能源互聯(lián)網(wǎng)的信息通信架構(gòu)體系研究

黃印君 九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1 能源互聯(lián)網(wǎng)的信息通信架構(gòu)體系研究相關(guān)背景和現(xiàn)狀

1.1 能源互聯(lián)網(wǎng)的信息通信架構(gòu)體系研究相關(guān)背景

美國(guó)著名學(xué)者杰里米指出將新能源與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)有效融合，可構(gòu)建新型的能源互聯(lián)網(wǎng)體系來對(duì)能源進(jìn)行有效的配置。在提出這種構(gòu)想后，德國(guó)和日本等國(guó)也紛紛推出了各自的分析模型和架構(gòu)，比如德國(guó)推出的E-Energy計(jì)劃；日本推出的數(shù)字電網(wǎng)等。而我國(guó)作為能源互聯(lián)網(wǎng)的積極倡導(dǎo)者和領(lǐng)導(dǎo)者，也在這一領(lǐng)域進(jìn)行了積極的研究和探討，并指出能源互聯(lián)網(wǎng)是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)未來發(fā)展的趨勢(shì)，其以能源為核心資源、以特高壓電網(wǎng)為骨干、以信息通信為通道、以人工智能為神經(jīng)，協(xié)調(diào)各種類能源，并進(jìn)行高效資源配置和綜合服務(wù)架構(gòu)體系。在此理論研究基礎(chǔ)上，國(guó)家電網(wǎng)參與并制定了一系列能源互聯(lián)網(wǎng)的信息通信架構(gòu)體系技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

1.2 能源互聯(lián)網(wǎng)的信息通信架構(gòu)體系發(fā)展現(xiàn)狀

能源互聯(lián)網(wǎng)是以能源和電力技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，其平穩(wěn)運(yùn)行需要極復(fù)雜的體系構(gòu)建和各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的制定來保障。我國(guó)發(fā)布的智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)包含了發(fā)電、輸配電、光纖通信、綜合調(diào)度等共計(jì)92個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，為國(guó)際能源互聯(lián)網(wǎng)的快速、規(guī)范發(fā)展以及部分核心技術(shù)的突破和共享起到積極的作用。而作為能源互聯(lián)網(wǎng)有效支撐的信息通信技術(shù)架構(gòu)也日益完善和成熟，其為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的互動(dòng)和大規(guī)模電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)的信息通信架構(gòu)體系建立原則

能源互聯(lián)網(wǎng)的信息通信架構(gòu)體系建立必須與國(guó)情以及技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平相適配，因此，必須符合以下規(guī)則：

2.1 開放共享性原則

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的全球化，開放共享性原則是建立能源互聯(lián)網(wǎng)的信息通信架構(gòu)體系的首要原則。與傳統(tǒng)能源體系不同的是，能源互聯(lián)網(wǎng)能充分的融合各種分布式電源以及接入其系統(tǒng)平臺(tái)的軟硬件設(shè)施種類眾多，各種接口標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議也是多種多樣，為了確保能源互聯(lián)網(wǎng)的平穩(wěn)、持續(xù)運(yùn)行，開放共享性是必然的趨勢(shì)和內(nèi)在要求，否則無法充分的發(fā)揮能源互聯(lián)網(wǎng)的效果。

2.2 系統(tǒng)集成性原則

系統(tǒng)集成性是能源互聯(lián)網(wǎng)的信息通信架構(gòu)體系的典型特征。在暢通的信息通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，能源互聯(lián)網(wǎng)可高效的保障分布式電源、能源儲(chǔ)存和負(fù)荷的協(xié)調(diào)運(yùn)行，從而確保削峰填谷的能力。

2.3 分布性原則

分布性是能源互聯(lián)網(wǎng)的信息通信架構(gòu)體系的客觀要求。分布式對(duì)等接入是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要特征，因此，必須要摒棄傳統(tǒng)的以中心調(diào)度為主的通信架構(gòu)體系，而應(yīng)采取高效的分布式調(diào)配資源來實(shí)現(xiàn)其最優(yōu)化。

