云計算在智能電網中的應用

周　強，張德才，王昕萌，李小佳，牛德玲

（1.國網山東省電力公司棗莊供電公司，山東　棗莊　277000；2.國網山東省電力公司濟南供電公司，濟南　250012）

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云計算在智能電網中的應用

周強1，張德才2，王昕萌1，李小佳1，牛德玲1

（1.國網山東省電力公司棗莊供電公司，山東棗莊277000；2.國網山東省電力公司濟南供電公司，濟南250012）

摘要：結合智能電網建設目標和云計算技術，分析智能電網系統計算模式和云計算的關聯，研究智能電網的系統架構，提出云計算在智能電網信息流、業務流和電力流高度融合中的應用模式和設計層次，最后結合實際工作中的桌面終端管理系統，闡述了云計算在電力信息運行維護中的應用。

關鍵詞：智能電網；云計算；電力系統；桌面終端管理

0　引言

云計算概念最早由Google前CEO Eric Emerson Schmidt提出，其理念是將數據信息存放在互聯網中，無論數據使用者在何時何地，都可以第一時間獲得所取數據。目前學術界對云計算沒有統一的定義和標準，常用的定義是：云計算是基于互聯網基礎設施的交付和使用模式，通過網絡技術以按需、易擴展方式來提供所需資源（硬件、軟件、環境平臺等）。提供資源服務網絡稱之為云。云中資源可以無限擴展，并且可以隨時獲取，部分資源按需進行付費使用，如同水電一樣屬于公眾設施提供給數據使用者。云計算并不是新鮮的事物，它是由分布式計算、并行計算、網格計算、虛擬化等傳統技術相融合發展的技術產物。企業中云計算的應用，可以大大降低硬件、軟件上投資，及其管理成本和培訓費用。

云計算在IT行業的研究應用取得了一定的成功［1-4］，在國外，雅虎、惠普和英特爾分別推出云計算研究測試床，思科、戴爾、AMD等廠商共同宣布“OpenStack”開源計劃；在國內，阿里巴巴推出阿里云計算，華為推出華為云服務等。云計算技術的應用已延伸至電力系統中，并且已有不少文獻［5-8］闡述了云計算在電力系統中的應用，如文獻［9］闡述了電力系統云計算建設目標和系統特點，設計了仿真云計算系統架構層次，對數據標準，電網模型整合技術等電力系統云計算主要標準和關鍵技術進行了研究，并給出了桌面終端實際應用場景。文獻［10］提出將云計算概念引入到電力系統中，通過電力云最大限度的整合電力系統現有的存儲和計算資源，為系統提供超級計算能力，并以智能預警分析為例介紹了云計算在電力應用上的前景。

結合智能電網建設目標和云計算技術，分析智能電網系統計算模式和云計算的關聯，研究智能電網的系統架構，提出云計算在智能電網信息流、業務流和電力流高度融合中的應用模式和設計層次，并進行實際系統研究。

1　智能電網建設目標及架構

1.1智能電網建設目標

隨著當今社會經濟飛速發展，電力基礎建設任務也變得艱巨。為應對該現狀，國家電網公司提出了堅強智能電網的概念：以特高壓電網為骨干網架，各級電網協調發展為基礎，以通信信息平臺為支撐，結合通信技術、自動控制技術、傳感器技術、信息化技術等，包含發電、輸電、變電、配電、調度和用電等環節，實現信息流、電力流和業務流“三流”融合的現代電網。

云計算和智能電網分別代表下一代數據網絡計算及電網的發展方向，智能電網以信息革命和技術手段推進電網體系的升級和改革，建立用電客戶和電網管理者之間的聯動，信息革命中云計算必然存在。

以電力系統調度網為例，它需要具有強大的計算能力和信息采集、融合、分析能力，并對任務處理的實時性要求較高。在計算量增至較大時，采用的控制策略只會對預先設定的情景進行處理，很難處理臨時異常事件［11］。上述情況是智能電網完善至成熟狀態必須克服解決的問題，而這些問題在云計算中都可以得到很好的解決。

1.2智能電網系統架構

相對于傳統的電網系統結構，智能電網系統架構中，增加了電網、用戶間的信息交互，形成了電廠、電網、調度中心之間的信息交互，增加了電網的智能疏導功能，如圖1所示。

圖1　智能電網體系架構

智能電網中加入了用戶和電網之間的能量信息交互傳遞，例如在光伏發電、小型風力發電及太陽能發電可以方便合理進行并網。

2　智能電網計算模式和云計算

在我國自20世紀60年代，基于電子計算機進行監測控制、生產運行管理以及收費管理的電力計算運行模式已經投入應用。因受限于當時經濟，初期電網的規模較小，所需的計算能力不大。隨著電網規模的不斷擴大，傳統的單機計算模式不能滿足數萬節點智能電網進行的各類計算分析，與此同時單機計算模式速度慢、數據處理任務執行效率低等劣勢在海量數據計算中暴露。隨著分布式及網格計算的發展，對整個互聯電網系統運行進行實時、穩定的動態分析、模擬仿真和多任務并行處理成為現實。智能電網發展下，各個區域內電力調度及網絡連接愈加顯得緊密，智能電網計算不但要求高性能及穩定完成計算，同時也要滿足跨區域、跨電壓等級的協作，組成各區域間數據信息互聯共享，以此完成整個電網各類分析仿真任務。目前，國家電網公司總部所需的一些運行數據仍采用各網省公司專業人員進行數據上報，人工拼合填寫的方式，缺乏協同機制，且受數據報送及時性、工作時效、各部分數據分散維護等因素影響，導致上報數據實時性大大降低。由此可以看出雖然隨著計算機等技術的發展，使得智能電網的計算速度得到了質的飛越，但是數據的協同實時計算問題仍制約智能電網計算模式的發展。隨著電網規模的日益擴大，電網設備數量和生產營銷管控數據不斷增加，云計算較強的數據分析能力可滿足智能電網新型計算模式。

