智能電網云計算平臺構建

顧文明，李崇旭

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102）

0 引 言

云模式更加成熟，可以對信息進行組合和整理。當前，云計算平臺的程序開發很多，但所開發的程序對應的是信息系統管理，而如何進行最佳的選擇成為一個難題。與網格計算相比，云計算更加復雜，與計算機網格相比，其層次上的虛擬性也更加復雜。利用分布式發電和智能調峰等信息技術，實現智能電網在運行過程中的快速發展，可進一步提高相關數據的整合效率。同時隨著社會的發展，人們的用電需求也會相應增加，這其中所涉及的用電數量將是巨大的[1]。因此，必須采用高效且高速的處理方式對這些資料進行整理，傳統的方法已遠遠不能適應當前的發展需要。以此為背景，可以將云計算的相關技術手段引入到電力系統中，在不改變基本信息的前提下構建適合電力系統的智能電網。將有關數據納入管理并加以存儲，不僅可以大大提高電網數據處理和開展工作的能力，而且可以提高智能電網的效率和容量。

1 智能電網與云計算

1.1 智能電網

從文獻研究中可以看出，由于智能電網的建立和實施與經濟發展水平及電網建設水平有著密切的關系，同時各國經濟狀況也存在著較大的差異，這使得人們很難對智能電網的相關概念形成統一的認識。

對我國來說，國家電網公司提出的智能電網相關概念已被國內多家電網企業所認同。對國家電網提出的智能電網的概念通常從3個方面進行了詳細闡述。一是要保證整個電網數據網絡的經濟性，二是要提高全網數據的整編分析和存儲能力，三是要實現全網智能化和信息化管理。從這3個方面對智能電網的研究來看，相對于傳統電網而言，智能電網要求更高的效率、更方便的方式、更可靠的數據分析以及更大的容量[2]。

1.2 云計算

云計算具有很強的通用性、很好的拓展性和可靠性以及較大的規模，而且價格低廉。其規模很大，“云”帶給客戶前所未有的計算能力體驗，部分企業的私有云服務器數量達到幾百或幾千臺。在任何地點、任何時間進行服務訪問都可以使用虛擬化云的計算，有了因特網的幫助，即使只有一部手機也能很容易地得到日常所需的東西，根本不用擔心在哪里使用[3]。

“云”的可靠性要靠自身優良的保證方式實現，如多重拷貝容錯等。“云”具有很好的通用性，可以支持多種應用，同時又不會受到應用的限制，保證了不同應用的正常運行不受系統的干擾。而且“云”所具有的高擴展性還可以通過動態擴展的方式支持那些不斷增長的應用和用戶規模。此外，云計算的價格低廉，使用成本不高，節點的選擇成本低，通過自身具有的自動化集中式管理還可以進一步降低成本，從而降低企業的成本負擔。因為“云”具有低成本的特點，所以可以讓更多的人進行利用，使其優勢得到充分發揮，保證了資源的有效利用[4]。

2 面向智能電網的云計算

2.1 智能電網中云計算的實現

智能電網中的云計算是通過因特網上的存儲器數據采集系統相互連接而形成的。對于智能電網來說，上面提到的數據采集系統既可以使用傳統SCADA系統的傳感器，也可以使用PMU和安裝在用戶終端上的電表等，同時還包含了智能家電中的一些相關系統。

如圖1所示，基于云計算平臺的智能電網系統總體上可分為應用層、通信層、管理層以及物理層4個部分。其中，應用層、通信層以及管理層負責智能電網軟件部分的功能，如收集用戶的使用數據，負責相關因特網之間的結構和連接，整理計算相關數據和處理諸如負荷分配等數據分析內容。實體層主要承載物理設備，如存儲設備和計算設備等[5]。只有硬件設備和軟件相互配合，才能構成一個進一步發展和完善的智能電網。

圖1 智能電網云計算平臺的系統架構

2.2 基于智能電網的數據云模型的構建

經過對智能電網的分析和研究，發現其所涉及的內容不僅包括了電力數據的整理、分析以及存儲等方面，而且還包括了用戶用電的統計。因此，在基于云計算平臺的智能電網的設計過程中，需要對智能電網的保密性和安全性給予更多的關注，以提高其安全性。

為確保智能電網系統的機密性和安全性等一系列問題，提出了在設計過程中將數據流與相關控制信息相分離的思想[6]。一般來說，控制信息也被稱為控制流，是指電力數據在傳輸過程中所包含的某些控制指令等信息，而數據流是指在發出控制指令的過程中需要依賴的特定數據信息。有關數據提供服務的一方只能向擁有相關法律權限的單位提供相關數據信息，并采用當前先進的加密技術對用戶的相關信息進行加密。這將大大提高對用戶相關數據信息的保密程度，進一步增強用戶隱私保密能力。

因為國內人口眾多，所以家庭用電和工業電的用量都呈現出巨大的增長趨勢。在基于云計算平臺的智能電網的設計過程中，需要能夠隨時接收相關數據信息，并能根據用戶終端提出的要求及時做出反饋[7]。

