微软智能能源参考架构.doc

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1、电力和公用事业智能能源参考架构2009 年 10 月 14 日 www.M本文档所包含的信息仅代表 Microsoft 公司在本文发布之日对所述问题的当前观点。Microsoft 必须响应不断变化的市场环境，因此本文档不得解释为 Microsoft 的承诺，Microsoft 不担保文中的任何信息在发布之日之后的准确性。本参考架构仅用于提供信息之目的。Microsoft 对本文档中的信息不做任何明示、暗示或法定的担保。用户应自行负责符合所有适用的版权法律。除版权法规定的权利以外，未经 Microsoft 公司明确的书面许可，不得以任何形式和任何手段（电子的、机械的、影印、录音或其他）复制、传输

2、本文档的任何部分，或将其存储或导入到信息检索系统或用于其他任何目的。Microsoft 可能对本文档所叙述的主题拥有专利权、专利申请权、商标权、版权或其他知识产权。除 Microsoft 的任何书面许可协议的明文规定外，向您提供本文档并不意味着同时授予您这些专利权、商标权、版权或其他知识产权。 2009 Microsoft Corporation。保留所有权利。目录引言61.0电网的演进91.1智能能源生态系统的兴起121.2智能能源生态系统参与者131.3生态系统内的协作142.0不断变化的业务要求182.1能源资源和限制182.2业务因素202.3技术支持要素223.0架构273.1方法2

3、83.2 用户体验 (UX)333.3协作403.4信息443.5集成753.6应用程序架构993.7安全性1004.0Microsoft 技术体系1024.1体系集成概览1034.2基于功能的信息架构1044.3协作服务1104.4 流程集成1154.5 数据库和数据仓库1234.6商业智能1254.7复杂事件处理1264.8移动性1274.9 管理和安全性1294.10System Center1294.11 端到端信任1314.12 平台1424.13 虚拟化1434.14 工具153结束语170微软智能能源参考架构引言全球电力系统的结构、工程设计和目标正在发生重大的思路转变和显著的改造

4、。全新的推动力量（例如气候变化、插电式油电混合动力汽车等全新市场参与者的出现以及日益增加的能源需求等）正在共同推进当今智能电网的发展。许多观察家都相信，这种变化的范围及其对社会的影响将与电网本身的出现相当，将影响能源电力行业的每一个方面。由于这种变化影响的范围极广，因此微软相信，更为准确的做法是将全新的电力公司环境称为协作式、集成化的“智能能源生态系统”。因此，微软将重点关注打造这样一个生态系统所需的技术创新和进步。在全球各地，各级政府机构和标准实体都在考虑采用或已经在采用智能能源生态系统的各种基本要素： 欧盟委员会已经确立了一个名为 欧盟技术平台(ETP) 的计划，旨在打造顺应未来的电力网络

5、。 中国已经公布了积极的智能电网部署框架，斥资数十亿美元为其提供支持。 国际电工委员会 (IEC) 发起了一项全球计划，通过一个综合全面的通用技术标准框架支持全球的新型“智能”电网。 电子电机工程师学会 (IEEE) 正在开发“智能电网与电力系统 (EPS) 和最终用户应用和负载的能源技术与信息技术操作互通性指导草案”，即 IEEE P2030。 在美国，国家标准与技术局 (NIST) 正在领导一项开发智能电网标准框架以实现设备和系统互操作性的工作。微软承诺将致力于支持这些全球性的工作，在智能能源生态系统的开发中担任领导角色。微软公司的技术策略与战略副总裁 Anoop Gupta 于五月份在白

6、宫会见了美国能源部长朱棣文和美国商务部长骆家辉，此后不久，他简短地汇总了微软对这一行业的贡献：“电网智能化是通过在电网的各种控制点处糅合软件实现的，这使个人和企业能够随时访问及时、用户友好的信息，帮助他们制定有关能源使用的明智决策。有了通用标准和互操作性框架，我们就可以预见到一个拥有能够无缝融入家庭的数以千计的智能设备的世界，这就像今天的即插即用模式允许数千种设备无缝插入 PC 一样。”除了认同在支持智能能源生态系统开发方面建立标准的重要性之外，微软认为还有必要建立一种架构哲学，为迁移到监视、控制和报告这种新型电力系统的资产所需的全新基础设施和服务打造远景和可靠基础。为了支持这种观点，微软竭尽

