基于多能源的智慧能源服務(wù)平臺(tái)研究與設(shè)計(jì)

顏紅 江熙 周俊超 張丹丹 王雅 李康玉 王婷婷 任曉俊

關(guān)鍵詞：智慧能源；需求響應(yīng)；能效管理；能效大數(shù)據(jù)

1引言

近年來，我國能源行業(yè)不斷向智能化、一體化方向發(fā)展。隨著全球能源供應(yīng)日益緊張，加快能源各領(lǐng)域、各環(huán)節(jié)的智能化發(fā)展，提升我國能源系統(tǒng)的可持續(xù)自適應(yīng)能力，已刻不容緩。

本文基于智能物聯(lián)網(wǎng)及能源綜合平臺(tái)，研究應(yīng)用現(xiàn)代通信、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，為完善能源效率管理、需求響應(yīng)、智能運(yùn)營和維護(hù)、數(shù)據(jù)分析、能源生態(tài)圈、能源協(xié)調(diào)、電力交易等業(yè)務(wù)功能，設(shè)計(jì)了一種新型的基于多能源的智慧能源服務(wù)平臺(tái)。

2需求分析

按國家電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，客戶側(cè)電力物聯(lián)網(wǎng)是公司電力物聯(lián)網(wǎng)的核心組成部分，借鑒信息物理系統(tǒng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的理念，客戶側(cè)電力物聯(lián)網(wǎng)在邏輯上體現(xiàn)為三層架構(gòu)，即設(shè)備物理層、業(yè)務(wù)管理層和交互應(yīng)用層。

智慧能源服務(wù)平臺(tái)作為客戶側(cè)電力物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分[1]，定位為設(shè)備物理層的客戶側(cè)綜合能源信息采集監(jiān)控主體。業(yè)務(wù)管理層以智慧能源服務(wù)應(yīng)用和綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)管理應(yīng)用建設(shè)為主線。交互應(yīng)用層提供基于綠色國網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)國網(wǎng)中的綜合能源和各地區(qū)能源服務(wù)。綜合應(yīng)用國網(wǎng)企業(yè)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心的成果，協(xié)調(diào)國網(wǎng)的“營銷2.0”和其他企業(yè)級中臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)一體化的數(shù)據(jù)共享與業(yè)務(wù)互通。

3系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1總體架構(gòu)

智慧能源服務(wù)體系分為物理層、業(yè)務(wù)管理層和交互應(yīng)用層：物理層以客戶側(cè)用能控制系統(tǒng)（CPS）為基礎(chǔ)：業(yè)務(wù)管理層以省級智慧能源服務(wù)系統(tǒng)為核心：交互應(yīng)用層以綠色國網(wǎng)和網(wǎng)上國網(wǎng)為主人口，統(tǒng)一提供綜合能源服務(wù)。智慧能源服務(wù)體系總體架構(gòu)如圖1所示。

智慧能源服務(wù)系統(tǒng)由綜合能源控制、中臺(tái)和前臺(tái)應(yīng)用組成。綜合能源控制應(yīng)用提供數(shù)據(jù)采集監(jiān)控等基礎(chǔ)服務(wù)：中臺(tái)包括物聯(lián)管理平臺(tái)、業(yè)務(wù)中臺(tái)和數(shù)據(jù)中臺(tái)，分別提供設(shè)備管理、業(yè)務(wù)共享服務(wù)、數(shù)據(jù)處理與分析服務(wù)；前臺(tái)應(yīng)用包括智慧能源應(yīng)用，為用能客戶和第三方提供能效提升、需求響應(yīng)、多能協(xié)同、電力現(xiàn)貨交易代理及能源大數(shù)據(jù)等服務(wù)，為省營銷部和綜合能源服務(wù)公司提供項(xiàng)目管理、經(jīng)營管理和客戶關(guān)系管理等服務(wù)[2]。

3.2業(yè)務(wù)架構(gòu)

