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智能电网架构的目标原则和智能电网架构的演进路线探讨

2018年06月12日 15:29 次阅读

引言

随着对智能电网的迫切需求,各国正在加快部署和推进智能电网建设。很多国际组织已经纷纷发布了一系列智能电网架构白皮书、标准和路线图等,并且仍在不断改进和研究中[1]。如美国国家标准与技术研究院(NIST)先后发布了《智能电网互操作体系框架和路线图》的1.0版、2.0版和3.0版草案,将智能电网划分为7个领域,侧重互操作性,提出了一系列的标准、规范和指南,并制订了优先行动计划;国际电工委员会(IEC)第57技术委员会(TC57)的核心标准之一——IECTR 62357对智能电网的参考架构框架进行了描述,包括数据模型、服务、协议以及面向未来系统集成的所有应用程序的融合[2-4]。

中国在智能电网标准方面也做出了一定的贡献,如IEEE 1888工作组提出泛在绿色社区控制网络标准,为构建能源互联网实现智慧化的“创能、储能、节能”;IEC PC118工作组侧重用户侧系统/设备的信息交换接口,并已形成《智能电网用户接口技术规范》[5-6]。然而,中国在智能电网架构方面还没有相关工作,国家电网公司也只在宏观上提出了坚强智能电网的标准体系框架[7]。本文基于诸多权威机构提出的智能电网相关标准、规范、白皮书和架构框架,结合IT架构的发展路线,对智能电网架构的目标原则和智能电网架构的演进路线进行描述,并提出了满足未来智能电网不确定性需求的、以服务为中心的架构设想。

1 智能电网架构的目标原则

未来20年是“传统电网”转变为“智能电网”的过渡阶段,要经历漫长的改进和更替[8]。智能电网架构目标主要包括:对新技术的强适应性,促进信息通信新技术与传统电网相融合,确保系统在增加新功能模块后仍能高效稳定运行;控制信息和通信技术(ICT)系统支撑电网智能化日益增长的复杂度;新技术与智能电网的战略目标和发展规划相匹配;制定长远方案,不仅要实现智能电网愿景,还能满足未来不确定的业务需求;支持各类交互,确保互操作,避免信息孤岛;智能电网架构最终是简单、透明的。

确定智能电网架构目标之后,需要一系列的高层次设计原则来指导架构开发工作,基于智能电网愿景和发展趋势、业务需求、企业资本和投资成本、决策制定等方面,从设计开发技术人员、管理人员和用户、决策高层的角度出发,提出以下架构开发原则[8-11]:

(1)简化系统结构,创建衡量机制。利用战略性资产优势简化系统结构,尤其是简化企业内部流程,大幅度提高员工工作效率。重要技术决策要以总体拥有成本为基础,建立企业绩效和价值的可衡量机制,验证当前ICT模式是否为最佳模式,同时使ICT达到投资回报最大化。

(2)开发紧密围绕需求,为后续开发带来便利。利用业务流程使开发转型为“以流程为中心”,驱动ICT发展,不断提高其有效性和服务效率;开发通用数据模型,创建统一的易于访问的数据字典,实现数据快捷交换、集成和共享,减少数据转换,提高运行效率;流程、数据、服务甚至ICT系统等应具备可重用性,以加快业务交付能力、降低投入成本,使系统处于可持续发展状态;此外,应用程序应是可移植的,要求采用开放标准和通用数据模型及建模方法,使程序与平台、位置和虚拟化无关,能迅速增加、修改、删减和替换服务。

(3)充分利用现有资源,避免大规模重建。最大限度吸收当前系统及设备组件,减少低价值应用和引入,以便调用高价值应用及重用现有通用服务,不仅可以减少基础服务的冗余和开发成本,加快服务市场进度,同时也能提高系统的互操作性,优化关键业务的可管理性。这就需要分析现有资源的整合方式,设计利用现有产品或服务等资源的业务流程和解决方案。

