基于“互联网+”的分布式能源智慧云平台构建研究

韩 战 徐志华 刘 蕾 滕小果

（北京燃气能源发展有限公司，北京 100101）

1 总体方案设计

《北京市国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》指出坚持以建设新型“智慧北京”为主线，使“智慧北京”成为首都信息化发展的新形态和新主题[1]。基于“互联网+”的分布式智慧能源云平台的建设既是“智慧北京”紧迫任务，又是企业发展战略的客观要求。

“互联网+”是基于云计算、大数据、物联网、移动互联、人工智能等技术与传统技术的融合，利用互联网平台将互联网思维、信息通信技术融入传统行业的形态演进和深入应用[2]。分布式能源是指分布在用户端的能源综合利用系统，以天然气冷热电三联供为主要供能系统，耦合地源热泵系统、蓄能系统等满足用户端的冷、热、电的负荷，有效提升能源利用效率，从传统火电系统的30%提高到了70%左右[3-6]，大大减少输配系统的成本费用，有效提高能源利用率。

智慧能源云平台以天然气作为基础的能源保障，对电、热、冷等多种能源的生产、输送、消费等各类信息进行智能调度，优化区域能源供应模式，搭建能效机房的建设体系，从而达到“多能协同，智能耦合”的综合能源管理目标。通过全面感知、集中赋能、云端处理，创建了技术、管理、服务三大创新模式，实现了分布式能源管理、交易、服务、交流“四心同步”，有效保障区域“低碳、高效、低成本、可持续”发展。

2 平台架构

（1）物理资源层：物理资源层包括服务器、存储和网络的物理资源，一般建议选择适合于ServerSAN架构的设备，每个节点分别具备计算、存储、网络的能力，进行统一管理。

（2）资源虚拟化层：虚拟化是云计算平台的核心技术之一，即包含服务器虚拟化技术、存储虚拟化技术和网络虚拟化技术，这样才能从底层更好地支持上层云服务。计算虚拟化采用业界广泛使用的KVM技术；存储虚拟化采用Ceph技术，即把每台物理服务器的本地磁盘存储能力整合起来，形成分布式的共享存储资源池；网络虚拟化支持多种标准化网络隔离技术：FLAT、VLAN、GRE、VXLAN，使得租户可在平台界面上可视化快速组建弹性复杂异构网络。

（3）云服务管理层：三层架构里最核心、最重要的就是第三层，即云服务管理层。云计算平台可以自动管理和动态分配、部署、配置、重新配置以及回收资源，也可以自动安装部署应用。平台可以为用户提供自助申请虚拟资源的服务，用户可以自己定义虚拟环境的虚拟基础架构的构成，如服务器配置、数量，存储类型和大小，网络配置等。云平台使用者可通过自服务界面提交请求，每个请求的生命周期由平台维护。

基于OpenStack企业级实现，其底层的云基础架构服务主要以OpenStack社区版为主，增加了对UNIX小型机的支持，并通过专用技术极大增强了KVM虚拟机的高可用性。在应用层，重点以企业客户的需求为中心，大量增加了物理、虚拟资源监控和用户自服务的功能。在对外服务层，增强大量API，用于与企业客户其他环境对接，更有利于用户使用自建云的复杂环境。

云基础架构服务：包括虚拟服务器部署和业务计算模块Nova，实现对KVM、VMware和XEN虚拟机的管理，对Power小型机的管理；包括网络管理模块Neutron，提供云计算环境下的虚拟网络功能，可同时支持多种物理网络类型，支持防火墙服务、节点间VPN服务等；包括统一存储管理Ceph和Cinder模块，支持ServerSAN、IPSAN、FCSAN等各种架构，支持文件存储、对象存储和块存储等各种存储服务模式。

3 部署方案

智慧能源云平台为了大幅度减少带宽和资源的浪费，减轻数据及计算的负载，通过集约化部署，设计了三层平台的架构模式，使各系统安全、稳定地运行。智慧能源管控体系部署方案示意图如图1所示。

图1 智慧能源管控体系部署方案示意图

智慧能源云平台由第一层终端自控平台、第二层网络智慧管控平台、第三层云端智慧能源平台三部分组成。终端自控平台主要进行三联供系统、光伏系统、地源热泵系统、储能系统、电制冷系统等设备的顺启顺停、参数监控、自动控制，最终实现能源站无人值守。网络智慧管控平台首先基于“供需平衡”“满足用户需求”的原则，通过负荷预测，确保用户端实现按需供能。结合仿真平台的建立，搭建工艺系统与自控逻辑的桥梁，打造数字双胞胎系统Digital Twins System，提供最佳的运行策略。最后在区域内实现多能，多站协调优化调度，“多能协同、智能耦合”。云端智慧能源平台以云计算为基础，采用模块化的设计，根据不同部门的应用需求，开发能源管理、项目管理、决策支持、移动APP。

