云計算在電力信息化中的應用與展望

金濤

(上海奉賢燃機發電有限公司，上海 201403)

0 引言

從2002年電力體制改革至今，廠網分離已有10年。近年來，電力體制改革再度深化，電力企業將推行“廠電分開，競價上網”制度，這意味著發電、售電將徹底分離，原來以統一計劃、安全生產為核心的經營體制，將逐漸轉到面向全國市場、以經濟效益為核心的經營體制上來。發電型企業也將逐步開始新一輪的信息化建設，以迎接新的市場挑戰。

電力信息化包括電力生產、調度自動化和管理信息化2部分。廠站自動化歷來是電力信息化的重點，大部分水電廠、火力發電廠以及變電站配備了計算機監控系統;相當一部分水電廠在進行改造后實現了無人值班、少人值守。發電生產自動化監控系統的廣泛應用大大提高了生產過程的自動化水平，但僅僅生產自動化是遠遠不夠的，因為市場競爭、成本分析、定價策略、優化管理等不是由這些生產數據去決定的。隨之而來的問題是，如何及時滿足競爭需求，快速而高效地應用這些真實而可靠的數據，為企業生產管理、經營提供必要的支撐，強大而高效的企業“私有云”為解決該問題提供了一條可行的路徑。

云計算技術是新興的IT技術，它是基于互聯網的自助式服務，能給用戶提供超級存儲和計算能力，在線提供軟件服務。云計算是當下各行業信息化中最關注的話題，但普遍存在的問題是:云計算的應用尚停留在理論化、理想化階段，難以找到合適的機會去實踐、落地?！霸贫恕笔且粋€強大的服務源頭，給終端用戶提供相應的服務;同理，企業的私有云是企業對內部提供數據服務的源頭，給企業所有崗位提供業務服務。換一個角度，把信息化建設看作管理信息集中平臺和服務發布集中平臺建設的綜合，“云”就變得更加生動具體，也更容易操作。

1 “云”與電力生產

現今電廠多數獨立生產運營，如果把場景規模從單一電廠擴大到區域內數家電廠，云計算對于電力生產的貢獻就會顯著提升。假設這樣的場景:某電力集團公司在某區域內的子公司A有多家發電企業，每個發電企業獨立運營，生產管理水平有一定差異，A公司缺乏有效手段對生產和營銷做統一管理。為了提高企業管理水平，提升效率，降低成本，從而在市場上獲取最大份額和最大利潤，A公司借助信息化治理可以有這些選擇:快速整合現有數據資源和處理資源，輔助決策提升生產效率;對信息化系統投入做統一規劃、集中部署，節約資金并提升管理水平;減少生產現場非技術人員數量，降低事故風險，從而間接降低成本。所有這些舉措在“云”架構基礎之上均能得以實現。

電力生產系統是一個在空間上具有分布特性的系統，要求實時性強、可靠性高并具有自然分布特性，因此，電力的生產管理也就形成了一整套“分級管理，分層控制，分布處理”的體系。電力系統云計算通過集群應用、分布式計算等功能將電力系統中幾乎所有網絡和計算資源集中起來共同協作，為區域公司內所有用戶提供相應系統服務。

目前，各個電廠都有一定的信息化處理資源和存儲資源，區域企業生產云的實現關鍵在于不改變現有計算機的分布，而能最大限度地利用當前電力信息網絡的物理架構為當前的任務分配計算和存儲資源。

以上文提到的生產數據為例，每個電廠都有自己的生產數據，由于發電設備的技術參數都較為相似(除核電外)，因此，生產數據的集中和復用是云計算的第1步。以生產設備的日常維護來說，通過遠程跟蹤電壓、溫度、壓力、振動等參數，現場工程師就可以保證設備正常工作的時間，降低保養成本。如果各電廠實時采集生產數據，通過電廠原有網絡與區域公司互通，區域公司就可通過互聯網或專線直接獲得生產數據，保持對一線生產的實時監測。使用云計算提供的SaaS模式，除了增強網絡安全性之外，還為移動終端接入提供了良好的基礎。即使人員不在生產現場，也可以通過手機等移動設備實時獲取數據，為安全生產保駕護航。