(4)重视可信数据源,制定数据质量计划。支撑决策制定的信息必须来自可信数据源,这需要对可信数据源有明确判定,并对其应用的业务领域范围有清晰划分;在可信数据源中创建主数据库,便于其他程序检索到信息,更好地保障信息的完整性和可靠性,同时降低数据管理成本;为所有业务制定数据质量计划,避免因数据错误而导致运行中断甚至决策失误,确保数据质量状态良好。

2 智能电网演进路线

未来智能电网是基于开放标准的、高集成的集中-分布式混合系统,具有良好的互操作和互通互联性,而智能电网架构的发展与演进必然遵从IT架构的发展趋势[12]。在演进过程中架构主要呈现以下3个阶段。

2.1 业务筒仓阶段

筒仓阶段可以被描述为不同业务筒仓的集合,如图 1所示。每个筒仓服务于一个业务单元,具备各自的信息系统,筒仓间微小的集成维系着电网有效地运行。然而,筒仓的这种特点无法满足智能化的需求。业务的独立筒仓结构在以后的集成整合中不仅会耗费大量的时间和成本,同时也有高风险。所以,筒仓间的交互问题是演进第一步的主要内容。 

智能电网架构的目标原则和智能电网架构的演进路线探讨

随着分布式能源接入等新需求的出现,除了筒仓间的交互,还要解决与新业务的交互问题,这就需要在现有业务筒仓的基础上开发利用相关方与筒仓之间相应的接口,此外,这些不同的接口需随着需求的发展演进。

2.2 总线部分集成阶段

这一阶段是标准化技术阶段,主要通过企业服务总线(ESB)实现后台、应用和服务的集成,如图 2所示。ESB以开放标准为支撑,将业务筒仓的应用程序共享到整个基础架构,完成系统间的良好交互和应用的灵活调用,克服了筒仓架构信息孤岛的问题[13]。然而ESB集成要求严格地执行开放标准和数据模型,否则ESB将只能作为共享的通信介质。 

智能电网架构的目标原则和智能电网架构的演进路线探讨

虽然ESB架构在一定程度上也是集成架构,但并不是最终“集成一切的系统”的目标架构,其下层系统仍然保持着一定的筒仓性质,在满足未来业务需求的灵活性和业务拓展的松耦合性方面还存在很大欠缺。

2.3 异构网络融合阶段

异构网络融合阶段侧重异构系统融合,集成异构平台下的业务应用系统,通过适配器等中间件连接企业内外各种业务相关的异构系统、应用及数据源,从而满足企业内部应用系统间的信息、数据和服务等的共享,如图 3所示。 

智能电网架构的目标原则和智能电网架构的演进路线探讨

适配器体系架构能够支持异构系统的不断演进,这主要得益于适配器的接口转换作用,它将异构网络的消息、数据进行格式转换和路由。但是该架构本质上是基于消息集成,只是为已有的应用系统提供一种中间沟通的解决方案,是一种网路的集成方式,并没有实现业务模块化、服务的可重用及标准的统一,所以它并不是智能电网最终的目标架构,也不能充分利用开放的互联网技术提供的良好机会。

综上,筒仓结构业务将给系统整合集成和信息交互带来很大困难,架构在演进过程中,首先需要加强业务筒仓间的交互,通过总线集成应用和后台,实现业务筒仓到初步集成的过渡;然后,在部分集成的基础上实现相关领域专用网络和数据的融合,形成利用中间件融合异构网络的架构;之后,在前述基础上架构将向面向服务过渡,实现业务模块化。

3 未来智能电网架构设想

要建成一个具有很强适应性和健壮性的智能电网体系,需要一个灵活的架构作为支撑[14]。以服务为中心的集成是集成高度异构、分布的各个系统和应用的最有效方案。因此,以服务为中心的架构是未来IT架构的发展目标,也是未来智能电网架构的发展趋势。

