专家解读：新一代电力市场交易平台架构探讨

国家电网公司的电力市场交易平台经历过“十一五”和“十二五”两个时期。“十一五”初期交易中心刚刚成立，建立了三级交易平台，为发电企业单边侧的市场竞价提供交易服务支撑;“十二五”期间，电力用户直接交易成为国内电力市场改革的重要内容，采用统一设计、两级部署的架构，建立了提供支撑多类用户同时参与竞争的统一电力市场交易平台，实现了国网经营范围内共32家交易中心全业务流程的在线运作。随着2015年中发9号文件及相关电改配套文件的发布和售电侧市场的放开，要求交易机构逐步提高交易平台自动化、信息化水平，确保所有市场主体依法依规在平台上公开、公平、公正的开展各类市场交易。

为此，本文分析了电改对新一代平台提出的总体设计要求，借鉴了部分国外电力交易平台和国内类似行业交易平台的设计思路和理念，结合国内电力市场运营的特点，提出了适应我国电力市场特色四大应用的业务架构，以及两级市场协作的平台架构体系设计思路，并对未来要开展研究的关键技术进行了分析讨论。

1  总体设计要求

1.1 “现货+中长期”市场

中发9号文件配套文件明确提出，我国电力市场建设目标是“现货交易发现价格，中长期交易规避风险”的现货和中长期交易相结合的市场化电力电量平衡模式。未来国内市场的发展必然是以“现货+中长期”市场联合运营的模式，要求平台必须进一步支撑电力现货和中长期等多周期、多品种合约的交易和结算模式。

1.2 面向互联网的高并发访问

截至2017年5月，统一市场交易平台上注册的市场成员数已超过3.7万家。随着售电侧市场和低压侧电力用户的放开，市场成员接入数量将呈几何级增长，预计电力用户和售电主体的注册数量将大幅度增长，电压等级10千伏及以上潜在用户约1400万户。因此，新一代交易平台需要从基础技术架构着手，研究设计海量市场成员用户接入和并发访问能力。

1.3 标准化的市场模型

目前交易平台已对多层次市场模型统一管理，支撑了交易、计划、结算、合同等核心交易业务，考虑到新一轮售电侧及未来市场化改革要求，市场模型将需要进一步完善售电商、配电公司及输电商等模型，以及市场模型与电网物理模型无缝关联。

1.4 外部系统信息交换

建立电力交易平台与市场成员信息数据的交换机制，提供面向“服务”的信息交换接口，并约定信息交换的通信模式、通信方式，以及信息交换的格式。未来随着电力市场业务的不断变化，还需要对信息交换接口进行动态扩展和扩充。

1.5 交易安全保障

电力交易直接面向全社会广大的客户，交易数据机密敏感，必须能够在互联网上被安全、可靠地访问。新一代电力交易平台的安全保护等级为三级，要求按照GB/T 22239-2008《信息安全技术信息系统安全等级保护基本要求》及 “分区分域、安全接入、动态感知、全面防护”的安全策略，对系统安全进行安全防护设计。

2四大业务应用架构

根据总体设计要求，新一代交易平台建议从以下四类业务应用的角度进行业务架构的重构。

1)电力商品交易应用：电力商品应建立相应的市场，形成从中长期到短期，再到日前和实时的完整交易体系，实现对容量、电能、辅助服务、绿色能源证书等多种电力商品的交易组织和市场运营。总部与省市交易中心间通过标准、规范的两级业务协作的流程和管控手段，无缝的开展电力商品的交易、合约以及电能计划两级业务互动。

2)市场结算应用：电能结算业务是交易运营的重要环节，未来不仅要支撑多电力商品的日清、周清和月结算工作，还要支撑对电量、电力、容量多种商品标的结算能力。必须建立相对独立和统一的结算子系统，支撑对包括发电厂、电力用户、分布式电源用户以及售电商等全口径的市场成员结算工作。

3)市场服务应用：是面向各类市场主体提供统一服务的窗口。一是对各类市场主体进行注册、入市、变更、注销、退市的全生命周期管控，管理各类市场主体模型关系;二是提供在线一站式服务，满足市场成员对种类业务安全、便捷办理需求;三是为各类市场主体和监管机构提供信息披露和信息报送服务，实现与市场成员的友好互动。

4)市场分析应用：市场运行状况复杂多变，需要掌握市场运营情况，发现风险和预测市场走势是市场交易工作的一项重要内容。通过对事前、事中、事后的全周期范围的分析，以及实时信息的收集、大数据挖掘分析等技术，开展在线交易全业务过程的监控和预警分析，实现对市场行为的反演分析能力，为对电力市场分析和监管提供技术数据，确保市场健康有序的运营。

因此，本文以我国电力市场业务发展需求为基础，对电力商品交易、统一高效的市场结算、友好互动的市场服务和多维分层的市场分析四大应用进行了创新性的重构设计，实现了各业务应用相对独立的部署。

图1   新一代电力交易平台技术架构

3基于“云”架构的交易平台

首次提出了以“云”为技术架构基础，以大数据技术为业务分析基础，以微服务为应用组件中心，以移动应用为扩展服务渠道的新一代电力交易平台。如图1所示架构从下到上主要包括云基础设施层(IaaS)、云平台层(PaaS)、云应用层(SaaS)、云终端层，以及相应安全和维护体系。平台采用C/S(Client/Server)+B/S(Browser/Server)混合应用架构，C/S主要支撑交易中心内部业务，B/S主要支撑市场成员的交互以及表单和流程类应用。利用云服务向业务应用提供弹性伸缩和高可性保障，将各地的交易规则细分为不同的“交易微服务”，未来交易规则发生变化时，只需要通过对微服务进行细微的升级调整就能适应市场快速发展的需求。