智慧能源服務(wù)系統(tǒng)包括11項(xiàng)業(yè)務(wù)功能，即綜合項(xiàng)目管理、電管家公共號、智能運(yùn)維、現(xiàn)貨交易、能源金融支撐、能源大數(shù)據(jù)、能效管理、需求響應(yīng)、能源生態(tài)圈、多能協(xié)同、綜合能源控制。智慧能源服務(wù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖2所示。

3.3數(shù)據(jù)架構(gòu)

數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)是借鑒統(tǒng)一信息模型的設(shè)計(jì)思路，圍繞智慧能源服務(wù)管理平臺(tái)核心業(yè)務(wù)開展的模型設(shè)計(jì)工作。其主要涉及7個(gè)二級主題域，即設(shè)計(jì)咨詢域、供能服務(wù)域、數(shù)據(jù)服務(wù)域、平臺(tái)服務(wù)域、檢修管理域、運(yùn)行管理域、項(xiàng)目建設(shè)域，并結(jié)合外部系統(tǒng)與新興業(yè)務(wù)應(yīng)用，同步拓展、完善及補(bǔ)充相關(guān)設(shè)備模型，如有需要，將擴(kuò)充二級主題域。

3.4技術(shù)架構(gòu)

基于多能源的智慧能源服務(wù)平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)參照國網(wǎng)相關(guān)信息總體規(guī)劃路徑進(jìn)行設(shè)計(jì)，整體技術(shù)架構(gòu)如圖3所示。

3.4.1業(yè)組件層

（1）業(yè)務(wù)：通過對共性業(yè)務(wù)的識別劃分，建設(shè)多個(gè)共享服務(wù)中心。

（2）技術(shù)：采用基于SpringCloud的分微服務(wù)框架來支撐整個(gè)共享服務(wù)體系的構(gòu)建。松解傳統(tǒng)架構(gòu)下前端與后臺(tái)的緊密耦合關(guān)系，沉淀、匯聚各類應(yīng)用服務(wù)能力，將服務(wù)能力轉(zhuǎn)化為可重用、共享、可擴(kuò)展的資產(chǎn)，即微服務(wù)。相關(guān)技術(shù)人員通過調(diào)用中臺(tái)提供的微服務(wù)能力，快速構(gòu)建應(yīng)用，最大限度地降低前臺(tái)構(gòu)建成本，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)可共享、前端更靈活、資源更協(xié)同。

3.4.2數(shù)據(jù)組件層

數(shù)據(jù)層基于大數(shù)據(jù)生態(tài)進(jìn)行構(gòu)建，以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的共享及規(guī)范，為病危數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理等提供統(tǒng)一的服務(wù)，并賦予前臺(tái)用戶畫像、狀態(tài)預(yù)警、趨勢研判等能力。通過搭建大數(shù)據(jù)集群服務(wù)平臺(tái)，開發(fā)相關(guān)組件，對數(shù)據(jù)分層和分類。通過對數(shù)據(jù)建模，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和沉淀，以滿足上層應(yīng)用的需求。

3.4.3物聯(lián)管理層

物聯(lián)管理層實(shí)現(xiàn)連接管理、設(shè)備管理、邊緣協(xié)同等功能，開放OpenAPI第三關(guān)給企業(yè)，并使用kafka作為異步消息服務(wù)。

3.5安全架構(gòu)

智慧能源服務(wù)系統(tǒng)遵循“等保2.0”，基于《泛在電力物聯(lián)網(wǎng)全場景網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)指導(dǎo)意見》，從邊界安全、網(wǎng)絡(luò)安全、主機(jī)安全、應(yīng)用安全、終端安全、數(shù)據(jù)安全、物理安全等方面開展省級智慧能源服務(wù)系統(tǒng)的安全防護(hù)工作。

