新能源云平臺架構設計研究與分析

郭婕娟 馮鋒

摘 要：為了改變傳統能源發展模式造成的能源浪費，環境污染等突出問題，文中結合“大云物移智鏈”、邊緣計算、云霧協同等先進的信息通信技術，構建了一種新型高效的能源云平臺架構，從業務、數據、技術、應用以及具體部署方面進行了詳細設計。云平臺通過整合電源端、電網端、用戶端、制造企業、運維企業、金融機構、行業協會等各能源方的信息數據資源，實現“全環節、全貫通、全覆蓋、全生態、全場景”的新能源服務。

關鍵詞：電力;新能源;云平臺;云架構;部署架構;資源整合

中圖分類號：TP391;TK01文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）11-00-03

0 引 言

傳統的能源發展模式使得能源浪費嚴重，環境問題突出。隨著“大云物移智鏈”、邊緣計算、云霧協同等先進信息通信技術的發展，研發圍繞電力新能源規劃建設、并網運行、電力交易全環節，建設集環境承載力、企業內部管理、電力供需預測、消納能力計算等功能于一體的云平臺已經是社會發展必然趨勢。通過云平臺可以優化新能源管理的相關標準及業務流程，提升新能源管理水平和效率，帶動新能源產業鏈上下游共同發展，為政府、企業、電源用戶等提供一站式全流程服務。

構建電力新能源云平臺，通過整合電源端、電網端、用戶端、制造企業、運維企業、金融機構、行業協會等各方資源，建立“橫向協同，縱向貫通”的管理體系[1]。實現“全環節、全貫通、全覆蓋、全生態、全場景”的電力新能源服務，為政府部門、電力企業、各類客戶、各類智庫提供詳實、可靠的數據和政策分析，引導新能源規劃布局，促進新能源科學開發、有序并網和高效消納，推動傳統能源結構轉型。

1 架構設計要求

以用戶為中心，堅持生態開放，一處存儲，處處共享。構建開放共享生態體系，統一標準與服務并開放給各級應用主體，吸引產、學、研、政等外部用戶在平臺上開發應用，發揮各方創新能力，共同參與，實現數據與服務的共享[2]。堅持以需求為導向，從實際出發，快速響應，注重建設實效，使新系統架構更好用、更實用。

2 架構設計分類

2.1 新能源云平臺業務架構

電力新能源云平臺通過業務云平臺整合多個能源業務模塊，統籌能源專業數據，強化能源系統應用;整合所有能源業務系統的數據信息，打通縱向和橫向的業務數據交互;建立起“橫向協同，縱向貫通”的新能源管理體系[3]，實現平臺數據資源的共享和集中管控，打破各企業之間的業務壁壘，建立起更為便捷、有效的合作關系，提高工作效率，提升服務質量，促進“放管服”改革。

新能源云平臺業務架構如圖1所示。業務平臺將整合環境承載力、資源分布、消納能力計算、規劃計劃、電源用戶、廠商管理、電力供需、政策研究、內部運行管理、系統管理、新技術、負荷用戶等業務。環境承載力業務涵蓋氣象、環境保護、地理、社會經濟效益等各種信息;資源分布業務涵蓋風力、水力、礦產、石化等資源信息，以及資源儲量、品質分析、出力特性等分析數據;其他業務涵蓋了政策解讀分析、經濟政策分析、供求預測、規劃建設、智能技術等。

2.2 新能源云平臺應用架構

新能源云平臺依托中心節點和各邊緣節點的數據中臺，由總部和各分部組成中心節點和邊緣節點，各節點面向內外部用戶提供數據分析、決策應用、專業管理等平臺化、數字化服務[4]。此外，它也提供環境承載力、資源分布、規劃計劃、廠商、電源用戶、公司內部運行管理、負荷用戶、電力供需預測、消納能力計算、新技術數據分析應用等服務。

新能源云平臺應用架構如圖2所示。內外部用戶（政府、企業、從業人員、運維人員、業務用戶等）通過各自的接入點訪問所需的信息和服務。其應用主要整合為三大模塊，即服務應用、專業管理、決策應用。不同應用提供相應的數據信息進行發布和展示，滿足不同用戶的請求。所有的應用都基于數據中心，通過數據分析應用模塊進行交互和數據分析。

2.3 新能源云平臺技術架構

新能源云平臺采用“微服務、微應用”架構，基于客戶服務業務中臺的用戶中心、工單中心、訂單中心等，以及數據中臺構建新能源應用服務。

新能源云平臺技術架構體系如圖3所示。新能源云平臺根據能源和服務的具體布局，將云平臺由上而下分為四層進行設計，具體為應用層、平臺層、網絡層、感知層[5]。

（1）應用層主要通過集成各層級“微應用”，打造新能源業務應用生態。

（2）平臺層主要解決通用基礎功能的共建共享和數據管理問題。基于業務中臺和數據中臺提供支撐各層級應用的公共服務組件能力、系統彈性部署能力、數據標準化接入以及貫通交互流轉等能力。

（3）網絡層主要解決中心節點、邊緣節點以及內外網數據傳輸問題。依托5G網絡技術、電力專線、電力光纖等網絡技術，實現中心節點與邊緣節點、內部節點與外網節點的互聯互通。

（4）感知層主要解決各類新能源數據采集問題。通過智能移動終端、計算分析終端等終端感知設備對新能源信息進行全方位感知，提升管理實效。

3 新能源云平臺架構設計

新能源云平臺技術路線和技術架構采用“微服務、微應用”架構[6]，從上而下依次分為應用服務層SaaS、公共服務層PaaS、數據層DaaS和資源層IaaS。云平臺分層架構設計如圖4所示。

