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Abstract: In order to support the strategic development of the ubiquitous Internet of Things and further promote the business of smart energy services, a cloud platform solution supporting smart energy applications is proposed, and the smart energy cloud platform is designed and developed. The overall positioning, module division and functional structure of the platform are described, and the smart energy operation service system of "one platform, three-level application (headquarters-region-park)" is proposed. According to the architecture principles of Perception Layer, Network Layer, Platform Layer and Application Layer of Ubiquitous Power Internet of Things, the platform architecture of "terminal-field-side-network-cloud-application" is proposed and designed, which strengthens the edge calculation and cloud-fog collaboration mode for a variety of energy and environmental data; According to the security management requirements and the sharing development ideas of power grid enterprises, a "hybrid cloud" is proposed. The deployment architecture mode, the data exchange mode of Intranet and extranet are discussed. Finally, the practical application of the platform is introduced, which provides a typical case for the industry in the scenario of the ubiquitous power Internet of Things.

Keywords:ubiquitous power internet of things; smart energy; cloud platform; cloud-fog collaboration

摘 要：为支撑泛在电力物联网战略发展，深入推进智慧能

源服务业务，提出了一种支持智慧能源应用的云平台解决方

案，设计和开发了智慧能源云平台。阐述了平台的总体定

位、模块划分和功能结构，提出“一个平台、三级应用（总

部-区域-园区）”的智慧能源运营服务体系。按照泛在电力物联网感知层、网络层、平台层、应用层的架构原则提出并设

计了“端-场-边-网-云-用”平台架构，强化了针对多种能源数据和环境数据的边缘计算和云雾协同模式。根据电网企业

安全性管理要求和共享性发展思路，提出了“混合云”的部

署架构模式，探讨了企业内网和外网的数据交换模式。最后

介绍了该平台的落地应用情况，为业界提供了一个泛在电力

物联网场景下的典型实践案例。

关键词：泛在电力物联网；智慧能源；云平台；云雾协同

0 引言

随着世界能源转型步伐加快，我国提出能源发展

“四个革命”战略[1]。国家电网有限公司主动适应能源

革命、数字革命发展新趋势，深入贯彻国家“四个革

命、一个合作”能源发展战略，充分发挥国企“六个

力量”作用，创新提出“三型两网、世界一流”[2]定

位与发展目标，泛在电力物联网建设成为推进“三型

两网”建设的重要内容和关键环节。

作为泛在电力物联网建设的重点任务之一，智慧

能源综合服务平台贯穿感知、网络、平台、应用各层

环节，为综合能源服务与产业生态建设提供技术支撑。

平台建设是一项系统性工程，具有跨地区、跨行业、

跨领域、跨专业等复杂特性，面向政府、能源生产、

能源运营、能源用户等诸多主体[3]，汇聚电、气、热、

冷、水等综合能源信息，融合智能终端、通信网络、

企业平台、专业应用等技术要素提供综合能源服务。

目前，国内以综合能源为代表的综合能源服务[4]

产业呈现多元发展的态势，纷纷探索可行的商业模

式，提供差异化属地综合能源服务，为政府、能源运

营商、能源服务商、能源消费者等用户提供综合能源

多元化服务。然而，市场上尚未形成面向政府、能源

泛在电力物联网场景下的智慧能源云平台研发与应用

王汝英，刘万龙，张立，魏伟，张来东，彭晓武，张海涛，朱传晶

（天津市普迅电力信息技术有限公司，天津市 东丽区 300308）

Development and Application of Smart Energy Cloud Platform in the Scenario of Ubiquitous Power Internet of Things

WANG Ruying, LIU Wanlong, ZHANG Li, WEI Wei, ZHANG Laidong, PENG Xiaowu, ZHANG Haitao, ZHU Chuanjing

(Tianjin Richsoft Electric Power Information Technology Co., Ltd., Dongli District, Tianjin 300308, China)