基于开放标准的分层服务架构延续了企业服务总线的ESB集成和适配器体系架构的中间件融合,通过开放标准将服务、业务等模块化,以服务为中心,并结合电网系统的特点和业务需要将服务分类分层,形成结合集中式共享服务栈和分布式共享服务栈的分层架构,如图 4所示。这种架构满足“系统的系统”的主要特征,整个系统由关联的多个独立的分布式系统组成,独立在于成员系统的运行和管理相互独立,而关联在于成员系统需要彼此协同实现系统功能,这种协同关系只是暂时的突发行为[15-16]。 

智能电网架构的目标原则和智能电网架构的演进路线探讨

该架构面向服务,将每个应用功能分解为可供访问的服务。这些服务具有协议和技术的无关性,每个服务不需要关心其他服务的物理位置和实现技术,并且可以通过不同的协议来调用,服务之间以松耦合方式实现交互与集成,服务的增减和修改也不会影响其他服务。将服务按照不同的方式进行组合会形成不同的业务流程,可以实现不同功能。当某个业务流程发生改变时,一般只需要修改服务组合方式;当有新业务需求时,只需按照业务需求设计相应的服务,并加入到服务栈中,通过与其他服务的组合便可实现新的业务需求。服务的松耦合性和重用性减少了系统对底层编程开发的需要,使得系统可以用更灵活的方式实现更高质量的开发应用。

这一架构中的接口是基于开放标准一致定义的,使服务描述易于理解,是实现服务可重用的保障;这种接口并不与特定功能强制绑定,能屏蔽实现技术和物理位置;只要保证服务的接口不变,服务提供者和使用者的变化也不会影响彼此,从而将变化带来的影响降到最小。

基于开放标准的分层服务架构支持上文提到的演进路线,其优势还在于可以将已有系统功能应用作为服务进行集成,保护了现有的基础建设投资。在架构建设的起初阶段,首先考虑从当前重要的集成需求开始,封装已有系统和应用等,开发必要的新服务为后续集成提供基础;随着集成的服务越来越多,最终,绝大部分新的集成需求会通过已有的服务实现,整个系统的集成会以渐进的方式逐步扩展。由于开放标准带来的松耦合性和灵活性,已有系统迁移到新技术平台或者被替代,都不会影响到相关功能应用,这就使整个系统具有很强的适应性和健壮性。

4 结语

本文根据未来智能电网的需求和发展趋势,提出了架构目标和原则,注重在降低投资成本和实现复杂智能电网架构的基础上达到最大的投资效益和最佳的架构开发,强调现有电网资源的整合利用和程序及服务等的可重用性和系统的易管理性。提出了不同阶段智能电网的演进路线,实现了电网从业务筒仓阶段到利用标准化阶段再到异构网络融合阶段的转变,使电网架构逐步像未来需求的架构目标过渡,避免了电网系统的重建和设备的大量替换,最大限度地保护了现有建设投资,降低了过渡成本;提出了未来智能电网架构的设想,未来智能电网的架构应是基于开放标准的分层服务架构,这种架构充分结合利用了互联网技术的优势,实现了系统向面向服务和业务模块化的转变,基于开放标准的服务和接口使架构变得非常灵活,同时使服务具有很高的可重用性和松耦合性,使得系统在面对新业务的加入和业务更替时具有非常高的适应性和健壮性。

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亨通光电27日公布了2017年年报。报告显示,该公司2017年实现营收259.50亿元,同比增长34...

发表于 2018-05-10 14:25 1003次阅读
亨通光电净利润连续三年来保持高速增长

厉害了我的国!河南实现省辖市500千伏变电站全覆...

4月27日,随着500千伏主变成功带电,500千伏鹤壁朝歌变电站工程顺利投运。至此,我(河南)省实现...

发表于 2018-05-09 16:39 619次阅读
厉害了我的国!河南实现省辖市500千伏变电站全覆...

云电东送破7千亿度 “两广”煤耗减2.2亿吨

截至4月3日,云南省西电东送电量累计突破7000亿千瓦时,达到7002.66亿千瓦时。云南最大限度消...