目前云計算在智能電網發展中已得到部分應用，有些省級電網已建有大型的電力數據仿真中心，并且具有一定完善的分布計算能力。電網數據都存儲在高速專用網絡中，且網絡系統實現了與互聯網的強隔離，具備了較高的安全性。

3　智能電網中云計算設計模式

3.1智能電網云計算架構

云計算是通過互聯網或廣域網相互通信的多種設備和用戶組成的一個復雜拓撲結構，如圖2所示。從圖中可以看出云計算結構大致可分為兩大主體：云平臺控制中心和云平臺整合的各類計算資源。云平臺控制中心主要是接收到用戶的請求后，將用戶的任務分為若干項子任務，動態均衡地把各項子任務分配給云平臺中的各類計算資源進行處理。各子任務處理完成后，計算結果通過互聯網或廣域網重新匯聚至云平臺控制中心，最后反饋給任務請求用戶。云平臺控制中心可以對用戶數據進行存儲時，把用戶數據根據需要存儲至不同設備中，當用戶請求利用數據時，可以將數據從不同的存儲設備中讀取并進行整合。利用虛擬化和網格技術，上述數據計算和存儲過程，從用戶角度看，都是屬于“黑盒”模式。云計算平臺為每個用戶創造了一個獨立虛擬的系統環境，因此每個用戶認為自己是整個云計算技術資源的唯一用戶。用戶通過不同的終端接入至云計算平臺，例如：臺式計算機，筆記本電腦、智能手機、平板電腦或智能家具設備等。終端設備接入的多元化使得云計算平臺在推廣使用中顯得非常方便。

圖2　云計算體系架構

云計算平臺通過傳感器、GPRS等設備構成的數據采集網完成數據的采集傳輸，在智能電網系統中，數據的采集既可以是SCADA傳感器，也可以是PMU、智能電表等采集終端、智能家居等系統終端。智能電網所采集的數據量是巨大的，可以是采集終端所獲取的時間、溫度、風速等數據，這些數據在處理過程中，需要具有強大計算存儲能力的云計算平臺才可以完成其實時性、穩定性的要求。在智能電網中劃分的集團廣域專線網，為云計算提供可靠的數據傳輸網絡。

智能電網中云計算模式框架如圖3所示。

3.2智能電網云計算的實例

以國家電網桌面管理系統為實例，介紹云計算平臺在智能電網中的應用。桌面安全管理系統對網絡計算機終端的控制實現了可控、能控、在控的監測，同時能夠同其他網絡安全設備進行安全集成，為辦公網絡系統提供了安全穩定的系統環境。

桌面終端系統通過云計算體系，對所有的辦公終端的設備狀態進行全生命周期的檢測控制，利用云平臺實現對其所有終端網絡運維、移動存儲、主機安全審計及補丁及文件分發等行為集中管理。物理終端為云計算模式框圖中的物理層，電力廣域網絡構成模式中的接口層。應用層部署硬件構成虛擬網絡及桌面管理系統提供終端狀態數據，這些數據構成智能電網數據基礎，也是構成“云”服務的核心。

圖4　桌面終端管理云體系

4　結語

基于“云”的智能電網，除為電力系統分析提供存儲能力和分布計算支持外，還具有硬件投資低、可擴展性強、便于軟件升級維護等優勢，這使得云計算已經在電力系統中應用前景更加廣闊。隨著云計算的大規模的應用，生產管理系統（PMS）、企業資源計劃（ERP）、管理信息系統（MIS）等專業應用系統也將通過建立安全穩定的云計算系統，給不同權限的業務部門使用，實現服務的智能接入，既可提高電力企業的經濟效益和社會效益，又能加快實現電網智能化的進程，為滿足人民生活需要和國民經濟的高速發展更好地提供服務。

云計算技術還在不斷發展中，在電力系統中應用也處于起步階段。云計算在電力系統潮流優化、監控調控、信息融合等方面都有著極大的發展空間。與此同時與云計算相應的電力系統內的云計算負荷分配、并行分析算法、云平臺設計和云計算安全性等都將是未來云計算在智能電網應用中需要解決的核心問題。

參考文獻

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［11］VAQUERO LM，RODERO-MERINOL，CACERES J，et al．A break in the clouds：towards a cloud definition．ACM SIGCOMM Computer Communication Review，2009，39（1）：50-55．

周強（1986），男，工程師，從事信息網絡工作。

·經驗交流·

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：TM769

文獻標志碼：A

文章編號：1007-9904（2016）02-0040-04

收稿日期：2015-08-29

作者簡介：