检测装置技术规范；

（3）企标部分主要包括专变采集终端技术规范、专变采集终端型式规范、采集终端远程通信模块接口、专变采集终端检验技术规范以及终端应用软件设计导则等内容。

终端类标准对用电信息采集终端、专变采集终端、电力需求响应终端以及融合终端都有相应规定，但相关的标准在技术功能、通信要求等方面无法满足新型电力负荷管理及多元负荷的柔性调控需求，主要存在以下问题。

（1）负荷控制终端掉线的问题。电力负荷管理终端作为一个系统化、复杂化、庞大化的运行系统，在运行中会消耗大量的数据流量，特别是在传输海量的信息数据时，系统整体流量消耗量会呈现陡增的趋势。如果终端系统内部电源所输送的电量无法满足海量信息数据传输用电需求，会造成终端系统电压在某一时刻出现急剧下降，导致一些功能无法正常运行，从而出现负荷控制终端掉线问题。电源因素是造成负荷控制终端频繁掉线的常见原因，现行标准并未给出解决方法。此外，现行标准中也未给出方案解决网络因素导致负荷控制终端出现掉线的问题，该问题主要体现在以下两个方面:一是GPRS移动网络信号很差，例如一些偏远地区因地理位置偏僻导致网络信号无法全面覆盖，使得安装电力负荷控制管理终端的地区因网络信号不佳而掉线；二是当电力负荷控制管理终端GPRS 成功激活并连接分组数据协议时，若网络系统出现连接超时问题，分组数据协议将由激活状态变为空闲状态，最终引起电力负荷控制管理终端GPRS 断开与分组数据协议之间的连接，导致负荷控制终端出现掉线问题［9—11］。

（2）无法利用集成电能表进行数据处理的问题。现行标准中未解决电力负荷控制管理终端系统在实际运行期间，由于设备安装操作不规范、电路信号不佳等原因，严重影响终端系统的运行性能，使得终端系统出现如相关数据信息采集出现异常、终端管理设备出现磨损问题等。导致终端系统出现运行异常的问题主要聚焦在两个方面:一是无法正常使用终端监测电能表完成对相关信息数据的全面采集和处理；二是由于终端系统连接不可靠、不稳定，导致终端无法正常连线［12—14］。

（3）在通信方面，原有终端在控制回路接入数量、信息通信速率、信息交互准确性、信息交互安全性等方面难以适应高交互频次下负荷管理需求［15］。

2.3 接口类标准

目前与电力负荷管理系统相关的接口类标准主要有2 项，其主要内容为电力负荷管理系统中主站和终端之间进行数据传输的帧格式、数据编码及传输规则，适用于点对点、多点共线及一点对多点的通信方式，适用于主站对终端执行主从问答方式以及终端主动上传方式的通信。当前缺乏统一的标准指导整个负荷管理业务体系运行发展，保证系统各相关参与方的协同高效性。

2.4 管理类标准

目前与电力负荷管理系统相关的接口类标准主要有4项，其中主要涵盖电力通信运行管理规程、电力线载波通信运行管理规程、电力客户有序用电价值评估技术导则以及电力负荷管理。当前管理类标准未明确负荷分类方式方法、运行管理的相关方案及计划，缺少对于新型电力负荷管理系统建设项目的验收评价细则［16］。

3 新型电力负荷管理系统标准完善建议

完善标准是规范新型电力负荷管理系统行为、提高服务效益的重要手段，可以从根本上提高管理水平、保证产品质量、改善项目质量，也是规范市场行为和秩序的重要措施，在推动新型电力负荷管理系统建设方面将会显示出重要作用。

未来电力供需不平衡将呈现常态化趋势，缺电呈现出“量大、面宽、时间长”等特点，受电源结构、新能源资源禀赋和客户用能结构等多维影响的省市地区有电力供需严重不平衡的风险。为解决上述问题，亟需开展新型电力负荷管理系统标准的适应性和体系的完整性研究。

3.1 深化新型电力负荷管理系统设计研发

在功能规范方面，制定新型电力负荷管理系统功能规范，明确系统建设功能，确定系统建设业务边界，增加可控负荷精准预测、负荷分钟级监测等基础业务，提供能效服务、用电安全等增值服务，解决负荷特性精准分析、负荷实时监测标准不统一的问题。

在模型规范方面，制定新型电力负荷管理系统业务模型和数据模型规范，确立系统的业务范围、业务流程、工作要求、工作内容以及各环节间业务关联关系，作为指导系统开发及验证的标准规范，解决系统建设内容不清晰、业务流程不规范、数据格式不统一的问题。

在技术规范方面，制定新型电力负荷管理系统技术架构和数据交互规范，确定系统建设依据、建设路线、技术架构、技术标准等关键内容，明确与外部系统数据交互内容及方式，采用最新的分布式架构及数据处理技术，支持分钟级采集频次数据量的快速处理，实现负荷数据实时分析、负荷策略智能分解、控制指令实时响应。