发表于 2018-05-09 16:37 434次阅读
云电东送破7千亿度 “两广”煤耗减2.2亿吨

东莞启动“电网升级行动”并在2020年将建成智能...

到2020年,停电将明显减少,城区、松山湖等区域电网达到“免抢修”状态,企业用电也更科学节能,社会对...

发表于 2018-05-08 17:37 1269次阅读
东莞启动“电网升级行动”并在2020年将建成智能...

应时代发展,打造能源变革·智能电网展厅

作为国际能源变革论坛的参观场所之一,苏州能源变革·智能电网展厅采用先进媒体展示技术和手段,向参会代表...

发表于 2018-05-08 17:05 555次阅读
应时代发展,打造能源变革·智能电网展厅

三分钟告诉你!在智能电网上部署智能电表有多高明

全球的传统电网开始因不断增长的能源需求而倍感压力。停电次数在增加。我们如何以可持续的方式改进这些系统...

发表于 2018-05-08 16:50 678次阅读
三分钟告诉你!在智能电网上部署智能电表有多高明

乡村振兴 电力先行:小村的日子红红火火

“园区发展势头良好,多亏了供电公司的大力支持。我们的项目建到哪里,电力就供应到哪里,电力先行功不可没...

发表于 2018-05-08 16:18 1203次阅读
乡村振兴 电力先行:小村的日子红红火火

国网河北电力加大“国网云”平台建设力度

作为国家电网公司示范单位,国网河北省电力有限公司完成一体化“国网云”平台核心组件运维监控方案,标志着...

发表于 2018-05-08 15:25 594次阅读
国网河北电力加大“国网云”平台建设力度

智能电网的内涵与特征

基于市场、环境、安全等各方面的因素,智能电网具有8个特点:自愈、兼容、交互、协调、高效、优质、集成、...

发表于 2018-05-04 15:05 1468次阅读
智能电网的内涵与特征

中国电网专家马钊:一流城市配电网的世界路径

导读: 在当前全球能源格局大变革,我国电力改革不断进入深水区的大形势下,在以清洁能源为主导、以电力为...

发表于 2018-05-02 16:47 616次阅读
中国电网专家马钊:一流城市配电网的世界路径

大国崛起!华为展示全球首个基于5G网络切片的智能...

本次展示基于华为5G核心网解决方案SOC(Service Oriented Core)的端到端5G网...

发表于 2018-05-02 15:51 535次阅读
大国崛起!华为展示全球首个基于5G网络切片的智能...

智能电网迅速普及!智能电表新增需求的预测直线上升

随着全球能源需求增加,不同国家的政府为了实现环保发展以及降低能源消耗,开始导入智能电网科技,并利用其...

发表于 2018-05-02 15:13 510次阅读
智能电网迅速普及!智能电表新增需求的预测直线上升

深化电力改革 国家电网降低客户用能成本737亿元

由国资委、新华通讯社发起并指导,以“新时代新举措新作为——培育具有全球竞争力的世界一流企业”为主题的...

发表于 2018-05-02 15:09 774次阅读
深化电力改革 国家电网降低客户用能成本737亿元

雄安市民服务中心充电站投入使用,新能源电网时代来...

雄安新区市民服务中心电动汽车充电站迎来了投入使用后“入驻”的第一批“顾客”——首汽集团20辆共享电动...

发表于 2018-05-02 14:18 1062次阅读
雄安市民服务中心充电站投入使用,新能源电网时代来...

女神厉害!王小云院士设计SM3密码,保护6亿智能...

2017年新当选中科院院士的王小云的“作战”工具并不复杂,一支笔,一沓纸,一台电脑,方法全在头脑里。...

发表于 2018-05-01 17:44 1204次阅读
女神厉害!王小云院士设计SM3密码,保护6亿智能...

不容易!深耕十年 鲁能软件服务坚强智能电网建设

国家电网公司于2009年首次提出“坚强智能电网”的发展规划,并在今年“两 会”中表示,电网发展的必然...

