SOA如何改变购电的方式

SOA如何改变购电的方式（计算机世界报 2007年12月24日第49期 B17-B18）
2007-12-21 17:45:09
（清风）试想有一天，你的家用电器能够根据精确到分钟的电力价格实时地自动关闭和打开，这肯定非常令人吃惊，问题是有没有可能呢？一个基于SOA建立的电力市场证明了这种可能性。
如果IT可被用来消除美国西海岸臭名昭著的滚动式大停电，或者像2003年美国东北地区和中西部地区经历的大区域停电，那么将会给电力供应带来什么新的契机呢？
华盛顿州Richimond的美国能源部太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory ，PNNL）的研究人员正在试图找出上述问题的答案。他们与IBM合作，建立了一个称为GridWise的示范网络，这个示范网络采用了一种被称为“事件驱动的面向服务的架构”，其购电是实时进行，并基于价格和其他因素而定。该示范项目让顾客在电力资源上节省不少的钱，并且，在不影响服务水平的基础上，使现有的公用基础设施能够应对电力需求的高峰。
建立示范网络
如何建立一个电力市场让包括居民及商户改变他们传统的购电方式，从而达到不增加投资就可应对电力需求的增长，美国能源部赞助的PNNL示范网络用了差不多一年的时间，初步达到了这个目标。
这个所谓的电力市场实际上是一个运行在太平洋西北国家实验室（PNNL）里IBM WebSphere应用服务器上的SOA应用程序。该程序接收来自许多不同Web服务的实时数据，这些实时数据包括: 目前的电力批发价格、最近期的收盘价以及用于判断这些价格的趋势是向上或向下的数据。该程序通过运行在WebSphere应用服务器上的一些中间件（这些中间件在一种被IBM称为事件驱动架构框架内构建），与参与者家庭里的一些特殊的智能设备进行交流。这种事件驱动架构（EDA）中间件在负责执行交易的市场和控制设备之间架起了一座通信的桥梁。
“我们发现，通过这个系统，我们可以以一个非常快速的方式减少人们的购电负担，比如，我们的客户平均节省了10％的电费。” GridWise的项目经理Rob Pratt表示: “这种系统也确实有助于在电力网中管理一些更困难的任务，比如，判断波动和潜在停电的可能性。”
这种系统是如何发挥效能的？
GridWise在2006年1月开始服务于华盛顿的奥林匹克半岛（Olympic Peninsula），这个地区的能量供应和热力主要依靠电力。开始时，这个地区只有100多位住宅客户、一幢商业建筑和一个抽水站。
正式开始之前，用户先从Invensys Controls公司那里拿到了新电表和恒温器、热水器等智能设备。这些新电表和智能设备每5分钟向位于用户家中的一个中央Invensys网关传送自己的一些数据和配置情况。该网关再通过基于ZigBee的无线传感器网络往这些设备发送信号用来调整其设置，以符合用户自定义的温度要求。而用户则通过一个门户网站来制定自己喜欢的温度，比如白天设定温度为华氏72度，晚上设定为华氏65度。
用户也可以根据电力的价格设置一些阈值来提高或降低其恒温器的温度设置。比如，如果电力价格上涨，有些顾客愿意付出较高的成本，以拥有更好的舒适性; 而另一些选择通过调低恒温器的温度设置，以节省他们的电力开销。“我们让客户能够控制自己的电力消耗。” Pratt说，“他们可以通过计算机去对这些设备进行控制以满足自己的要求。在设定完之后，用户无需记忆这些设置，即使忘记了也无所谓。”
但Invensys 设备无法直接理解这些电力价格和消费者喜好等信息，这些信息需要提交到PNNL，因此，基于控制的事件驱动架构(EDA)的中间件就显得至关重要了。中间件中以Java对象形式存在的虚拟恒温器和热水器能够通过智能的方式理解用户设置的参数以及关于价格方面的信息。
“采用基于事件的编程，使得我们能够在基于控制系统的物理世界与基于SOA的交易世界之间架起了一座桥梁。” IBM的该项目负责人Ron Ambrosio说，“它让我们搭建了更可扩展或者更可控的应用程序。”
这些虚拟的恒温器将根据房间目前的温度、用户设置的参数以及用户对于价格变更的敏感性等因素，通过Web服务在PNNL的市场中竞得了一个合适的价格。 PNNL市场每隔5分钟收集一次虚拟恒温器提交的价格，并确定一种新的结算电价。之后，新的价格便会通过事件总线在这个市场公布出来，并且告知这些虚拟设备，以激发他们的响应。
