徐春雷，余　璟（江蘇省電力公司，江蘇南京，210024）

基于云技術(shù)的區(qū)域調(diào)控技術(shù)支撐系統(tǒng)

徐春雷，余璟
（江蘇省電力公司，江蘇南京，210024）

針對(duì)目前各地區(qū)調(diào)度獨(dú)立建設(shè)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，其模型、計(jì)算、存儲(chǔ)資源無法在更大區(qū)域內(nèi)優(yōu)化配置的現(xiàn)狀，利用云技術(shù)具有的彈性伸縮、全局資源管理、高可靠性特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于兩層混合云架構(gòu)的區(qū)域調(diào)控技術(shù)支撐系統(tǒng)，第一級(jí)公有云服務(wù)中心包含全省共享的模型云、數(shù)據(jù)云，服務(wù)于全局集中的非實(shí)時(shí)分析類業(yè)務(wù)。第二級(jí)為全省設(shè)置的若干個(gè)區(qū)域私有云，服務(wù)于區(qū)域的分布式實(shí)時(shí)調(diào)控業(yè)務(wù)。詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)架構(gòu)、功能和實(shí)現(xiàn)方式，對(duì)系統(tǒng)性能提升、功能完善進(jìn)行分析。

云技術(shù)；區(qū)域調(diào)控；自動(dòng)化系統(tǒng)；系統(tǒng)架構(gòu)

調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要支撐。從上世紀(jì)70年代發(fā)展至今，已先后經(jīng)歷了4代［1，2］，從最早的基于專用機(jī)和專用操作系統(tǒng)的第一代單機(jī)版，到目前采用面向服務(wù)（SOA）和安全分區(qū)架構(gòu)的智能電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上越來越穩(wěn)定并具有良好的可擴(kuò)展性，在功能上包含了一批近期發(fā)展成熟的電力系統(tǒng)分析應(yīng)用，在運(yùn)維管理上適應(yīng)了各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)的一體化模式，系統(tǒng)的綜合性能水平不斷提高。然而，隨著我國一體化互聯(lián)大電網(wǎng)的快速發(fā)展，大電網(wǎng)運(yùn)行和管理面臨更多、更復(fù)雜的挑戰(zhàn)，對(duì)電網(wǎng)調(diào)度控制支撐系統(tǒng)提出了更高的要求［3-8］。同時(shí)，信息與通信技術(shù)的發(fā)展、自動(dòng)化硬件和網(wǎng)絡(luò)條件提高，為開發(fā)新一代調(diào)控技術(shù)支撐系統(tǒng)提供了良好條件［9，10］。

1　新一代系統(tǒng)的要求

新一代調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)需要支撐廣域特高壓交直流混合輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提升對(duì)多層次、多尺度、多對(duì)象的復(fù)雜電網(wǎng)的調(diào)控能力，滿足以下新的要求。

（1）靈活可定制。目前各級(jí)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，均以行政區(qū)域?yàn)閱挝?，單?dú)建設(shè)和運(yùn)維。調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的劃分，與電網(wǎng)電氣拓?fù)浞謪^(qū)并不一致，難以實(shí)現(xiàn)大范圍的電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度。新一代系統(tǒng)應(yīng)具備更靈活的系統(tǒng)架構(gòu)，適應(yīng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行管理機(jī)制的變化。

（2）高可伸縮性。適應(yīng)自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)模和應(yīng)用的變化，可以自動(dòng)為用戶提供柔性擴(kuò)展，提升自動(dòng)化系統(tǒng)軟硬件的彈性伸縮能力，滿足調(diào)控高級(jí)應(yīng)用業(yè)務(wù)增加的需要。

（3）高可靠性。采用模型和數(shù)據(jù)多副本備份、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等措施，滿足自動(dòng)化系統(tǒng)容錯(cuò)和災(zāi)備要求，提高自動(dòng)化系統(tǒng)服務(wù)的可靠性。

（4）全局資源管理。在全局范圍（目標(biāo)為全省、若干年后可能為全國）內(nèi)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)資源的整合與共享，合理優(yōu)化運(yùn)用自動(dòng)化系統(tǒng)資源，促進(jìn)分布式協(xié)同工作，提升系統(tǒng)“應(yīng)需服務(wù)”的能力。