在云計算平臺上，模型中的API進一步增強了用戶和網絡之間的信息交互和反饋，并提供了更強的可擴展性，從而有效地降低相關成本，保證了處理效率。在此模式中，采用了相關數據信息的分布式存儲及相關的處理和管理技術。該系列措施為進一步發展智能電網打下了良好的基礎，同時也為今后智能電網的發展提供了重要參考意見。

3 基于云計算平臺的智能電網實例

在分析了當前一些有關分布式云計算的研究成果后，本文認為將云計算應用到智能電網的各個環節中都有其重要的意義，主要體現在以下兩個方面。一種是基于云計算的數字化變電站在線監測系統，另一種是基于云計算的智能電網調度技術支持系統[8]。

3.1 基于云計算的數字化變電站在線監測系統

以云計算為基礎的數字化變電站在線監測系統中，整理運行期間主要設備和輔助設備產生的數據信息，并將這些數據信息匯總到所在省或市的監測系統中進行綜合分析和整理。本系統能將變電站內的每個節點和各輔助設備通過以太網連接起來，同時依托因特網形成一個完整的通信平臺。這樣，處在該系統中的任何一個節點就可以對另一個節點進行訪問，大概構造如圖2所示。

圖2 基于云計算的數字化變電站在線監測系統總體架構

該系統主要分為智能采集模塊和分布式業務模塊。而在變電站中，由于其中的輔助監控設備種類繁多，又因其類型的差異，使得相互間的數據交互及相關的數據通信方式也存在著較大的差異。對于這種情況，使用如圖3所示的智能數據采集模塊可以大大提高不同設備之間的交互效率。該模塊采用了分布式的框架結構，在一定程度上提高了系統處理相關數據信息的能力，進一步提高了系統的整體效率。將各節點的數據信息按一定的規則進行整理和歸類后，將數據信息傳輸到相應的應用程序中，并通過軟件的管理功能和業務處理功能提高整個系統的工作效率[9]。

圖3 智能信號采集模塊基本架構

3.2 基于云計算的智能電網調度技術支持系統

對整個電力系統而言，加強電力調度技術是關鍵問題之一，而且由各國近年相關文獻研究表明，電力調度涉及的內容包含多方面。而在電力調度的過程中，需要采用非常專業的技術，避免在調度事故發生后造成不可估量的損失和后果。

運用當下日益發展的信息技術，充分發揮云計算自身的特點，通過動態負荷均衡的方式，整理相關的數據信息，從而進一步提高系統對數據的處理與分析能力。支持系統調度云計算平臺邏輯架構如圖4所示。

圖4 支持系統調度云計算平臺邏輯架構

圖4中每個部分的功能通過分布的數據服務進行交互和集成，形成了一個虛擬的層次。基礎部分中的所有單元都需要通過虛擬層進行統一的管理和分配，從而大大提高系統的安全性，同時也保證了在進行相關業務時，相關數據通過接口可以充分利用各種資源。為提高相關管理人員對相關組件的具體使用和實時狀態監測的認識，需要做出相應的調整。雖然云計算平臺上存在著大量的調度中心，且狀態呈現出較分散的狀態，但這些調度中心可以通過分布式數據服務進行整合。此外，云平臺還通過中心對子中心進行備份，這將大大減少相關節點失效的問題，從而保證整個系統的安全和穩定[10]。

4 智能電網面臨的挑戰

當前，基于云計算的智能電網在我國尚處于起步階段，通過分析相關數據可以發現云計算還存在著很多技術問題有待解決。

4.1 關于云計算電力系統的分析以及計算研究

基于云計算智能電網的研究表明，這套系統的設計需要大量計算機設備作為支持。而且由于電力系統涉及的數據量非常巨大，因此需要將這些數據進行分布式存儲，但就目前電力系統的相關計算而言，這一技術難以實現。

4.2 云計算負荷分配算法的研究

在構建云計算平臺的過程中，對計算機設備性能的研究是保證系統順利運行的重要一環，對計算機的存儲容量和操作性能等都有很大的影響。因此，云計算平臺需要根據不同的計算機設備進行相應的能力配置，此外還應考慮到諸如網絡數據延遲等問題。

4.3 基于云計算平臺物理結構的設計

目前，云計算的物理結構存在很多差異，這導致了云計算在運行過程中會有很多不同之處。因此，在進行相關設計時需要充分考慮基于云計算平臺智能電網的相關特性，從而不斷完善相應的配置，進一步提高系統的穩定性。

4.4 智能電網云計算的安全性

智能網的組成非常復雜，不僅涉及到系統設備，而且還涉及到電力公司、發電公司、用戶以及眾多參與方。這就要求在設計過程中要加強對相關數據的保密，尤其需要從軟件方面加強保密，并對部分設備進行優化升級，以保證相關數據信息的最大安全性。

5 結 論

從目前有關云計算平臺的相關研究來看，基于云計算平臺的智能電網系統在安全性設計、內部優化以及數據信息整合等方面發揮著越來越大的作用。在此基礎上，通過對云計算平臺的相關介紹進一步提出了云計算在智能電網中的相關應用模式，并結合相關資料創造性地提出了基于云計算的數字化變電站在線監測系統和基于云計算的智能電網調度技術支撐系統兩個實例，以此證明該設計的可行性，并指出了當前基于云計算的智能電網發展中存在的問題及相關建議，以期對相關研究者有所幫助。