應用服務層SaaS：云平臺以SaaS形式運行，提供統一的運營管理服務，可提升新能源云平臺的運營效率與用戶體驗。它具有環境承載力、資源分布、規劃計劃、廠商、電源用戶、公司內部運行管理、負荷用戶、電力供需預測、消納能力計算、新技術、政策研究、系統管理等功能，采用微服務架構進行分布式開發部署。

公共服務層PaaS：利用云平臺PaaS提供容器治理、日志服務、安全管理、任務管理、微服務治理、資源調度等功能，并提供流程、權限、多維分析、分布式離線處理、郵件、模型算法、實時流處理等公共服務。

數據層DaaS：基于全業務統一數據中心實現基礎數據匯聚，開展數據分析，對分析結構或者算法提供編程接口，讓數據成為服務。數據接入模塊可以通過ETL、消息、文件方式將數據接入系統。數據預處理模塊將數據進行清洗、轉換，并形成標準數據。數據存儲模塊提供關系型數據庫、時序數據庫、全文檢索庫、分布式文件系統、圖數據庫、數據倉庫等多種存儲方式。數據管理模塊管理數據的定義。

資源層IaaS：由成熟云產品提供基礎設施服務，實現計算、存儲、網絡虛擬化，并對這些資源實時監控，保證資源的可靠性，提高資源的利用率，實現應用層面的備份。

4 新能源云平臺數據架構

數據架構遵循SG-CIM數據模型，對結構化、非結構化、綜合數據統一規劃。按照數據隨關聯應用就近部署的原則，中心節點、邊緣節點兩級規劃新能源云數據處理、存儲策略[7]。邊緣節點數據統一存儲在邊緣節點數據中心，結果及展示類數據通過UEP組件上傳至中心節點平臺進行數據處理展示。

云平臺設立云數據中心統一進行數據的分類、處理、分析及展示。中心節點產生的數據形成數據集市，與云平臺建立數據通道，將數據送到云平臺數據中心;與中心節點對應的所有邊緣節點形成各自的數據節點中心，將綜合數據（結構化數據、非結構化數據、綜合數據）按照云平臺規則處理，通過UEP組件技術傳到云平臺數據中心;云平臺對應的外部以及內部應用，通過云采集中心進行數據采集和處理。

新能源云平臺將各個能源企業內部財務管控系統、規劃計劃系統、基建管控系統、電能質量在線監測系統、輸變電設備狀態監測數據、供電電壓采集系統、營銷業務管控、電能服務管理平臺、用電信息采集系統、營銷業務應用、全國統一電力市場技術支撐平臺、科技管理系統、經法系統、協同辦公系統等進行數據交互，對外使用統計局、發改委、氣象局、環保局、國土資源局、文物局等單位提供的專業數據。利用建站并網、運行監測、金融交易、運維檢修等服務，經過大數據分析對內部業務應用和外部客戶服務提供數據支撐。

5 新能源云平臺部署架構

新能源云平臺應用一級部署在中心節點，主要部署環境承載力、資源分布、規劃計劃、廠商、電源用戶、公司內部運行管理、負荷用戶、電力供需預測、消納能力計算[8-10]、新技術、政策研究、電價補貼、儲能、輔助決策及大數據分析應用;支撐平臺消納能力計算、電力供需預測、各企業內部運行管理等功能的前置數據交互服務、邊緣計算分析服務及業務連接服務兩級部署，都部署在邊緣節點，通過數據中臺實現跨系統數據貫通共享。各分節點（各企業或者機構）在所在的數據核心出口部署數據中心，用于數據采集和處理。中心節點（各企業總部或者集團核心）在數據出口部署數據中心，互聯網業務區和對外服務區成立數據中心，將采集的互聯網業務數據通過隔離裝置傳輸到內部管理信息大區，再通過云平臺處理。云平臺部署架構如圖5所示。這種部署方式可以高效實現數據共享和交互。

6 結 語

本文通過分析新能源的業務、應用服務、數據處理等方面的問題，提出了新能源云平臺的架構體系建設;從新能源的業務架構、數據架構、應用架構以及部署架構進行了研究和分析，提出一套高效的云平臺運行架構;整合多個能源業務模塊，統籌能源專業數據，打破企業之間的業務壁壘，建立更為便捷、有效的合作關系，提高工作效率，提升服務質量。

參考文獻

[1]張運洲.關于能源電力發展重大問題的看法[J].電氣應用，2019，38（10）：4-6.

[2] LUCOVSKY A R K M，COLLISON E R E K D，SPIVAK A D I M V，et al.Cloud platform architecture：USA，8627426 [P]. 2014-01-07.

[3]謝祥穎，徐璐.為建設新能源云提供有力支撐[J].國家電網，2019，14（12）：36-37.

[4]劉勇，閆魯杰.基于物聯網、云計算和大數據的工業能源管理系統[J]. 供用電，2014，31（12）：28-32.

[5]劉強.泛在電力物聯網：板塊共振鼓手，提升行業發展空間和預期[J].國家電網，2019，14（10）：12-13.

[6]周劍，張明新. 云計算平臺即服務PaaS架構研究與設計[J].常熟理工學院學報，2012，26（8）：85-88.

[7]楊宏宇，屈衛鋒. 能源互聯網信息特征及其云平臺處理技術[J]. 信息化建設，2016，19（12）：84.

[8]劉飛，陶昕，張祥成，等. 基于電網消納能力的新能源發展策略研究[J]. 電氣技術，2019，20（6）：50-55.

[9]劉明燦，鄭航林，黃聿.基于電網的節能服務管理平臺技術[J]. 現代建筑電氣，2014，5（8）：1-4.

[10]王藝霖. 基于大數據技術的電信用戶畫像系統的實現與應用[D]. 北京：北京郵電大學，2018.