基于智慧管理云平台的区域综合能源服务体系架构

清洁能源基于智慧管理云平台的区域综合能源服务体系架构

范来富1，戴晶晶1，张建浩2，徐岩2

（1.国网淮安供电公司，江苏淮安223001；2.华北电力大学，河北保定071000）

摘要：随着区域经济的发展和产业规模的扩大，联动行业上下游及相邻产业，构建完整的智慧能源产业生态圈，全面释放智慧能源服务产业的社会价值和金融价值。以区域的优质负荷资源为基础，构建基于“源-网-荷-储-调”的综合能源智慧管理系统及平台，打通综合能源服务体系底层至顶层，实现综合能源体系中能量流、信息流和价值流的全面融合。平台可用于支撑区域内的综合能源运营商、数据和网络服务，驱动区域经济的发展，同时可基于优质的用户资源和产业结构服务能力提供丰富多样的金融属性产品及服务。关键词：智慧管理云平台；区域综合能源服务；架构；现代通信技术中图分类号：TM593随着能源结构加快转型和电力体制改革进程的加速[1]，以及智能电网、智慧能源、能源互联网等能源利用形态的快速发展，国家电网公司提出了“做强、做优、做大”综合能源服务业务，推动公司由电能供应商向综合能源服务商转变的发展思路[2]，并将综合能源服务列入主营业务和新的利润增长点[3]，力求进一步推动“以电力为中心枢纽”[4]的综合能源服务模式的发展。现阶段，综合能源服务体系建设仍处于起步阶段，面临着业务类型多、用户需求差异大、协商机制和交易模式多样化、交易的安全性和服务实时性要求高、运行体系管控难度大等[5]问题，因此需要建立一个合理规范的综合能源服务体系架构，以提升综合能源的优化配置和用户需求的满意度，加强各能源间的互动交流。

文献[6]对智慧能源综合服务平台项目进行初步规划，文献[7]构建以泛在电力物联网技术为支撑的用户侧用能服务平台，为多种用户提供综合能源增值服务，文献[8]提出了综合智慧能源服务的概念，但未具体说明通过何种技术架构实现此概念，文献[9]提出了一种综合能源互联网云平台建设方案，为政府、能源消费者、能源运营商、能源产品与服务大类用户提供智慧化能源服务。本文结合现阶段综合能源服务体系的发展现状和技术支撑，考虑到现有文献存在的不足，提出基于智慧管理云平台的区域综合能源服务体系架构，构建适用于综合能源近期和远景服务的智慧管理体系，打通综合能源服务体系底层至顶层，实现综合能源体系中能量流、信

息流和价值流的全面融合。

1综合能源服务体系架构

1.1

设计目标和业务划分

本文的智慧管理云平台服务于区域综合能源，控制中心部署在区域内的综合能源站，配置相应的智慧管理数据中心和调控中心。系统主要设计目标，即9个能力的建设：

针对不同物理网架的“灵活适应”能力；针对复杂多能网络的“全景感知”能力；针对分布式能源产销的“即插即用”能力；针对“源—网—荷—储”构架的“协调控制”能力；针对新型场景业务的快速“灵活部署”能力；针对算力、存储等资源的“弹性扩展”能力；针对多方参与的“低成本共识”能力；针对复杂能源市场环境下的“跨区交易结算”能力；针对高度信息化构架的“安全防护”能力。

根据综合能源的业务需求板块对具体业务进行细分，划分为4大类业务，如图1所示，包含但不限于图1中所列内容，前期业务以区域能源网络的建设、投资、运维为主，中期转向基于能源的信息衍生服务和灵活的能源市场交易，后期转向多样化的能源类金融产品开发。1.2

体系构架

综合能源服务体系的ICT（informationcommu-nicationtechnology）构架是为满足整个区域体系的综合运维管理而服务，综合运用现代信息技术如能

2019年第12期总第391期

RURALELECTRIFICATION57清洁能源源互联网技术、云计算、人工智能、物联网通信大数据以及能源需求侧管理措施等，对区域内各用户所消耗的能源实现在线监测，动态分析和集中管理，价值效益层能源金融属性释放分布式点对点能源交易区块链+行业的新型商业模式建立“自主负荷，主动响应”新机制，同时依托数据量测技术和设备状态感知等手段实现精细化，信息化能源管理，提升区域综合能源管理水平，降低能源供给运维成本。通过“源—网—荷—储”协同优化，实现供需互动，多能互补，多能互济，提升能源体系整体效率，如图2所示。同时系统构架的实施有助于加强网络与用户的互动能力，引导用户科学用能，提高能源综合服务效率。

能源直供建设规划能源批发网络运营能源团购需求响应能源定制虚拟发电多能互补能效电厂能源储存能源托管 。。。。 。。。。核心业务新能源建设运维检修发电建设设备巡检网络建设节能咨询节能改造规划咨询配网投资能效分析充电站/桩方案定制 。。。。 。。。。图1

