云計算在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

周　強，張德才，王昕萌，李小佳，牛德玲

（1.國網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司，山東　棗莊　277000；2.國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司，濟南　250012）

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云計算在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

周強1，張德才2，王昕萌1，李小佳1，牛德玲1

（1.國網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司，山東棗莊277000；2.國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司，濟南250012）

摘要：結(jié)合智能電網(wǎng)建設(shè)目標和云計算技術(shù)，分析智能電網(wǎng)系統(tǒng)計算模式和云計算的關(guān)聯(lián)，研究智能電網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)，提出云計算在智能電網(wǎng)信息流、業(yè)務(wù)流和電力流高度融合中的應(yīng)用模式和設(shè)計層次，最后結(jié)合實際工作中的桌面終端管理系統(tǒng)，闡述了云計算在電力信息運行維護中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；云計算；電力系統(tǒng)；桌面終端管理

0　引言

云計算概念最早由Google前CEO Eric Emerson Schmidt提出，其理念是將數(shù)據(jù)信息存放在互聯(lián)網(wǎng)中，無論數(shù)據(jù)使用者在何時何地，都可以第一時間獲得所取數(shù)據(jù)。目前學(xué)術(shù)界對云計算沒有統(tǒng)一的定義和標準，常用的定義是：云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以按需、易擴展方式來提供所需資源（硬件、軟件、環(huán)境平臺等）。提供資源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)稱之為云。云中資源可以無限擴展，并且可以隨時獲取，部分資源按需進行付費使用，如同水電一樣屬于公眾設(shè)施提供給數(shù)據(jù)使用者。云計算并不是新鮮的事物，它是由分布式計算、并行計算、網(wǎng)格計算、虛擬化等傳統(tǒng)技術(shù)相融合發(fā)展的技術(shù)產(chǎn)物。企業(yè)中云計算的應(yīng)用，可以大大降低硬件、軟件上投資，及其管理成本和培訓(xùn)費用。

云計算在IT行業(yè)的研究應(yīng)用取得了一定的成功［1-4］，在國外，雅虎、惠普和英特爾分別推出云計算研究測試床，思科、戴爾、AMD等廠商共同宣布“OpenStack”開源計劃；在國內(nèi)，阿里巴巴推出阿里云計算，華為推出華為云服務(wù)等。云計算技術(shù)的應(yīng)用已延伸至電力系統(tǒng)中，并且已有不少文獻［5-8］闡述了云計算在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，如文獻［9］闡述了電力系統(tǒng)云計算建設(shè)目標和系統(tǒng)特點，設(shè)計了仿真云計算系統(tǒng)架構(gòu)層次，對數(shù)據(jù)標準，電網(wǎng)模型整合技術(shù)等電力系統(tǒng)云計算主要標準和關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，并給出了桌面終端實際應(yīng)用場景。文獻［10］提出將云計算概念引入到電力系統(tǒng)中，通過電力云最大限度的整合電力系統(tǒng)現(xiàn)有的存儲和計算資源，為系統(tǒng)提供超級計算能力，并以智能預(yù)警分析為例介紹了云計算在電力應(yīng)用上的前景。

結(jié)合智能電網(wǎng)建設(shè)目標和云計算技術(shù)，分析智能電網(wǎng)系統(tǒng)計算模式和云計算的關(guān)聯(lián)，研究智能電網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)，提出云計算在智能電網(wǎng)信息流、業(yè)務(wù)流和電力流高度融合中的應(yīng)用模式和設(shè)計層次，并進行實際系統(tǒng)研究。

1　智能電網(wǎng)建設(shè)目標及架構(gòu)

1.1智能電網(wǎng)建設(shè)目標

隨著當今社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，電力基礎(chǔ)建設(shè)任務(wù)也變得艱巨。為應(yīng)對該現(xiàn)狀，國家電網(wǎng)公司提出了堅強智能電網(wǎng)的概念：以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展為基礎(chǔ)，以通信信息平臺為支撐，結(jié)合通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息化技術(shù)等，包含發(fā)電、輸電、變電、配電、調(diào)度和用電等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)信息流、電力流和業(yè)務(wù)流“三流”融合的現(xiàn)代電網(wǎng)。

云計算和智能電網(wǎng)分別代表下一代數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)計算及電網(wǎng)的發(fā)展方向，智能電網(wǎng)以信息革命和技術(shù)手段推進電網(wǎng)體系的升級和改革，建立用電客戶和電網(wǎng)管理者之間的聯(lián)動，信息革命中云計算必然存在。

以電力系統(tǒng)調(diào)度網(wǎng)為例，它需要具有強大的計算能力和信息采集、融合、分析能力，并對任務(wù)處理的實時性要求較高。在計算量增至較大時，采用的控制策略只會對預(yù)先設(shè)定的情景進行處理，很難處理臨時異常事件［11］。上述情況是智能電網(wǎng)完善至成熟狀態(tài)必須克服解決的問題，而這些問題在云計算中都可以得到很好的解決。

