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支撑智慧城市的智能电网接口设计

2015-07-21 00:03
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   进入21世纪以来,智慧城市随着城市化进程的加速而成为重要发展趋势。据统计,国内外的平均城市化率早在2011年就已经超过了50%,截至2014年2月,国内95%的副省级以上城市都提出或在建智慧城市。城市的发展离不开电力服务,智能电网将在其中起到越来越重要的支撑作用。

  为了更好地服务智慧城市建设,近年来,随着智能电网技术的进步,特别是国家电网公司坚强智能电网建设进入全面建设阶段,在智能电网服务接口方面也开展了大量的研究和实践。例如智能互动服务平台的设计、智能用电互动体系和电力服务行业的运营模式研究等,相关成果已经在国内大量智能电网综合建设工程实践中得到应用。

  在有关智能电网用户侧接口标准化方面,国际电工委员会(IEC)于2011年成立了智能电网用户侧接口项目委员会(PC118),并在2014年完成智能电网用户接口技术报告IEC/TR62939-1的出版,目前正在开展智能电网用户接口技术规范的编制。目前影响较大的智能电网用户接口国际标准包括开放自动需求响应规范(OpenADR1.0和2.0)、能源互操作标准(EI1.0)以及智能能源规范(SEP2.0)等。中国国家标准委员会已于2014年批准成立了对应PC118的国内标委会:全国智能电网用户接口标准化技术委员会(SAC/TC549),其标准制定领域涵盖了电网公司、第三方服务提供商与用户之间的信息交互以及相关的智能用电服务。

  然而,作为智慧城市的一个基本特征,城市中各业务系统充分互动,不仅要求城市各业务系统(包括智能电网)与最终用户的互动,而且要求城市各业务系统之间的互动。这对智能电网服务接口提出了更高的要求,目前不论是在相关的接口研究成果还是相关的接口标准规范方面都还是有差距的。为此,在对智慧城市的需求、智能电网用户接口存在的差距问题进行剖析的基础上,本文采用规范分解和业务灵活重组的思路,对智能电网对外服务接口进行了设计,并以智慧城市应急管理为例,进行了典型互动业务示范设计。

  智慧城市对智能电网服务接口的需求

  目前一个比较普遍的共识是,21世纪的“智慧城市”应该能够充分运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,从而在各个业务系统做出智能的响应。其核心特征在于感知、互联、智能、高效(集约:物质最佳循环,能量充分利用)。虽然国内外各地智慧城市建设的理念、方案等由于各种时空条件而有所区别,但“互联、智能”的特征是统一的。

  智慧城市对智能电网的服务接口需求,其核心还是来源于智慧城市中各业务系统互动的需求。例如在智慧城市的电能可靠供应方面,需要智能电网在电能的接纳、供应和停止供应等方面提供灵活的业务流接口,需要提供对电网状态的实时监测、评估和预测信息接口;在能源替代方面,需要智能电网提供即插即用的电能服务接口,特别是需要提供对电动汽车的全方位服务;在可再生能源利用方面,需要提供对风、光、水、生物能等灵活的并网接口,需要提供对微电网的灵活支持;在应急管理方面,需要智能电网与城市中政府应急平台、消防、交通、医疗、公安、气象等系统实现复杂、灵活、实时、自动化的交互。

  其实“友好互动”本就是智能电网的核心特征之一。为了实现智能电网与智慧城市中各业务系统以及用户之间的“互联”、“协同”、“智能”,对智能电网的对外服务接口进一步提出了以下要求:

  1)开放性和规范化:开放性要求接口规范化,同时又易于被城市中其他各个业务系统理解和支持。接口在满足需求的基础上需要保持一定的稳定性,使智慧城市各业务部门面对的是一组共同的智能电网服务接口。

  2)全面性和多样化:接口的内容不仅包括信息和通信接口,能量接口,甚至包括保障服务接口,如现场检修、应急抢险联动等。接口还应该支持城市中各行业部门和用户多种多样的业务需求,同时可以随时空条件变化而更新。

  3)实时性:接口中所有操作需要在一定时限内完成。如果某些接口延时过长,可以定义为异步操作接口,或者进一步将其分解。

  4)自动化:接口需要支持基于信息通信技术的自动化处理。

  5)智能化:接口需要支持智慧城市中各行业现在以及未来的各种智能应用。

  6)定制化:智能电网参与了智慧城市中多种多样的业务,这些并不需要直接在接口中定义,反过来智能电网的对外服务接口需要支持各类用户定制所需的业务。

  7)颗粒度合理:接口需要有合适的颗粒度。接口层级过高、过于笼统,则不利于定制化业务的定义和执行;层级过低、过细,也不利于使用和维护。

  智能电网服务接口存在的差距

  相比智慧城市对智能电网接口的全面和深入需求,面对大量的智慧城市互动业务需求,目前相关的智能电网服务接口成果还是远远不够的,突出表现在:

  1)智慧城市的互动需求是全方位的,特别是城市中各业务系统之间的互动,而目前研究成果主要集中在需求响应、用户能效等方面。

  2)服务接口的易用性。智能电网有自己领域内众多的标准规范,而智慧城市各业务系统也都有自己的规范。实际应用中不可能要求城市中所有相关业务系统都理解智能电网的有关信息模型、都深入理解电力行业内的相关标准。

  3)有关智能电网对外服务接口的安全性研究亟待加强。这涉及到电网可靠性、用户私密数据、商业秘密、有关的法律后果等种种安全问题。怎样在智慧城市业务充分互动的环境下,应对以上安全问题,是智能电网对外服务接口设计中必须考虑的。

  4)相关的实验和应用还有待加强。目前国内外智能电网基于一定接口标准参与智慧城市互动业务,特别是与城市中其他各个业务系统的互动运行案例还很少。有关用户使用评价、性能数据、应用经验等都很欠缺。

  5)对智慧城市中其他业务系统服务的理解和利用不足。开放、互动是相互的,充分利用城市中其他各个业务系统提供的服务,有助于智能电网更好地提供自己的服务。

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