7、全力，提供了这种参考架构，旨在阐明智能能源生态系统的行业愿景。观察家将注意到，这种架构设计用于将敏捷性提升至最大限度，实现基于角色的生产效率，同时确保安全的IT和运营，并为智能能源生态系统的所有参与者提供最佳 ROI，不但现在如此，更能在系统需求扩增时满足日益增加的市场复杂性。我们的参考架构由四大部分组成，旨在解决不同受众的疑问和关注问题： 第一部分电网的演进介绍了打造行业发展方向的推动力，目的在于概述未来将面临的挑战。 第二部分不断变化的业务要求提供了一种行业架构愿景，详述了整个价值链，从电力公司到最终消费者，包括商业、工业或居民消费者。业务决策制定者将充分认识在智能能源生态系统出现之后他们

8、将面临的业务挑战。 对于已经深入了解了行业和信息架构、更加关注微软技术的软件开发人员、系统集成人员和解决方案专家来说，架构部分最为有用。 Microsoft 技术体系部分介绍了支持这种架构愿景的微软产品与解决方案，在某些情况下还包括合作伙伴主导的解决方案。 最终，我们通过这份文档提供了有关具体主题和相关解决方案的详细指南和超链接。本文档提供了可用并适用于加速智能能源生态系统开发、指导其部署的参考信息。尽管我们尽力提供这种基本框架的观点，但 微软希望读者能够与我们达成共识，认识到智能能源生态系统的实现是一段漫长的旅程，而绝非终点。本参考架构旨在建立最大化微软为客户提供的价值的愿景，明确阐述了智能

9、能源生态系统的愿景，随后介绍了能够实现这一愿景的微软及合作伙伴的技术。正如智能能源生态系统计划有着全球化的本质一样，微软也致力于提供适用于全球的参考架构。1.0电网的演进过去，电网一度是由电力公司部署的一种基础设施，拥有非常“简单”的使命，即将电力从发电厂传输出来，分配给客户。构成电网的基本电力组成部分包括发电厂、变压器、导线、断路器、保险丝、开关、电容器和机器。图 1 - 从发电到客户的电力价值链这种基础设施由一组彼此通信并与整个电网内的多个控制中心通信的设备监视并控制。图 2 - 更广泛的电力价值链视角（来源：维基百科）随着技术的发展，微处理器、软件和通信得到了显著的改进，这些支持电网的设

10、备的功能（和数量）已有极大的增加，它们不仅能够采取措施、响应命令，并且还能独立做出反应并与现场的其他设备协作。这种级别的面向设备的协作现已从过去的变电站扩展到了配电线路上的设备、配电资源和最终客户。举例来说，相量测量装置 (PMU) 就是先进的技术发展带来的一项重大设备功能改进。通过使用准确的 GPS 同步时钟，PMU即可测量电网中多个点的电源频率相位角，带来了电网实时监视与分析的革命性改进。PMU 对电网运作和可视化大有裨益，还能帮助支持将多种电力来源（如风力和太阳能）以可靠、自动化的方式整合到电网之中。技术不断发展，行业标准也随之发展。在电力公司的资助下，电力研究学会 (EPRI) 主持了

11、多项解决互操作性问题的工作。其成果已上报给国际电工委员会 (IEC)，实现了标准化，并促进了积极活跃的用户组的发展。这其中包括： 控制中心间通信协议 (ICCP) 电力通信架构 (UCA) 通用信息模型 (CIM)此外，值得一提的其他标准化工作包括： 倡导技术的专业联盟IEEE帮助建立了众多重要的通信和电力工程标准。 2004 年，美国能源部 (DOE) 和 GridWise 联盟达成共识，协力实现改造美国全国电网的愿景。 国际大电网系统委员会 (CIGRE) 称为 D2.24 的一项工作正在推动新一代能源市场和能源管理系统的需求和架构。 IEC 和 IEEE 开发的标准现已纳入 NIST 开

12、展的有关智能电网的工作。 最后，随着智能能源生态系统逐步演进为包含最终消费者（包括商业或居民消费者），OASIS 等Web服务标准实体将承担更为重要的角色。1.1智能能源生态系统的兴起智能电网包括这些新型或改进的连接电网的设备，这使智能能源生态系统能够提供诸多新功能，从而响应并推动不断变化的消费者行为和对于能源的态度。举例来说，智能能源生态系统很可能需要接受安装在商业建筑物和私人房屋屋顶的太阳能电池板提供的能源。此外还需要整合来自强力但多变的风力发电厂的电源。在数百万人拥有插电式油电混合动力汽车（PHEV）的情况下，智能能源生态系统将允许他们在深夜的非高峰时间从电网中购买电力。随后，如果出现用