在邊界安全方面，橫向邊界基于公司網(wǎng)絡(luò)安全“三道防線”進(jìn)行防護(hù)；縱向邊界以CPS作為用戶資產(chǎn)接人能源控制器，采取等同大區(qū)間隔離強(qiáng)度的技術(shù)措施進(jìn)行防護(hù)。針對無線通信設(shè)置安全接人區(qū)，同時(shí)安全接人區(qū)具備網(wǎng)絡(luò)3A認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)隔離、VPN安全通道及訪問控制等功能，并在此基礎(chǔ)上，開展入侵檢測及入侵防御。

在終端安全方面，能源控制器與網(wǎng)關(guān)對接支持安全接人，支持對異常流量及行為的安全監(jiān)測，并通過系統(tǒng)加固及可信驗(yàn)證等措施確保本體安全。

3.6系統(tǒng)集成

智慧能源服務(wù)系統(tǒng)集成包括內(nèi)部系統(tǒng)集成與外部系統(tǒng)集成。內(nèi)部系統(tǒng)集成主要包括電信息采集系統(tǒng)、營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用、輔助決策、綠色國網(wǎng)系統(tǒng)等，采用數(shù)據(jù)集成或應(yīng)用集成的方式，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享與業(yè)務(wù)交互：外部系統(tǒng)集成主要包括源網(wǎng)荷系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、CPS系統(tǒng)、負(fù)荷集成商系統(tǒng)、四表超收系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)、車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、國網(wǎng)資產(chǎn)數(shù)字化管理系統(tǒng)等，采用應(yīng)用集成的方式，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與各外部系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)交互。在目前集成需求尚不明確的情況下，從技術(shù)實(shí)現(xiàn)與業(yè)務(wù)交互的角度進(jìn)行分析，針對能源市場中不斷新建的各類第三方能源服務(wù)商平臺(tái)等，后期將采取數(shù)據(jù)集成的方式與這類服務(wù)商平臺(tái)進(jìn)行業(yè)務(wù)交互[3]。

4效益分析

4.1促進(jìn)企業(yè)用能管理規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、精益化

通過客戶端智能能源優(yōu)化控制構(gòu)建智能能源服務(wù)平臺(tái)[4]，提高社會(huì)能源效率，促進(jìn)新能源的吸收，推動(dòng)綜合能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；通過可控負(fù)荷的靈活控制，促進(jìn)供需互動(dòng)、“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”協(xié)同，提升電網(wǎng)設(shè)備利用率和安全運(yùn)行水平：通過服務(wù)客戶智慧用能和價(jià)值創(chuàng)造，實(shí)現(xiàn)客戶用能降本增效、為客戶提供增值服務(wù)、為社會(huì)能源企業(yè)和相關(guān)部門提供咨詢服務(wù)，從而促進(jìn)企業(yè)用能管理規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、精益化。

4.2節(jié)約公司運(yùn)營成本，提高經(jīng)濟(jì)效益

建設(shè)智慧能源服務(wù)平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn)在利用公司各方資源優(yōu)勢，做強(qiáng)、做優(yōu)及拓展綜合能源服務(wù)，打造網(wǎng)上綜合能源服務(wù)平臺(tái)，為客戶提供用電綜合服務(wù)。同時(shí)，利用公司品牌、銷售渠道等優(yōu)勢，推動(dòng)公司從供電企業(yè)向綜合能源服務(wù)提供商的轉(zhuǎn)變，以節(jié)約運(yùn)營成本，提高公司經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而提升公司的市場競爭力。

4.3促進(jìn)企業(yè)能源高效利用，構(gòu)筑能源發(fā)展新格局

通過智慧能源服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)，推進(jìn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展[5]。在社會(huì)效益方面，注重對各種資源、時(shí)空、環(huán)境的分析和整合，以找到能源發(fā)展的新方向，促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展。

5結(jié)束語

目前，智慧能源服務(wù)系統(tǒng)已在河南、河北、重慶、四川等省份進(jìn)行應(yīng)用，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。通過對能源實(shí)施監(jiān)控，提高了能源利用率、降低了能耗、節(jié)約了運(yùn)行成本，從而減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)。通過數(shù)據(jù)共享，并結(jié)合公司企業(yè)級中臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的融通及共享。