中国电机工程学会能源互联网专委会首届学术年会会议论文集Proceedings of the 1st Academic Annual Meeting of Energy Internet Committee of CSEE2019 年 8 月 Aug. 2019

2019 年 8 月 王汝英 等：泛在电力物联网场景下的智慧能源云平台研发与应用 　391

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用户能源全产业链上下游及能源运营商等多方参与者

的统一的能源服务平台，以提供多能源互联互补，满

足各方用户需求。

本文在泛在电力物联网感知层、网络层、平台

层、应用层的架构[5]原则基础上，提出“端-场-边-网-云-用”的智慧能源云平台架构。针对多种能源数据和环境数据，设计边缘计算[6]和云雾协同[7]模式，结

合电网企业安全性管理要求和共享性发展思路，以

“混合云”的形式进行部署应用，结合应用服务特点

和要求，设计企业内网和外网的数据交换模式，基于

该平台的架构设计思路已经在上海、河北等地进行了

应用建设工作，为业界提供了一个泛在电力物联网场

景下的典型实践案例。

1 泛在电力物联网基本内涵

泛在物联网是指无论何时、何地、何人、何物之

间的信息交换和通信的网络。具体来讲，就是将各种

信息传感设备，如射频识别（RFID）装置、红外感应器、智能量测装置、全球定位系统等装置与互联网结

合起来形成的一个巨大网络。泛在电力物联网是泛在

物联网在电力行业的具体表现形式和应用落地，不仅

是技术的变革，更是管理思维的提升和管理理念的创

新，对内重点是质效提升，对外重点是融通发展。

泛在电力物联网将电力用户及其设备，电网企业

及其设备，发电企业及其设备，供应商及其设备，以

及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、

发电、供应商和政府社会服务；以电网为枢纽，发挥

平台和共享作用，为全行业和更多市场主体发展创造

更大机遇，提供价值服务。

泛在电力物联网充分应用移动互联、人工智能等

现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各环节

万物互联、人机交互，涵盖发电、输电、配电、用电

等所有环节，具有状态全面感知、信息高效处理、应

用便捷灵活特征，能够解决分布式发电（distributed generation, DG）与智能用电之间的矛盾[8]。借助网络中无处不在的感知技术与多层次计算能力，实现能源