13、电高峰事件，电网需要电力能源，电力公司也可提取这些 PHEV 存储的电力。图 3 - 创新推动的智能能源生态系统实际上，电力公司已经部署了众多配备微处理器和双向通信功能的设备，能够实现过去不可能实现的广泛功能，包括收集更多信息、本地决策制定与协调。1.2智能能源生态系统参与者智能能源生态系统具有广泛且不断增加的活跃参与者，他们各有不同的角色、兴趣和相关责任。参与者可以是组织、人员或智能设备，其中包括： 电力公司及相关企业，包括：v 配电企业v 独立系统运营商 (ISO)v 地区输电运营商 (RTO)v 输电市场运营商v 输电企业v 发电企业v 配电平衡权威机构 服务提供商，包括：v 能源聚合机

14、构v 维护服务提供商v 计量服务提供商v 气象预报v 能源零售提供商v 设备提供商（PHEV、太阳能电池板、蓄电池等） 客户，包括：v 居民v 商业v 工业v 政府机构PJM Interconnection公司开发了以下图示，展示了智能电网中的不同角色，及其如何开展通信和协作以履行其各自的职责。图 4 - 智能电网参与者（来源：PJM Interconnection）下文给出的参考架构描述了这些参与者是如何进行互换的，并提供了根据 微软平台技术实现这些系统的指南。1.3生态系统内的协作如果将智能电网视为一种能源生态系统，那么就可以立即注意到，急需通过组织与设备之间的协作来支持电网。用户、企业、

15、个人客户和多种技术系统、资源与智能设备之间必须存在协作和相关的业务流程。协作关系可以是合作式的，也可以是竞争式的。电力公司和市场运营商可以合作解决威胁电网稳定性的重大中断事故。市场参与者可以在竞争的环境中开展电力市场协作。实际上，协作是必不可少的，原因有很多： 为了运作电网 为了通过能源市场购买和销售能源 为了经济有效地利用能源 为了参与能源计划（例如，需求响应、效率等）以便更好地管理能源的使用 调度资源 调度用电 结算 维护电力基础设施图 5 - 智能能源生态系统概览生态系统内的责任是联合的，不同类型的组织之间可能存在交互，此外组织也可能需要与电网和客户基础设施交互。某些组织承担了多个角色，

16、例如在垂直整合的电力公司内，发电、输电和配电的责任是整合在一起的。也可能有多种类型的服务提供商参与需求响应计划，例如提供计量、维护、气象预测或负载聚合服务的提供商。除此之外，所有这些角色都需要交互和协作。过去，参与者一直是人员或组织，但设备在本地制定决策的能力进一步扩展了参与者/参与模型。2.0不断变化的业务要求全新的智能能源经济将使电力公司和市场参与者进入多种新型关系，并采用能够在智能电网的形式逐步明确、展现自身的机会逐步出现时随之演进的业务模式。实际上，我们相信，这些新型的关系和不断变化的业务模式将是智能电网发展过程中最有趣的成果之一。这种新型业务环境使得充分理解架构以便捕捉新机遇变得势在

17、必行。这一部分内容考虑以下几个主题： 能源资源和限制 业务因素 技术支持要素2.1能源资源和限制能源资源日益增加的多样性将成为全新业务模式的主要推动力之一。举例来说，风力、太阳能和其他分布式发电形式逐渐普及，而且较为经济，但这些形式有着与传统发电厂截然不同的运营、经济和控制特征。考虑一家电力公司将这种多变的电力来源与需求响应相结合时的运营复杂性，如果需求能够得到控制，未得到利用的能源（有时也称为“负瓦”）即可视为能源资源。这种全新、多样化的发电模式（包括可再生能源、分布式发电和所谓的“负瓦”）将电网从一种从一组较小的发电厂开始单向输出电力的运营模式转变为混合大量大中小能源资源的双向电力流，并且

18、许多此类资源都具有截然不同的运作特征。如前文所述，这种动向的一个极端示例就是 PHEV 中的电池可作为电网的电力储备，在高峰时间，可以按需提取电池中的电力作为能源资源，随后在更经济的非高峰时间可以为其充电。目前，输电网具有一定的运营限制，需要谨慎加以管理。随着消费者购买的 PHEV 越来越多，部署的分布式资源越来越多，输电网的限制也会愈加明显。配电线路在设计时确定的平均客户负载可能是 1.5KW，而单独一台 PHEV 的充电周期可能就会使负载增加至 20KW。随着越来越多的 PHEV 连入电网，配电线路的容量就可能发生超负荷的情况，此时就需要大规模升级物理设备和/或协调 PHEV 充电。电力公