4 能源数据

能源数据是智慧能源云平台的传输“血液”，搭建智慧能源云平台的指标体系主要分为项目基本信息、经济、能源、能效、环保、质量6大类指标。

云端智慧能源平台包括能源管理、项目管理、决策支持、移动APP四大功能模块。云端智慧能源平台功能结构如图2所示。

图2 云端智慧能源平台功能结构

能源管理：（1）通过对多能源站、多系统的实时耗能、供能的统计分析，全面掌握能源的消耗现状，为进一步进行能耗的管理提供数据信息依据；（2）在能源大数据模块基础上，系统按照综合能源利用效率、各分系统能效值、设备运行效率三个层次构建树形能效指标体系，实现整个能源站信息资源的合理共享与分配，确保能源站处于高效、节能的最佳运行状态，构建能效机房；（3）从能源中心总运行成本做起，按照工艺系统流程结构图，逐步向下分总能源成本、单系统水电气分项成本、设备水电气分项成本三个层次进行分析，从而宏观把握各区域能源站的成本、收入、利润，并按时、日、月、季、年度统计，通过系统经营分析，挖掘利润点，给出运行策略建议，降低能源站费用，提高利润；（4）通过对标现各能源站与行业之间技术指标，找出差距，实现行业引领。

项目管理：（1）监视模块针对多个能源站的运行参数、能耗数据，以及经营状况进行全局监视，达到在数据中心层级上对每个能源站基本运营参数进行全局监视，实现无人值守；（2）提供系统集中展示、分析判断和处理报警的功能，实现智能预判，变被动维修为主动维护；（3）实现能源站统一的设备台账管理、备品备件管理、维修保养管理，形成设备全生命周期评优库；（4）加强班组基础管理，充分收集班组行为，建立核心指标，自主开展行为节能。

决策支持：（1）决策支持系统根据历史数据分析以及能耗综合分析，配合集团公司给出商务、技术和财务三方面合理性的判断，并给出优化指导建议；（2）安全管理报告、故障分析报告、运行分析报告、经营分析报告等；（3）开放国内外能源站接入，与智慧城市对接，共享能源大数据。

能源魔方：可从多数据、多维度、多对象、多设备进行各种统计汇总分析生产多种统计图表。以指标体系为依托，通过数据建模分析设备运行的合理性，提供预警与相关分析的基础：①归属维度：按照“集团-区域-项目”三级方式显示各级的能效、能耗、成本等指标；②系统层级维度：项目内部按照“能源站-系统-设备”三级方式显示各级的能效、能耗指标；③指标维度：单位面积能耗、度日能耗、单位面积成本、能效指标查询分析等；④时间维度：同一区域内不同项目的单位面积能耗、度日能耗、单位面积成本、能效指标等对比分析；不同区域内不同项目的单位面积能耗、度日能耗、单位面积成本、能效指标等对比分析。

移动APP分为管理人员和项目人员两种功能模式，管理人员通过消息推送、实时监控，随时随地掌控项目信息。项目人员在线实现现场巡检、自助抄表、事件上报、日报推送、移动运维、任务跟踪，减少运维工作量，节省项目人工成本。

5 系统特点

智慧能源云平台让系统“苏醒”，使数据“说话”。

认清自己：通过核心数据全搜集、全对比，充分了解运营状况、经营情况；

智能运营：看数据、比数据、管数据通过建立能耗指标，驱动项目班组自主节能和提高运维质量；提供诊断服务，寻找节能突破口，落实节能优化措施；

利润挖掘：细化项目的利润和成本结构，总体把控运营成本，挖掘利润点，为企业创造更多的价值；

项目管理：对于公司多区域、多业态、多项目实行统一科学的管理，确保核心数据实时性、准确性、统一性；

移动预判：业务部与运营管理部互相了解运营指标，通过内置功能，业务部能实现方案的移动预判（掌上专家）；

信息共享：打造“能储地图”“低碳能脉”，对接智慧城市，调动资源，实现绿色低碳能源信息社会化共享。

6 结语

本文基于“互联网+”分布式能源，以燃气为基础能源保障，结合地热能、太阳能、蓄能、储能技术，构建了一套能源管理云平台系统，为分布式能源项目的建设提供很好的技术支撑与示范，以智能化的调度平台有效保障区域能源供应，对能源互联网的发展建设提供一定的借鉴意义。