五分鐘帶你了解支撐智慧城市的智能電網(wǎng)接口設(shè)計

進入21世紀以來，智慧城市隨著城市化進程的加速而成為重要發(fā)展趨勢。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)外的平均城市化率早在2011年就已經(jīng)超過了50%，截至2014年2月，國內(nèi)95%的副省級以上城市都提出或在建智慧城市。城市的發(fā)展離不開電力服務(wù)，智能電網(wǎng)將在其中起到越來越重要的支撐作用。

為了更好地服務(wù)智慧城市建設(shè)，近年來，隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的進步，特別是國家電網(wǎng)公司堅強智能電網(wǎng)建設(shè)進入全面建設(shè)階段，在智能電網(wǎng)服務(wù)接口方面也開展了大量的研究和實踐。例如智能互動服務(wù)平臺的設(shè)計、智能用電互動體系和電力服務(wù)行業(yè)的運營模式研究等，相關(guān)成果已經(jīng)在國內(nèi)大量智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程實踐中得到應(yīng)用。

在有關(guān)智能電網(wǎng)用戶側(cè)接口標準化方面，國際電工委員會（IEC）于2011年成立了智能電網(wǎng)用戶側(cè)接口項目委員會（PC118），并在2014年完成智能電網(wǎng)用戶接口技術(shù)報告IEC/TR62939-1的出版，目前正在開展智能電網(wǎng)用戶接口技術(shù)規(guī)范的編制。目前影響較大的智能電網(wǎng)用戶接口國際標準包括開放自動需求響應(yīng)規(guī)范（OpenADR1.0和2.0）、能源互操作標準（EI1.0）以及智能能源規(guī)范（SEP2.0）等。中國國家標準委員會已于2014年批準成立了對應(yīng)PC118的國內(nèi)標委會：全國智能電網(wǎng)用戶接口標準化技術(shù)委員會（SAC/TC549），其標準制定領(lǐng)域涵蓋了電網(wǎng)公司、第三方服務(wù)提供商與用戶之間的信息交互以及相關(guān)的智能用電服務(wù)。

然而，作為智慧城市的一個基本特征，城市中各業(yè)務(wù)系統(tǒng)充分互動，不僅要求城市各業(yè)務(wù)系統(tǒng)（包括智能電網(wǎng)）與最終用戶的互動，而且要求城市各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的互動。這對智能電網(wǎng)服務(wù)接口提出了更高的要求，目前不論是在相關(guān)的接口研究成果還是相關(guān)的接口標準規(guī)范方面都還是有差距的。為此，在對智慧城市的需求、智能電網(wǎng)用戶接口存在的差距問題進行剖析的基礎(chǔ)上，本文采用規(guī)范分解和業(yè)務(wù)靈活重組的思路，對智能電網(wǎng)對外服務(wù)接口進行了設(shè)計，并以智慧城市應(yīng)急管理為例，進行了典型互動業(yè)務(wù)示范設(shè)計。

智慧城市對智能電網(wǎng)服務(wù)接口的需求

目前一個比較普遍的共識是，21世紀的“智慧城市”應(yīng)該能夠充分運用信息和通信技術(shù)手段感測、分析、整合城市運行核心系統(tǒng)的各項關(guān)鍵信息，從而在各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)做出智能的響應(yīng)。其核心特征在于感知、互聯(lián)、智能、高效（集約：物質(zhì)最佳循環(huán)，能量充分利用）。雖然國內(nèi)外各地智慧城市建設(shè)的理念、方案等由于各種時空條件而有所區(qū)別，但“互聯(lián)、智能”的特征是統(tǒng)一的。

智慧城市對智能電網(wǎng)的服務(wù)接口需求，其核心還是來源于智慧城市中各業(yè)務(wù)系統(tǒng)互動的需求。例如在智慧城市的電能可靠供應(yīng)方面，需要智能電網(wǎng)在電能的接納、供應(yīng)和停止供應(yīng)等方面提供靈活的業(yè)務(wù)流接口，需要提供對電網(wǎng)狀態(tài)的實時監(jiān)測、評估和預(yù)測信息接口；在能源替代方面，需要智能電網(wǎng)提供即插即用的電能服務(wù)接口，特別是需要提供對電動汽車的全方位服務(wù)；在可再生能源利用方面，需要提供對風(fēng)、光、水、生物能等靈活的并網(wǎng)接口，需要提供對微電網(wǎng)的靈活支持；在應(yīng)急管理方面，需要智能電網(wǎng)與城市中政府應(yīng)急平臺、消防、交通、醫(yī)療、公安、氣象等系統(tǒng)實現(xiàn)復(fù)雜、靈活、實時、自動化的交互。