19、司将更倾向于采用协调的方式，从而最小化峰值负载，并保证配电线路具有不超过设计限制的平衡操作。最后，与电力公司的基本计量职能相关的新型因素及限制也在不断涌现。过去，只能以月度总计的形式测量大型消费者的用电情况。通过先进的仪表部署，现在就可以按照指定的时间间隔，以接近实时的方式测量所有客户的用电情况，可以每隔 15 分钟报告一次所有客户的用电情况。这种指定时间间隔的报告使电力公司有机会在成本较高的高峰时段向客户收取较高的用电费用，或者为在非高峰时间用电提供较为优惠的电费。这种分时计价为客户提供了改变其用电行为和/或在家庭或企业中利用设备来合理化整体能源成本的动机。因此，先进仪表所用的通信基础设施将

20、成为客户与电力公司或服务提供商之间的一道通路，用于提供需求响应、中断检测、供电质量监视等附加服务。2.2业务因素智能能源生态系统的出现将带来广泛的经济和技术变革，这就要求日常业务流程加强其能力和灵活性以便适应变革。只要企业能够迅速而经济地改变其业务流程，新型市场就能提供大量新的盈利机会。这种灵活性将需要能够支持和预测以智能能源生态系统为目标发展演进的每个后续阶段的信息技术架构。此架构的价值体现在实现特定业务流程的持续发展演进的经济有效性方面。实际上，这种连续不断的灵活性和适应能力将成为最初起便需要一种架构框架的主要原因。以下行业问题展现了电力企业面临的挑战以及可解决这些挑战的技术解决方案。2.

21、2.1 电力公司劳动力优化与其他行业中的企业相似，电力公司也面临着将支持业务流程所需的人员数量减至最低的沉重压力。过去的业务流程执行可能要求有多名具备特定应用程序知识的人员，但现在完全可以利用工作流技术，对用户隐藏底层应用程序细节。这种做法能为用户提供简化、流线化的流程视图，使之能够更高效地执行，并且保证所需的培训最少。工作流技术也能自动化许多步骤，避免繁琐的数据录入，提高准确性和效率，并保证业务流程执行符合企业合规策略和程序。2.2.2 劳动力的人口统计特征变化支持智能能源生态系统的架构还需要考虑并支持不断变化的电力公司劳动力中出现的新动态。婴儿潮一代人步入老年，导致众多高级人才（携其丰富的

22、经验）离开工作岗位，许多文章已经讨论了这个主题。除了众所周知的人才流失问题之外，新一代劳动力的人口统计特征也需要采用全新的工作工具：即逐渐步入工作岗位的千禧一代，他们对用于执行电力公司工作流程的先进工具的期待更高。这些动态将促使企业寻求通过技术系统来解决两种劳动力人口统计特征挑战。最快适应这些不断变化的情况的企业将能够更快地获得收益。然而，为了实现这种灵活性，企业内的人员将需要通过建立协作、知识管理、数据存储库和流程集成的工具及时访问所需信息，而且这些信息应为他们可以使用的形式。企业将需要一种能够支持实际集成并作为智能能源生态系统革命的支持动力的架构。2.2.3 设备协作优化将设备添加到电网也

23、是一个展示工作流自动化如何促进计划和运作模式、资产管理系统、地理空间信息系统以及可能的客户信息系统（在相位重新平衡的情况下）更新的良好流程示例。2.2.4 外包和承包优化如今，电力公司均将向专业服务提供商承包新服务或外包现有服务。这种做法增加了利用可利用工作流或门户技术实现的外观模式保护企业应用程序免于直接访问的需要。外包和承包的这种动态也促成了对于位置不可知访问的需求，同时突出强调了对于健壮的多企业安全性基础设施的需求。如果安全性和性能因素在解决方案中得到了合理的管理，电力公司即可考虑将云服务作为可行战略。总而言之，客户正在利用技术发展，合理化其能源使用，同时其他一些外部因素也在影响着电力公

