王迎生，孫方楠，梁后健，宗　學(xué)（國網(wǎng)安徽省電力公司淮北供電公司，安徽淮北235000）

基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)信息化平臺

王迎生，孫方楠，梁后健，宗學(xué)（國網(wǎng)安徽省電力公司淮北供電公司，安徽淮北235000）

堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)是未來電網(wǎng)發(fā)展的主要趨勢，而信息平臺是支撐堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。為適應(yīng)智能電網(wǎng)建設(shè)，滿足智能電網(wǎng)對全部信息的高效管理和可靠存儲的需要，應(yīng)當(dāng)基于云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建智能電網(wǎng)的信息化平臺。本文基于云計(jì)算提出構(gòu)建智能電網(wǎng)信息平臺，對信息平臺的體系結(jié)構(gòu)、平臺設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)、分布式存儲與管理等問題進(jìn)行了簡要分析。希望通過本文的信息平臺實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)海量信息可靠存儲與快速處理，提高智能電網(wǎng)運(yùn)行效率和質(zhì)量。

云計(jì)算；分布式存儲；智能電網(wǎng)；體系結(jié)構(gòu)；技術(shù)實(shí)現(xiàn)

堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)能夠全面呈現(xiàn)、掌控電網(wǎng)運(yùn)行的信息數(shù)據(jù)，并對所掌控的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，做出最精準(zhǔn)、最優(yōu)化的反應(yīng)，確保電網(wǎng)運(yùn)行安全。在堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)運(yùn)行中，信息平臺是支撐智能電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行的重要方式，故智能電網(wǎng)對信息平臺要求很高。如，滿足海量信息安全可靠存儲和高效管理、貫通智能電網(wǎng)全部環(huán)節(jié)、推進(jìn)各項(xiàng)業(yè)務(wù)協(xié)同運(yùn)作等。為滿足這些要求，有必要基于云計(jì)算構(gòu)建智能電網(wǎng)信息平臺。

1　云計(jì)算概述

堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)是當(dāng)前和未來電力行業(yè)研究的熱點(diǎn)問題，在這一研究領(lǐng)域有著許多顯著的成果，但仍不能滿足智能電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展的需要。因此在未來很長一段時(shí)間內(nèi)，應(yīng)繼續(xù)加大堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)信息平臺的研究力度，逐步完善基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)的信息化平臺，以更好地適應(yīng)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展的要求，促進(jìn)國家電網(wǎng)的持續(xù)建設(shè)，開創(chuàng)全國電網(wǎng)發(fā)展的新局面。

當(dāng)前，人們對云計(jì)算的認(rèn)識不夠深入，相關(guān)概念依然不明確。至今為止，云計(jì)算沒有普遍一致的概念，但是人們普遍認(rèn)為云計(jì)算是一種先進(jìn)的計(jì)算方式，它借助互聯(lián)網(wǎng)并以服務(wù)形式將資源提供給用戶，滿足用戶不同方面的需求。云計(jì)算作為一種新概念，被人們認(rèn)為是虛擬化、SOA、效用計(jì)算等概念混合演變的共同結(jié)果。從以往的研究成果來看，云計(jì)算具備虛擬化、海量數(shù)據(jù)可靠存儲和高校管理、良好擴(kuò)展性、超大規(guī)模、成本廉價(jià)等明顯優(yōu)勢，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

隨著人們對云計(jì)算認(rèn)識的不斷深入及云計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，云計(jì)算逐漸應(yīng)用于電力工業(yè)，如利用云計(jì)算構(gòu)建智能電網(wǎng)信息平臺，支持智能電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行。但是由于基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)信息平臺建設(shè)剛剛起步，有些方面有待進(jìn)一步研究，特別是平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方面還沒有一套完善而成熟的體系。為此，下面對基于云計(jì)算簡述，對堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)信息平臺的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)等問題進(jìn)行了分析。

2　基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)信息化平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)智能電網(wǎng)運(yùn)行需求和信息平臺建設(shè)目標(biāo)，基于云計(jì)算建立智能電網(wǎng)信息平臺，如圖1所示。根據(jù)圖1顯示，本信息平臺包括四層結(jié)構(gòu)，依次是基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、服務(wù)訪問層。各層次結(jié)構(gòu)的模塊和功能設(shè)計(jì)的具體情況如下：

2.1.1基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括三部分：基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施層管理及設(shè)施資源。其中，基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù)包括系統(tǒng)管理、用戶管理、系統(tǒng)監(jiān)控、鏡像管理、賬戶計(jì)費(fèi)模塊；基礎(chǔ)設(shè)施層管理包括數(shù)據(jù)管理、負(fù)載管理、資源部署、資源監(jiān)控、安全管理模塊。云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施層功能主要是利用虛擬技術(shù)把計(jì)算機(jī)中的硬件資源提取出來，將硬件資源和管理功能集合起來，實(shí)現(xiàn)硬件資源抽象化，并自動(dòng)化呈現(xiàn)內(nèi)部流程，向外部提供靈活、動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)設(shè)備服務(wù)。