2 “云”建設步驟

由于電力行業的特性，建設通常分步驟、分批次進行。在盡量不改變現有架構的同時，對現有的信息系統進行擴建和改造，以逐步實現“云”的最終落地。

根據從易到難的原則，可將“云”的落地分為3個階段，即整合階段、虛擬化階段和自動化階段，具體如圖1所示。

圖1 云平臺建設階段劃分

云平臺構建的第1步就是存儲、計算資源的整合與優化。該過程需要在計算性能、能耗、價格成本等方面進行深入評估比較，以選擇一個最優的方案。對于區域性公司來說，小型機、大型機成本太高，因此不予考慮。常規做法是用多機柜的PC Server做集群，以滿足計算性能，但這種做法占用機柜較多，單個機柜的性能/能耗比較低，且在管理方面較為不便。筆者認為，最優的做法是用刀片服務器。刀片服務器是一種高可用高密度HAHD(High Availability High Density)的低成本服務器平臺，是專門為高密度計算機環境設計的，其主要結構為一大型主體機箱，內部可插上許多“刀片”，其中每一個“刀片”實際上就是一個系統母板，類似于一個個獨立的服務器，它們可以通過本地硬盤啟動自己的操作系統。每個“刀片”可以運行自己的系統，服務于指定的不同用戶群，相互之間沒有關聯。當然，也可以用系統軟件將這些“刀片”集合成一個服務器集群。在集群模式下，所有的“刀片”可以連接起來提供高速的網絡環境，共享資源，為相同的用戶群服務。在集群中插入新的“刀片”，就可以提高整體性能。由于每個“刀片”都是熱插拔的，所以，系統可以輕松地進行替換，并將維護時間減至最短。同時，刀片服務器的成本要遠遠低于PC Server，做中小規模集群式計算時的性價比要優于PC Server。

服務器選型完成之后，需要考慮的是網絡。網絡是承載所有數據流轉的渠道，是服務送遞給最終用戶的必要條件。為了保證傳輸的高效和應用的最小網絡時延，統一的交換架構會成為云計算效果的決定性因素。如此一來，就把高性能計算網絡、FC存儲網絡和基于以太網協議的計算網絡整合進了一個網絡中。在這樣的體系下，可以讓刀片服務器、存儲設備、虛擬機等在同等數據交換環境里運行，省去原先多重的轉換，直接在以太網架構上映射FC幀，使得FC運行在一個無損的數據中心以太網絡上，大大提升了效率和響應速度。

可以想象，通過統一交換架構的網絡改造和服務器集群技術，可以極大地提高網絡、服務器和存儲資源的利用率。集群后的服務器組就是核心計算資源，通過統一交換網絡獲取存儲資源上的業務數據進行計算，并將結果重新寫回到存儲資源上，理論上就像一臺可無限擴容和無限增強計算性能的巨型計算機組。

3 簡單的“云”基礎構架實踐

以上介紹的概念和理論較為抽象，下面舉1個辦公系統虛擬化案例來具體闡述如何將“云”落地到實際的生產系統中去。

可以簡單地將其分為幾種應用場景:總部本部辦公環境，分支機構辦公環境，移動辦公環境。

典型的辦公系統均為本地系統，無論是總部員工或分支機構員工，都只能連接本地的系統服務器查看本地的業務數據。總部和分支機構之間通過SDH專線或VPN連接，這樣，分支機構員工可以遠程登錄到總部的辦公系統上去查看相關的辦公信息。這種傳統的管理體系有如下劣勢:

(1)維護工作量大，管理人員冗余?？偛亢头种C構管理人員均需人手一臺辦公電腦，本地數據本地管理，首先就需要多位系統管理人員分別對不同地域的設備進行必要的基礎維護。