其實“友好互動”本就是智能電網(wǎng)的核心特征之一。為了實現(xiàn)智能電網(wǎng)與智慧城市中各業(yè)務(wù)系統(tǒng)以及用戶之間的“互聯(lián)”、“協(xié)同”、“智能”，對智能電網(wǎng)

的對外服務(wù)接口進一步提出了以下要求：

1）開放性和規(guī)范化：開放性要求接口規(guī)范化，同時又易于被城市中其他各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)理解和支持。接口在滿足需求的基礎(chǔ)上需要保持一定的穩(wěn)定性，使智慧城市各業(yè)務(wù)部門面對的是一組共同的智能電網(wǎng)服務(wù)接口。

2）全面性和多樣化：接口的內(nèi)容不僅包括信息和通信接口，能量接口，甚至包括保障服務(wù)接口，如現(xiàn)場檢修、應(yīng)急搶險聯(lián)動等。接口還應(yīng)該支持城市中各行業(yè)部門和用戶多種多樣的業(yè)務(wù)需求，同時可以隨時空條件變化而更新。

3）實時性：接口中所有操作需要在一定時限內(nèi)完成。如果某些接口延時過長，可以定義為異步操作接口，或者進一步將其分解。

4）自動化：接口需要支持基于信息通信技術(shù)的自動化處理。

5）智能化：接口需要支持智慧城市中各行業(yè)現(xiàn)在以及未來的各種智能應(yīng)用。

6）定制化：智能電網(wǎng)參與了智慧城市中多種多樣的業(yè)務(wù)，這些并不需要直接在接口中定義，反過來智能電網(wǎng)的對外服務(wù)接口需要支持各類用戶定制所需的業(yè)務(wù)。

7）顆粒度合理：接口需要有合適的顆粒度。接口層級過高、過于籠統(tǒng)，則不利于定制化業(yè)務(wù)的定義和執(zhí)行；層級過低、過細，也不利于使用和維護。

智能電網(wǎng)服務(wù)接口存在的差距

相比智慧城市對智能電網(wǎng)接口的全面和深入需求，面對大量的智慧城市互動業(yè)務(wù)需求，目前相關(guān)的智能電網(wǎng)服務(wù)接口成果還是遠遠不夠的，突出表現(xiàn)在：

1）智慧城市的互動需求是全方位的，特別是城市中各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的互動，而目前研究成果主要集中在需求響應(yīng)、用戶能效等方面。

2）服務(wù)接口的易用性。智能電網(wǎng)有自己領(lǐng)域內(nèi)眾多的標準規(guī)范，而智慧城市各業(yè)務(wù)系統(tǒng)也都有自己的規(guī)范。實際應(yīng)用中不可能要求城市中所有相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)都理解智能電網(wǎng)的有關(guān)信息模型、都深入理解電力行業(yè)內(nèi)的相關(guān)標準。

3）有關(guān)智能電網(wǎng)對外服務(wù)接口的安全性研究亟待加強。這涉及到電網(wǎng)可靠性、用戶私密數(shù)據(jù)、商業(yè)秘密、有關(guān)的法律后果等種種安全問題。怎樣在智慧城市業(yè)務(wù)充分互動的環(huán)境下，應(yīng)對以上安全問題，是智能電網(wǎng)對外服務(wù)接口設(shè)計中必須考慮的。

4）相關(guān)的實驗和應(yīng)用還有待加強。目前國內(nèi)外智能電網(wǎng)基于一定接口標準參與智慧城市互動業(yè)務(wù)，特別是與城市中其他各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的互動運行案例還很少。有關(guān)用戶使用評價、性能數(shù)據(jù)、應(yīng)用經(jīng)驗等都很欠缺。

5）對智慧城市中其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)的理解和利用不足。開放、互動是相互的，充分利用城市中其他各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供的服務(wù)，有助于智能電網(wǎng)更好地提供自己的服務(wù)。

智能電網(wǎng)對外服務(wù)的規(guī)范化分解及其接口

基于智慧城市對智能電網(wǎng)的接口需求，以及目前智能電網(wǎng)建設(shè)和互動化研究成果，對智能電網(wǎng)對外服務(wù)進行了規(guī)范化分解。經(jīng)過分解所得到的服務(wù)是可用于重組更復(fù)雜的自動化、智能化互動業(yè)務(wù)的基本單元。