24、司改变其业务运作的方式，正因如此，电力企业需要利用多种技术和业务创新，协助其顺利实现智能能源生态系统的目标。2.3技术支持要素智能能源生态系统的技术架构不能仅限于满足根据劳动力、消费者和法规的变化而改造业务实践的需求。它还需要作为新技术的支持要素，包括我们已经了解的新技术和尚未出现的新技术。2.3.1 高级传感器和 Web 集成新型的高级传感器将通过与 Web 的更深入的集成扩展智能能源生态系统的功能。其中包括： 全球定位系统 (GPS) 相量测量装置 (PMU) 时间间隔读数计 集中补救控制系统 (C-RAS)举例来说，通过利用 GPS 等技术，设备现在就能够按照非常精确的时间点来获得测量指

25、标。这使得利用 PMU 在电网中的多个位置测量相位角并获得全电网范围的测量指标快照成为可能。时间间隔读数计则将支持更加准确的负载模式。这些技术彼此结合，提供了改进电网分析、监视和控制的新机遇，从而使电网的稳定性和安全性得以改进，并进一步促进更好的电网利用率。高级传感器和 Web 集成的另一个示例就是 C-RAS。电力公司已经证实，C-RAS 可用于建立电网事故快速迁移方案，减少备用电力储量所用的原材料，同时保持或提高整体可靠性。自动触发预先启用的电网响应操作能够大大增强自治化的可靠电网运作。智能能源生态系统技术架构的其他核心组件还包括 Web 技术、集成标准和目前在多个层面上提供了更好的协作的

26、相关产品。这些技术提供了获得更实用、更低成本的实现的机会，并将克服过去的集成成本障碍。2.3.2 AMI 和通信网络高级测量基础设施 (AMI) 是另一项重要的支持要素，很多人甚至认为它与智能电网的重要性相当。由于有着双向通信功能，因此 AMI 带来了许多新机遇，包括： 更及时的使用量测量，提供了不同于基于每月总用量的计费的全新定价选项。 自动检测和确认中断，提供自动恢复验证。 检测客户级的电力质量问题，例如瞬时中断和电压水平。 提供一个家用局域网的网关，例如使用 ZigBee 提供的局域网，其中的家用设备可以按需响应定价和负载控制信号，以便实现需求响应计划。 管理本地能源消耗计划，使用户能够

27、根据偏好将成本降至最低，使电力公司能够平衡负载，并更好地利用配电网。通信网络承担着智能能源生态系统支持要素的角色，因此应将其视为任何架构蓝图内的主要组成部分。目前用于与 AMI 设备通信的现场网络通常是专用的，往往使用专有协议或特定于电力行业的协议。此外，宽带Internet服务也提供了开放、经济高效、更高带宽、易于广泛部署的通信基础设施。(1) 由于已经完成了部署，因此与性能较低的特定于电力公司的基础设施相比，其成本也更具竞争优势。近期FCC对于“网络中立”的努力消除了与宽带有关的最大的忧虑。只要预先解决了安全性问题，计量和家用局域网 (HAN) 通信基础设施即可将新型家用设备加入电网上受监

28、视、可控制的设备组合中，包括： 智能恒温器 智能设备 可处于充电、储备和放电状态的插电式油电混合动力汽车 (PHEV) ZigBee(2) 智能能源 (SE) 分析设备 HomePlug 设备 IPSO 设备 居民太阳能和风力设备 楼宇自动化新一代的现场和家用设备有能力使用双向通信功能制定本地决策，这允许客户更好地监视、控制和计划能源使用，并更好地响应需求响应事件和定价信号。电力公司或独立服务提供商可利用这些设备扩展其运营能力，促进设备在能源计划中的注册，从而允许电力提供商调整计划来提供更高效、更平衡的配电网运作。(3)(1) 请注意，开放性和成本效益也是有成本的：HAN 的基础设施和网关要利

29、用Internet，因此整体架构必须谨慎避免安全性问题。(2) ZigBee 是 ZigBee 联盟建立的一组规范，围绕 IEEE 802.15.4 无线协议建立，针对低功率、低成本的传感器网络。(3) 还有必要说明，HAN 技术提供了一种监视和控制基础设施，可以扩展到电力领域以外，包含其他能源相关服务和非能源相关服务，例如：天然气、水、家庭安全、家庭监视和远程控制、预付费计量服务和家庭医疗保健。2.3.3 全新的计算范式新型计算范式要求智能能源生态系统采用新方法。这些范式包括： 计算技术 存储的改进 通信技术的改进 规模 不可靠的实体的参与举例来说，多内核处理器将普及。应用程序需要过渡到多内

