区域智慧能源综合服务平台建设与应用

前言：国外能源互联网起步较早，欧洲重点在多种能源协同优化互补、能源系统间的协同方面有较多探索，如德国的E-Energy项目主要就是开展能源系统和通信信息系统间的集成，包括智能发电、智能电网、智能消费和智能储能4个方面；美国比较典型的为综合能源系统（IES）发展计划，旨在提高清洁能源供应和利用比重，进一步提高社会供能系统的可靠性和经济性；日本侧重于实现能源结构优化和能效提升，同时促进可再生能源规模化开发。国内目前也加快了综合能源服务的研究与应用，传统能源企业和市场化能源企业等都纷纷布局，在交通、医疗、机场及大型工业园区、社区开展平台搭建、商业模式探索等研究及应用。

摘要：为了支撑泛在电力物联网战略发展，深化推进综合能源服务，为智慧城市建设提供整体解决方案，研发了区域智慧能源综合服务平台并进行了应用探索。阐述了平台的总体定位、服务对象和功能设计；按照能源物联网感知层、网络层、平台层、应用层设计了平台的4层架构，提出了“混合云”的架构模式；最后介绍了平台支撑区域能源运营，开展电能质量监测、能耗分析、虚拟电厂、智能运维等，以及平台在各省市区域内的实际应用情况，为智慧能源综合服务平台的设计、开发和应用提供了一种可行方案。

0 引言

物联网、大数据和云计算等互联网技术与信息技术、数字技术深度融合，引发了能源系统的深刻变革。电力体制改革的深化及多元化市场服务需求进一步推进能源企业向智慧能源综合服务商转型。国家电网有限公司提出“三型两网”的战略目标，以及泛在电力物联网的战略部署，对电力企业提出了新的挑战。开展智慧能源综合服务已成为提升能源效率、拓展新业务的增长点，成为促进竞争与合作的重要发展方向。

国外能源互联网起步较早，欧洲重点在多种能源协同优化互补、能源系统间的协同方面有较多探索，如德国的E-Energy项目主要就是开展能源系统和通信信息系统间的集成，包括智能发电、智能电网、智能消费和智能储能4个方面；美国比较典型的为综合能源系统（IES）发展计划，旨在提高清洁能源供应和利用比重，进一步提高社会供能系统的可靠性和经济性；日本侧重于实现能源结构优化和能效提升，同时促进可再生能源规模化开发。国内目前也加快了综合能源服务的研究与应用，传统能源企业和市场化能源企业等都纷纷布局，在交通、医疗、机场及大型工业园区、社区开展平台搭建、商业模式探索等研究及应用。

本文在已有综合能源运营监控平台建设技术和应用经验的基础上，在平台部署架构、能源智慧化服务、能源管理专业算法等方面进行了扩充与升级，研发了区域智慧能源综合服务平台，提出了平台总体定位、架构设计、应用案例，为服务能源监管者、能源消费者、能源运营商、能源产品与服务商开展智慧能源综合服务提供参考。

1 智慧能源综合服务平台总体定位

1.1 总体定位

区域智慧能源综合服务平台紧跟国家电网有限公司“三型两网”发展战略，融入泛在电力物联网的建设思路，以能源物联网和时空信息为基础，集能源监控、能源分析、能源管理、能源服务、能源交易、能源生态“六位一体”，贯穿能源产业服务全过程，以时空智能分析能力提高能源管理效率和降低用能成本，构建能源管理的“大脑”和能源市场的“淘宝”，能够为政府、能源消费者、能源运营商、能源产品与服务商等能源领域四大类用户，提供绿色、安全、经济、高效、增值的综合能源信息化智慧服务，构建共赢、共享的能源生态圈。

1.2 服务对象

区域智慧能源综合服务平台面向政府、能源消费者、能源运营商、能源产品商4类用户，针对不同用户的差异化需求提供综合能源服务。

1.2.1 能源监管者

通过构建智慧能源综合服务平台，为政府提供有效的能源监管手段，为政府相关政策制定及智慧城市建设提供可靠支撑，构建以电为中心的智慧应用能源生态圈。支持区域能源分析，掌控能源消费动态；提供能源结构优化，增加清洁能源配给；挖掘节能减排空间，推动绿色循环发展；优化高耗能企业消费配比，加快能源消费结构升级。

1.2.2 能源消费者

面向企业、公共服务机构等能源消费者，提供专业的能源管家服务、精准的能耗诊断分析、前期资源规划配置等一站式综合能源服务，提高能源利用效率，降低用能成本，提升能源服务体验，为消费者提供高质量、多元化智慧能源综合服务。

