基于多能源的智慧能源服务平台研究与设计

颜红 江熙 周俊超 张丹丹 王雅 李康玉 王婷婷 任晓俊

关键词：智慧能源；需求响应；能效管理；能效大数据

1引言

近年来，我国能源行业不断向智能化、一体化方向发展。随着全球能源供应日益紧张，加快能源各领域、各环节的智能化发展，提升我国能源系统的可持续自适应能力，已刻不容缓。

本文基于智能物联网及能源综合平台，研究应用现代通信、大数据、物联网等技术，为完善能源效率管理、需求响应、智能运营和维护、数据分析、能源生态圈、能源协调、电力交易等业务功能，设计了一种新型的基于多能源的智慧能源服务平台。

2需求分析

按国家电网发展战略，客户侧电力物联网是公司电力物联网的核心组成部分，借鉴信息物理系统和工业互联网的理念，客户侧电力物联网在逻辑上体现为三层架构，即设备物理层、业务管理层和交互应用层。

智慧能源服务平台作为客户侧电力物联网的重要组成部分[1]，定位为设备物理层的客户侧综合能源信息采集监控主体。业务管理层以智慧能源服务应用和综合能源服务业务管理应用建设为主线。交互应用层提供基于绿色国网和互联网国网中的综合能源和各地区能源服务。综合应用国网企业统一数据中心的成果，协调国网的“营销2.0”和其他企业级中台建设，实现一体化的数据共享与业务互通。

3系统架构设计

3.1总体架构

智慧能源服务体系分为物理层、业务管理层和交互应用层：物理层以客户侧用能控制系统（CPS）为基础：业务管理层以省级智慧能源服务系统为核心：交互应用层以绿色国网和网上国网为主人口，统一提供综合能源服务。智慧能源服务体系总体架构如图1所示。

智慧能源服务系统由综合能源控制、中台和前台应用组成。综合能源控制应用提供数据采集监控等基础服务：中台包括物联管理平台、业务中台和数据中台，分别提供设备管理、业务共享服务、数据处理与分析服务；前台应用包括智慧能源应用，为用能客户和第三方提供能效提升、需求响应、多能協同、电力现货交易代理及能源大数据等服务，为省营销部和综合能源服务公司提供项目管理、经营管理和客户关系管理等服务[2]。

3.2业务架构

智慧能源服务系统包括11项业务功能，即综合项目管理、电管家公共号、智能运维、现货交易、能源金融支撑、能源大数据、能效管理、需求响应、能源生态圈、多能协同、综合能源控制。智慧能源服务系统业务架构如图2所示。

3.3数据架构

数据模型设计是借鉴统一信息模型的设计思路，围绕智慧能源服务管理平台核心业务开展的模型设计工作。其主要涉及7个二级主题域，即设计咨询域、供能服务域、数据服务域、平台服务域、检修管理域、运行管理域、项目建设域，并结合外部系统与新兴业务应用，同步拓展、完善及补充相关设备模型，如有需要，将扩充二级主题域。

3.4技术架构

基于多能源的智慧能源服务平台技术架构参照国网相关信息总体规划路径进行设计，整体技术架构如图3所示。

3.4.1业组件层

（1）业务：通过对共性业务的识别划分，建设多个共享服务中心。

（2）技术：采用基于SpringCloud的分微服务框架来支撑整个共享服务体系的构建。松解传统架构下前端与后台的紧密耦合关系，沉淀、汇聚各类应用服务能力，将服务能力转化为可重用、共享、可扩展的资产，即微服务。相关技术人员通过调用中台提供的微服务能力，快速构建应用，最大限度地降低前台构建成本，实现业务可共享、前端更灵活、资源更协同。

3.4.2数据组件层

数据层基于大数据生态进行构建，以实现各种数据的共享及规范，为病危数据分析、数据处理等提供统一的服务，并赋予前台用户画像、状态预警、趋势研判等能力。通过搭建大数据集群服务平台，开发相关组件，对数据分层和分类。通过对数据建模，实现数据集成和沉淀，以满足上层应用的需求。

3.4.3物联管理层

物联管理层实现连接管理、设备管理、边缘协同等功能，开放OpenAPI第三关给企业，并使用kafka作为异步消息服务。

3.5安全架构

智慧能源服务系统遵循“等保2.0”，基于《泛在电力物联网全场景网络安全防护指导意见》，从边界安全、网络安全、主机安全、应用安全、终端安全、数据安全、物理安全等方面开展省级智慧能源服务系统的安全防护工作。

在边界安全方面，横向边界基于公司网络安全“三道防线”进行防护；纵向边界以CPS作为用户资产接人能源控制器，采取等同大区间隔离强度的技术措施进行防护。针对无线通信设置安全接人区，同时安全接人区具备网络3A认证、网络隔离、VPN安全通道及访问控制等功能，并在此基础上，开展入侵检测及入侵防御。

在终端安全方面，能源控制器与网关对接支持安全接人，支持对异常流量及行为的安全监测，并通过系统加固及可信验证等措施确保本体安全。

3.6系统集成

智慧能源服务系统集成包括内部系统集成与外部系统集成。内部系统集成主要包括电信息采集系统、营销业务应用、辅助决策、绿色国网系统等，采用数据集成或应用集成的方式，实现平台与各系统之间的数据共享与业务交互：外部系统集成主要包括源网荷系统、调度自动化系统、CPS系统、负荷集成商系统、四表超收系统、智能家居系统、车联网系统、国网资产数字化管理系统等，采用应用集成的方式，实现平台与各外部系统之间的业务交互。在目前集成需求尚不明确的情况下，从技术实现与业务交互的角度进行分析，针对能源市场中不断新建的各类第三方能源服务商平台等，后期将采取数据集成的方式与这类服务商平台进行业务交互[3]。

4效益分析

4.1促进企业用能管理规范化、标准化、精益化

通过客户端智能能源优化控制构建智能能源服务平台[4]，提高社会能源效率，促进新能源的吸收，推动综合能源产业的发展；通过可控负荷的灵活控制，促进供需互动、“源网荷储”协同，提升电网设备利用率和安全运行水平：通过服务客户智慧用能和价值创造，实现客户用能降本增效、为客户提供增值服务、为社会能源企业和相关部门提供咨询服务，从而促进企业用能管理规范化、标准化、精益化。

4.2节约公司运营成本，提高经济效益

建设智慧能源服务平台的经济效益体现在利用公司各方资源优势，做强、做优及拓展综合能源服务，打造网上综合能源服务平台，为客户提供用电综合服务。同时，利用公司品牌、销售渠道等优势，推动公司从供电企业向综合能源服务提供商的转变，以节约运营成本，提高公司经济效益，进而提升公司的市场竞争力。

4.3促进企业能源高效利用，构筑能源发展新格局

通过智慧能源服务平台的建设，推进泛在电力物联网的全面发展[5]。在社会效益方面，注重对各种资源、时空、环境的分析和整合，以找到能源发展的新方向，促进社会和谐发展。

5结束语

目前，智慧能源服务系统已在河南、河北、重庆、四川等省份进行应用，且系统运行稳定。通过对能源实施监控，提高了能源利用率、降低了能耗、节约了运行成本，从而减轻环境负担。通过数据共享，并结合公司企业级中台，实现了业务数据的融通及共享。