30、核、多处理器、多线程的设计。低成本、低功率、大规模并行计算将主宰基础设施，并推动应用程序的设计。尽管要通过并存的方式保护现有投资，但有必要分散应用程序，以便利用全新的硬件平台。除此之外，通信功能（包括无线通信和硬件连接的通信）仍在不断扩展。实际上，带宽的扩展速度已经超过了摩尔定律的速度。然而，通信可能是不可靠的，可能在特定时间或特定地理位置（通常称为“蜂窝孔隙”）不可靠。解决方案需要足够灵活，具备应对瞬时通信丢失或中断的弹性。因此，需要始终考虑自治操作。随着大批积极参与者（最终客户）和多种全新小型设备的加入，互连智能能源系统的规模将扩大到全新的级别。大量不可靠的自治参与者的紧密耦合也必然是不可

31、靠的。系统的设计需要灵活且能够适应自治行为。取得成功的真正标志将是在小型、自治、独立、不可靠的设备和参与者的基础之上建立一种可行的系统。因此，智能能源系统具有某些难以掌控的部分。系统的设计需要假设多个位置存在有待解决的相同计算问题。例如，微型电网和集成化控制中心都可以计算一个给定配电网段的能源平衡情况： 对于微型电网来说，解决方案可在控制中心通信丢失的情况下支持微型电网的有效运作。 对于控制中心来说，解决方案可在所有临近的配电电路之间进行协调。无论是输电级还是配电级，实时能源管理系统都将继续具备严格的性能和可靠性约束。智能能源参考架构认识到，实时系统操作的所有新参与者的紧密耦合从长期角度来看将

32、是脆弱、不可靠的。面对新参与者的自治、独立、可能无法预测、非响应性的行为，无论其范围是作为最终用户的居民客户，还是大规模的可再生能源，系统必须具有适应能力和弹性。3.0架构这部分内容介绍了微软智能能源参考架构 (SERA)。参考架构就是一种一致的框架，能够指导特定领域内的实现。微软SERA 体现了尝试理解和整合技术、业务和法规趋势可能造成的影响时的最佳实践和努力。最终得到的实现和部署构成了一个智能能源生态系统。能源生成和交付系统有着无穷无尽的多变性，因此，一致地提供一种能在所有实例中工作的特定架构框架的单一详细视图是绝对不可能的，超出了我们的能力范围。与此不同，微软SERA 旨在应对普遍性的系

33、统和问题，提供充足而不过于繁冗的细节。NIST 似乎考虑了过多标准的问题（包括国际标准在内），而且没有明确的路线。尽管 NIST 的工作是在美国开展的，但实际上属于全球化的工作，将（与本参考架构文档共同）加速全球智能电网解决方案的开发和部署。应将 SERA 视为 NIST 标准与具体微软产品和技术之间的桥梁。它致力于从一个位置提供 对于数十个来源的产品和技术的理解。如果一个组织对特定的智能电网组成部分感兴趣，例如，实现需求响应解决方案，我们希望他们能够从这里找到足够的信息，确知微软及其合作伙伴拥有适合更大的功能框架的技术组件。SERA 的组成部分包括： 方法 用户体验 协作 信息 集成 应用程

34、序架构 安全性3.1方法微软SERA基于五个基本的“支柱” 面向性能的基础设施、整体的实际用户体验、 能源网络优化、合作伙伴支持的富应用平台和互操作性 如下图所示：图 6 - Microsoft 智能能源参考架构的基本支柱3.1.1 面向性能的基础设施面向性能的基础设施具有使架构完整并适合业务需求的特性，其中包括： 经济性：基础设施必须提供经济有效的方法来部署和集成功能。 部署：组件必须考虑部署方式以及地点的灵活性。 位置无关性：服务的设计必须使之能够在现场部署或在云中部署。 始终连接：无论用户和软件组件位于什么位置，它们能够始终访问平台和服务。 可管理性：基础设施组件可有效部署、管理和监控。

35、 可传输性：功能和信息可以轻松地从一个版本的底层基础设施组件迁移到另一个版本，保证中断或干扰最小化。 安全：已经部署的组件、功能和相关信息得到保护，以便免受未经授权的访问或恶意攻击。 高性能、高可伸缩性：通过提高硬件性能（上扩）或线性增加硬件和网络资源（外扩），即可支持更多用户、更大的模型、更多的事务量等。 虚拟化：可通过优化硬件资源使用的方式部署组件。 高度可用、自修复：在发生硬件故障的情况下支持过渡到新设备。 灾难恢复与备份：能够转移到新平台或设施，或者在出现自然灾害或恐怖事件时进行恢复，并备份结果以便简化迁移。3.1.2 整体的实际用户体验整体的实际用户体验使所有参与者都能从其他参与者的