的生产、输送、消费的安全性与经济性。

2 智慧能源云平台架构设计

2.1 平台发展定位

智慧能源云平台在泛在电力物联网体系建设中扮

演重要角色，是开展综合能源服务的重要基础平台与

对外“窗口”，在横向上涵盖电、气、冷、热等多种

能源，纵向上贯穿“源-网-荷-储”各环节，遵循物联网架构，覆盖感知层、网络层、平台层、应用层。平

台能够提供“总部-区域-园区”三级应用支撑，服务政府、能源生产商、能源运营商、能源消费者、能源

产品与服务商等各类用户，提供绿色、安全、经济、

高效、增值的综合能源多元化智慧服务。

智慧能源云平台是智慧能源的核心载体，平台以

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[3]，贯穿能源产业服务全过程，构建面向能源互

联网的“智慧能源大脑”和能源市场的“淘宝”，汇

聚政府、能源互联网产业链上下游和多方能源运营商

资源，实现业务引流、产业赋能，助力打造智慧能源

产业生态。

2.2 总体架构

平台总体架构遵从泛在电力物联网四层架构原

则，按“端-场-边-网-云-用”层次结构进行规划设计，如图1所示。标准与保障体系贯穿平台各环节，集成对接内外部相关系统，借助运维工具支撑平台稳定健

康运行，架构柔性可靠并支持扩展，针对“公司-区域-园区”三级应用需求模式提供服务能力。

图 1 总体架构Fig. 1 Overall architecture

在感知层由能源数据、智能感知、边缘计算三部

分构成，即“端-场-边”。其中能源数据作为平台的主要数据来源，涵盖电、气、冷、热、储能等类型信

息，通过智能感知终端和近场通信汇聚到边缘计算侧

进行处理。边缘计算提供数据计算、应用服务、网络

服务等能力内容。

在网络层，平台综合采用3G/4G/5G、VPN、卫星

392 中国电机工程学会能源互联网专委会首届学术年会会议论文集 2019 年 8 月

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等多种通信网络形式，实现综合能源数据信息的有效

传输。

在平台层（即云端），构建物联管理、数据存储

计算、数据组件、技术组件和业务组件，形成平台核

心计算和管理能力，为智慧能源服务提供基础共性

支撑。

在应用层，支持PC端、移动端和大屏端等交互展现形式，为政府、能源运营商、能源消费者、能源

生产者提供满足业务需求的应用服务。主要内容包括

能源监控、能源分析、能源管理、能源服务、能源交

易、能源生态等6大功能。标准与保障体系结合国家行业标注与规范，建立

并完善数据标准、通信标准、设备管控标准，设立平

台的指标与评价体系，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。为

了保障平台安全运行，需要运用相应的技术和管理手

段，包括安全技术、安全管理、安全监督等内容，采

用各种安全策略，保障平台安全稳定运行。

平台在建设和运转过程中，需要与内外部平台或

系统进行对接，以交换共享数据和应用能力，一方面

需要与电网内部平台系统进行对接集成，另一方面与

社会第三方系统进行集成应用。平台基于云架构创

建，为了保障平台各组成部分健康稳定运行，还需要

相应的运维工具，提供平台故障定位、故障自愈、应

用测试分发等服务。

2.3 应用架构

平台应用架构综合考虑数据来源、功能面向用

户、应用交互形式等要素，划分为数据接入集成、平

台核心应用、门户应用、应用形式等类别。

图 2 应用架构Fig. 2 Application architecture

在数据接入集成部分，平台提供统一数据接口

服务，实现与用户系统、电网系统、政府系统集成

对接，能够在近感知侧进行数据质量提升处理、基

础的数据分析，降低数据传输带宽压力，能够更好

的响应用户需求，实现数据贯通。此外，对于无信

息采集系统的用户，可以根据用户实际情况，现场

部署数据采集装置方式，利用相应的网络传输，实

现信息采集。

在平台核心应用部分，分别针对能源监控、能源

分析、能源管理、能源服务、能源交易、能源生态等

6个方面提供面向不同用户的综合能源业务功能，满足管理与应用需求。

在门户应用部分，按照不同用户视角，以Web、大屏、移动APP应用交互与展现形式，提供用户直接交互的功能应用。

2.4 技术架构

平台技术架构贯穿基础设施、数据、平台、应

用、展现等层面，相应的可划分为IaaS层、PaaS层、SaaS层，见图3。

图 3 技术架构Fig. 3 Technology architecture

在IaaS层，以云资源池的方式基础硬件如CPU、磁盘、存储、网络等要素进行管理和应用，资源池划

分为计算资源池、存储资源池、网络资源池等。

在PaaS层，对于数据存储和管理，综合采用结构化、非结构化、分布式文件等数据管理技术实现管理

和维护。平台核心支撑服务采用多层技术体系设计，

基础能力依托基础技术组件、高级技术组件，采用组

件化、动态化、微服务相关技术，结合容器技术、服

务治理等技术，实现平台多层分布应用模式，支撑用

户各种业务应用需求。

在SaaS层，以HTTPS（SSL、TLS）、SSO、JWT

2019 年 8 月 王汝英 等：泛在电力物联网场景下的智慧能源云平台研发与应用 　393

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（Json Web Token）等形式实现安全网络访问，以应用和容器集群技术、负载均衡与反向代理技术支持平

台应用的高并发、高可用。在用户交互界面（GUI）方面，综合采用HTML5、JavaScript、Vue、移动原生的开发技术，支持在PC、移动端和大屏端的应用访问。

