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新能源云平台架构设计研究与分析
「为了改变传统能源发展模式造成的能源浪费,环境污染等突出问题,文中结合“大云物移智链”、边缘计算、云雾协同等先进的信息通信技术,构建了一种新型高效的能源云平台架构,从业务、数据、技术、应用以及具体部署方面进行了详细设计。云平台通过整合电源端、电网端、用户端、制造企业、运维企业、金融机构、行业协会等各能源方的信息数据资源,实现“全环节、全贯通、全覆盖、全生态、全场景”的新能源服务。(2021-8-6)」
关键词:电力;新能源;云平台;云架构;部署架构;资源整合
  中图分类号:TP391;TK01 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2020)11-00-03
  0 引 言
  传统的能源发展模式使得能源浪费严重,环境问题突出。随着“大云物移智链”、边缘计算、云雾协同等先进信息通信技术的发展,研发围绕电力新能源规划建设、并网运行、电力交易全环节,建设集环境承载力、企业内部管理、电力供需预测、消纳能力计算等功能于一体的云平台已经是社会发展必然趋势。通过云平台可以优化新能源管理的相关标准及业务流程,提升新能源管理水平和效率,带动新能源产业链上下游共同发展,为政府、企业、电源用户等提供一站式全流程服务。
  构建电力新能源云平台,通过整合电源端、电网端、用户端、制造企业、运维企业、金融机构、行业协会等各方资源,建立“横向协同,纵向贯通”的管理体系[1]。实现“全环节、全贯通、全覆盖、全生态、全场景”的电力新能源服务,为政府部门、电力企业、各类客户、各类智库提供详实、可靠的数据和政策分析,引导新能源规划布局,促进新能源科学开发、有序并网和高效消纳,推动传统能源结构转型。
  1 架构设计要求
  以用户为中心,坚持生态开放,一处存储,处处共享。构建开放共享生态体系,统一标准与服务并开放给各级应用主体,吸引产、学、研、政等外部用户在平台上开发应用,发挥各方创新能力,共同参与,实现数据与服务的共享[2]。坚持以需求为导向,从实际出发,快速响应,注重建设实效,使新系统架构更好用、更实用。
  2 架构设计分类
  2.1 新能源云平台业务架构
  电力新能源云平台通过业务云平台整合多个能源业务模块,统筹能源专业数据,强化能源系统应用;整合所有能源业务系统的数据信息,打通纵向和横向的业务数据交互;建立起“横向协同,纵向贯通”的新能源管理体系[3],实现平台数据资源的共享和集中管控,打破各企业之间的业务壁垒,建立起更为便捷、有效的合作关系,提高工作效率,提升服务质量,促进“放管服”改革。
  新能源云平台业务架构如图1所示。业务平台将整合环境承载力、资源分布、消纳能力计算、规划计划、电源用户、厂商管理、电力供需、政策研究、内部运行管理、系统管理、新技术、负荷用户等业务。环境承载力业务涵盖气象、环境保护、地理、社会经济效益等各种信息;资源分布业务涵盖风力、水力、矿产、石化等资源信息,以及资源储量、品质分析、出力特性等分析数据;其他业务涵盖了政策解读分析、经济政策分析、供求预测、规划建设、智能技术等。
  2.2 新能源云平台应用架构
  新能源云平台依托中心节点和各边缘节点的数据中台,由总部和各分部组成中心节点和边缘节点,各节点面向内外部用户提供数据分析、决策应用、专业管理等平台化、数字化服务[4]。此外,它也提供环境承载力、资源分布、规划计划、厂商、电源用户、公司内部运行管理、负荷用户、电力供需预测、消纳能力计算、新技术数据分析应用等服务。
  新能源云平台应用架构如图2所示。内外部用户(政府、企业、从业人员、运维人员、业务用户等)通过各自的接入点访问所需的信息和服务。其应用主要整合为三大模块,即服务应用、专业管理、决策应用。不同应用提供相应的数据信息进行发布和展示,满足不同用户的请求。所有的应用都基于数据中心,通过数据分析应用模块进行交互和数据分析。
  2.3 新能源云平台技术架构
  新能源云平台采用“微服务、微应用”架构,基于客户服务业务中台的用户中心、工单中心、订单中心等,以及数据中台构建新能源应用服务。
  新能源云平台技术架构体系如图3所示。新能源云平台根据能源和服务的具体布局,将云平台由上而下分为四层进行设计,具体为应用层、平台层、网络层、感知层[5]。
  (1)应用层主要通过集成各层级“微应用”,打造新能源业务应用生态。
  (2)平台层主要解决通用基础功能的共建共享和数据管理问题。基于业务中台和数据中台提供支撑各层级应用的公共服务组件能力、系统弹性部署能力、数据标准化接入以及贯通交互流转等能力。