“所有设备将得到同样性质的事件通知，但设备会根据不同用户的偏好做出不同反应。” Pratt说，“如果市场公布的价格等于或低于设备的预设报价，那么这些虚拟恒温器或热水器将接受这个价格并且保持原先的设置。如果价格高于其报价，那么虚拟恒温器或热水器将向装在家中的网关发出一个信号，以调整Invensys 恒温器，所以它不会过多用电。”
“我们建立了一个分布程度非常高的应用程序。”IBM的Ambrosio解释道，“所有这些虚拟恒温器都是一个Java对象，独立运行于自己的线程内，并且通过异步事件和PNNL市场进行交互。这些异步事件流通过我们的事件驱动编程框架和事件总线到达SOA应用程序。市场机制正是在这些SOA应用程序中加以设定的。”
这种分布式应用程序带来的结果是，使PNNL可以更加公平地管理用户的需求。当需求增长时， PNNL能够以五分钟为单位设法阻止电价的上升，并通过降低变电站的负荷来管理某些限制或者约束。 Pratt解释说: “某些约束可能表示变电站在若干年内，不会提升发电能力。如果该变电站已达到供电极限，现在又有新的客户不断涌来，通过价格调节可以限制用户的消费，使得变电站能够继续提供服务。”
很有说服力的结果
尽管这只不过是一个示范项目，PNNL实际上并没有改变电价（若要真正改变电价，还需要与公共事业委员会进行谈判）。不过，PNNL为各个参与者建立了一个因特网账户，并且为每个账户存储了一笔电费，数量上大概是前一年电费的20％。“我们告诉每个参与者，假如他们参与这个示范项目，那么这笔钱最后就归他们所有。” Pratt说。
结果是很有说服力的。“有一次，我们在连续4天的时间内，降低了将近50%电力消耗了。”Pratt说。 “另外，我们能够在短期内调整负荷，用于满足电网实现它的一些很短期的需要，譬如说，在3分、4分或5分钟内电力需求的递增。这些措施真的很有效，因为虽然我们不能在短短的三分钟内就改变每家用户的房间温度，但是，我们对于整个电网，确实做出了很大的贡献。平均而言，参与者的模拟电费仅仅为去年电费的90％。”
Pratt 说，他知道类似的示范项目在国家许多地方都在运行，他预计像GridWise这样的装置在10年左右时间内在电网世界里将会变得很常见。他说: “现在最大的困难是监管方面，而不是技术方面，因为这种改变将是缓慢的。因为本质上说，电力公司和公共事业委员会都是挺保守的，要他们接受这种新型的供电策略需要时间。”
“现在我们的一个主要工作是深入到州和联邦的监管机构，以确保他们明白我们这种操作电网的新方法的潜力和实用性。” Pratt说，“我们也希望确保公用事业能因为投资于这种办法获得实在的利益，而不是一味地靠建立新的发电厂和变电站。”
Pratt 估计，如果在美国各地采用这种基于SOA-EDA的新型方法，那将大大降低对于电网基础设施的需求。“在美国未来的20年，我们正在建设一个总投资高达 5000亿美元的新的发电、输电和配电设施，用于满足人口和经济增长对电力资源所带来的压力。”他说，“而如果通过这种分布式的、基于Internet的控制方式，我们可以节省至少10%，甚至有可能是20%的总投资。”
尽管这并不意味着公用事业永远也不需要再建新的电厂或变电所。“但是，如果我们可以节省5000亿美元的20％，并且我们能把这些钱都用在信息技术上面，那么，这将是一个巨大的机会，我们感到非常激动。事实上，与那些有铁、钢和混凝土构成的基础设施相比，采用信息技术真是廉价得多。” Pratt总结说。
 
图内文：
基于SOA技术搭建的模拟电力市场
图中A：用户通过门户网站设置自身的使用偏好。
B: 特殊的网关， 通过高带宽的Internet链路与电网相连，并且接受实时的电力价格数据。该网关通过无线传感器网络，把关于电力价格的数据发送到那些智能的恒温器设备。这些设备接收到数据后，根据预先的设置关闭和打开用电设备。
C: 基于SOA的电力市场。运行在IBM WebSphere应用服务器上, 它从Web服务中接受实时的价格信息。在IBM事件驱动架构框架内创建的中间件则在完成交易的SOA电力市场和基于控制的应用设备之间架起了一座桥梁。
D: 在接近一年的测试期内，在不影响服务水平的基础上，公用事业很容易地应对了电力需求的增长。