新能源云平臺架構(gòu)設(shè)計研究與分析

郭婕娟 馮鋒

摘 要：為了改變傳統(tǒng)能源發(fā)展模式造成的能源浪費，環(huán)境污染等突出問題，文中結(jié)合“大云物移智鏈”、邊緣計算、云霧協(xié)同等先進的信息通信技術(shù)，構(gòu)建了一種新型高效的能源云平臺架構(gòu)，從業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、技術(shù)、應(yīng)用以及具體部署方面進行了詳細設(shè)計。云平臺通過整合電源端、電網(wǎng)端、用戶端、制造企業(yè)、運維企業(yè)、金融機構(gòu)、行業(yè)協(xié)會等各能源方的信息數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)“全環(huán)節(jié)、全貫通、全覆蓋、全生態(tài)、全場景”的新能源服務(wù)。

關(guān)鍵詞：電力;新能源;云平臺;云架構(gòu);部署架構(gòu);資源整合

中圖分類號：TP391;TK01文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2020）11-00-03

0 引 言

傳統(tǒng)的能源發(fā)展模式使得能源浪費嚴重，環(huán)境問題突出。隨著“大云物移智鏈”、邊緣計算、云霧協(xié)同等先進信息通信技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)圍繞電力新能源規(guī)劃建設(shè)、并網(wǎng)運行、電力交易全環(huán)節(jié)，建設(shè)集環(huán)境承載力、企業(yè)內(nèi)部管理、電力供需預(yù)測、消納能力計算等功能于一體的云平臺已經(jīng)是社會發(fā)展必然趨勢。通過云平臺可以優(yōu)化新能源管理的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及業(yè)務(wù)流程，提升新能源管理水平和效率，帶動新能源產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同發(fā)展，為政府、企業(yè)、電源用戶等提供一站式全流程服務(wù)。

構(gòu)建電力新能源云平臺，通過整合電源端、電網(wǎng)端、用戶端、制造企業(yè)、運維企業(yè)、金融機構(gòu)、行業(yè)協(xié)會等各方資源，建立“橫向協(xié)同，縱向貫通”的管理體系[1]。實現(xiàn)“全環(huán)節(jié)、全貫通、全覆蓋、全生態(tài)、全場景”的電力新能源服務(wù)，為政府部門、電力企業(yè)、各類客戶、各類智庫提供詳實、可靠的數(shù)據(jù)和政策分析，引導(dǎo)新能源規(guī)劃布局，促進新能源科學(xué)開發(fā)、有序并網(wǎng)和高效消納，推動傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。

1 架構(gòu)設(shè)計要求

以用戶為中心，堅持生態(tài)開放，一處存儲，處處共享。構(gòu)建開放共享生態(tài)體系，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與服務(wù)并開放給各級應(yīng)用主體，吸引產(chǎn)、學(xué)、研、政等外部用戶在平臺上開發(fā)應(yīng)用，發(fā)揮各方創(chuàng)新能力，共同參與，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與服務(wù)的共享[2]。堅持以需求為導(dǎo)向，從實際出發(fā)，快速響應(yīng)，注重建設(shè)實效，使新系統(tǒng)架構(gòu)更好用、更實用。

2 架構(gòu)設(shè)計分類

2.1 新能源云平臺業(yè)務(wù)架構(gòu)

電力新能源云平臺通過業(yè)務(wù)云平臺整合多個能源業(yè)務(wù)模塊，統(tǒng)籌能源專業(yè)數(shù)據(jù)，強化能源系統(tǒng)應(yīng)用;整合所有能源業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，打通縱向和橫向的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互;建立起“橫向協(xié)同，縱向貫通”的新能源管理體系[3]，實現(xiàn)平臺數(shù)據(jù)資源的共享和集中管控，打破各企業(yè)之間的業(yè)務(wù)壁壘，建立起更為便捷、有效的合作關(guān)系，提高工作效率，提升服務(wù)質(zhì)量，促進“放管服”改革。

新能源云平臺業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖1所示。業(yè)務(wù)平臺將整合環(huán)境承載力、資源分布、消納能力計算、規(guī)劃計劃、電源用戶、廠商管理、電力供需、政策研究、內(nèi)部運行管理、系統(tǒng)管理、新技術(shù)、負荷用戶等業(yè)務(wù)。環(huán)境承載力業(yè)務(wù)涵蓋氣象、環(huán)境保護、地理、社會經(jīng)濟效益等各種信息;資源分布業(yè)務(wù)涵蓋風(fēng)力、水力、礦產(chǎn)、石化等資源信息，以及資源儲量、品質(zhì)分析、出力特性等分析數(shù)據(jù);其他業(yè)務(wù)涵蓋了政策解讀分析、經(jīng)濟政策分析、供求預(yù)測、規(guī)劃建設(shè)、智能技術(shù)等。

