基于多能源的智慧能源服務平臺研究與設計

顏紅 江熙 周俊超 張丹丹 王雅 李康玉 王婷婷 任曉俊

關鍵詞：智慧能源；需求響應；能效管理；能效大數據

1引言

近年來，我國能源行業不斷向智能化、一體化方向發展。隨著全球能源供應日益緊張，加快能源各領域、各環節的智能化發展，提升我國能源系統的可持續自適應能力，已刻不容緩。

本文基于智能物聯網及能源綜合平臺，研究應用現代通信、大數據、物聯網等技術，為完善能源效率管理、需求響應、智能運營和維護、數據分析、能源生態圈、能源協調、電力交易等業務功能，設計了一種新型的基于多能源的智慧能源服務平臺。

2需求分析

按國家電網發展戰略，客戶側電力物聯網是公司電力物聯網的核心組成部分，借鑒信息物理系統和工業互聯網的理念，客戶側電力物聯網在邏輯上體現為三層架構，即設備物理層、業務管理層和交互應用層。

智慧能源服務平臺作為客戶側電力物聯網的重要組成部分[1]，定位為設備物理層的客戶側綜合能源信息采集監控主體。業務管理層以智慧能源服務應用和綜合能源服務業務管理應用建設為主線。交互應用層提供基于綠色國網和互聯網國網中的綜合能源和各地區能源服務。綜合應用國網企業統一數據中心的成果，協調國網的“營銷2.0”和其他企業級中臺建設，實現一體化的數據共享與業務互通。

3系統架構設計

3.1總體架構

智慧能源服務體系分為物理層、業務管理層和交互應用層：物理層以客戶側用能控制系統（CPS）為基礎：業務管理層以省級智慧能源服務系統為核心：交互應用層以綠色國網和網上國網為主人口，統一提供綜合能源服務。智慧能源服務體系總體架構如圖1所示。

智慧能源服務系統由綜合能源控制、中臺和前臺應用組成。綜合能源控制應用提供數據采集監控等基礎服務：中臺包括物聯管理平臺、業務中臺和數據中臺，分別提供設備管理、業務共享服務、數據處理與分析服務；前臺應用包括智慧能源應用，為用能客戶和第三方提供能效提升、需求響應、多能協同、電力現貨交易代理及能源大數據等服務，為省營銷部和綜合能源服務公司提供項目管理、經營管理和客戶關系管理等服務[2]。

3.2業務架構

智慧能源服務系統包括11項業務功能，即綜合項目管理、電管家公共號、智能運維、現貨交易、能源金融支撐、能源大數據、能效管理、需求響應、能源生態圈、多能協同、綜合能源控制。智慧能源服務系統業務架構如圖2所示。

3.3數據架構

數據模型設計是借鑒統一信息模型的設計思路，圍繞智慧能源服務管理平臺核心業務開展的模型設計工作。其主要涉及7個二級主題域，即設計咨詢域、供能服務域、數據服務域、平臺服務域、檢修管理域、運行管理域、項目建設域，并結合外部系統與新興業務應用，同步拓展、完善及補充相關設備模型，如有需要，將擴充二級主題域。

3.4技術架構

基于多能源的智慧能源服務平臺技術架構參照國網相關信息總體規劃路徑進行設計，整體技術架構如圖3所示。

3.4.1業組件層

（1）業務：通過對共性業務的識別劃分，建設多個共享服務中心。

（2）技術：采用基于SpringCloud的分微服務框架來支撐整個共享服務體系的構建。松解傳統架構下前端與后臺的緊密耦合關系，沉淀、匯聚各類應用服務能力，將服務能力轉化為可重用、共享、可擴展的資產，即微服務。相關技術人員通過調用中臺提供的微服務能力，快速構建應用，最大限度地降低前臺構建成本，實現業務可共享、前端更靈活、資源更協同。

3.4.2數據組件層

數據層基于大數據生態進行構建，以實現各種數據的共享及規范，為病危數據分析、數據處理等提供統一的服務，并賦予前臺用戶畫像、狀態預警、趨勢研判等能力。通過搭建大數據集群服務平臺，開發相關組件，對數據分層和分類。通過對數據建模，實現數據集成和沉淀，以滿足上層應用的需求。

3.4.3物聯管理層

物聯管理層實現連接管理、設備管理、邊緣協同等功能，開放OpenAPI第三關給企業，并使用kafka作為異步消息服務。

3.5安全架構

智慧能源服務系統遵循“等保2.0”，基于《泛在電力物聯網全場景網絡安全防護指導意見》，從邊界安全、網絡安全、主機安全、應用安全、終端安全、數據安全、物理安全等方面開展省級智慧能源服務系統的安全防護工作。

在邊界安全方面，橫向邊界基于公司網絡安全“三道防線”進行防護；縱向邊界以CPS作為用戶資產接人能源控制器，采取等同大區間隔離強度的技術措施進行防護。針對無線通信設置安全接人區，同時安全接人區具備網絡3A認證、網絡隔離、VPN安全通道及訪問控制等功能，并在此基礎上，開展入侵檢測及入侵防御。

在終端安全方面，能源控制器與網關對接支持安全接人，支持對異常流量及行為的安全監測，并通過系統加固及可信驗證等措施確保本體安全。

3.6系統集成

智慧能源服務系統集成包括內部系統集成與外部系統集成。內部系統集成主要包括電信息采集系統、營銷業務應用、輔助決策、綠色國網系統等，采用數據集成或應用集成的方式，實現平臺與各系統之間的數據共享與業務交互：外部系統集成主要包括源網荷系統、調度自動化系統、CPS系統、負荷集成商系統、四表超收系統、智能家居系統、車聯網系統、國網資產數字化管理系統等，采用應用集成的方式，實現平臺與各外部系統之間的業務交互。在目前集成需求尚不明確的情況下，從技術實現與業務交互的角度進行分析，針對能源市場中不斷新建的各類第三方能源服務商平臺等，后期將采取數據集成的方式與這類服務商平臺進行業務交互[3]。

4效益分析

4.1促進企業用能管理規范化、標準化、精益化

通過客戶端智能能源優化控制構建智能能源服務平臺[4]，提高社會能源效率，促進新能源的吸收，推動綜合能源產業的發展；通過可控負荷的靈活控制，促進供需互動、“源網荷儲”協同，提升電網設備利用率和安全運行水平：通過服務客戶智慧用能和價值創造，實現客戶用能降本增效、為客戶提供增值服務、為社會能源企業和相關部門提供咨詢服務，從而促進企業用能管理規范化、標準化、精益化。

4.2節約公司運營成本，提高經濟效益

建設智慧能源服務平臺的經濟效益體現在利用公司各方資源優勢，做強、做優及拓展綜合能源服務，打造網上綜合能源服務平臺，為客戶提供用電綜合服務。同時，利用公司品牌、銷售渠道等優勢，推動公司從供電企業向綜合能源服務提供商的轉變，以節約運營成本，提高公司經濟效益，進而提升公司的市場競爭力。

4.3促進企業能源高效利用，構筑能源發展新格局

通過智慧能源服務平臺的建設，推進泛在電力物聯網的全面發展[5]。在社會效益方面，注重對各種資源、時空、環境的分析和整合，以找到能源發展的新方向，促進社會和諧發展。

5結束語

目前，智慧能源服務系統已在河南、河北、重慶、四川等省份進行應用，且系統運行穩定。通過對能源實施監控，提高了能源利用率、降低了能耗、節約了運行成本，從而減輕環境負擔。通過數據共享，并結合公司企業級中臺，實現了業務數據的融通及共享。