综合能源服务业务分解

能源供应能源配置能源消费连接能源供应企业、电网企业、能源用户新能源企生产业企业企业发电数据大数据物联网用户数据厂综合能政府能源数据综合能源管理能源中心平中心源水气供台消热提应用户服综合能源费务互动供商分析诊断商业连接设移动中心中心备与人云计算连接设能源5G备与人服务居民设备数据图2综合能源服务体系目标框架

综合能源区块链的建设与云平台的建设不存在

NO必然关联，适用于区域内的能源、信息、数字资产ITAC的价值转移，因此进行单独设计。

IFIR综上所述，综合能源的智慧管理平台依托云计TCE算作为算力支撑搭建，以大数据、人工智能、物联LEL网、5G通信等技术加以技术赋能，以能源区块链技ARU术为核心完成价值重构和转移。

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服务应用层分布式云计算支撑平台能源大数据应用/需求侧响应基于AIoT的云端在线服务网络信息层在线/无线专网物联网接入增强版智能终端/区块链节点物理构架层分布式能源/多能互补交直流配网储能/虚拟电厂图3综合能源服务体系构架

综合能源系统具有能源网络和互联网的双层构架，前者提供基础的供能支撑服务，后者依托现代互联网技术进行能源服务价值的二次发掘。综合能源的整体技术构架由4部分组成，分别是物理构架

层、网络信息层、服务应用层和价值效益层，如图3所示。其中，沟通物理结构层和网络信息层的技术桥梁是ICT技术和IOT(internetofthings)技术，沟通网络信息层和服务应用层的技术桥梁是现代调控自动化技术以及类似区块链之类的新兴技术。整个架构自底层向上层完成了能量、数据、价值的联动。

2基于智慧服务云平台的综合能源服务实施方

案

综合能源智慧管理平台以“区域协同互补、微

网分布自律、终端双向互动”为原则，采用分层分区、协调控制的模式，接入供能区域内的能源系统，结合分布式电源、负荷侧互动、储能等源荷储典型装置，与集地源热泵、蓄冷装置等冷热电多能互补综合利用系统协调，实现综合能源网络建模与拓扑分析，融合交直流互补控制系统，对整个供能区域内的源、网、荷、储进行协调优化控制，并对协调控制策略、调控对象、控制效果进行全景可视化展示，提高供能区域内能源网络整体安全水平和运行效率、最大化消纳清洁能源。

同时智慧管理平台的建设充分考虑技术、业务的快速发展所带来的系统性迭代需求，在构架设计上具备良好的弹性，负荷系统构架演进的发展诉求。

2.1

核心构架设计

2.1.1算力支撑构架

本文的算力构架基于云计算平台实现，前期完成基础构架的搭建和基础业务的搭建，软硬件资源按前期规模配置，后期根据业务增长和区域负荷增长的情况，酌情扩展云平台底层资源池的规模，如图4所示。

接入层门户云服务中心应用控制台应用层微微微微微部署配置应应应应应监控调度用用用用用应用多租户弹性计算分布式服务总线（统一服务访问）对象存储服务层注册中心服务网关服务监控配置中心弹性伸缩一键部署微服务微服务微服务微服务微服务灰度发布故障自愈数据层全业务统一数据中心全链路监控负载均衡数据库数据库数据库数据库接口服务资源层云基础设施云平台组件基础硬件集中式云资源调控系统分布式云操作系统应用构建信息集成数据处理云计算平台图4综合能源智慧管理系统的云计算构架

2.1.2价值转移构架

本文能源体系的价值重构和转移依托区块链技术开展。能源区块链建设按联盟链形式搭建，如图5所示。主要服务对象为本方案供能区域内的价值转移以及远景的跨区交易结算。即前期主要服务于区域内的分布式能源点对点交易、能源合同管理、能源网络数据安全，后期开放基于能源属性的金融产品服务。

智慧能源联盟链分布式能源点对点交互/数字资产安全智能合约PBFT、Paxos、Raft（可插拔）全节点（核心节点）中转节点轻节点物联网接入大数据支撑（智能终端）（基于云计算平台）图5能源区块链的核心构架清洁能源2.2平台搭建方案

本文的综合能源智慧管理系统，包括系统后台

和终端采集装置，通信通道设计由专业的通信规划完成。系统后台独立部署于综合能源站，搭建独立的智慧管理系统数据中心，系统构架本期按独立主站+云平台的模式搭建，并逐步过渡到完全基于云平台的构架体系，终端采集装置根据商务区的实际情况进行分类配置。