在与外部系统的交互方面，首次设计了支持面向市场成员技术支持系统的交互服务，借助公司的电力市场运营技术实验室，可在新一代交易平台上开展市场模拟推演、仿真实验、新技术验证、功能和性能验证，未来还可以向广大市场成员开放交易员培训、考试认证和实验模拟等服务。

新一代平台适应在未来业务快速发展时对软、硬件资源需求的弹性扩展，不仅可以支撑我国特有的两级市场交易体系，未来还可以实现多个省市和地区超过万级的用户在线交易的能力，保障超过3万亿的电量的高效结算。

4两级部署架构

我国现阶段是国家和省两级市场相互协调运作模式为主，以国网公司为例，北京电力交易中心负责的是国家和区域市场运作，而27家省级交易中心负责的省组织省内的交易等业务的开展。因此，如图2所示，平台架构设计采用两级部署模式，在北京电力交易中心的部署国家市场电力交易平台，支撑国家和区域电力市场运营;在各省(区、市)交易中心的私有云环境上分别部署一套省级交易平台支撑省级电力市场运营。

图2   平台两级部署模式

5关键技术

5.1 “混合云”与两地三中心技术方案

此次设计采用了私有云+公有云的“混合云”的方案，将大部分查询类请求送往第三方公有云平台，少量的交易类请求送至交易中心的私有云平台。在交易中心私有云中实现两地三中心的运行模式，主中心与副中心设计为双活平台运行。

5.2 高并发访问

在分析电力交易高并发业务需求和借鉴互联网技术的基础上，设计如下两层高并发访问优化方案：①在基础设施层通过优化云服务器和网络带宽，将静态页面与动态页面分离，图片与交易业务页面进行分离。②平台服务层提升数据访问性能和异步写入机制。通过分库分表、读写分离提升关系库读写性能，引入分布式内存库和异步写入机制满足交易数据申报应用等高并发场景。

5.3 IEC 62325模型

本文在IEC 62325标准模型基础上，结合我国电力交易实际业务需求进行了扩展，设计了多层次市场模型。①市场成员层，②业务单元层，③经济机组/负荷层，④物理机组/负荷层。需要注意的是由于电网的物理模型(IEC 61970)由调度平台负责管理和维护，未来电网模型的即时同步和映射是需要关注的一个问题。

5.4 海量存储与处理

根据电力交易业务的特点，研究设计了三层的海量数据存储和处理方案。①数据层：提出关系库(分库分表)、分布式内存库和分布式海量库三类海量数据存储策略;②通信层：基于面向服务的架构设计交易平台服务总线;③逻辑层：应用分布式计算框架。通过平台注册的三类数据访问服务访问数据，支持不同应用间消息传递，提升计算效率。

5.5 外部系统信息交换接口技术

新一代电力交易技术支持系统与外部系统信息交换涉及的通信模式共有三种，对话通信模式、私有通信模式和广播通信模式。目前在电力市场标准工作组的组织下，中国电科院正在牵头起草电力市场技术支持系统与售电技术支持系统信息交换的标准，未来基于此标准将会扩展到与发电商和电力用户相关系统的信息交换。

5.6 身份认证与安全防护

除了传统的防火墙和入侵检测、DDOS拒绝服务之外，建议增强：①身份认证技术，②云安全防护技术，③数据安全技术。实现对交易平台从外部边界、身份认证、数据加密等方面的全面安全防护。

6结语

本文提出的新一代电力市场交易平台的设计方案，具有以下的特点：①适应国家和省两级市场运营的交易平台统一设计方案，有效提升了两级业务的协调运作的能力;②重构了适应我国特色的四大应用子系统的业务架构体，实现业务系统的松耦合交互，提升了平台的性能和可靠性;③首次设计了支撑广大市场成员技术支持系统级的信息交换的机制和方案;④借鉴互联网先进的混合云技术，借助公有云分担部分只读信息的查询，有效减少了交易中心平台的负载;该设计可适应电改要求的“现货+中长期市场”协调运营的需求，提升了两级市场协调动作的能力，可为下一代电力市场交易平台的设计、研发提供参考。

主要作者介绍

史连军，博士，北京电力交易中心党总支书记兼副主任，教授级高级工程师。中国电机工程学会电力市场专委会主任委员。长期从事电力市场建设、交易组织运营、交易平台建设应用、电网调度运行等方面的研究与实践工作。在电力市场体系建设、交易机制设计与规则制订、能源资源大范围优化配置、清洁能源消纳、交易平台架构规划等方面有深入的理论研究和丰富的实践经验。获得省部级科技进步奖9项。

邵平，硕士，中国电力科学研究院电力自动化研究所电力市场研究室副主任，高级工程师。国家电网公司技术标准TC03工作组委员，长期从事电力市场运营领域课题研究和系统的研发工作。承担了国家电网公司“十一五电力市场交易运营系统”、“全国统一电力市场技术支撑平台”等电力交易系统设计、开发工作，以及10项国家或省部级科技项目或课题的研究工作;获得省部级、中国电科院科技进步奖共7项。

张显，博士，北京电力交易中心技术部主任，教授级高级工程师。中国电机工程学会电力市场专委会委员，全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会电力市场工作组主任，国家电网公司技术标准TC03工作组副组长，国家电网公司首批十大专业领军人才。长期从事电力市场体系、交易平台建设以及电力市场运营有关研究和实践工作。在IEEE Transactions on Power Systems、《中国电机工程学报》、《电力系统自动化》等国内外知名学术期刊发表学术论文30余篇。获得省部级科技进步奖6项。