2.5 部署架构

平台的部署模式采用业内常用的“混合云”方

式，见图4。该模式是“云计算”领域的主要构建模式和发展方向，主要包括两个部分：一是开放、高吞

吐量的实时数据处理及资源调配区域（俗称为“公有

云”），二是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”）。“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。

图 4 部署架构Fig. 4 Deployment architecture

平台设计开发摒弃传统单体应用方式，采用微

服务框架、分布式应用建设。同时对B/S架构前后端进行了分离研发，前端程序与后端程序可以实现单

独部署，能够更好的支持大型分布式架构、弹性计

算架构、微服务架构、多端化服务。对于平台用户

量的快速增长和访问量的激增，可以通过同时水平

扩展前后端服务实例的方式来提升可靠性、降低负

载压力。

在公有云上，部署的逻辑单元主要包括安全认

证、数据接入、服务入口代理等服务，为外部的第三

方平台、数据采集终端和平台用户提供入口。

在私有云上，部署云平台的主要计算和存储能

力，包括结构化、非结构化数据存储、应用服务、信

息服务、代理服务及云平台治理工具等内容。

在企业的内网侧，部署相关的数据交换服务和转

存数据库，以满足云平台与企业内部系统的数据交换

应用。

3 云雾协同计算技术应用

智慧能源云平台实现对电、气、冷、热、水等

多种能源数据和环境数据的接入、存储、计算和应

用。不同类型、不同应用特点的综合能源数据在时

间、空间特性上对计算要求各不相同。不同厂家、

不同型号的智能感知设备反馈的量测数据同时受到

设备质量和数据质量的双重困扰，影响信息的真实

性和准确性。平台综合采用云雾协同计算技术，能

够有效提升数据质量、降低网络带宽占用、增强专

业计算能力。

在边缘侧，将计算过程从网络中心扩展至网络

边缘，从而可以更加广泛地运用于更多种类的应用

和业务，我们称为边缘计算（Edge Computing）。对于各种能源监测采集数据，采用人工智能学习算法，

如卷积神经网络（convolutional neural networks， CNNs)、长短时记忆网络 (long short term memory network，LSTM)，将大量与特定环境相关的信息直接在本地接入点进行存储和预处理，实现数据质量

