周　強(qiáng)，張德才，王昕萌，李小佳，牛德玲

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司，山東　棗莊　277000；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，濟(jì)南　250012）

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云計(jì)算在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

周強(qiáng)1，張德才2，王昕萌1，李小佳1，牛德玲1

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司，山東棗莊277000；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，濟(jì)南250012）

摘要：結(jié)合智能電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)和云計(jì)算技術(shù)，分析智能電網(wǎng)系統(tǒng)計(jì)算模式和云計(jì)算的關(guān)聯(lián)，研究智能電網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)，提出云計(jì)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(jì)層次，最后結(jié)合實(shí)際工作中的桌面終端管理系統(tǒng)，闡述了云計(jì)算在電力信息運(yùn)行維護(hù)中的應(yīng)用。

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

0　引言

云計(jì)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(wú)論數(shù)據(jù)使用者在何時(shí)何地，都可以第一時(shí)間獲得所取數(shù)據(jù)。目前學(xué)術(shù)界對(duì)云計(jì)算沒(méi)有統(tǒng)一的定義和標(biāo)準(zhǔn)，常用的定義是：云計(jì)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(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以按需、易擴(kuò)展方式來(lái)提供所需資源（硬件、軟件、環(huán)境平臺(tái)等）。提供資源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)稱之為云。云中資源可以無(wú)限擴(kuò)展，并且可以隨時(shí)獲取，部分資源按需進(jìn)行付費(fèi)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(jì)算并不是新鮮的事物，它是由分布式計(jì)算、并行計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)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(jì)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(fèi)用。

云計(jì)算在IT行業(yè)的研究應(yīng)用取得了一定的成功［1-4］，在國(guó)外，雅虎、惠普和英特爾分別推出云計(jì)算研究測(cè)試床，思科、戴爾、AMD等廠商共同宣布“OpenStack”開(kāi)源計(jì)劃；在國(guó)內(nèi)，阿里巴巴推出阿里云計(jì)算，華為推出華為云服務(wù)等。云計(jì)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(xiàn)［5-8］闡述了云計(jì)算在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，如文獻(xiàn)［9］闡述了電力系統(tǒng)云計(jì)算建設(shè)目標(biāo)和系統(tǒng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了仿真云計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)層次，對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，電網(wǎng)模型整合技術(shù)等電力系統(tǒng)云計(jì)算主要標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，并給出了桌面終端實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。文獻(xiàn)［10］提出將云計(jì)算概念引入到電力系統(tǒng)中，通過(guò)電力云最大限度的整合電力系統(tǒng)現(xiàn)有的存儲(chǔ)和計(jì)算資源，為系統(tǒng)提供超級(jí)計(jì)算能力，并以智能預(yù)警分析為例介紹了云計(jì)算在電力應(yīng)用上的前景。

結(jié)合智能電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)和云計(jì)算技術(shù)，分析智能電網(wǎng)系統(tǒng)計(jì)算模式和云計(jì)算的關(guān)聯(lián)，研究智能電網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)，提出云計(jì)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(jì)層次，并進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)研究。

1　智能電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)及架構(gòu)

1.1智能電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)

隨著當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(duì)該現(xiàn)狀，國(guó)家電網(wǎng)公司提出了堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的概念：以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展為基礎(chǔ)，以通信信息平臺(tái)為支撐，結(jié)合通信技術(shù)、自動(dòng)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(shí)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(jì)算和智能電網(wǎng)分別代表下一代數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)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(jìn)電網(wǎng)體系的升級(jí)和改革，建立用電客戶和電網(wǎng)管理者之間的聯(lián)動(dòng)，信息革命中云計(jì)算必然存在。

以電力系統(tǒng)調(diào)度網(wǎng)為例，它需要具有強(qiáng)大的計(jì)算能力和信息采集、融合、分析能力，并對(duì)任務(wù)處理的實(shí)時(shí)性要求較高。在計(jì)算量增至較大時(shí)，采用的控制策略只會(huì)對(duì)預(yù)先設(shè)定的情景進(jìn)行處理，很難處理臨時(shí)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(wèn)題，而這些問(wèn)題在云計(jì)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(duì)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(yáng)能發(fā)電可以方便合理進(jìn)行并網(wǎng)。

2　智能電網(wǎng)計(jì)算模式和云計(jì)算

在我國(guó)自20世紀(jì)60年代，基于電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制、生產(chǎn)運(yùn)行管理以及收費(fèi)管理的電力計(jì)算運(yùn)行模式已經(jīng)投入應(yīng)用。因受限于當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)，初期電網(wǎng)的規(guī)模較小，所需的計(jì)算能力不大。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的單機(jī)計(jì)算模式不能滿足數(shù)萬(wàn)節(jié)點(diǎn)智能電網(wǎng)進(jìn)行的各類計(jì)算分析，與此同時(shí)單機(jī)計(jì)算模式速度慢、數(shù)據(jù)處理任務(wù)執(zhí)行效率低等劣勢(shì)在海量數(shù)據(jù)計(jì)算中暴露。隨著分布式及網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展，對(duì)整個(gè)互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)、穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)分析、模擬仿真和多任務(wù)并行處理成為現(xiàn)實(shí)。智能電網(wǎng)發(fā)展下，各個(gè)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(jì)算不但要求高性能及穩(wěn)定完成計(jì)算，同時(shí)也要滿足跨區(qū)域、跨電壓等級(jí)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(gè)電網(wǎng)各類分析仿真任務(wù)。目前，國(guó)家電網(wǎng)公司總部所需的一些運(yùn)行數(shù)據(jù)仍采用各網(wǎng)省公司專業(yè)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)，人工拼合填寫的方式，缺乏協(xié)同機(jī)制，且受數(shù)據(jù)報(bào)送及時(shí)性、工作時(shí)效、各部分?jǐn)?shù)據(jù)分散維護(hù)等因素影響，導(dǎo)致上報(bào)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性大大降低。由此可以看出雖然隨著計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，使得智能電網(wǎng)的計(jì)算速度得到了質(zhì)的飛越，但是數(shù)據(jù)的協(xié)同實(shí)時(shí)計(jì)算問(wèn)題仍制約智能電網(wǎng)計(jì)算模式的發(fā)展。隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，電網(wǎng)設(shè)備數(shù)量和生產(chǎn)營(yíng)銷管控?cái)?shù)據(jù)不斷增加，云計(jì)算較強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析能力可滿足智能電網(wǎng)新型計(jì)算模式。