在安全规范方面，制定新型电力负荷管理系统安全架构规范，按照国家网络安全等级保护基本要求和国家电网有限公司网络安全防护相关要求进行设计，依据《电力监控系统安全防护规定》、《电力监控系统安全防护方案》要求，加强新型电力负荷管理系统有序用电控制类业务安全和终端接入安全，实施严格的边界防护，强化新型电力负荷管理系统与其他业务系统间边界的安全防护能力，基于密码技术保证客户身份的真实性以及通信信道、传输数据的机密性。

积极应对在新型电力系统建设背景下电网供需不平衡问题，满足在极端高温寒潮天气、电煤供应紧张等多重因素下有序用电执行的迫切需求，结合当前信息通信技术、自动化控制技术、大数据分析技术，在新型电力负荷管理系统的功能、建设、调试、运维、检验检测等方面开展核心标准布局，指导新型电力负荷管理系统主站高标准、高质量建设，重点制定《新型电力负荷管理系统技术规范》、《新型电力负荷管理系统功能规范》、《新型电力负荷管理系统建设规范》、《新型电力负荷管理系统主站安全防护规范》等团体标准，《新型电力负荷管理系统运行维护规范》、《新型电力负荷管理系统检验规范》等企业标准，为新型电力负荷管理系统的规范建设提供依据［17—23］。

3.2 改进新型电力负荷管理终端

随着新型电力负荷管理系统主站建设应用，将对接入主站的负控终端硬件设备的功能性能、中继扩展功能、控制回路监测功能、调试运维、检验测试等均提出更高的要求。需重点围绕电力负荷管理终端的功能、技术、建设运行、检验测试、多种终端接口交互，以及客户侧控制回路建设与测试等方面进行标准制定及修订，重点制定《新型电力负荷管理终端技术规范》、《新型电力负荷管理终端测试规范》等团体标准，制定《新型电力负荷管理系统客户侧控制回路建设规范》等企业标准，为高效开展精准负荷管理奠定坚实基础［24—27］。

3.3 优化新型电力负荷管理系统接口通信

新型电力负荷管理系统建设业务开展，需要在各种接口方面进行进一步的标准研究制定及修订。通过统一标准指导整个负荷管理业务体系运行发展，保证系统各相关参与方的协同高效性。明确新型电力负荷管理系统与电网调度系统、营销业务系统、省级智慧能源服务平台、绿色国网间的接口规范，与客户负荷资源、主站和终端间的信息交换模型等，重点制定包括《新型电力负荷管理系统数据交换模型》、《新型电力负荷管理系统接口规范》、《新型电力负荷管理系统客户侧资源接入规范》、《新型电力负荷管理系统互操作规范》等标准。

3.4 完善新型电力负荷管理系统运行管理

规范新形势下新型电力负荷管理系统设计、建设、实施及运维等全业务流程，进一步完善新型电力负荷系统管理类标准。明确客户与负荷分类方式方法，完善新型电力负荷管理系统建设与运行管理的相关方案及计划，增加对于新型电力负荷管理系统建设项目的验收评价细则，加速建立整个新型电力负荷管理系统业务全流程的管控机制相关规范及指导等，重点制定《新型电力负荷管理系统管控与评价导则》、《新型电力负荷管理系统建设与验收评价规范》等企业标准。

4 重点行动计划

4.1 新型电力负荷管理系统标准体系重点发展路线

本着急用先行、逐步完善，注重经验总结与推广应用的标准化工作原则，对2022—2024年需要制定与修订的重点标准进行了梳理，设计了标准发展路线，如图2所示，以支撑新型电力负荷管理系统规范、有序、高效建设与运行。

图2 新型电力负荷管理系统标准发展路线Fig.2 Standard development route of new power load management system

4.2 持续完善标准体系和关键标准

围绕“双碳”目标实现和构建以新能源发电为主体的新型电力系统建设需求，根据负荷管理业务的变化，持续完善新型电力负荷管理系统标准体系，联合系统内外各相关单位，加强新型电力负荷管理系统平台建设、负荷管理终端建设等方面核心标准的制定与修订工作。

依托相关科研单位和各省电网公司的科技项目、公司实验室，加快相关标准验证进度，提升标准的实用性和引领性。加强标准实施和检验测试能力建设，提出标准实施要求及评价方法。

结合现阶段各省电网公司新型电力负荷管理系统现状，充分考虑目前电网公司建有的独立电力负荷管理系统、用电信息采集系统和省级智慧能源服务平台3个业务支撑系统及相应的软硬件基础条件，保持标准体系修订工作与新型电力负荷管理系统建设相同步，逐步完善标准体系，积极推动标准落地。

5 结束语

在双碳目标及新型电力系统建设的新形势下，现有电力负荷管理系统相关技术标准已经难以适应需求响应、有序用电等业务发展需要。本文从系统类、终端类、接口类、管理类4 方面开展新型电力负荷管理系统技术标准体系完善与建议工作，并提供了重点行动计划，为电网公司新型电力负荷管理系统的升级与完善奠定标准基础，支撑电网公司新型电力负荷管理业务规范有序开展。D