（5）突破大數(shù)據(jù)瓶頸。適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)規(guī)模的成倍增長，通過分布式數(shù)據(jù)處理、并發(fā)控制策略，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力，解決因電網(wǎng)規(guī)模、采集點(diǎn)量不斷增加而導(dǎo)致的系統(tǒng)處理速度、響應(yīng)速度下降的問題。

（6）提升調(diào)控業(yè)務(wù)應(yīng)用水平。對(duì)電網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化整合，解決目前受制于硬件、系統(tǒng)劃分、數(shù)據(jù)吞吐量，造成傳統(tǒng)業(yè)務(wù)性能受限的問題。同時(shí)便于新業(yè)務(wù)的高效開發(fā)與部署應(yīng)用。

2　系統(tǒng)架構(gòu)

云計(jì)算以虛擬化和分布式技術(shù)為基礎(chǔ)，通信網(wǎng)絡(luò)為載體，提供基礎(chǔ)架構(gòu)、平臺(tái)、軟件等服務(wù)，具有計(jì)算和存儲(chǔ)能力強(qiáng)、可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、便于計(jì)算資源共享和優(yōu)化配置、便于用戶使用等諸多優(yōu)勢(shì)［11-13］。電網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)具有分布廣、一體化程度高的特點(diǎn)，基于云技術(shù)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，可以整合大規(guī)?？蓴U(kuò)展的分布式計(jì)算資源進(jìn)行協(xié)同工作，充分發(fā)揮分布式和并行技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，滿足當(dāng)前調(diào)控業(yè)務(wù)發(fā)展的要求。同時(shí)，云技術(shù)具有很強(qiáng)的規(guī)模效應(yīng)，選擇2個(gè)或多個(gè)地區(qū)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，聚合形成一個(gè)新的區(qū)域調(diào)控系統(tǒng)，作為第一步目標(biāo)，成熟后可以考慮推廣到全省一套自動(dòng)化系統(tǒng)。

基于云技術(shù)的區(qū)域電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)采用公有云 （服務(wù)于全局的集中式分析型業(yè)務(wù)）、私有云（服務(wù)于區(qū)域的分布式實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)）相結(jié)合的混合云體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。這種體系架構(gòu)融合了局部與集中2個(gè)層面，兼顧了功能與效率，可同時(shí)滿足監(jiān)控類業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性和分析類業(yè)務(wù)全網(wǎng)計(jì)算的要求，實(shí)現(xiàn)了調(diào)控體系的全局與局部的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，可以有效整合現(xiàn)有自動(dòng)化系統(tǒng)的軟硬件資源，為各種應(yīng)用提供強(qiáng)大的計(jì)算和存儲(chǔ)支持，支持異構(gòu)計(jì)算資源，擴(kuò)展性強(qiáng)，便于信息集成與共享。

圖1　系統(tǒng)架構(gòu)

3　公有云服務(wù)中心

如圖1所示，建設(shè)全省統(tǒng)一的公有云服務(wù)中心，采用一主一備方案，形成第一級(jí)集中式業(yè)務(wù)架構(gòu)。云服務(wù)中心的主要管理對(duì)象為模型云和數(shù)據(jù)云，并通過統(tǒng)一資源調(diào)配實(shí)現(xiàn)全省范圍內(nèi)的計(jì)算資源優(yōu)化，向各地區(qū)調(diào)控提供非實(shí)時(shí)分析應(yīng)用類服務(wù)。

3.1模型云

傳統(tǒng)的省、地模型共享一般通過模型拼接的方式進(jìn)行［14，15］，模型拼接雖然是一種較成熟的解決方案，但缺點(diǎn)是維護(hù)復(fù)雜，效率較低。采用全省共同的模型云可解決這一問題，模型云服務(wù)是公有云服務(wù)中心的一部分，主要完成全省范圍內(nèi)電網(wǎng)模型的存儲(chǔ)和管理，并向省內(nèi)各級(jí)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)提供定制的模型服務(wù)。

