基于未來電網需求和智能電網愿景，提出了智能電網的架構目標和原則，強調現有電網資源的有效利用，其服務和程序的可重用性、可移植性、系統的易管理性。設計了智能電網信息通信架構的演進路線，實現了架構從業務筒倉到系統集成的過渡。提出了基于開放標準分層服務的未來智能電網架構設想，以“系統的系統”(system of systems，SOS)為特點，支持演進路線，面向服務高度集成，基于開放標準使服務和接口具有很高的可重用性和松耦合性，使得架構在面對未來的未知需求時具有很強的適應性、健壯性和靈活性，隨需應變。
關鍵詞：智能電網 信息通信 架構演進 開放標準 面向服務
引言
隨著對智能電網的迫切需求，各國正在加快部署和推進智能電網建設。很多國際組織已經紛紛發布了一系列智能電網架構白皮書、標準和路線圖等，并且仍在不斷改進和研究中[1]。如美國國家標準與技術研究院(NIST)先后發布了《智能電網互操作體系框架和路線圖》的1.0版、2.0版和3.0版草案，將智能電網劃分為7個領域，側重互操作性，提出了一系列的標準、規范和指南，并制訂了優先行動計劃;國際電工委員會(IEC)第57技術委員會(TC57)的核心標準之一——IECTR 62357對智能電網的參考架構框架進行了描述，包括數據模型、服務、協議以及面向未來系統集成的所有應用程序的融合[2-4]。
中國在智能電網標準方面也做出了一定的貢獻，如IEEE 1888工作組提出泛在綠色社區控制網絡標準，為構建能源互聯網實現智慧化的“創能、儲能、節能”;IEC PC118工作組側重用戶側系統/設備的信息交換接口，并已形成《智能電網用戶接口技術規范》[5-6]。然而，中國在智能電網架構方面還沒有相關工作，國家電網公司也只在宏觀上提出了堅強智能電網的標準體系框架[7]。本文基于諸多權威機構提出的智能電網相關標準、規范、白皮書和架構框架，結合IT架構的發展路線，對智能電網架構的目標原則和智能電網架構的演進路線進行描述，并提出了滿足未來智能電網不確定性需求的、以服務為中心的架構設想。
1 智能電網架構的目標原則
未來20年是“傳統電網”轉變為“智能電網”的過渡階段，要經歷漫長的改進和更替[8]。智能電網架構目標主要包括：對新技術的強適應性，促進信息通信新技術與傳統電網相融合，確保系統在增加新功能模塊后仍能高效穩定運行;控制信息和通信技術(ICT)系統支撐電網智能化日益增長的復雜度;新技術與智能電網的戰略目標和發展規劃相匹配;制定長遠方案，不僅要實現智能電網愿景，還能滿足未來不確定的業務需求;支持各類交互，確保互操作，避免信息孤島;智能電網架構最終是簡單、透明的。
確定智能電網架構目標之后，需要一系列的高層次設計原則來指導架構開發工作，基于智能電網愿景和發展趨勢、業務需求、企業資本和投資成本、決策制定等方面，從設計開發技術人員、管理人員和用戶、決策高層的角度出發，提出以下架構開發原則[8-11]：
(1)簡化系統結構，創建衡量機制。利用戰略性資產優勢簡化系統結構，尤其是簡化企業內部流程，大幅度提高員工工作效率。重要技術決策要以總體擁有成本為基礎，建立企業績效和價值的可衡量機制，驗證當前ICT模式是否為最佳模式，同時使ICT達到投資回報最大化。
(2)開發緊密圍繞需求，為后續開發帶來便利。利用業務流程使開發轉型為“以流程為中心”，驅動ICT發展，不斷提高其有效性和服務效率;開發通用數據模型，創建統一的易于訪問的數據字典，實現數據快捷交換、集成和共享，減少數據轉換，提高運行效率;流程、數據、服務甚至ICT系統等應具備可重用性，以加快業務交付能力、降低投入成本，使系統處于可持續發展狀態;此外，應用程序應是可移植的，要求采用開放標準和通用數據模型及建模方法，使程序與平臺、位置和虛擬化無關，能迅速增加、修改、刪減和替換服務。