圖1　信息平臺體系結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2平臺層

平臺層包括兩部分：平臺層服務(wù)、平臺層環(huán)境。其中，平臺層服務(wù)包括應(yīng)用開發(fā)、應(yīng)用測試、應(yīng)用升級、應(yīng)用上線、其他模塊；平臺層環(huán)境包括應(yīng)用監(jiān)控與管理等運(yùn)營環(huán)境、Wed服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)等運(yùn)行環(huán)境、SDK和API等開發(fā)測試環(huán)境模塊。平臺層功能主要是重新整合處理軟件資源，滿足電力系統(tǒng)對運(yùn)行安全性等方面的需求。在應(yīng)用中，平臺層有著很高的可重復(fù)性和通用性，能通過軟件資源整合處理，為云應(yīng)用提供軟件開發(fā)需要的相關(guān)套件、服務(wù)器集群、編程接口等服務(wù)，以便構(gòu)建高效、可靠的系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，適應(yīng)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的安全性、可伸縮性等要求。

2.1.3業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層主要包括經(jīng)營決策智能分析、管理控制智能處理、業(yè)務(wù)操作智能作業(yè)、電力安全生產(chǎn)與控制、電力企業(yè)經(jīng)營經(jīng)理、電力營銷與市場交易模塊。業(yè)務(wù)服務(wù)層功能主要是負(fù)責(zé)云應(yīng)用的軟件整合，其中軟件涉及安全生產(chǎn)、電力營銷、經(jīng)營管理、市場交易、控制等各個(gè)方面的業(yè)務(wù)性軟件。通過軟件整合實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件的管理效率，確保云應(yīng)用軟件作用得以順利實(shí)現(xiàn)。

2.1.4服務(wù)訪問層

服務(wù)訪問層主要包括客戶端、無限終端、其他等模塊；服務(wù)提供方式包括IaaS、PaaS、SaaS。服務(wù)訪問層功能主要是通過商業(yè)性的運(yùn)營模式為用戶提供不同層次的服務(wù)，滿足用戶的硬件資源需求，提高云應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量。

本智能電網(wǎng)信息平臺有四層結(jié)構(gòu)，具備業(yè)務(wù)種類多、規(guī)范覆蓋大等優(yōu)點(diǎn)，而且體系結(jié)構(gòu)簡化，滿足精簡性設(shè)計(jì)要求，不僅簡化了系統(tǒng)程序，消除了不必要的冗余程序，還進(jìn)一步提高了智能電網(wǎng)信息平臺的應(yīng)用能力，所以有著很大的應(yīng)用價(jià)值。

2.2云計(jì)算平臺

根據(jù)智能電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測特點(diǎn)，通過云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建智能電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測的云計(jì)算平臺。云計(jì)算平臺可以使用比較廉價(jià)的服務(wù)器集群，通過虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)硬件資源虛擬化，利用分布式存儲方式進(jìn)行數(shù)據(jù)信息處理，確保實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)海量信息可靠存儲與高效管理。

使用廉價(jià)服務(wù)器集群，不僅能降低信息平臺建設(shè)成本投入，還能有效利用閑置服務(wù)器，提高服務(wù)器設(shè)備的利用效率。盡管有以上優(yōu)勢，但是廉價(jià)服務(wù)器應(yīng)用中有一個(gè)明顯缺陷，即故障率較高。為了很好解決這一問題，可以采用分布式的冗余存儲系統(tǒng)，能明顯的提高信息平臺數(shù)據(jù)處理的可靠性。

2.3分布式存儲與管理

智能電網(wǎng)信息平臺中的數(shù)據(jù)類型是復(fù)雜多樣的，加之用戶規(guī)模大，服務(wù)需求量大，每天都會(huì)產(chǎn)生成千上萬數(shù)據(jù)，存在海量化特征，常規(guī)的數(shù)據(jù)存儲和管理方式根本無法滿足信息平臺海量數(shù)據(jù)存儲與管理需求。為此，可以采用分布式冗余存儲系統(tǒng)，用以滿足海數(shù)據(jù)的儲存與管理需求。下面對信息平臺數(shù)據(jù)的海量存儲、高效管理、計(jì)算分析進(jìn)行了分析。

2.3.1數(shù)據(jù)的海量存儲

基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)信息平臺利用分布式冗余存儲系統(tǒng)不僅可以存儲海量數(shù)據(jù)，還能借助自身高可靠性的軟件提高數(shù)據(jù)存儲的安全性，很好的適應(yīng)數(shù)據(jù)可靠運(yùn)行需求。云計(jì)算中的海量數(shù)據(jù)存儲采用分布式存儲方式，用冗余存儲方法保證數(shù)據(jù)可靠性，并同數(shù)據(jù)管理技術(shù)對平臺中的各類型數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理與分析。此外，分布式存儲方式可以把節(jié)點(diǎn)分為不同角色，具體是主服務(wù)器、客戶端、數(shù)據(jù)塊服務(wù)器。通過這樣的存儲管理，來降低服務(wù)器負(fù)載，從而滿足信息平臺的海量數(shù)據(jù)存儲要求。由于本平臺采用廉價(jià)服務(wù)器群，成本投入較低，基本實(shí)現(xiàn)了成本投入與可靠運(yùn)行之間的最優(yōu)平衡。