省調(diào)和各區(qū)域調(diào)度按照調(diào)管范圍在各自的系統(tǒng)上維護(hù)模型，通過模型云服務(wù)自動(dòng)將模型同步到模型云服務(wù)中心進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)，各調(diào)度管轄區(qū)域的模型在模型云服務(wù)中心進(jìn)行合并，形成全省統(tǒng)一的大模型（如圖2所示）。省調(diào)和各區(qū)域調(diào)度的私有云除了存儲(chǔ)本區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)模型外，可以通過模型定制，從模型云服務(wù)中心按需獲取其他區(qū)域的電網(wǎng)模型，以滿足本地各種應(yīng)用對(duì)模型的差異化需求。

圖2　模型云服務(wù)中心

（1）模型分類。根據(jù)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中模型的特點(diǎn)，將其分為兩類：一是公有模型，主要是與物理電網(wǎng)保持一致的設(shè)備模型，比如斷路器、母線、線路等一次設(shè)備及統(tǒng)一的保護(hù)硬節(jié)點(diǎn)二次信號(hào)。邊界廠站、邊界設(shè)備會(huì)有重疊，在設(shè)備表中完全對(duì)應(yīng)同一條記錄，保證公有模型的唯一性。二是私有模型，主要是各區(qū)域調(diào)控私有云中獨(dú)立數(shù)據(jù)處理與分析計(jì)算的模型，私有模型設(shè)備沒有重疊部分。

（2）模型維護(hù)。在模型分類的基礎(chǔ)上，省調(diào)、各區(qū)域調(diào)度及地縣調(diào)都將維護(hù)的公有模型統(tǒng)一存放在公有云中，模型云的全省大模型經(jīng)過模型驗(yàn)證無誤后，同步到備用云、省調(diào)及各區(qū)域系統(tǒng)，由于省調(diào)、各地調(diào)與模型中心統(tǒng)一設(shè)備ID，因此模型同步過程無需經(jīng)過裁剪、轉(zhuǎn)換、拼接等復(fù)雜的過程，直接同步模型云的SQL語句到省調(diào)及各個(gè)地調(diào)系統(tǒng)，大大提高了模型共享的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

（3）模型驗(yàn)證。為提高模型修改的準(zhǔn)確性，模型維護(hù)服務(wù)可采用離線形式維護(hù)模型數(shù)據(jù)，修改后的數(shù)據(jù)不會(huì)立即在運(yùn)行系統(tǒng)中生效，需在數(shù)據(jù)驗(yàn)證無誤后，通過動(dòng)態(tài)下裝將修改后的模型裝載到運(yùn)行系統(tǒng)實(shí)時(shí)庫；若模型驗(yàn)證未通過，可回退到初始狀態(tài)或再次進(jìn)行修改，保證實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)的安全。具體流程如圖3所示。

圖3　模型驗(yàn)證

3.2數(shù)據(jù)云

調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，集聚了超大規(guī)模的海量數(shù)據(jù)，分別以關(guān)系數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等形式并存［16］。目前的設(shè)計(jì)中，這些數(shù)據(jù)未按照統(tǒng)一的規(guī)范進(jìn)行整合，極大地限制了信息共享的廣度和深度。因此從電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行控制信息層面上說，數(shù)據(jù)云成為不可或缺的重要手段。

數(shù)據(jù)云主要的設(shè)計(jì)理念是通過分布式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信中間件，整合分布在網(wǎng)絡(luò)中的不同數(shù)據(jù)，對(duì)各類信息進(jìn)行深度集成與融合，實(shí)現(xiàn)信息的“按需共享”和“需則可用”。數(shù)據(jù)云服務(wù)的實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

（1）邏輯統(tǒng)一的集中調(diào)度。數(shù)據(jù)云整合現(xiàn)有的調(diào)度數(shù)據(jù)服務(wù)，提供集中統(tǒng)一的服務(wù)平臺(tái)，為需要進(jìn)行數(shù)據(jù)存取的上層應(yīng)用提供存儲(chǔ)查詢服務(wù)。統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)構(gòu)建于調(diào)度數(shù)據(jù)中心的若干存儲(chǔ)設(shè)備之上，直接面向客戶提供存儲(chǔ)服務(wù)，用戶無需關(guān)心存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的具體位置，也無需關(guān)心存儲(chǔ)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等內(nèi)部細(xì)節(jié)，通過訪問統(tǒng)一的服務(wù)平臺(tái)，即可順暢地獲取各類數(shù)據(jù)。