36、角度看待智能能源生态系统。对于微软来说，这就等同于保证托管企业了解客户对整个环境的体验是怎样的、了解技术如何打造这样的体验。因此，推进智能能源生态系统的技术架构必须包括： 丰富、集成化的技术用户体验，面向家庭、汽车、控制中心和现场工作人员。 基于浏览器的协作，利用能够跨多种设备正确呈现的富客户端。 利用 Microsoft Office SharePoint Server 和服务支持协作功能和 mashup。 统一通信基础设施，底层通信基础设施具有对用户透明的特征。3.1.3 能源网络优化微软SERA 允许能源网络连接智能设备。经过优化的能源网络将整合： 灵活的通信：部署可利用多种通信途径和技

37、术，并且能够轻松重新配置，最小化为用户提供新信息所需的时间。 智能联通设备：为设备增加智能，使之能够连接到通信网络，同时实现智能自治操作和网络操作的可见性。 桌面、服务器、嵌入式和移动操作系统：可以有效地利用操作系统 (OS)，从而使用正确的 OS、保证正确的级别、面向正确的角色、提供合理的性能。 应用程序架构：这是面向应用程序基础设施和服务的架构，提供了常用的功能，使开发人员能够集中精力处理特定于领域的功能、优化上市速度和解决方案的可靠性。3.1.4 合作伙伴支持的富应用平台微软SERA从最初起便认识到，没有任何一家厂商能够单独提供实现智能能源生态系统所需的全部应用程序功能。这种参考架构旨在

38、提供一种丰富的平台，使合作伙伴能够轻松开发和部署其应用程序。以下服务是这种应用平台的重要方面： 分析：丰富的统计和分析包为不同的信息消费者提供数据挖掘、发现和报告。 协作：工具、服务和应用程序实现用户与设备之间的交互。 复杂事件处理：流处理引擎可检测和筛选事件。 集成：消息传递和数据库技术可以将工作流、流程和数据优化联系在一起。 服务总线：用于设备和设备数据通信的服务与组件。 存储：捕捉和实现电力公司运营和业务数据分析的存储库。 工作流：管理应用程序自动化以及业务流程的服务。通过向开发人员提供这些服务，微软合作伙伴仅需考虑运用其专业知识来提供特定领域的问题的解决方案，由平台提供多个垂直领域所需

39、的通用功能。因此，多家厂商即可提供在平台方面一致而又彼此竞争的产品和服务，为客户提供更加出色的产品以及便于利用的更多选择。3.1.5 互操作性微软SERA必须支持互操作性，这是为了使生态系统能够以经济有效的方式取得发展。否则就无法实现生态系统的愿景。新解决方案必须能够与原有的电力公司技术系统协同工作，以便保护这些投资。需要考虑实用的集成方法，SERA 还应具有充分的灵活性，以便在无需自定义集成的前提下部署新组件。互操作性考虑事项包括： 标准：定义一致的行业级接口，支持新组件部署。 已发布的接口：已透明地公开，供行业开放使用的接口，即便某项标准目前尚不可用，也需要考虑这些接口，另外还要满足重要的

40、互操作性要求。 信息模型：一致的实体，可表示设备和资产，实现整个企业和价值链内的信息交换。 用户界面：在展示信息和与用户交互时具有一致的内容和行为。 组件：定义良好的一组功能，为供开发人员和集成人员使用而打包在一起。 消息格式：面向服务架构 (SOA)(4) 的关键结构，定义了使服务能够交换消息的格式以及使用所定义的格式交换消息时的内容（例如，发布/订阅模式）。 接口定义：一个接口的所有元素，以便独立开发应用程序来利用此接口。 通信协议：格式、内容和交换机制，使应用程序能够被编写为使用协议定义交换信息。 安全性：安全性实现的定义，包括身份验证、授权、身份生命周期管理、证书、声明和威胁模型，旨在

41、实现安全的可互操作设计和部署。3.2 用户体验 (UX)参考架构应具有编码方法，除此之外，整体框架也必须确定几项目标和特征。这一节和后面的几节将讨论这些特征。这部分说明将解释界面为什么必须使用户能够访问对其组织和角色恰当的信息和服务。这样的用户体验将依赖于安全、位置无关的功能访问的可用性。用户界面也应支持可组合的前端，在提供一致的数据显示方式的同时，保证企业不会受困于另一种无法集成企业已有门户的独立门户。除了这些基本要求之外，还需要提供丰富、高效、优质、一致的 用户体验，而这取决于实现可视化、 分析、 商业智能和报表的信息技术系统。(5)(4) “在计算中，面向服务架构 (SOA) 提供了一组