1.2智能電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

相對于傳統(tǒng)的電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，智能電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)中，增加了電網(wǎng)、用戶間的信息交互，形成了電廠、電網(wǎng)、調(diào)度中心之間的信息交互，增加了電網(wǎng)的智能疏導(dǎo)功能，如圖1所示。

圖1　智能電網(wǎng)體系架構(gòu)

智能電網(wǎng)中加入了用戶和電網(wǎng)之間的能量信息交互傳遞，例如在光伏發(fā)電、小型風(fēng)力發(fā)電及太陽能發(fā)電可以方便合理進行并網(wǎng)。

2　智能電網(wǎng)計算模式和云計算

在我國自20世紀60年代，基于電子計算機進行監(jiān)測控制、生產(chǎn)運行管理以及收費管理的電力計算運行模式已經(jīng)投入應(yīng)用。因受限于當時經(jīng)濟，初期電網(wǎng)的規(guī)模較小，所需的計算能力不大。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，傳統(tǒng)的單機計算模式不能滿足數(shù)萬節(jié)點智能電網(wǎng)進行的各類計算分析，與此同時單機計算模式速度慢、數(shù)據(jù)處理任務(wù)執(zhí)行效率低等劣勢在海量數(shù)據(jù)計算中暴露。隨著分布式及網(wǎng)格計算的發(fā)展，對整個互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)運行進行實時、穩(wěn)定的動態(tài)分析、模擬仿真和多任務(wù)并行處理成為現(xiàn)實。智能電網(wǎng)發(fā)展下，各個區(qū)域內(nèi)電力調(diào)度及網(wǎng)絡(luò)連接愈加顯得緊密，智能電網(wǎng)計算不但要求高性能及穩(wěn)定完成計算，同時也要滿足跨區(qū)域、跨電壓等級的協(xié)作，組成各區(qū)域間數(shù)據(jù)信息互聯(lián)共享，以此完成整個電網(wǎng)各類分析仿真任務(wù)。目前，國家電網(wǎng)公司總部所需的一些運行數(shù)據(jù)仍采用各網(wǎng)省公司專業(yè)人員進行數(shù)據(jù)上報，人工拼合填寫的方式，缺乏協(xié)同機制，且受數(shù)據(jù)報送及時性、工作時效、各部分數(shù)據(jù)分散維護等因素影響，導(dǎo)致上報數(shù)據(jù)實時性大大降低。由此可以看出雖然隨著計算機等技術(shù)的發(fā)展，使得智能電網(wǎng)的計算速度得到了質(zhì)的飛越，但是數(shù)據(jù)的協(xié)同實時計算問題仍制約智能電網(wǎng)計算模式的發(fā)展。隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴大，電網(wǎng)設(shè)備數(shù)量和生產(chǎn)營銷管控數(shù)據(jù)不斷增加，云計算較強的數(shù)據(jù)分析能力可滿足智能電網(wǎng)新型計算模式。

目前云計算在智能電網(wǎng)發(fā)展中已得到部分應(yīng)用，有些省級電網(wǎng)已建有大型的電力數(shù)據(jù)仿真中心，并且具有一定完善的分布計算能力。電網(wǎng)數(shù)據(jù)都存儲在高速專用網(wǎng)絡(luò)中，且網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)了與互聯(lián)網(wǎng)的強隔離，具備了較高的安全性。

3　智能電網(wǎng)中云計算設(shè)計模式

3.1智能電網(wǎng)云計算架構(gòu)

云計算是通過互聯(lián)網(wǎng)或廣域網(wǎng)相互通信的多種設(shè)備和用戶組成的一個復(fù)雜拓撲結(jié)構(gòu)，如圖2所示。從圖中可以看出云計算結(jié)構(gòu)大致可分為兩大主體：云平臺控制中心和云平臺整合的各類計算資源。云平臺控制中心主要是接收到用戶的請求后，將用戶的任務(wù)分為若干項子任務(wù)，動態(tài)均衡地把各項子任務(wù)分配給云平臺中的各類計算資源進行處理。各子任務(wù)處理完成后，計算結(jié)果通過互聯(lián)網(wǎng)或廣域網(wǎng)重新匯聚至云平臺控制中心，最后反饋給任務(wù)請求用戶。云平臺控制中心可以對用戶數(shù)據(jù)進行存儲時，把用戶數(shù)據(jù)根據(jù)需要存儲至不同設(shè)備中，當用戶請求利用數(shù)據(jù)時，可以將數(shù)據(jù)從不同的存儲設(shè)備中讀取并進行整合。利用虛擬化和網(wǎng)格技術(shù)，上述數(shù)據(jù)計算和存儲過程，從用戶角度看，都是屬于“黑盒”模式。云計算平臺為每個用戶創(chuàng)造了一個獨立虛擬的系統(tǒng)環(huán)境，因此每個用戶認為自己是整個云計算技術(shù)資源的唯一用戶。用戶通過不同的終端接入至云計算平臺，例如：臺式計算機，筆記本電腦、智能手機、平板電腦或智能家具設(shè)備等。終端設(shè)備接入的多元化使得云計算平臺在推廣使用中顯得非常方便。