（2）物理分布的存儲(chǔ)管理。數(shù)據(jù)云通過引入分布式存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)的完全存儲(chǔ)，不僅滿足電網(wǎng)海量調(diào)度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求，而且保障了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性、可用性和一致性。通過建設(shè)物理數(shù)據(jù)云和邏輯數(shù)據(jù)云，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分布備份、自容災(zāi)，具備海量數(shù)據(jù)處理能力。此外，在保障數(shù)據(jù)可靠存儲(chǔ)的同時(shí)，用戶通過簡單增加硬件設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)的線性增容，滿足電網(wǎng)數(shù)據(jù)的海量持久化需求，避免信息資產(chǎn)流失。

（3）整合現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源及設(shè)備。現(xiàn)有的電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)系統(tǒng)，已經(jīng)包含大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)云通過分布式數(shù)據(jù)管理及統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問層，整合現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源及設(shè)備，向外提供邏輯統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口。

3.3資源監(jiān)視與管理

在資源廣域分布、資源按需全局共享的情況下，資源監(jiān)視與管理是云體系架構(gòu)中最為底層和核心的模塊，只有充分掌握全局的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、通信狀況等信息后，才能進(jìn)一步為廣域分布式計(jì)算、全局信息共享合理分配各類資源，在全省調(diào)控系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)大范圍資源優(yōu)化配置，支撐集中和分布協(xié)作的各類應(yīng)用。資源監(jiān)視與管理有以下2種不同方式。

（1）分級(jí)資源代理。分級(jí)資源代理機(jī)制下，每個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上均運(yùn)行資源監(jiān)視代理節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)監(jiān)視本機(jī)的CPU、內(nèi)存、磁盤的使用情況，并匯總到本地調(diào)度系統(tǒng)數(shù)臺(tái)資源監(jiān)管服務(wù)器中。這幾臺(tái)監(jiān)管服務(wù)器同時(shí)對(duì)本調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、儲(chǔ)存設(shè)備等資源進(jìn)行監(jiān)視，形成本地調(diào)度系統(tǒng)局部的資源監(jiān)視與管理中心。在公有云內(nèi)，存在一個(gè)頂層的資源管理中心，它同樣由幾臺(tái)互備的資源監(jiān)管服務(wù)器組成，頂層資源管理中心與各個(gè)調(diào)度中心（私有云）中的資源管理中心進(jìn)行信息交換，在頂層資源管理中心形成資源監(jiān)視的全集。各個(gè)調(diào)度中心（私有云）的資源管理中心可以向頂層資源管理中心獲取所需要的資源信息及資源使用情況。

（2）對(duì)等資源代理。對(duì)等資源代理機(jī)制下，類似于分級(jí)資源代理機(jī)制，每個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上均運(yùn)行資源監(jiān)視代理節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)監(jiān)視本機(jī)的CPU、內(nèi)存、磁盤的使用情況，并匯總到本地調(diào)度系統(tǒng)數(shù)臺(tái)資源監(jiān)管服務(wù)器中。這幾臺(tái)監(jiān)管服務(wù)器同時(shí)對(duì)本調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、儲(chǔ)存設(shè)備等資源進(jìn)行監(jiān)視，形成本地調(diào)度系統(tǒng)（私有云）局部的資源監(jiān)視與管理中心。公共云中也有這樣一個(gè)資源監(jiān)視與管理中心，但是它的地位與各個(gè)私有云的資源監(jiān)管中心地位是平等的。公有云與私有云的資源監(jiān)管中心通過召喚或者推送的方式將本地資源的狀況告訴其他公有云或者私有云，最終公有云和各個(gè)私有云（調(diào)度中心）都擁有全局的資源信息。

可以根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)的容量和通信網(wǎng)絡(luò)條件來選擇資源監(jiān)管方式。在具備全局資源監(jiān)管能力后，對(duì)于部分計(jì)算密集等類型的應(yīng)用，可在全局范圍內(nèi)搜索資源，在綜合計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、通信能力后，進(jìn)行最為合理的資源分配，增強(qiáng)調(diào)控業(yè)務(wù)應(yīng)用的處理能力。