目前云計(jì)算在智能電網(wǎng)發(fā)展中已得到部分應(yīng)用，有些省級(jí)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(jì)算能力。電網(wǎng)數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在高速專用網(wǎng)絡(luò)中，且網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與互聯(lián)網(wǎng)的強(qiáng)隔離，具備了較高的安全性。

3　智能電網(wǎng)中云計(jì)算設(shè)計(jì)模式

3.1智能電網(wǎng)云計(jì)算架構(gòu)

云計(jì)算是通過(guò)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(gè)復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示。從圖中可以看出云計(jì)算結(jié)構(gòu)大致可分為兩大主體：云平臺(tái)控制中心和云平臺(tái)整合的各類計(jì)算資源。云平臺(tái)控制中心主要是接收到用戶的請(qǐng)求后，將用戶的任務(wù)分為若干項(xiàng)子任務(wù)，動(dòng)態(tài)均衡地把各項(xiàng)子任務(wù)分配給云平臺(tái)中的各類計(jì)算資源進(jìn)行處理。各子任務(wù)處理完成后，計(jì)算結(jié)果通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或廣域網(wǎng)重新匯聚至云平臺(tái)控制中心，最后反饋給任務(wù)請(qǐng)求用戶。云平臺(tái)控制中心可以對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí)，把用戶數(shù)據(jù)根據(jù)需要存儲(chǔ)至不同設(shè)備中，當(dāng)用戶請(qǐng)求利用數(shù)據(jù)時(shí)，可以將數(shù)據(jù)從不同的存儲(chǔ)設(shè)備中讀取并進(jìn)行整合。利用虛擬化和網(wǎng)格技術(shù)，上述數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)過(guò)程，從用戶角度看，都是屬于“黑盒”模式。云計(jì)算平臺(tái)為每個(gè)用戶創(chuàng)造了一個(gè)獨(dú)立虛擬的系統(tǒng)環(huán)境，因此每個(gè)用戶認(rèn)為自己是整個(gè)云計(jì)算技術(shù)資源的唯一用戶。用戶通過(guò)不同的終端接入至云計(jì)算平臺(tái)，例如：臺(tái)式計(jì)算機(jī)，筆記本電腦、智能手機(jī)、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(jì)算平臺(tái)在推廣使用中顯得非常方便。

圖2　云計(jì)算體系架構(gòu)

云計(jì)算平臺(tái)通過(guò)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(shí)間、溫度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在處理過(guò)程中，需要具有強(qiáng)大計(jì)算存儲(chǔ)能力的云計(jì)算平臺(tái)才可以完成其實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性的要求。在智能電網(wǎng)中劃分的集團(tuán)廣域?qū)＞€網(wǎng)，為云計(jì)算提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

智能電網(wǎng)中云計(jì)算模式框架如圖3所示。

3.2智能電網(wǎng)云計(jì)算的實(shí)例

以國(guó)家電網(wǎng)桌面管理系統(tǒng)為實(shí)例，介紹云計(jì)算平臺(tái)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用。桌面安全管理系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)終端的控制實(shí)現(xiàn)了可控、能控、在控的監(jiān)測(cè)，同時(shí)能夠同其他網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備進(jìn)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(guò)云計(jì)算體系，對(duì)所有的辦公終端的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行全生命周期的檢測(cè)控制，利用云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其所有終端網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維、移動(dòng)存儲(chǔ)、主機(jī)安全審計(jì)及補(bǔ)丁及文件分發(fā)等行為集中管理。物理終端為云計(jì)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(yǔ)

基于“云”的智能電網(wǎng)，除為電力系統(tǒng)分析提供存儲(chǔ)能力和分布計(jì)算支持外，還具有硬件投資低、可擴(kuò)展性強(qiáng)、便于軟件升級(jí)維護(hù)等優(yōu)勢(shì)，這使得云計(jì)算已經(jīng)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用前景更加廣闊。隨著云計(jì)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(jì)劃（ERP）、管理信息系統(tǒng)（MIS）等專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)也將通過(guò)建立安全穩(wěn)定的云計(jì)算系統(tǒng)，給不同權(quán)限的業(yè)務(wù)部門使用，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的智能接入，既可提高電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，又能加快實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化的進(jìn)程，為滿足人民生活需要和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展更好地提供服務(wù)。

云計(jì)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(jì)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(shí)與云計(jì)算相應(yīng)的電力系統(tǒng)內(nèi)的云計(jì)算負(fù)荷分配、并行分析算法、云平臺(tái)設(shè)計(jì)和云計(jì)算安全性等都將是未來(lái)云計(jì)算在智能電網(wǎng)應(yīng)用中需要解決的核心問(wèn)題。

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周強(qiáng)（1986），男，工程師，從事信息網(wǎng)絡(luò)工作。

·經(jīng)驗(yàn)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(hào)：TM769

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-9904（2016）02-0040-04

收稿日期：2015-08-29

作者簡(jiǎn)介：