1.2.3 能源运营商

平台具备能源监控、分析、管理、交易、运营等功能，通过监测能源运行状态，实现全景动态展现；通过能源综合调度，实现多能互补；通过构建客户画像，提供差异化服务策略；通过能源消费结算，满足多类型能源消费需求，为能源生产、传输、销售等能源运营商提供运营平台与数据支撑。

1.2.4 能源产品商

在技术层面，平台具备广泛的开放性，提供标准的数据接口和协议及应用级的二次开发工具，为能源产品商提供企业级发展平台，通过产品精准推送、客户需求发布、产品质量评价等方式，构建企业联盟，打造能源市场的“淘宝”。

1.3 平台主要功能

1.3.1 能源监控

能源监控是平台的基础功能模块，通过对“冷热电气”横向贯通、能源“产–输–储–用”纵向延伸，实现可度量的多维实时全景能源监测；掌握能源生产侧与终端消费侧的实时运行状态，平台提供科学、详实的能源数据，基于区域地理信息与可视化技术，实现对区域内能流全景监控、区域多能供需监控、区域能耗能效监测、企业/用户能耗监测、告警预警等，支撑政府部门精准决策；支撑企业全面监管自身能耗，提高能源使用经济性和有效性。

1.3.2 能源分析

能源分析基于云平台获取的海量能源数据资产，利用大数据和人工智能技术，结合专家团队，提供专业化、可视化、智能化的能源分析报告，开展区域能源智能分析、企业能源智能分析、综合能耗能效分析、异常用能智能分析，为政府未来能源布局、产业规划等重大决策提供支撑，帮助用户节约用能成本、提高能源利用效率。

1.3.3 能源管理

实现对区域内多种能源的接入管理和优化管理，进一步开展多种能源协调互补，实现多能联动，综合展现区域微电网运行场景；构建虚拟电厂，引入多能联动和市场调节机制，引导用户开展需求侧响应，最终实现多能互补和综合能源梯级利用。

1.3.4 能源服务

能源服务为满足终端客户多元化能源生产与消费的能源服务方式，就是由单一售电模式转为电、气、冷、热等的多元化能源供应和多样化增值服务模式。包括能源接入服务、能源定制服务、客户画像服务、设备代维服务、能源讯息推送等。

1.3.5 能源交易

能源交易是在一定的门槛准入条件和辅助服务机制下，为区域内分布式能源（储能）和能源用户在统一平台上提供冷、热、电等多种能源的一站式交易服务，支持基于区块链技术的交易模式，体现能源交易公正透明、有序协同的特征。主要包括能源结算、电能交易和区域能源配额交易等功能。

1.3.6 能源生态

打造一个能源市场的“淘宝”，发挥用户发布需求，市场服务对接的纽带作用，吸引全社会能源用户和各类能源服务商在此开展服务，使能源用户能够快速找到能源服务商，能源服务商也能精准定位目标客户；包括产品发布、上下游厂商管理、资讯发布、智库咨询平台等功能模块。

2 智慧能源综合服务平台建设内容

2.1 平台总体架构

智慧能源综合服务平台架构按照感知层、网络层、平台层、应用层4层总体设计，以标准规范体系为基础，以安全防护体系为保障，集成对接内外部相关系统，架构柔性可靠易扩展，满足不用用户差异化需求。智慧能源综合服务平台总体架构见图。

智慧能源综合服务平台总体架构


感知层适配冷热气电等多种能源智能终端，实现能源信息标准采集与智能控制。网络层应用标准化通信规约和多类型网络传输技术实现设备、平台、服务间的互联互通。平台层构建智慧能源数据中台，支撑智慧能源服务。在应用层，以PC端、移动应用端和大屏幕系统等设备为系统展现层，为政府、能源消费者、能源运营商、能源产品与服务商提供满足业务需求的应用系统。系统功能包含能源监控、能源分析、能源服务、能源管理、能源交易、能源生态六大功能。

标准规范体系结合国家行业规范，健全完善模型标准、接入标准、通信规范，确保平台建设的标准化，实现平台泛在接入、智能适配、灵活扩展、互联互通。安全防护方面，应用公司泛在电力物联网相关安全防护策略，保障平台安全稳定运行。系统集成方面，集成企业能效服务共享平台、车联网平台、电商平台等业务系统，对接政府机构、银行金融等外部系统，实现能源信息及服务的交互。

2.2 “混合云”的架构模式

近年来，随着大数据应用产业化规模在我国的快速增长，作为IT基础支撑平台的“混合云”技术也迎来了井喷式发展，越来越多的企业和政府部门认识到采用混合云的IT基础架构能更好地支撑业务的数字化转型，加快业务创新发展。公有云弹性灵活，按需付费；私有云安全可控可定制；混合云可将两者的优势灵活地结合起来，实现传统业务与互联网业务的协同发展，成为“云计算”领域的主要构建模式和发展方向。智慧能源综合服务平台“混合云”架构模式见图。