3.4實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理

為了支撐公有云中的網(wǎng)絡(luò)分析、安全校核及聯(lián)合仿真培訓(xùn)等服務(wù)，在模型云中需要同時(shí)具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)獲取各區(qū)域調(diào)度和省調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，主要包括遙信、遙測(cè)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)映射因?yàn)橄到y(tǒng)通過公有模型云統(tǒng)一管理，模型對(duì)應(yīng)在公有云與各區(qū)域調(diào)度私有云有唯一的ID對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過量測(cè)映射自動(dòng)生成功能，對(duì)兩側(cè)全遙測(cè)遙信自動(dòng)定義量測(cè)映射關(guān)系，可免去手工逐條定義量測(cè)映射的繁瑣過程。數(shù)據(jù)獲取的方式可采用多種方式。

（1）E格式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口。各區(qū)域系統(tǒng)及省調(diào)系統(tǒng)全數(shù)據(jù)導(dǎo)出SCADA實(shí)時(shí)斷面，導(dǎo)出間隔可根據(jù)應(yīng)用情況調(diào)整，公有云中心根據(jù)唯一ID映射進(jìn)行解析。

（2）數(shù)據(jù)采集通信。通過公有云與省調(diào)、區(qū)域調(diào)度建立數(shù)據(jù)通信鏈路，采用DL476規(guī)約對(duì)已映射的遙測(cè)遙信自動(dòng)生成點(diǎn)號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。

（3）私有獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口。公有云根據(jù)唯一ID映射通過跨系統(tǒng)實(shí)時(shí)庫接口訪問省調(diào)及區(qū)域調(diào)度系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，快速獲取所需的遙測(cè)、遙信值。

3.5云應(yīng)用服務(wù)中心

模型云與數(shù)據(jù)云構(gòu)成的基礎(chǔ)云服務(wù)平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上，建設(shè)基于服務(wù)方式的云應(yīng)用服務(wù)中心，與基礎(chǔ)云服務(wù)一同構(gòu)成云服務(wù)中心，整體系統(tǒng)框架如圖4所示。

圖4　云應(yīng)用服務(wù)中心

云應(yīng)用服務(wù)中心中的數(shù)據(jù)與模型，來源于模型云與數(shù)據(jù)云，在全網(wǎng)范圍內(nèi)提供一體化分析、計(jì)算、校核與綜合監(jiān)視功能，構(gòu)建省地一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，為省調(diào)與區(qū)域調(diào)度中心提供統(tǒng)一服務(wù)。按照應(yīng)用需求與功能的不同，云應(yīng)用服務(wù)主要分為三類：綜合監(jiān)視類應(yīng)用、一體化分析與校核類應(yīng)用與協(xié)調(diào)控制類。

4　區(qū)域私有云

區(qū)域調(diào)控中心的私有云屬于圖1所示的第二級(jí)分布式業(yè)務(wù)架構(gòu)，主要服務(wù)于區(qū)域的分布式實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。

4.1與公有云的關(guān)系

公有云中的全省模型來源于各區(qū)域調(diào)控私有云的模型維護(hù)，同時(shí)私有云所需的其他區(qū)域模型，可來源于公有云的模型共享服務(wù)，并可以從公有云服務(wù)的數(shù)據(jù)服務(wù)中獲取各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。

通過建設(shè)區(qū)域調(diào)控技術(shù)支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與模型云、數(shù)據(jù)云等公有云服務(wù)中心的縱向貫通，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)2個(gè)或多個(gè)地區(qū)電網(wǎng)的監(jiān)控、分析與應(yīng)用，滿足區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)調(diào)控聯(lián)合分析、功能互備的要求，并可以為全省多級(jí)調(diào)度聯(lián)合應(yīng)用與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活調(diào)整提供技術(shù)基礎(chǔ)。

4.2分布式數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是數(shù)據(jù)源收集、識(shí)別、選取數(shù)據(jù)的過程。數(shù)據(jù)采集處于系統(tǒng)內(nèi)外網(wǎng)邊界，是系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入輸出的中心，是實(shí)現(xiàn)本區(qū)域系統(tǒng)與廠站、與其他區(qū)域系統(tǒng)、與外部系統(tǒng)之間的各類數(shù)據(jù)采集和交換的橋梁［17］。