(3)充分利用現有資源，避免大規模重建。最大限度吸收當前系統及設備組件，減少低價值應用和引入，以便調用高價值應用及重用現有通用服務，不僅可以減少基礎服務的冗余和開發成本，加快服務市場進度，同時也能提高系統的互操作性，優化關鍵業務的可管理性。這就需要分析現有資源的整合方式，設計利用現有產品或服務等資源的業務流程和解決方案。
(4)重視可信數據源，制定數據質量計劃。支撐決策制定的信息必須來自可信數據源，這需要對可信數據源有明確判定，并對其應用的業務領域范圍有清晰劃分;在可信數據源中創建主數據庫，便于其他程序檢索到信息，更好地保障信息的完整性和可靠性，同時降低數據管理成本;為所有業務制定數據質量計劃，避免因數據錯誤而導致運行中斷甚至決策失誤，確保數據質量狀態良好。
2 智能電網演進路線
未來智能電網是基于開放標準的、高集成的集中-分布式混合系統，具有良好的互操作和互通互聯性，而智能電網架構的發展與演進必然遵從IT架構的發展趨勢[12]。在演進過程中架構主要呈現以下3個階段。
2.1 業務筒倉階段
筒倉階段可以被描述為不同業務筒倉的集合，如圖 1所示。每個筒倉服務于一個業務單元，具備各自的信息系統，筒倉間微小的集成維系著電網有效地運行。然而，筒倉的這種特點無法滿足智能化的需求。業務的獨立筒倉結構在以后的集成整合中不僅會耗費大量的時間和成本，同時也有高風險。所以，筒倉間的交互問題是演進第一步的主要內容。
隨著分布式能源接入等新需求的出現，除了筒倉間的交互，還要解決與新業務的交互問題，這就需要在現有業務筒倉的基礎上開發利用相關方與筒倉之間相應的接口，此外，這些不同的接口需隨著需求的發展演進。
2.2 總線部分集成階段
這一階段是標準化技術階段，主要通過企業服務總線(ESB)實現后臺、應用和服務的集成，如圖 2所示。ESB以開放標準為支撐，將業務筒倉的應用程序共享到整個基礎架構，完成系統間的良好交互和應用的靈活調用，克服了筒倉架構信息孤島的問題[13]。然而ESB集成要求嚴格地執行開放標準和數據模型，否則ESB將只能作為共享的通信介質。
雖然ESB架構在一定程度上也是集成架構，但并不是最終“集成一切的系統”的目標架構，其下層系統仍然保持著一定的筒倉性質，在滿足未來業務需求的靈活性和業務拓展的松耦合性方面還存在很大欠缺。
2.3 異構網絡融合階段
異構網絡融合階段側重異構系統融合，集成異構平臺下的業務應用系統，通過適配器等中間件連接企業內外各種業務相關的異構系統、應用及數據源，從而滿足企業內部應用系統間的信息、數據和服務等的共享，如圖 3所示。
適配器體系架構能夠支持異構系統的不斷演進，這主要得益于適配器的接口轉換作用，它將異構網絡的消息、數據進行格式轉換和路由。但是該架構本質上是基于消息集成，只是為已有的應用系統提供一種中間溝通的解決方案，是一種網路的集成方式，并沒有實現業務模塊化、服務的可重用及標準的統一，所以它并不是智能電網最終的目標架構，也不能充分利用開放的互聯網技術提供的良好機會。
綜上，筒倉結構業務將給系統整合集成和信息交互帶來很大困難，架構在演進過程中，首先需要加強業務筒倉間的交互，通過總線集成應用和后臺，實現業務筒倉到初步集成的過渡;然后，在部分集成的基礎上實現相關領域專用網絡和數據的融合，形成利用中間件融合異構網絡的架構;之后，在前述基礎上架構將向面向服務過渡，實現業務模塊化。