2.2 新能源云平臺應(yīng)用架構(gòu)

新能源云平臺依托中心節(jié)點和各邊緣節(jié)點的數(shù)據(jù)中臺，由總部和各分部組成中心節(jié)點和邊緣節(jié)點，各節(jié)點面向內(nèi)外部用戶提供數(shù)據(jù)分析、決策應(yīng)用、專業(yè)管理等平臺化、數(shù)字化服務(wù)[4]。此外，它也提供環(huán)境承載力、資源分布、規(guī)劃計劃、廠商、電源用戶、公司內(nèi)部運行管理、負荷用戶、電力供需預(yù)測、消納能力計算、新技術(shù)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等服務(wù)。

新能源云平臺應(yīng)用架構(gòu)如圖2所示。內(nèi)外部用戶（政府、企業(yè)、從業(yè)人員、運維人員、業(yè)務(wù)用戶等）通過各自的接入點訪問所需的信息和服務(wù)。其應(yīng)用主要整合為三大模塊，即服務(wù)應(yīng)用、專業(yè)管理、決策應(yīng)用。不同應(yīng)用提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息進行發(fā)布和展示，滿足不同用戶的請求。所有的應(yīng)用都基于數(shù)據(jù)中心，通過數(shù)據(jù)分析應(yīng)用模塊進行交互和數(shù)據(jù)分析。

2.3 新能源云平臺技術(shù)架構(gòu)

新能源云平臺采用“微服務(wù)、微應(yīng)用”架構(gòu)，基于客戶服務(wù)業(yè)務(wù)中臺的用戶中心、工單中心、訂單中心等，以及數(shù)據(jù)中臺構(gòu)建新能源應(yīng)用服務(wù)。

新能源云平臺技術(shù)架構(gòu)體系如圖3所示。新能源云平臺根據(jù)能源和服務(wù)的具體布局，將云平臺由上而下分為四層進行設(shè)計，具體為應(yīng)用層、平臺層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層[5]。

（1）應(yīng)用層主要通過集成各層級“微應(yīng)用”，打造新能源業(yè)務(wù)應(yīng)用生態(tài)。

（2）平臺層主要解決通用基礎(chǔ)功能的共建共享和數(shù)據(jù)管理問題?；跇I(yè)務(wù)中臺和數(shù)據(jù)中臺提供支撐各層級應(yīng)用的公共服務(wù)組件能力、系統(tǒng)彈性部署能力、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化接入以及貫通交互流轉(zhuǎn)等能力。

（3）網(wǎng)絡(luò)層主要解決中心節(jié)點、邊緣節(jié)點以及內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸問題。依托5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電力專線、電力光纖等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)中心節(jié)點與邊緣節(jié)點、內(nèi)部節(jié)點與外網(wǎng)節(jié)點的互聯(lián)互通。

（4）感知層主要解決各類新能源數(shù)據(jù)采集問題。通過智能移動終端、計算分析終端等終端感知設(shè)備對新能源信息進行全方位感知，提升管理實效。

3 新能源云平臺架構(gòu)設(shè)計

新能源云平臺技術(shù)路線和技術(shù)架構(gòu)采用“微服務(wù)、微應(yīng)用”架構(gòu)[6]，從上而下依次分為應(yīng)用服務(wù)層SaaS、公共服務(wù)層PaaS、數(shù)據(jù)層DaaS和資源層IaaS。云平臺分層架構(gòu)設(shè)計如圖4所示。

應(yīng)用服務(wù)層SaaS：云平臺以SaaS形式運行，提供統(tǒng)一的運營管理服務(wù)，可提升新能源云平臺的運營效率與用戶體驗。它具有環(huán)境承載力、資源分布、規(guī)劃計劃、廠商、電源用戶、公司內(nèi)部運行管理、負荷用戶、電力供需預(yù)測、消納能力計算、新技術(shù)、政策研究、系統(tǒng)管理等功能，采用微服務(wù)架構(gòu)進行分布式開發(fā)部署。

公共服務(wù)層PaaS：利用云平臺PaaS提供容器治理、日志服務(wù)、安全管理、任務(wù)管理、微服務(wù)治理、資源調(diào)度等功能，并提供流程、權(quán)限、多維分析、分布式離線處理、郵件、模型算法、實時流處理等公共服務(wù)。

數(shù)據(jù)層DaaS：基于全業(yè)務(wù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯聚，開展數(shù)據(jù)分析，對分析結(jié)構(gòu)或者算法提供編程接口，讓數(shù)據(jù)成為服務(wù)。數(shù)據(jù)接入模塊可以通過ETL、消息、文件方式將數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊將數(shù)據(jù)進行清洗、轉(zhuǎn)換，并形成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲模塊提供關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、時序數(shù)據(jù)庫、全文檢索庫、分布式文件系統(tǒng)、圖數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫等多種存儲方式。數(shù)據(jù)管理模塊管理數(shù)據(jù)的定義。