區(qū)域調(diào)控中心內(nèi)部按需要部署分布式數(shù)據(jù)采集功能模塊以及相應(yīng)的采集設(shè)備，用以處理本區(qū)域內(nèi)部私有數(shù)據(jù)的采集任務(wù)，處理后的數(shù)據(jù)只送往本區(qū)域。區(qū)域內(nèi)采集可以盡量利用已有數(shù)據(jù)網(wǎng)布局，在2個(gè)地調(diào)骨干網(wǎng)結(jié)點(diǎn)采集該區(qū)域內(nèi)的所有廠站數(shù)據(jù)。區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器可以根據(jù)需要部署在一處或者分布在多處，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器間采用按口值班、負(fù)載均衡的方式運(yùn)行，當(dāng)任何一臺(tái)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器故障時(shí)，其上的數(shù)據(jù)采集任務(wù)會(huì)自動(dòng)分配到剩下的其他機(jī)器上，保證數(shù)據(jù)處理的可靠和高效。

4.3分布式數(shù)據(jù)處理

分布式數(shù)據(jù)處理是基于分布式采集功能，對(duì)傳統(tǒng)主備冗余模式的變革與提升，突破傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理時(shí)，數(shù)據(jù)處理都是在監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）主機(jī)上完成的局限性，將單個(gè)節(jié)點(diǎn)上完成的任務(wù)均衡分配到多個(gè)節(jié)點(diǎn)上完成，從而提高數(shù)據(jù)處理的速度和性能。

分布式數(shù)據(jù)處理要求數(shù)據(jù)處理對(duì)象相對(duì)獨(dú)立，彼此之間的耦合性很小甚至沒有邏輯關(guān)聯(lián)性，便于分布式任務(wù)的分配與運(yùn)行。在區(qū)域調(diào)控系統(tǒng)中，由于數(shù)據(jù)處理對(duì)象規(guī)模的增長，分布式數(shù)據(jù)處理能夠提升私有云實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的速度與可靠性。

4.4區(qū)域調(diào)控系統(tǒng)互備

為提高區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)可靠性，在自然災(zāi)害、通信網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵設(shè)備故障等突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，保證電網(wǎng)調(diào)控指揮不間斷，需要實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)2個(gè)地區(qū)調(diào)度系統(tǒng)的互備功能［18］。

（1）電網(wǎng)模型同步。區(qū)域調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的電網(wǎng)模型來源于公有云服務(wù)中心，對(duì)于區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)，任一地調(diào)都保存該區(qū)域2個(gè)地調(diào)的電網(wǎng)模型。對(duì)于私有模型，根據(jù)不同的功能應(yīng)用互備需求，進(jìn)行相關(guān)模型同步。

（2）數(shù)據(jù)采集獨(dú)立。區(qū)域內(nèi)位于多個(gè)地調(diào)的分布式采集集群，可對(duì)區(qū)域內(nèi)所有的通道都進(jìn)行獨(dú)立采集。當(dāng)數(shù)據(jù)通信出現(xiàn)問題，區(qū)域系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)斷開，只要數(shù)據(jù)網(wǎng)正常，任一側(cè)都可以實(shí)現(xiàn)全部通道數(shù)據(jù)的采集。區(qū)域內(nèi)互備系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可比對(duì)差異，并取出偏差較大的測(cè)點(diǎn)預(yù)警。

（3）操作數(shù)據(jù)同步。對(duì)區(qū)域內(nèi)SCADA的操作信息進(jìn)行雙向同步，包括遙信掛牌、封鎖、置數(shù)，遙測(cè)封鎖等信息，保持系統(tǒng)SCADA各類數(shù)據(jù)的完全一致。

（4）應(yīng)用功能互備。應(yīng)用功能互備主要包括2個(gè)層級(jí)：一是關(guān)鍵備用功能，實(shí)現(xiàn)在線互備，具體包括電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控與智能告警類的電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)監(jiān)控功能、數(shù)據(jù)采集與交換功能，滿足區(qū)域電網(wǎng)的調(diào)度與監(jiān)控。二是全部備用功能，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)調(diào)度系統(tǒng)的完全互備，包括電網(wǎng)自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)分析及調(diào)度運(yùn)行輔助決策、調(diào)度員培訓(xùn)模擬、輔助監(jiān)測(cè)、運(yùn)行分析與評(píng)價(jià)及調(diào)度計(jì)劃、安全校核等地區(qū)電網(wǎng)主要應(yīng)用。