发表于 2018-05-01 16:42 1130次阅读
不容易!深耕十年 鲁能软件服务坚强智能电网建设

2018-2022年中国智能电网行业预测分析图

智能电网将通信技术、计算机技术、传感测量技术、控制技术等诸多先进技术和原有的电网设施进行高度融合与集...

发表于 2018-05-01 16:37 654次阅读
2018-2022年中国智能电网行业预测分析图

大力发展基于物联网技术的智能电网,我们需享受生活

建设一个高效、智能、能够充分保证将可再生电力能源集成入网,并保证太阳能及风能发电稳定性的电网,已成为...

发表于 2018-05-01 16:31 1938次阅读
大力发展基于物联网技术的智能电网,我们需享受生活

新能源之神:特斯拉在加拿大测试最新的智能电网实验

特斯拉在智能电网方面的实验将进一步进行。加拿大的新斯科舍省电力公司最近完成了一项试点项目,该项目将使...

发表于 2018-05-01 11:22 822次阅读
新能源之神:特斯拉在加拿大测试最新的智能电网实验

一文带你了解智能电网:是区块链助力绿色能源的根本

智能城市的发展依赖于绿色能源。尽管可再生能源价格不断下降,能源的可获得性的问题仍难以解决。源自比特币...

发表于 2018-05-01 11:14 1704次阅读
一文带你了解智能电网:是区块链助力绿色能源的根本

厉害了!山东电力运维自动化平台正式投运

日前,国网山东省电力集团公司通过了山东信息通信技术监督装备及运维支撑工具开发实施项目的验收,代表着运...

发表于 2018-04-30 11:18 981次阅读
厉害了!山东电力运维自动化平台正式投运

智能电网中,为什么要用电能质量分析装置?

电能质量的好坏,对军工业、精密仪器加工业、航空航天、铁路运输、通信等行业造成严重影响,如果不能及时发...

发表于 2018-04-29 09:19 3188次阅读
智能电网中,为什么要用电能质量分析装置?

智能电网,让生活更美好

如果光芒能在黑暗中指引方向那么在光芒的背后,又是谁,为我们输送光芒?

发表于 2018-04-25 17:09 1197次阅读
智能电网,让生活更美好

厉害了!2017年全球输配电及控制市场规模突破1...

根据最新发布的报告显示,2017年全球输配电及控制市场规模突破1.4万亿美元,达到14390亿美元。

发表于 2018-04-24 15:39 616次阅读
厉害了!2017年全球输配电及控制市场规模突破1...

中国说:2018年增量配电改革试点迈出实质性步伐

2018年一季度,电力体制改革领域多个重磅文件相继发布。新规发布释放的信息牵动各方神经,引发诸多解读...

发表于 2018-04-23 11:34 872次阅读
中国说:2018年增量配电改革试点迈出实质性步伐

国网浙江能源互联网要建设智能电网啦!

新时代,国家电网公司开启建设具有卓越竞争力的世界一流能源互联网企业新征程。建设世界一流能源互联网,核...

发表于 2018-04-23 10:43 1113次阅读
国网浙江能源互联网要建设智能电网啦!

厉害了潍坊:2020年建成充电桩突破5.05万个

记者从市交通运输部门获悉,日前,我市印发《潍坊市“十三五”电动汽车充电基础设施发展规划》。至2020...

发表于 2018-04-23 10:32 1210次阅读
厉害了潍坊:2020年建成充电桩突破5.05万个

智能电网总体框架设计应联系实际浅谈

近日,国家能源局网站公布《可再生能源电力配额及考核办法(征求意见稿)》(以下简称征求意见稿),笔者参...

发表于 2018-04-23 10:29 563次阅读
智能电网总体框架设计应联系实际浅谈

五张图了解河南调电价:全面落实电网清费政策

近日,河南省发改委发布了关于2018年电价调整有关事项的通知,通知指出调整电价分类结构、降低工商业及...