圖2　云計算體系架構(gòu)

云計算平臺通過傳感器、GPRS等設(shè)備構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)完成數(shù)據(jù)的采集傳輸，在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采集既可以是SCADA傳感器，也可以是PMU、智能電表等采集終端、智能家居等系統(tǒng)終端。智能電網(wǎng)所采集的數(shù)據(jù)量是巨大的，可以是采集終端所獲取的時間、溫度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在處理過程中，需要具有強大計算存儲能力的云計算平臺才可以完成其實時性、穩(wěn)定性的要求。在智能電網(wǎng)中劃分的集團廣域?qū)＞€網(wǎng)，為云計算提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

智能電網(wǎng)中云計算模式框架如圖3所示。

3.2智能電網(wǎng)云計算的實例

以國家電網(wǎng)桌面管理系統(tǒng)為實例，介紹云計算平臺在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用。桌面安全管理系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)計算機終端的控制實現(xiàn)了可控、能控、在控的監(jiān)測，同時能夠同其他網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備進行安全集成，為辦公網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供了安全穩(wěn)定的系統(tǒng)環(huán)境。

桌面終端系統(tǒng)通過云計算體系，對所有的辦公終端的設(shè)備狀態(tài)進行全生命周期的檢測控制，利用云平臺實現(xiàn)對其所有終端網(wǎng)絡(luò)運維、移動存儲、主機安全審計及補丁及文件分發(fā)等行為集中管理。物理終端為云計算模式框圖中的物理層，電力廣域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成模式中的接口層。應(yīng)用層部署硬件構(gòu)成虛擬網(wǎng)絡(luò)及桌面管理系統(tǒng)提供終端狀態(tài)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)構(gòu)成智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也是構(gòu)成“云”服務(wù)的核心。

圖4　桌面終端管理云體系

4　結(jié)語

基于“云”的智能電網(wǎng)，除為電力系統(tǒng)分析提供存儲能力和分布計算支持外，還具有硬件投資低、可擴展性強、便于軟件升級維護等優(yōu)勢，這使得云計算已經(jīng)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用前景更加廣闊。隨著云計算的大規(guī)模的應(yīng)用，生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PMS）、企業(yè)資源計劃（ERP）、管理信息系統(tǒng)（MIS）等專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)也將通過建立安全穩(wěn)定的云計算系統(tǒng)，給不同權(quán)限的業(yè)務(wù)部門使用，實現(xiàn)服務(wù)的智能接入，既可提高電力企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益，又能加快實現(xiàn)電網(wǎng)智能化的進程，為滿足人民生活需要和國民經(jīng)濟的高速發(fā)展更好地提供服務(wù)。

云計算技術(shù)還在不斷發(fā)展中，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用也處于起步階段。云計算在電力系統(tǒng)潮流優(yōu)化、監(jiān)控調(diào)控、信息融合等方面都有著極大的發(fā)展空間。與此同時與云計算相應(yīng)的電力系統(tǒng)內(nèi)的云計算負荷分配、并行分析算法、云平臺設(shè)計和云計算安全性等都將是未來云計算在智能電網(wǎng)應(yīng)用中需要解決的核心問題。

參考文獻

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周強（1986），男，工程師，從事信息網(wǎng)絡(luò)工作。

·經(jīng)驗交流·

Application of Cloud Com puting in Smart Grid

ZHOU Qiang1，ZHANG Decai2，WANG Xinmeng1，LI Xiaojia1，NIU Deling1
（1．State Grid Zaozhuang Power Supply Company，Zaozhuang 277000，China；
2．State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

Abstract:Combined with the goal of building smart grid and cloud computing technology，the association of smart grid systems and cloud computing model is analyzed，and the system architecture of smart grid is studied．The application model and design level of cloud computing are proposed to apply in smart grid information flow，business flow and power flow．Combined with the computer desktop terminal management system applied in practical work，the application of cloud computing for the operation and maintenance of electric power information is illustrated．

Key words:smart grid；cloud computing；power system；desktop terminal management

中圖分類號：TM769

文獻標志碼：A

文章編號：1007-9904（2016）02-0040-04

收稿日期：2015-08-29

作者簡介：