在模型云的基礎(chǔ)上，基于電網(wǎng)模型同步功能可以同步所需的所有電網(wǎng)模型相關(guān)信息，但區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)模型共同建模與計(jì)算分析規(guī)模因各個(gè)應(yīng)用有所差異，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步探索。

5　與現(xiàn)有系統(tǒng)接口要求

目前調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，各類應(yīng)用程序眾多，為了能夠優(yōu)化投資支撐現(xiàn)有系統(tǒng)的正常運(yùn)行，系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享尤為重要，新建設(shè)的系統(tǒng)能夠共享出內(nèi)部數(shù)據(jù)是調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，提供標(biāo)準(zhǔn)化的接口，方便省調(diào)側(cè)的各外部系統(tǒng)和地調(diào)側(cè)的相應(yīng)系統(tǒng)從中獲取其所需的各類數(shù)據(jù)信息。

5.1電網(wǎng)模型接口

電網(wǎng)模型接口可基于CIM/XML的全模型導(dǎo)出，以XML格式為載體描述整個(gè)電網(wǎng)模型，其中包括各類設(shè)備的信息描述以及全網(wǎng)的拓?fù)溥B接關(guān)系的描述。

5.2電網(wǎng)圖形接口

電網(wǎng)圖形接口有2種導(dǎo)出方式，一是基于SVG標(biāo)準(zhǔn)的圖形導(dǎo)出，遵循IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)，將系統(tǒng)內(nèi)的圖形轉(zhuǎn)換為符合標(biāo)準(zhǔn)的SVG格式。二是基于CIM/G標(biāo)準(zhǔn)的圖形導(dǎo)出，遵循最新的CIM/G圖形標(biāo)準(zhǔn)，向外部系統(tǒng)提供G格式的圖形文件。

6　工程應(yīng)用

基于云技術(shù)區(qū)域調(diào)控技術(shù)支撐系統(tǒng)于2014年12月在江蘇電網(wǎng)建成投運(yùn)，系統(tǒng)構(gòu)建了公有云與私有云的混合架構(gòu)，公有云實(shí)現(xiàn)了模型與數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)時(shí)主備，私有云實(shí)現(xiàn)了7個(gè)區(qū)域調(diào)控云，系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定。

公有云構(gòu)建了江蘇全省統(tǒng)一的模型云，包括省調(diào)和13個(gè)地調(diào)的全部電網(wǎng)模型，采用邏輯分布的模型服務(wù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)模型統(tǒng)一構(gòu)建、分布維護(hù)，極大提高了模型維護(hù)的效率和準(zhǔn)確性，也保證了區(qū)域調(diào)控系統(tǒng)建設(shè)中的模型可以靈活組建。數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)了全網(wǎng)統(tǒng)一的準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為全省狀態(tài)估計(jì)計(jì)算、一體化分析與校核提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

私有云構(gòu)建了2個(gè)地區(qū)合并運(yùn)行的區(qū)域調(diào)控實(shí)時(shí)系統(tǒng)，采用分布式采集技術(shù)首先完成所有廠站數(shù)據(jù)的可靠采集和均衡負(fù)載，并通過分布式數(shù)據(jù)處理技術(shù)使系統(tǒng)規(guī)模變大后業(yè)務(wù)均衡在多臺(tái)服務(wù)器上并行處理。以淮宿區(qū)域調(diào)控系統(tǒng)為例，淮安電網(wǎng)和宿遷電網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)互備，運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理速度更快而各服務(wù)器負(fù)載更低。

7　結(jié)束語

基于云技術(shù)的區(qū)域調(diào)控技術(shù)支撐系統(tǒng)，在軟件架構(gòu)上，具有靈活可擴(kuò)展、高彈性伸縮的能力，系統(tǒng)規(guī)模可以適應(yīng)電網(wǎng)一次設(shè)備不斷發(fā)展的要求。在性能上，具有廣域分布式資源優(yōu)化配置的能力，可以提高跨行政區(qū)域調(diào)控系統(tǒng)的運(yùn)行協(xié)同處理水平，提高各類調(diào)控業(yè)務(wù)應(yīng)用的響應(yīng)速度。在可靠性上，省地兩級(jí)系統(tǒng)分別承擔(dān)了多重互備功能。在管理上，有利于開展省地一體化的系統(tǒng)運(yùn)維工作。由于云技術(shù)本身不斷進(jìn)步，包括特高壓、直流輸電在內(nèi)的電網(wǎng)一次系統(tǒng)也在飛速發(fā)展，因此，建設(shè)基于云技術(shù)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，既是一項(xiàng)前所未有的機(jī)遇，也是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。

［1］姚建國，楊勝春，高宗和.電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)展望［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31（13）：7-11.