2.4 互動(dòng)靈活原則

互動(dòng)性是能源互聯(lián)網(wǎng)的信息通信架構(gòu)體系的必然要求。在新型的能源互聯(lián)網(wǎng)體系中會(huì)出現(xiàn)超大規(guī)模發(fā)電廠、分布式多層級(jí)發(fā)電單元和儲(chǔ)能單元、企業(yè)、家庭用戶等并存的局面，從而表現(xiàn)出能源互聯(lián)網(wǎng)各組成部分之間的良好互動(dòng)性和靈活性，從而引導(dǎo)能源的高效良性流動(dòng)。

3 能源互聯(lián)網(wǎng)的信息通信架構(gòu)體系研究

能源互聯(lián)網(wǎng)及信息通信架構(gòu)是一個(gè)極為復(fù)雜的體系，本文主要從以下五個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)的研究與探討：

3.1 智能傳感研究

3.1.1 智能化傳感主要通過使用嵌入式傳感器對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)中的主要設(shè)備、通信線路和使用環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，使能源互聯(lián)網(wǎng)準(zhǔn)確的感知電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、電氣量、量測(cè)量等其它關(guān)鍵數(shù)據(jù)，從而保障了電網(wǎng)安全平穩(wěn)的運(yùn)行。然而，能源互聯(lián)網(wǎng)具有地域分布廣闊性和終端設(shè)備多樣性的特點(diǎn)。這樣就使得智能傳感技術(shù)也相應(yīng)具有多樣性和復(fù)雜性的特性，并且需要在高低溫等極端條件下穩(wěn)定可靠運(yùn)行。因此，必須針對(duì)其自動(dòng)感知、免維護(hù)技術(shù)和低能耗、高靈敏性等技術(shù)進(jìn)行充分和廣泛的研究。

3.1.2 隨著近年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能傳感領(lǐng)域的長(zhǎng)足進(jìn)步，有助于能源互聯(lián)網(wǎng)的信息通信模型和應(yīng)用的完善和成熟，其可以幫助數(shù)據(jù)包自動(dòng)挑選最佳路由，從而避開擁堵區(qū)和擁堵線路，確保了傳輸?shù)目焖?、高效和安全?；谥悄軅鞲芯W(wǎng)絡(luò)的深入應(yīng)用，智能電網(wǎng)需求側(cè)能量管理的互動(dòng)性服務(wù)功能也日益豐富和人性化，通過APP能遠(yuǎn)程控制智能家居，從而提升服務(wù)體驗(yàn)和節(jié)約能源。目前智能傳感設(shè)備也向著網(wǎng)絡(luò)通信自動(dòng)化、高帶寬利用率和能源自給自足等方向發(fā)展。

3.2 通信技術(shù)研究

電力通信網(wǎng)主要有骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)之分。其中接入網(wǎng)主要負(fù)責(zé)配電和用電的通信，因此能源互聯(lián)網(wǎng)通信必須加強(qiáng)無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)和寬帶等多組網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究和應(yīng)用。骨干網(wǎng)方面則主要規(guī)定了SDH網(wǎng)保護(hù)結(jié)構(gòu)的類型與特性和傳送網(wǎng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口標(biāo)準(zhǔn)。而針對(duì)低損耗長(zhǎng)距離傳輸?shù)膯栴}，應(yīng)研究超低損光纖和天地協(xié)同通信體系架構(gòu)的研究和標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議的制定。

3.3 云計(jì)算研究

3.3.1 根據(jù)ISO17789:2014《信息技術(shù)云計(jì)算參考架構(gòu)》，其構(gòu)建了基本的功能模型以及彈性應(yīng)用接口標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)云計(jì)算服務(wù)體系和安全標(biāo)準(zhǔn)等方面的深入研究和應(yīng)用。

3.3.2 云計(jì)算平臺(tái)是一種可提供彈性的、用戶所需的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)，能實(shí)現(xiàn)配置資源的共享和軟硬件資源的最大化利用。其在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用也日益廣泛和深入。能源互聯(lián)網(wǎng)需要統(tǒng)計(jì)能源產(chǎn)生和使用的云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，以供不同時(shí)段、不同區(qū)域資源的共享和自動(dòng)分析、計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，從而提升了數(shù)據(jù)精確性和較好的解決了傳統(tǒng)手工計(jì)算的難題。云計(jì)算平臺(tái)通過整合各種計(jì)算資源，使其成為能源互聯(lián)網(wǎng)及信息通信體系的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