系统后台根据搭建方案分为智慧管理系统数据中心、云计算中心和智慧管理大厅，分别独立部署。智慧管理系统数据中心用于部署智慧管理系统主站系统以及配套的UPS电源、精密空调和配电设备；云计算中心用于部署云计算平台所需的服务器、网络设备以及配套的UPS电源、精密空调和配电设备；智慧管理大厅用于部署智慧管理系统大屏、协控席位和综合展示系统。

2.2.1基于“云平台”的智慧管理系统

完全基于云平台搭建的综合能源智慧管理体系如图6所示，区域内的核心为综合能源智慧管理平台，类似于传统的调控机构，其主要职责是确保区域能源网络的安全、稳定、可靠运行，确保与主网网架的稳定连接，不解列，不孤网运行，并在此基础上开展区域范围内的综合能源业务。不同于传统的调控机构，其主要生产、管理部门依托技术、业务的特性进行精简规定，遵循一体化平台、数据共享、流程高效、业务灵活的设计思路，底层构架为

2套独立的云平台分别服务于安全等级要求不同的核心业务和非核心业务。

综合能源服务平台控制区非控制区大数据生产管理公共服务企业私有云平台服务企业公有云平台服务园区管委会并网变电站分布式能源天然气能源（核心节点）（核心节点）（核心节点）（核心节点）区块链区块链区块链区块链核心节核心节核心节核心节点点点点变电站环网柜中型负荷大型负荷（中转节点）（中转节点）（中转节点）（中转节点）区块链区块链区块链区块链中转节中转节中转节中转节RURAL点点点点环网柜充电桩小型负荷中型负荷（轻节点）（轻节点）（轻节点）（轻节点）区块链区块链区块链区块链轻节点轻节点轻节点轻节点图6基于云平台搭建的综合能源智慧管理体系

ELECTRIFICATION2019年第12期总第391期

59清洁能源同时，综合能源智慧管理平台作为能源区块链的核心节点，单独建设区块链核心节点设备，和供能区域内的其他节点构成分布式能源点对点交易的服务体系。

依托云平台的业务内容划分如下，将控制区业务、非控制区业务、大数据业务部署在私有云平台之上，将生产管理类业务和对外开放的公共业务部署在公有云平台之上。以下列举规划阶段的主要业务归类，具体实施阶段按需配置部署。

由于目前在业内，云平台并不存在一个统一的标准构架和建设模式，因此云平台的详细硬件结构将根据云平台服务供应商而定。鉴于本文的技术需求和安全性考量，建议采用专有云平台的模式。2.2.2基于“独立主站”的智慧管理系统

根据上述分析，现阶段将所有业务部署在“云端”存在一定的技术性风险，基于安全性考量，拟将综合能源智慧管理业务中的实时核心业务部署在独立建设主站系统上，待“云平台”部署完毕后，逐步将主站端业务迁移到“云端”，并将现有主站作为智慧管理平台的本地热备系统运行。

此主站仅服务于供能区域的控制区业务（实时性核心业务），非实时的生产管理类等业务直接上云，因此主站系统分为控制区、非控制区和管理区等三部分。

系统硬件采用国际上通用的、标准的、先进的和适合自身系统的设备，关键设备配置双路独立电源、冗余配置，满足性能稳定、维护方便和灵活可扩展的要求。2.2.3业务部署方案

综合能源智慧管理平台的业务根据数据的实时性差异和重要程度分为控制区业务、非控制区业务、管理区业务以及营销相关的交易类业务。

综合能源网络的核心部分是电网，因此关于配网的业务单独设置，其余关于热网、气网以及分布N式能源的管理，统一纳入到综合能源类业务统筹管OIT理。

ACIF控制区业务包含配网实时业务、综合能源智慧IRTC管理业务；非控制区业务包括配网非实时业务、综ELE合能源分析诊断业务、大数据应用业务；管理区业LAR务包括综合能源服务业务、办公管理业务、公众服

UR602019年第12期总第391期

务业务等；交易类业务包括综合能源计量、结算、区内和跨区交易等。

控制区和非控制区业务直接关于综合能源网络的日常运维控制，服务于综合能源服务企业内部，因此统一部署在私有云平台之上。管理区业务部署在公有云平台之上，并考虑随着供能服务公司的角色转型和业务拓展需求，逐步开放公众服务业务。根据本文的构架实施步骤，初期方案中，控制区业务部署在独立主站，后期逐步转移至私有云平台，与非控制区业务一并管理（经安全分区隔离）。

此外，涉及交易类的业务较为特殊。根据目前的技术条件和区块链技术的成熟度，可先部署在非控制区的私有云平台之上。结合区块链技术的试点和完善工作，远景全部纳入到能源区块链的业务范畴，与云平台独立建设。

3结束语

本文通过建立基于智慧管理（体系）云平台的区域综合能源服务架构，构建适用于综合能源近期和远景服务的智慧管理体系，打通综合能源服务体系底层至顶层，实现综合能源体系中能量流、信息流和价值流的全面融合。

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（责任编辑：张峰亮）