探究工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在智慧能源服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)中的應(yīng)用

摘要：當(dāng)前國內(nèi)對于能源的消費呈現(xiàn)多元化發(fā)展，并且自動化的需求非常高，進而促進了智慧能源服務(wù)的快速發(fā)展。本文主要以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)開展了智慧能源服務(wù)系統(tǒng)的研究，并對智慧能源服務(wù)系統(tǒng)總體架構(gòu)進行分析，闡述了系統(tǒng)的技術(shù)與集成的架構(gòu)，再經(jīng)過相關(guān)試點的應(yīng)用證明了本系統(tǒng)的實用性及有效性。

關(guān)鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；系統(tǒng)架構(gòu)；平臺；智慧能源

一、智慧能源服務(wù)系統(tǒng)

（一）總體架構(gòu)

此次研究的系統(tǒng)主要是基于微服務(wù)來設(shè)計系統(tǒng)的重要架構(gòu)，而且在此系統(tǒng)中的獨立組件均能當(dāng)作一個微型服務(wù)，并且具備獨立性，以及擁有獨立數(shù)據(jù)源，再利用接口即可以實現(xiàn)對不同的數(shù)據(jù)庫進行讀寫數(shù)據(jù)的操作，和單體的架構(gòu)對比來講，其能夠避免占用數(shù)據(jù)庫及緩存所帶來的影響。本研究的系統(tǒng)主要以物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)子系統(tǒng)及互聯(lián)網(wǎng)外網(wǎng)子系統(tǒng)予以構(gòu)成。

1.智能終端設(shè)備

設(shè)備是系統(tǒng)的終端底層，主要是能源路由器和控制器及其他種類型的智能用電的相關(guān)設(shè)備。

能源控制器的作用相當(dāng)于網(wǎng)關(guān)的功能，其可以有效地控制終端，其還可以采集用電設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，制定有序充放電的方案，對充電樁和儲能等相關(guān)設(shè)備進行智能化的控制。

能源路由器主要是可以對用能的設(shè)備進行啟停，調(diào)節(jié)功率，其主要采取兩種模式，即平臺層模式、應(yīng)用層模式，平臺層具有接入設(shè)備、采集數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制等功能，應(yīng)用層則主要是為了和客戶的設(shè)備開展相關(guān)數(shù)據(jù)信息的傳輸和交換。用電設(shè)備主要是充電樁、分布式光伏等設(shè)備。此設(shè)備通過收到由能源路由器發(fā)出的指令后進行各種功能的操作，例如啟停、充放電。

2.通信網(wǎng)絡(luò)

此主要是實現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程之間的有效通信。其中對本地通信決定使用RS485、電力線寬帶載波、藍(lán)牙等技術(shù)。遠(yuǎn)程通信則采取4G/5G無線APN/VPN專網(wǎng)通信。利用藍(lán)牙連接充電APP和能源路由器，充電APP發(fā)送充電指令至能源路由器。智能設(shè)備則運用CAN總線實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有效采集，然后再把數(shù)據(jù)進一步上傳至能源路由器經(jīng)電力線寬帶載波把相關(guān)的數(shù)據(jù)傳送到能源控制器，之后再由能源控制器發(fā)布有效的控制策略至能源路由器，最后則由能源路由器下發(fā)指令至用電的相關(guān)設(shè)備。采用4G/5G來進行能源控制器和云平臺間的信息交互，能源控制器信息數(shù)據(jù)上傳云平臺，然后再由云平臺發(fā)布充電有關(guān)信息指令。

3.云平臺

此采取強后臺+大中臺+小前臺的模式架構(gòu)。強后臺是采集控制的重要部分，主要處理遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集和處理等；大中臺是能力中心，主要包括用戶、訂單、支付、監(jiān)控等中心；小前臺基于強后臺、大中臺來建立有序充電和儲能等相關(guān)的業(yè)務(wù)應(yīng)用。本次研究的智慧能源服務(wù)系統(tǒng)通過以強后臺+大中臺+小前臺的架構(gòu)建立“互聯(lián)網(wǎng)+泛在物聯(lián)網(wǎng)”架構(gòu)，其可以實現(xiàn)實時采集控制能力和數(shù)據(jù)共享及快速開發(fā)的能力，并且將內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)進行分區(qū)結(jié)合的方式部署，既可以確保內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全，還能確?？蛻艉徒灰椎葦?shù)據(jù)的使用。內(nèi)外網(wǎng)架構(gòu)具有創(chuàng)新性。

4.業(yè)務(wù)應(yīng)用

經(jīng)充放電控制優(yōu)化電車的智能化充電業(yè)務(wù)和上級電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度開展儲能優(yōu)化等業(yè)務(wù)。

（二）技術(shù)架構(gòu)