［2］辛耀中.新世紀(jì)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2001，25（12）：1-10.

［3］張伯明，孫宏斌，吳文傳，等.智能電網(wǎng)控制中心技術(shù)的未來發(fā)展［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（17）：21-28.

［4］ZHANG B M，ZHANG H B，SUN H B.Interaction and CoordinationBetweenMultipleControlCenters：DevelopmentandPractice［C］//Proceedings of CIGRE，Paris France，2006.

［5］PHADKE A G，DEMORAES R M.The Wide World of Widemeasurement Systems［J］.IEEE Power and Energy Magazine，2008，6（5）：52-65.

［6］韓英鐸，吳小辰，吳京濤.電力系統(tǒng)廣域穩(wěn)定控制技術(shù)及工程實(shí)驗(yàn)［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2007，1（1）：128.

［7］楊勝春，姚建國，高宗和，等.基于調(diào)度大二次系統(tǒng)的智能化電網(wǎng)調(diào)度輔助決策的研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（S）：176-180.

［8］王明俊.新一代能量管理系統(tǒng)的開發(fā)和分布式問題求解的新途徑［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2004，28（17）：1-5.

［9］楊勝春，姚建國，楊志宏，等.網(wǎng)格技術(shù)在電力調(diào)度信息化中的應(yīng)用探討［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（S）：1648-1653.

［10］王保義，邱素改，張少敏.電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中基于可信度的訪問控制模型［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（12）：76-81.

［11］張少敏，李曉強(qiáng)，王保義.基于Hadoop的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41（14）：136-140.

［12］宋亞奇，劉樹仁，朱永利.電力設(shè)備狀態(tài)高速采樣數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)技術(shù)研究［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2013，33（10）：150-156.

［13］FOSTER I，ZHAO Y，RAICU I.Cloud Computing and Grid Computing 360 Degree Compared［C］//Proceedings of Grid Computing Environments Workshop，Austin，U SA，2008：1-10.

［14］馮永青，李 鵬，陳 剛.基于模型拼接與外網(wǎng)等值的南方電網(wǎng)在線模型協(xié)調(diào)方法［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2011，31（7）：101-104.

［15］孫宏斌，李 鵬，李 矛，等.中國南方電網(wǎng)在線分布式建模系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31（10）：82-91.

［16］黃 偉，錢 奇，劉 軍.調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)開放式數(shù)據(jù)維護(hù)模型［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（2）：63-66.

［17］陳 寧，徐春雷，莊衛(wèi)金.地縣一體化調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)采集方法［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化.2011，35（24）：89-92.

［18］陳國恩，錢 嘯，吳國慶.智能電網(wǎng)地縣調(diào)控一體化異地互備技術(shù)支持系統(tǒng)建設(shè)［J］.華東電力，2012，40（4）：680-683.

Regional Dispatching Control Technical Support System Based on Cloud Technology

XU Chunlei，YU Jing
（Jiangsu Electric Power Company，Nanjing 210024，China）

At present，the model，computing and storage resources cannot be configured to optimize the status quo in a larger area due to independent construction of sub-area's dispatching automation systems.Taking the advantages of cloud technology，such as elastic stretch，global resource management and high reliability features，a two-level regional dispatching control support system is designed.The first level，public cloud service center，contains the province's model cloud and data cloud，and services to the global non-real-time analysis business.The second level are private clouds of sub-areas，which services to distributed real-time regulation business.The system architecture，functionality and implementation are elaborated，and the promotion of the performance and function of the system is analyzed.

cloud technology；regional dispatching control；automation system；system architecture

TM73

B

1009-0665（2015）03-0005-05

2014-12-09；

2015-03-19

徐春雷（1976），男，江蘇南通人，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化研發(fā)和管理工作；

余璟（1980），男，江蘇宜興人，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化研發(fā)和管理工作。