42、准则来治理 系统开发和 集成阶段中使用的概念。这样一种架构会将功能打包为可互操作的服务：以服务的形式提供的软件模块可以集成，也可供多个组织使用，即便其相应的 客户端系统截然不同也是如此。” Wikipedia.org(5) 协作是使用体验的另一个组成部分，但我们将在独立的章节中对其进行讨论。3.2.1 可视化通过位置不可知的方式，将来自多个来源的信息集成为单一可视化表示的能力是本参考架构的主要宗旨。图 7 展示了如何通过不同的信息源实现可视化。有必要说明，尽管很多来源是只读的，但也有一些来源可能因底层服务而具有事务性的特点。图 7 - 可视化信息（来源：AREVA）许多电力公司和电网企业中常用

43、的一个体现可视化实力的简单示例就是电网覆盖区域的实时、集成化的气象信息，如图8所示。图 8 - 气象与网络的空间集成（来源：AREVA）这种可视化集成已经实现了无数有用的应用，包括： 配电操作部门可准备应急和维修人员，以防恶劣气候（例如，大风、降雪和闪电气候）导致电力中断。 网络操作部门可利用气温、风力和湿度方面的变化预测来调整负荷预测，并调整发电和电力切换计划。 检测风力特征变化，这种变化可能会影响风力发电厂的输出，因此需要购买或通过其他发电资源来获得替代能源。图8明确地展示了可用于管理电网的广域情景感知功能。另外一种类型的可视化显示整个电网内的实时相量指标。可视化工具可为用户提供选择希望查

44、看哪些数据类型的能力，往往也称为主题层。就可视化工具而言，应该考虑的重要技术因素包括： 链接各种数据源的能力，以及随后将对象关联到地理编码的空间位置的能力。 丰富的图形渲染。 用户可配置的复合应用程序。 在地理空间方面覆盖广泛信息的能力。 计算性能。 安全地连接到各种数据源集合的能力。 “钻取”显示并查看推动显示给用户的内容的底层数据的能力。这需要对底层数据进行映射和信息集成，以便将图形呈现在显示器上。3.2.2 分析电力公司需要在日常电网管理工作中执行各种电网分析计算。其中的部分计算高度专业化且很复杂，往往需要使用一个模型，并利用不同的数据源集合，应用目前、历史状态，可能还包括未来的状态。示

45、例包括： 电力通量，计算电网中一个点或节点的功率、电流和电压。 意外事故分析，确定如果一个或多个设备部件发生故障，电网是否能够保持稳定。 中断分析，在接到一系列的保修电话和其他输入之后，确定故障点。 可靠性分析，确定某些类型的设备的故障率。 市场分析，分析客户对于需求响应计划的响应能力。 动态配电电路负载分析，在配电电路级别上分析客户的能源使用情况。 配电电路分析，研究给定配电电路的电压和负荷特征。对于分析工具，有一些因素应该考虑，其中包括以下能力： 使用不同的输入源驱动分析。 生成高速度、低延迟、易配置、内容丰富的表达。 在不同的时间点观察底层网络模型。 通过多种可视化方式集成分析输出。过去

46、，这些分析功能是作为能源管理系统和配电管理系统中的应用程序实现的。新型智能设备和更强大的计算平台实现了全新的部署架构。举例来说，计量系统可访问客户的断电信息，并能够以更接近现场设备的方式确认中断。意外事故分析需要大量计算能力来解析各项电力通量，消除可能存在的故障设备，因此大规模并行高性能计算提供了比传统部署更快地检测意外事故的潜力。将分析功能打包为位置不可知服务允许在最恰当的位置执行这些功能。3.2.3 商业智能电力公司利用商业智能协助高级管理人员和经理更好地理解活动的商业上下文，从而提高其决策的价值，加强其决策制定能力。商业智能工具往往利用数据仓库内捕捉的信息创建信息，随后通过多种可视化机制，以对手头上的任务最有意义的方式将智能数据展现给正确的人员。图9提供了配电企业如何利用面向地理空间（例如 ESRI GIS 和 Live Maps）的关于树木导致断电的商业智能，重点处理断电高发地区的植被管理。图 9 - 商业智能示例（来源：Enspiria Solutions）需要考