提升加工，然后将必须的能源基础数据通过网络传

输到云平台中进行存储和后续计算应用，一方面减

少云平台数据存储的冗余程度，另一方面也能够在

边缘侧快速响应云端的计算需求。

在云端，通过内置的专业计算模型和算法，在

云平台的后台按照默认设置的策略自动执行复杂数

据计算工作，并对计算结果迭代更新，如负荷预测、

多能优化计算分析、用户画像分析、用能趋势分析、

预警预判等，能够进一步提高平台应用响应效率，

提升用户应用体验。

4“混合云”及企业内外网多网络环境下信 息安全交换技术

企业内网大多运行日常管理运营应用，存放较

为核心的企业管理数据，电网行业更是如此。而在

开展综合能源应用过程中，不可避免的需要利用电

网企业内部的管理数据，如营销信息、电网信息。

私有云与企业的信息内网采用安全隔离装置实

现网络安全隔离，内网信息在提供给私有云使用之

前，按照规定对数据内容进行脱敏处理，脱敏之后

的数据才能够交换到私有云供平台应用，实现平台

与企业内部系统脱敏后的数据交换需求。与政府机

394 中国电机工程学会能源互联网专委会首届学术年会会议论文集 2019 年 8 月

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构等单位边界，利用防火墙、专线网络实现数据交

换与应用提供。此外，在私有云与企业信息内网边

界，采用安全隔离装置并配置相应的安全控制策略，

实现两个网络环境的安全隔离，确保信息内网的网

络边界安全。

公有云与私有云的网络边界综合采用防火墙、

入侵防御系统、安全交互系统、信息加密机制等设

备和手段，将私有云与公有云安全有效隔离，只有

经过授权的网络通信才能够进入到私有云环境，确

保私有云内的应用和数据安全。

公有云在网络边界上借助防火墙、安全认证与

接入服务等手段来保障通过互联网访问公有云服务

资源的安全，为第三方系统、能源信息采集终端提

供访问接口，实现对接和数据传输。此外作为平台

应用的访问入口，供各种用户通过互联网访问平台

应用。

5 平台应用推广效果

基于智慧能源云平台基础架构，在上海、河北等

省市开展了应用拓展和实施工作。

其中，在上海某科技园区进行了智慧能源云平台

的建设和应用工作，该园区面积近百平方公里，区域

内企业七百多家，企业所属行业类型具有广泛代表

性，能源类型主要为电、气、热、冷、水，辖区内还

有储能、分布式充电站（桩）。利用该平台，实现了

园区内主要企业电、气、冷、热、水等综合能源信息

的监测和分析评价，为用能企业提供更直观的能耗和

能效信息展现和分析统计支撑，为政府提供更及时有

效的能源行业分析等辅助决策信息，应用效果得到多

位政企高层领导和业界多方认同。

6 结论

在践行国网公司“三型两网”发展战略过程中，

本文提出了泛在电力物联网场景下智慧能源云平台建

设解决方案。针对综合能源数据和环境数据处理计算

提出了边缘计算和云雾协同模式，提升了数据处理和

计算的效率；针对电网企业信息与应用安全管理要求

提出了“混合云”部署架构模式及多网络环境下信息

安全交换技术，有效解决在私有云环境下的平台关键

数据存储和应用难题；采用微服务、容器化、前后端

分离等技术进行了平台设计研发，使平台运行和维护

效率大大提升。基于该平台在上海、河北等地进行了

定制开发和推广应用，已经成为泛在电力物联网的典

型实践案例，能够为不同层级的智慧能源管理提供借

鉴和参考。

随着泛在电力物联网建设深入推进，不同用户主

体将衍生出多种多样新的需求，也将对信息的分析计

算提出更广的要求。为了适应这些内容，未来平台将

在共性能力建设、业务中台建设方面提升和完善，不

断增强平台的适应性、灵活性，不断发挥平台在智慧

能源服务中的作用和价值。

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Zhu Ruibo, Wang Dong. Collaborative development trend of distributed generation technology and smart grid technology[J]. Telecom Power Technologies, 2016, 33(6):172-173 (in Chinese)．

作者简介：

王汝英（1970），男，高级工程师，研究方向为电力系统及电力信息

化，E-mail：wangruying@sgitg.sgcc.com.cn。

刘万龙（1976），男，助理工程师，研究方向为电力行业信息化设计

与开发，E-mail：liuwanlong@sgitg.sgcc.com.cn。

张立（1982），男，工程师，研究

方向为信息化管理、研发管理，E-mail：zhangli7@sgitg.sgcc.com.cn。

魏伟（1983），女，工程师，研究方向为能源互联网商业模式，E-mail：weiwei5@sgitg.sgcc.com.cn。

张来东（1983），男，工程师，研究方向为综合能源研究及应用，E-mail：zhanglaidong@sgitg.sgcc.com.cn。

彭晓武（1984），男，高级经济师，研究方向为信息化项目管理及实施，E-mail：pengxiaowu@sgitg.sgcc.com.cn。

张海涛（1975），男，系统分析师，研究方向为移动互联、信息通信，E-mail：zhanghaitao1@sgitg.sgcc.com.cn。

朱传晶（1979），男，信息系统项目管理师，研究 方 向 为 电 力 行 业 信 息 化 设 计 与 开 发， E - m a i l ：zhuchuanjing@sgitg.sgcc.com.cn。

（责任编辑 张鹏）

王汝英