2.3.2數(shù)據(jù)的高效管理

智能電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)是海量的，且種類多、分布廣泛，對數(shù)據(jù)管理提出了很高要求，而云計(jì)算的數(shù)據(jù)管理技術(shù)恰好能滿足智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理要求，能極大的提高信息平臺海量數(shù)據(jù)管理的工作效率。云計(jì)算以各種虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，以不同類型的資源抽象化為服務(wù)形式，能對電力系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和計(jì)算資源進(jìn)行充分歸整，實(shí)現(xiàn)資源集成共享，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)和操作提供數(shù)據(jù)支持，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。此外，利用信息平臺的管理平臺能快速發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的故障隱患并使之盡快恢復(fù)，保證智能電網(wǎng)運(yùn)行可靠。

2.3.3數(shù)據(jù)的計(jì)算分析

為保證智能電網(wǎng)運(yùn)行安全，信息平臺在提供大量信息基礎(chǔ)上，還要行進(jìn)行大規(guī)模的電網(wǎng)信息數(shù)據(jù)計(jì)算、分析、模擬、規(guī)整、設(shè)計(jì)，以及故障計(jì)算、潮流計(jì)算等，而這些功能要求都已經(jīng)超過了普通計(jì)算機(jī)體系的能力范圍。眾所周知，云計(jì)算在數(shù)據(jù)計(jì)算上能夠進(jìn)行高效并行處理，并提供并行的變成模式，這些都可以有效提高數(shù)據(jù)計(jì)算效果。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，啟發(fā)式的智能化算法已經(jīng)成為當(dāng)前研究的主要趨向，常見的算法有遺傳算法、Min-min算法、模擬退火算法等。其中，Minmin算法可以用在最快速度內(nèi)完成計(jì)算，縮短任務(wù)作業(yè)完成時(shí)間，進(jìn)而提高工作效率。為此，信息平臺算法可以采用Minmin算法。

2.4信息平臺的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

智能電網(wǎng)是關(guān)乎國計(jì)民生的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其信息平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一直受廣泛關(guān)注。在基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)信息平臺建設(shè)上，可以采用Hadoop技術(shù)作為呈現(xiàn)智能電網(wǎng)云計(jì)算信息中心的主要技術(shù)。根據(jù)Hadoop技術(shù)特性，信息平臺的云計(jì)算平臺采用“主從形”框架，即從服務(wù)器集群中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為主節(jié)點(diǎn)，其他作為從節(jié)點(diǎn)。此外，將Hbase與Hadoop技術(shù)密切結(jié)合起來，將之作為分布式數(shù)據(jù)存儲模式，按照列族將不同數(shù)據(jù)存儲在相應(yīng)的表中，確保數(shù)據(jù)具備較高的可靠性，以及良好的實(shí)時(shí)讀取能力。

圖2　基于Hadoop的智能電網(wǎng)信息中心云計(jì)算平臺示意圖

3　結(jié)語

綜上所述，通過本文分析可以看出基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)信息平臺可以很好的滿足智能電網(wǎng)海量數(shù)據(jù)可靠儲存和高效管理的迫切需求，提高信息存儲和管理的工作質(zhì)量和效率，保證信息平臺運(yùn)行安全，為職能電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行提供有力支持。我們知道智能電網(wǎng)是當(dāng)前及今后電力行業(yè)研究的熱點(diǎn)問題，這方面的研究已經(jīng)有了很多，且成果顯著，但是依然不能滿足智能電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展需求，為此在未來很長一段時(shí)間內(nèi)都應(yīng)當(dāng)持續(xù)加大智能電網(wǎng)信息平臺研究力度，完善基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)信息平臺，使之更好的適應(yīng)智能電網(wǎng)建設(shè)需求，推動(dòng)國家電網(wǎng)持續(xù)建設(shè)，開創(chuàng)國家電網(wǎng)發(fā)展的新局面和新篇章。

［1］蔡劍彪.基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測平臺研究［D］.湖南大學(xué)，2013.

［2］楊 潔，聶 恬，楊 懿.基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)信息平臺的應(yīng)用效果［J］.電子技術(shù)與軟件工程，2014，22：189～190.

［3］孟祥萍，周 來，王 暉，紀(jì) 秀，程志明.云計(jì)算技術(shù)在未來智能電網(wǎng)信息處理平臺中的應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)測量與控制，2015，10：3508～3511.

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2016-9-1