SG-EA架構(gòu)必須使用分布式的服務(wù)框架，此可實現(xiàn)大規(guī)模和分布式的集群進行管理控制的能力，經(jīng)添加物理設(shè)備來對各類資源擴展，使用功能較為完善的模型，且模型具備冗余和自恢復(fù)、擴展的功能，以及采取分布式的關(guān)系數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)在不可避免的軟件錯誤和硬件錯誤中進行恢復(fù)，以此來保障系統(tǒng)的運行，并能夠支持多中心和多區(qū)域的部署。技術(shù)架構(gòu)如圖1。

（三）集成架構(gòu)

本次研究的系統(tǒng)集成主要利用通用的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，具體包括的集成架構(gòu)如圖2所示。

使用正反向的隔離裝置來將本系統(tǒng)的內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)加以有效的隔離，而內(nèi)外網(wǎng)間則利用TCP/IP和中間件集成，再經(jīng)TCP/IP和文本達(dá)到在不同區(qū)域進行傳輸?shù)淖饔?，即TCP/IP向外網(wǎng)傳數(shù)據(jù)，外網(wǎng)經(jīng)文本傳遞至內(nèi)網(wǎng)。內(nèi)外網(wǎng)則通過集成和外部的平臺微服務(wù)加以集成。外部平臺和系統(tǒng)能夠互聯(lián)互通的其他系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)示范應(yīng)用分析

本系統(tǒng)經(jīng)過上線運行和其他系統(tǒng)開展了互聯(lián)互通及資源共享，例如與營銷和調(diào)度自動化的系統(tǒng)融合。其中在智能有序充電的相關(guān)業(yè)務(wù)試點中，可以有效地將電網(wǎng)、用戶、充電樁、電車等信息加以交互，并控制充電，實現(xiàn)電車充電的負(fù)荷時間分布和平移的特性，積極引導(dǎo)錯峰、排隊進行電車充電，而通過儲能優(yōu)化運行進一步降低了電容量，并通過電網(wǎng)調(diào)峰與調(diào)壓來提升電網(wǎng)的效率。在某一試點中，其通過針對區(qū)內(nèi)的30多輛電動汽車開展實驗，一天對電車使用無序充電，一天運用有序充電，有序充電首先針對無序充電當(dāng)天的充電需求進行擬合，然后再制定有序充電的方案，把方案下發(fā)至能源控制器，以此有效控制電車的有序充電，通過對比實時負(fù)荷曲線驗證有序充電的可行性，圖3則為曲線對比。

如圖3所示，在進行無序充電過程中產(chǎn)生的峰谷負(fù)荷差為600kW，而在有序充電時所產(chǎn)生的差值只有250kW，兩者相差58%左右，說明達(dá)到削峰填谷的效果。而通過使用削峰填谷的方案可以有效地減少電網(wǎng)負(fù)荷和用電的成本，此也證明本系統(tǒng)的效果和經(jīng)濟性。

在儲能設(shè)備的有序充放電方面，通過接入兩臺儲能設(shè)備，功率500kW，容量2000kWh，然后選擇兩天進行儲能有序的充放電實驗，其中一天儲能設(shè)備沒有進行有序充放電，然后得出負(fù)荷曲線，另一天則參加有序充放電，然后依據(jù)沒有進行有序充放電的負(fù)荷曲線制定以削峰填谷的有序充放電方案，以此控制儲能設(shè)備于高峰進行放電，以及在低谷進行充電，最后得出有序充放電的負(fù)荷曲線，再對比兩天的負(fù)荷曲線（圖4）。

如上圖所示，綠色部分是儲能沒有進行有序充放電的負(fù)荷曲線，而藍(lán)色則是有序充放電曲線，通過圖中的對比表明削峰填谷的效果非常好，其可以達(dá)到對電能的高效利用，以及降低用電成本的作用。

三、結(jié)束語

綜上所述，在文中研究中的以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智慧能源服務(wù)系統(tǒng)，通過以互聯(lián)網(wǎng)、泛在物聯(lián)網(wǎng)、云平臺、微服務(wù)等為系統(tǒng)的各個架構(gòu)進行設(shè)計，此系統(tǒng)有效地將能源轉(zhuǎn)換的樞紐作用發(fā)揮出來，再與能源的路由器與控制器相結(jié)合，進而達(dá)到對各種設(shè)備的靈活接入，可以采集相關(guān)數(shù)據(jù)與實時調(diào)控，再通過開展有序充電等業(yè)務(wù)來對能源進行有效的協(xié)同管理，符合當(dāng)前電網(wǎng)對調(diào)節(jié)功能的需求。后續(xù)可以以智慧能源服務(wù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，并對其他方面開展深入的研究。

作者單位：李昊巍 中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院

參" 考" 文" 獻(xiàn)

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李昊?。?989-），男，漢族，北京，工學(xué)碩士，工程師，研究方向：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)要素市場。