4 大數(shù)據(jù)研究

建立適用于能源互聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和交換共享標(biāo)準(zhǔn)體系，有利于實(shí)現(xiàn)其高速、穩(wěn)定的運(yùn)行。IECTR20943信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)了元數(shù)據(jù)注冊(cè)系統(tǒng)內(nèi)容的一致性；而ISO8000則制定了數(shù)據(jù)和信息質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范。由于不同設(shè)備接口語言和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式和數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法有效融合的問題則需要研究相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)或通用的可轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)體系來有效解決。

5 能源互聯(lián)網(wǎng)及信息通信安全研究

5.1 根據(jù)ISO27000《信息安全技術(shù)管理體系》制定了信息安全管理體系的基本標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用指導(dǎo)，并針對(duì)隔離產(chǎn)品進(jìn)行安全等級(jí)劃分的細(xì)分和制定不同統(tǒng)計(jì)的技術(shù)要求。未來應(yīng)著重完善能源互聯(lián)網(wǎng)電力監(jiān)控系統(tǒng)安全接入和交換數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用研究，以確保能源互聯(lián)網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

5.2 信息認(rèn)證和授權(quán)是關(guān)系到能源互聯(lián)網(wǎng)及信息通信安全的重要模塊，其設(shè)計(jì)和管理水平的高低直接決定了訪問業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的便捷性和安全性。主要的安全認(rèn)證機(jī)制包括口令認(rèn)證、移動(dòng)數(shù)字證書認(rèn)證、生物特征認(rèn)證的技術(shù)。而安全授權(quán)技術(shù)則主要包括授權(quán)管理設(shè)備和基于訪問角色的權(quán)限控制等，防止未經(jīng)授權(quán)的非法使用。在能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，可針對(duì)其終端和服務(wù)器端可信認(rèn)證模型進(jìn)行深入研究，從而構(gòu)建穩(wěn)固且高效的可信認(rèn)證框架，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一認(rèn)證、授權(quán)和目錄管理。

5.3 隨著能源互聯(lián)網(wǎng)逐步走向千家萬戶以及居民用戶隱私安全防范意識(shí)的提升，因此，能源互聯(lián)網(wǎng)涉及用戶隱私保護(hù)也是非常重要的問題。可通過建立用戶數(shù)據(jù)隱私防護(hù)方案和算法模型研究，從用戶數(shù)據(jù)上傳、查詢和發(fā)布等環(huán)節(jié)進(jìn)行有效控制，最終達(dá)到既能有效利用信息進(jìn)行科學(xué)管理和決策又不泄露用戶隱私的最佳方案。

6 結(jié)束語

綜上所述，能源互聯(lián)網(wǎng)及信息通信架構(gòu)通過綜合應(yīng)用電子技術(shù)、信息技術(shù)、人工智能技術(shù)和通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了將大量分散的能源采集裝備、能源儲(chǔ)存裝置、各類型的終端負(fù)載進(jìn)行有效融合，從而將傳統(tǒng)的石化能源與新型的新能源關(guān)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)不同能源間的互動(dòng)和共享，其對(duì)于我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代、國(guó)家能源安全和經(jīng)濟(jì)效益的提升都起到了至關(guān)重要的作用。因此，必須站在戰(zhàn)略性的高度來積極引導(dǎo)和鼓勵(lì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)和企業(yè)借鑒國(guó)內(nèi)外的實(shí)例，設(shè)計(jì)和研究出符合我國(guó)國(guó)情的能源互聯(lián)網(wǎng)及信息通信技術(shù)架構(gòu)，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)裝備、物聯(lián)網(wǎng)、通信技術(shù)的進(jìn)步，最終為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的騰飛和能源互聯(lián)網(wǎng)的快速良好發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，造福于民。

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