发表于 2018-04-23 10:22 697次阅读
五张图了解河南调电价:全面落实电网清费政策

人工智能技术如何助推智能电网的发展概述

本文介绍的是人工智能技术如何助推智能电网的发展概述

发表于 2018-04-22 11:40 2201次阅读
人工智能技术如何助推智能电网的发展概述

你要的智能电网的信息全都在这里

电网是经济社会发展的重要的基础设施,然而,近些年来,电网安全稳定运行的客观环境正在发生着巨大的变化。...

发表于 2018-04-21 14:43 2106次阅读
你要的智能电网的信息全都在这里

厉害我的国家! 特高压成功跨越长江

北京时间2018年4月15日,新疆昌吉至安徽古泉±1,100千伏特高压直流输电线路工程长江大跨越实现...

发表于 2018-04-18 16:32 693次阅读
厉害我的国家! 特高压成功跨越长江

两个阶段带你了解中国电力发展史与欧洲极为相似处

欧美近20年的电力市场的改革和建立诠释了电的属性——它既是商品,又是公共服务产品。是商品(发电与售电...

发表于 2018-04-18 16:09 742次阅读
两个阶段带你了解中国电力发展史与欧洲极为相似处

大国崛起之中国创造特高压装备闪耀巴西

近日,我国在海外中标的首个特高压直流输电项目———巴西美丽山水电±800千伏特高压直流送出二期工程(...

发表于 2018-04-18 16:01 570次阅读
大国崛起之中国创造特高压装备闪耀巴西

两条告诉你为什么输配电成本有待进一步降低

近日,国家能源局发布《浙福特高压交流等十项典型电网工程投资成效监管报告》(以下简称《报告》),从规划...

发表于 2018-04-18 15:52 1483次阅读
两条告诉你为什么输配电成本有待进一步降低

总投资近20亿的湖北上报5个配电试点

湖北省上报5个第三批增量配电业务改革试点项目,至此,湖北省共有11个增量配电业务改革试点项目。

发表于 2018-04-18 15:41 566次阅读
总投资近20亿的湖北上报5个配电试点

浅谈南瑞集团与深圳南瑞、南瑞继保的三角恩怨

南京一直是我国继保产业的摇篮,诸如南瑞继保、南瑞集团、国电南自等巨头均雄踞南京。随着近年来电网智能化...

发表于 2018-04-16 11:18 1363次阅读
浅谈南瑞集团与深圳南瑞、南瑞继保的三角恩怨

【亚派·分享】智能电网都包括什么?

发表于 2017-11-07 15:40 956次阅读
【亚派·分享】智能电网都包括什么?

【亚派·资讯】三亚电网建设计划投资逾20亿

发表于 2017-10-16 14:48 557次阅读
【亚派·资讯】三亚电网建设计划投资逾20亿

【亚派·资讯】投资22.93亿元 四川宜宾打造智能电网

发表于 2017-09-25 16:18 680次阅读
【亚派·资讯】投资22.93亿元 四川宜宾打造智能电网

【亚派·分享】无功补偿的经济效益

发表于 2017-09-21 09:43 677次阅读
【亚派·分享】无功补偿的经济效益

【亚派·分享】看智能电网“新玩法” 都是你想不到的!

发表于 2017-08-22 15:14 742次阅读
【亚派·分享】看智能电网“新玩法” 都是你想不到的!

能源互联网与智能电网本质上的差异化在哪里?

发表于 2016-04-01 09:37 1793次阅读
能源互联网与智能电网本质上的差异化在哪里?

智能电网中的能量收集

发表于 2016-02-23 11:42 1163次阅读
智能电网中的能量收集

谈谈智能电网的“智”

发表于 2016-02-16 14:31 3742次阅读
谈谈智能电网的“智”

智能电网 智能家电发展引擎

发表于 2016-01-22 11:52 4388次阅读
智能电网 智能家电发展引擎

从发展智能电网面临的问题看智能电表环境

发表于 2016-01-06 11:13 2487次阅读
从发展智能电网面临的问题看智能电表环境