表1中主要以信息接口的方式定義了智能電網(wǎng)的對外服務(wù)接口內(nèi)容規(guī)范，信息流的背后代表的是各類實際的能量流服務(wù)、通信服務(wù)和保障服務(wù)。

智慧城市應(yīng)急搶險互動業(yè)務(wù)接口設(shè)計

應(yīng)急搶險是城市發(fā)展的基本支撐功能之一，其中電力部門發(fā)揮著重要作用。應(yīng)對嚴重自然災(zāi)害、社會安全事件、惡性生產(chǎn)和生活事故、重要設(shè)備損壞等問題，需要各部門的高度協(xié)同，以適應(yīng)智慧城市不斷提高的自動化、智能化和實時性要求。

針對危急事件發(fā)生后的場景，圖1是一個基于各部門服務(wù)分解和業(yè)務(wù)重構(gòu)方法的智慧城市應(yīng)急搶險業(yè)務(wù)設(shè)計例子。圖中虛線代表信息流；兩條線的交叉點表示信息發(fā)到該部門，還會繼續(xù)向其他部門發(fā)；方框中的文字代表各部門的實際操作。當(dāng)有用戶發(fā)生緊急情況時，政府應(yīng)急平臺首先進行核實和詳細情況了解，隨后向城市中各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)問詢，利用遍布城市的各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的監(jiān)視能力了解最新情況，電力部門也提供有關(guān)電網(wǎng)區(qū)域監(jiān)視信息、電網(wǎng)運行狀況、關(guān)鍵和危險設(shè)備等信息，隨后應(yīng)急平臺綜合判斷事件的危急程度和可能需要參與的業(yè)務(wù)部門，并發(fā)布事件通報，在各相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案基礎(chǔ)上形成針對性的總體應(yīng)急預(yù)案，并下發(fā)包括智能電網(wǎng)在內(nèi)的各個城市業(yè)務(wù)系統(tǒng)協(xié)同運行。

圖1智慧城市應(yīng)急搶險互動業(yè)務(wù)

該業(yè)務(wù)的特點在于：政府應(yīng)急平臺發(fā)現(xiàn)異常后，能夠第一時間綜合城市各個部門的監(jiān)視信息，全面評估具體情況；然后在綜合各部門應(yīng)急預(yù)案的情況下給出總體預(yù)案；應(yīng)急處置過程中，各個部門借助重構(gòu)后的業(yè)務(wù)平臺，及時交換信息，協(xié)同完成任務(wù)。

圖1中主要強調(diào)的是城市各部門在應(yīng)急搶險中的協(xié)同配合，并不包含完整的預(yù)防、準備、響應(yīng)、恢復(fù)等應(yīng)急管理體系。城市中各個行業(yè)、部門內(nèi)部的應(yīng)急平臺仍然是必須的。避免電力設(shè)備損壞、電網(wǎng)停電、電力原因造成人員傷亡，維護社會公共安全等，仍然是電力系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)急搶險需要解決的問題，但通過本業(yè)務(wù)設(shè)計有可能從城市中其他部門得到更多幫助。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，電網(wǎng)安全監(jiān)測和評估能力、可靠性、故障后恢復(fù)能力以及電力應(yīng)急處置能力的提高，對于智慧城市整體硬件搶險能力都是有力的支撐。

結(jié)語

智能電網(wǎng)對外服務(wù)接口的設(shè)計和規(guī)范化對于智慧城市中各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的充分互動具有重要意義。目前國內(nèi)外都已有相關(guān)標準機構(gòu)著力于智能電網(wǎng)用戶側(cè)接口標準的研究和制定，并形成了部分相關(guān)成果。但對于當(dāng)前智慧城市的迅猛發(fā)展，接口的制定在量和質(zhì)方面都還遠遠不夠。本文基于規(guī)范化分解的方法對智能電網(wǎng)對外服務(wù)接口進行了初步分析，并基于該思想對智慧城市中的應(yīng)急搶險互動業(yè)務(wù)進行了自動化、智能化方面的設(shè)計。可以看到，未來智慧城市對于智能電網(wǎng)接口的需要將會更加全面和深入，并且這種接口設(shè)計除了電力企業(yè)自身的需求，還要滿足城市中其他部門和最終用戶的多方面需求。