  (3)网络层主要解决中心节点、边缘节点以及内外网数据传输问题。依托5G网络技术、电力专线、电力光纤等网络技术,实现中心节点与边缘节点、内部节点与外网节点的互联互通。
  (4)感知层主要解决各类新能源数据采集问题。通过智能移动终端、计算分析终端等终端感知设备对新能源信息进行全方位感知,提升管理实效。
  3 新能源云平台架构设计
  新能源云平台技术路线和技术架构采用“微服务、微应用”架构[6],从上而下依次分为应用服务层SaaS、公共服务层PaaS、数据层DaaS和资源层IaaS。云平台分层架构设计如图4所示。
  应用服务层SaaS:云平台以SaaS形式运行,提供统一的运营管理服务,可提升新能源云平台的运营效率与用户体验。它具有环境承载力、资源分布、规划计划、厂商、电源用户、公司内部运行管理、负荷用户、电力供需预测、消纳能力计算、新技术、政策研究、系统管理等功能,采用微服务架构进行分布式开发部署。
  公共服务层PaaS:利用云平台PaaS提供容器治理、日志服务、安全管理、任務管理、微服务治理、资源调度等功能,并提供流程、权限、多维分析、分布式离线处理、邮件、模型算法、实时流处理等公共服务。   数据层DaaS:基于全业务统一数据中心实现基础数据汇聚,开展数据分析,对分析结构或者算法提供编程接口,让数据成为服务。数据接入模块可以通过ETL、消息、文件方式将数据接入系统。数据预处理模块将数据进行清洗、转换,并形成标准数据。数据存储模块提供关系型数据库、时序数据库、全文检索库、分布式文件系统、图数据库、数据仓库等多种存储方式。数据管理模块管理数据的定义。
  资源层IaaS:由成熟云产品提供基础设施服务,实现计算、存储、网络虚拟化,并对这些资源实时监控,保证资源的可靠性,提高资源的利用率,实现应用层面的备份。
  4 新能源云平台数据架构
  数据架构遵循SG-CIM数据模型,对结构化、非结构化、综合数据统一规划。按照数据随关联应用就近部署的原则,中心节点、边缘节点两级规划新能源云数据处理、存储策略[7]。边缘节点数据统一存储在边缘节点数据中心,结果及展示类数据通过UEP组件上传至中心节点平台进行数据处理展示。
  云平台设立云数据中心统一进行数据的分类、处理、分析及展示。中心节点产生的数据形成数据集市,与云平台建立数据通道,将数据送到云平台数据中心;与中心节点对应的所有边缘节点形成各自的数据节点中心,将综合数据(结构化数据、非结构化数据、综合数据)按照云平台规则处理,通过UEP组件技术传到云平台数据中心;云平台对应的外部以及内部应用,通过云采集中心进行数据采集和处理。
  新能源云平台将各个能源企业内部财务管控系统、规划计划系统、基建管控系统、电能质量在线监测系统、输变电设备状态监测数据、供电电压采集系统、营销业务管控、电能服务管理平台、用电信息采集系统、营销业务应用、全国统一电力市场技术支撑平台、科技管理系统、经法系统、协同办公系统等进行数据交互,对外使用统计局、发改委、气象局、环保局、国土资源局、文物局等单位提供的专业数据。利用建站并网、运行监测、金融交易、运维检修等服务,经过大数据分析对内部业务应用和外部客户服务提供数据支撑。
  5 新能源云平台部署架构
  新能源云平台应用一级部署在中心节点,主要部署环境承载力、资源分布、规划计划、厂商、电源用户、公司内部运行管理、负荷用户、电力供需预测、消纳能力计算[8-10]、新技术、政策研究、电价补贴、储能、辅助决策及大数据分析应用;支撑平台消纳能力计算、电力供需预测、各企业内部运行管理等功能的前置数据交互服务、边缘计算分析服务及业务连接服务两级部署,都部署在边缘节点,通过数据中台实现跨系统数据贯通共享。各分节点(各企业或者机构)在所在的数据核心出口部署数据中心,用于数据采集和处理。中心节点(各企业总部或者集团核心)在数据出口部署数据中心,互联网业务区和对外服务区成立数据中心,将采集的互联网业务数据通过隔离装置传输到内部管理信息大区,再通过云平台处理。云平台部署架构如图5所示。这种部署方式可以高效实现数据共享和交互。
  6 结 语
  本文通过分析新能源的业务、应用服务、数据处理等方面的问题,提出了新能源云平台的架构体系建设;从新能源的業务架构、数据架构、应用架构以及部署架构进行了研究和分析,提出一套高效的云平台运行架构;整合多个能源业务模块,统筹能源专业数据,打破企业之间的业务壁垒,建立更为便捷、有效的合作关系,提高工作效率,提升服务质量。
  参考文献
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