智慧能源综合服务平台“混合云”架构模式


平台采用“混合云”的架构模式，主要包括2个部分：①开放、高吞吐量的实时数据处理及资源调配区域（俗称为“公有云”），采用租赁社会上安全可靠的云服务资源，具体内容包括弹性云主机服务、云硬盘服务、虚拟私有云服务及安全保障等；②为保证核心数据安全而设置的加密数据存储及计算区域（俗称为“私有云”），私有云建设通过购买云平台所需软硬件设备，按照私有云要求进行虚拟化，并对云平台进行安全保障。所需内容包括服务器、堡垒机、存储设备、交换机、路由器、网络防火墙（含IPS）、Web应用防火墙（WAF）、数据库审计工具、APT攻击检测系统、综合日志审计平台、逻辑强隔离装置、负载均衡等。

“混合云”模式，是在保障信息安全的前提下，供云平台参与各方进行数据共享的重要基础和保障。

3 智慧能源综合服务平台应用探索

3.1 区域能源运营

3.1.1 电能质量监测

电力需求侧管理的快速发展，也促使电力需求侧需要实现独立的电能质量检测，满足自身需求与完善电力需求侧管理。通过平台在需求侧开展电能质量监测，通过对能源数据的监测、采集和处理，并生成各种电能及电能质量报表、分析曲线、图形等，便于电能质量分析、研究和预警。

3.1.2 能耗分析

通过平台对用户的用电、用水、用气等能源数据开展实时监测，利用大数据分析技术，开展区域能耗分析，对区域总体能耗、各行业能耗、各类型用户能耗、企业能耗开展监测分析、对比，及时帮助政府掌握区域能源供需动态，支撑政府部门开展区域节能降耗、优化能源结构等监管工作；帮助企业了解自身用能特点，提高用能效率。

3.1.3 虚拟电厂

基于区域内分布式能源、可控负荷、储能等主体的聚合和协调优化，配置相应的市场机制，建设虚拟电厂体系，通过调节特定的虚拟电厂出力，实现区域电力削峰填谷，减少城市用电对电网投资的依赖，实现区域能源优化调度、平衡负荷、多能互补，体现智慧能源调度的特点。

3.1.4 智能运维

通过平台为用户提供智能代运维服务，通过对客户能源网的测量，使平台汇集客户能源数据，以此为媒介为客户提供智能化的运维托管服务，对客户电网及能源系统进行优化协调控制。满足电力用户的2个根本需求：“省心”，用电保障安全可靠；“省钱”，用电经济高效。

3.2 区域应用案例

目前，智慧能源综合服务平台已经在天津、上海等规则引擎地开展建设和应用，服务政府、园区、企业等多种用户，能够支撑能源监管、能源托管、代运维服务、电能替代、需求相应、园区客户集群服务、能源咨询等多种应用场景。

该平台应用于天津城市能源互联网建设，汇集区域内各类用户群体的多元化能源数据，贯穿能源产业服务全过程，为能源互联网的参与主体提供综合能源智慧服务，突出了能源分析及其结果应用，并建立面向能源互联网的多方参与、利益共赢的运营模式，与政府、消费者、上下游企业等相关方实现共商、共建、共享、共赢，初步建立起智慧能源生态圈。

该平台应用于以张江科学城为试点的上海智慧城市建设，打造了一体化的智慧城市能源大脑，构建了一个多方共赢的价值体系，以政府为主导、市场为导向、客户为中心，实现政府监管手段多样、客户用能节约灵活、能源市场开放共赢、能源企业提质转型。

4 结语

本文在智慧能源、综合能源服务、能源互联网等理论的指导下，在研究国内外能源互联网和综合能源服务实践的基础上，开展了智慧能源综合服务平台的建设及应用，提出了平台的总体定位、服务对象，设计和开发了能源监控、能源分析、能源管理、能源服务、能源交易、能源生态六大功能模块；按照感知层、网络层、平台层、应用层的物联网架构设计了平台的总体架构，采用“混合云”的架构模式解决电网企业内网数据安全和外网数据共享问题；通过该平台的区域能源运营实践应用，证明该平台在智慧能源服务领域经济效益和社会效益都十分明显，为智慧能源综合服务平台的设计、开发和应用提供了一种可行方案。

未来平台还将在数据接入标准、能源大数据分析、能源交易、移动应用等方面继续完善，做好基础通用功能组件的提炼和优化，在此基础上针对不同用户需求开发个性化功能，提升平台的稳定性与灵活性，助力智慧城市建设。