資源層IaaS：由成熟云產(chǎn)品提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，實現(xiàn)計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)虛擬化，并對這些資源實時監(jiān)控，保證資源的可靠性，提高資源的利用率，實現(xiàn)應(yīng)用層面的備份。

4 新能源云平臺數(shù)據(jù)架構(gòu)

數(shù)據(jù)架構(gòu)遵循SG-CIM數(shù)據(jù)模型，對結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化、綜合數(shù)據(jù)統(tǒng)一規(guī)劃。按照數(shù)據(jù)隨關(guān)聯(lián)應(yīng)用就近部署的原則，中心節(jié)點、邊緣節(jié)點兩級規(guī)劃新能源云數(shù)據(jù)處理、存儲策略[7]。邊緣節(jié)點數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在邊緣節(jié)點數(shù)據(jù)中心，結(jié)果及展示類數(shù)據(jù)通過UEP組件上傳至中心節(jié)點平臺進行數(shù)據(jù)處理展示。

云平臺設(shè)立云數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)的分類、處理、分析及展示。中心節(jié)點產(chǎn)生的數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)集市，與云平臺建立數(shù)據(jù)通道，將數(shù)據(jù)送到云平臺數(shù)據(jù)中心;與中心節(jié)點對應(yīng)的所有邊緣節(jié)點形成各自的數(shù)據(jù)節(jié)點中心，將綜合數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、綜合數(shù)據(jù)）按照云平臺規(guī)則處理，通過UEP組件技術(shù)傳到云平臺數(shù)據(jù)中心;云平臺對應(yīng)的外部以及內(nèi)部應(yīng)用，通過云采集中心進行數(shù)據(jù)采集和處理。

新能源云平臺將各個能源企業(yè)內(nèi)部財務(wù)管控系統(tǒng)、規(guī)劃計劃系統(tǒng)、基建管控系統(tǒng)、電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)、輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、供電電壓采集系統(tǒng)、營銷業(yè)務(wù)管控、電能服務(wù)管理平臺、用電信息采集系統(tǒng)、營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用、全國統(tǒng)一電力市場技術(shù)支撐平臺、科技管理系統(tǒng)、經(jīng)法系統(tǒng)、協(xié)同辦公系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交互，對外使用統(tǒng)計局、發(fā)改委、氣象局、環(huán)保局、國土資源局、文物局等單位提供的專業(yè)數(shù)據(jù)。利用建站并網(wǎng)、運行監(jiān)測、金融交易、運維檢修等服務(wù)，經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析對內(nèi)部業(yè)務(wù)應(yīng)用和外部客戶服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。

5 新能源云平臺部署架構(gòu)

新能源云平臺應(yīng)用一級部署在中心節(jié)點，主要部署環(huán)境承載力、資源分布、規(guī)劃計劃、廠商、電源用戶、公司內(nèi)部運行管理、負荷用戶、電力供需預(yù)測、消納能力計算[8-10]、新技術(shù)、政策研究、電價補貼、儲能、輔助決策及大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用;支撐平臺消納能力計算、電力供需預(yù)測、各企業(yè)內(nèi)部運行管理等功能的前置數(shù)據(jù)交互服務(wù)、邊緣計算分析服務(wù)及業(yè)務(wù)連接服務(wù)兩級部署，都部署在邊緣節(jié)點，通過數(shù)據(jù)中臺實現(xiàn)跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)貫通共享。各分節(jié)點（各企業(yè)或者機構(gòu)）在所在的數(shù)據(jù)核心出口部署數(shù)據(jù)中心，用于數(shù)據(jù)采集和處理。中心節(jié)點（各企業(yè)總部或者集團核心）在數(shù)據(jù)出口部署數(shù)據(jù)中心，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)區(qū)和對外服務(wù)區(qū)成立數(shù)據(jù)中心，將采集的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過隔離裝置傳輸?shù)絻?nèi)部管理信息大區(qū)，再通過云平臺處理。云平臺部署架構(gòu)如圖5所示。這種部署方式可以高效實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交互。

6 結(jié) 語

本文通過分析新能源的業(yè)務(wù)、應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)處理等方面的問題，提出了新能源云平臺的架構(gòu)體系建設(shè);從新能源的業(yè)務(wù)架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)以及部署架構(gòu)進行了研究和分析，提出一套高效的云平臺運行架構(gòu);整合多個能源業(yè)務(wù)模塊，統(tǒng)籌能源專業(yè)數(shù)據(jù)，打破企業(yè)之間的業(yè)務(wù)壁壘，建立更為便捷、有效的合作關(guān)系，提高工作效率，提升服務(wù)質(zhì)量。

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