(2)機房服務器重復建設，資源利用率低?？偛亢头种C構均需要構建本地的應用服務，提供給本地用戶使用。

(3)單機系統穩定性差，數據容易丟失。單機系統不穩定，如果出現斷電或設備損壞而本地數據備份工作沒有及時跟上的情況，極易造成重要業務數據丟失。

(4)總部服務器數據和分支機構服務器數據同步機制較差，造成業務數據上的不一致，會降低業務開展的效率。

(5)移動辦公僅限于郵件系統等基礎系統，不利于公司移動辦公的業務員開展業務和同步關鍵的業務數據。

因為有以上諸多問題，因此設想解決掉所有這些弊端。通過桌面虛擬化系統將所有使用到的操作系統以及不同業務部門的不同應用做整合;然后通過使用權限的再分配，做成多個業務部門的應用模板，通過虛擬化系統分發給每個瘦客戶端，最終在這樣不間斷的交互下實現業務數據的交換，以達到普通PC本地處理業務的效果。這里的瘦客戶端指的是在客戶端－服務器網絡體系中的一個基本無需應用程序的計算機終端，它通過一些協議和服務器通信，進而接入局域網。這個瘦客戶端負責解釋、顯示和處理應用程序的圖形用戶界面(GUI)和它的數據。這樣的一個應用程序只需要被安裝在一個Web服務器上，用戶可以自動接收升級。一個解決方案只需要部署一次，甚至對成千上萬的用戶也是如此。瘦客戶端將其鼠標、鍵盤等輸入傳送到服務器處理，服務器再把處理結果回傳至客戶端顯示。不同的客戶端可以同時登錄到服務器上，模擬出一個既相互獨立又在服務器上的工作環境。與此相反，普通客戶端會盡可能多地進行本地數據處理，與服務器(或其他客戶端)的通信只傳送必要的通信數據。虛擬化辦公系統平臺方案示意如圖2所示。

這樣的體系形成之后，原先依賴于本地PC處理系統和數據的工作全部轉移到后端服務器資源上，而且數據存儲也不再停留在本地，同樣轉移到服務器中存儲。瘦客戶端僅僅是數據交互設備，大大降低了這些設備維護的工作量。

同時，分支機構也可以弱化本地機房。所有的系統和應用數據都已經在總部機房的服務器上，減少重復建設的同時，完成了數據的集中和同步。本地PC的數據備份工作量將幾乎為零，業務人員再也不用擔心數據丟失。

在移動辦公問題上，由于后端有虛擬化系統專門給移動設備提供接口，移動辦公用戶可以輕松地通過Web方式登錄到系統里，對業務數據進行修改、錄入、刪除等操作。現在市場主流的智能移動設備，比如 iPad，iPhone，Android 系統智能手機/平板電腦等，都能接入這套辦公虛擬化系統。

網絡安全方面，分支機構依然可以通過VPN或SDH專線方式接入，保障一定的帶寬即可保持高質量的數據通信。

4 “云”平臺的擴展構想

圖2 虛擬化辦公系統平臺方案示意

以上方案在教育、政府、金融等行業已經規?；茝V，部分經濟發達地區在電力行業中已將之作為前瞻性較強的試驗性項目進行初步推廣，目前正處在經驗積累階段。從這樣的應用案例中應該能得出一個判斷:云計算平臺在電力行業中的應用潛力巨大。

假設這樣一個場景:發電集團區域公司的服務器區就是該區域公司內企業云的核心，所有業務相關的核心計算都在這里進行，由一組安全設備做安全隔離和保護。客戶端區域是區域下屬各級電廠，通過網絡將發電設備的數據實時傳輸到服務器區，由云平臺中相應的系統對其進行處理，并對外發布業務。生產管理人員在辦公網絡中監控生產數據，生產營銷管理人員每周可以看到對應的營銷數據。移動辦公的技術人員或者業務人員也能實時通過移動終端看到各自工作職責內的相關數據。一切流程都在云平臺上有對應的關聯，管理有序、監控有道。云平臺擴展邏輯圖如圖3所示。

圖3 云平臺擴展邏輯圖

隨著云平臺和集群計算在電力行業中的大規模上線，管理信息系統(MIS)、企業資產管理(EAM)、企業資源計劃(ERP)等專業應用系統廠商會逐步跟上技術革新的步伐，擯棄陳舊的系統架構，將系統以服務的方式發布到企業私有云平臺上，給不同權限的業務部門使用，并實現服務之間的智能整合，完成“云”平臺使命的最后一步——智能生產。

［1］王鵬．走近云計算［M］．北京:人民郵電出版社，2009．

［2］張為民．云計算:深刻改變未來［M］．北京:科學出版社，2009．

［3］王景燕．基于云計算的電力調度信息化研究［J］．電工技術，2011(12):3 －4，7．

［4］羅志明，丁輝，張大華．云計算在電力企業經營管理中的應用研究［C］//2011電力通信管理暨智能電網通信技術論壇論文集．北京:中國通信學會普及與教育工作委員會，2011．