基于云計算的智能電網調度系統安全架構設計

藺山高 涂超 馬之力

摘 要：電網調度系統作為智能電網的核心，對其高效運行、安全穩定、環保節能、調配管理起著至關重要的作用。云計算廣泛應用于信息通信資源調配和智能管理，擁有規模大、性能高、價格低等特點，基于云計算技術的智能電網調度系統能夠在一定程度上促進智能電網的應用。但是，底層架構是否安全，對電網調度的正確性、及時性，甚至電網安全穩定運行有著直接重大影響。針對基于云計算技術的智能電網調度系統設計了一種安全架構，能夠有效地解決引入云計算技術后智能電網調度系統中存在的安全問題。

關鍵詞：云計算；電網調度；安全架構

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A

Design of security architecture of smart grid dispatching system based on cloud computing

Abstract： Grid dispatching system as the core of the entire smart grid， it plays a vital role in the efficient operation， security and stability， environmental protection and energy conservation， deployment management of the smart grid. Cloud computing is widely used in information and communication resource allocation and intelligent management with large-scale， high-performance， low prices and so on， smart grid dispatching system based on cloud computing technology can promote the application of smart grid . But， whether the underlying structure is safe or not will have a direct and significant impact on the correctness and timeliness of the power grid dispatch and even the safe and stable operation of the power grid. In this paper， a security architecture is designed for the smart grid dispatching system based on cloud computing， which can effectively solve the security problems after the introduction of cloud computing.

Key words： cloud computing； smart grid dispatching； security architecture

1 引言

近年來，電網系統規模不斷擴大，運行方式愈加復雜。面對海量結構復雜、分布廣泛的數據信息，傳統電網調度系統在數據計算、處理、分析、存儲，以及調度輔助決策等方面逐漸顯露出不能充分滿足電網調度、監測、預警、控制等需求的問題[1，3，5]。為了有效彌補傳統電網調度系統的不足，在智能電網調度系統中引入云計算技術，能夠充分發揮云計算技術在海量異構數據處理方面的優勢，為智能電網調度平臺提供更佳的實現方式和智能化決策支持，而底層架構的安全性對基于云計算技術的智能電網調度系統至關重要。

2 云計算

2.1 云計算的含義

云計算是一種基于互聯網的新型服務計算模式，能夠使傳統互聯網計算、存儲、網絡等相關服務的使用和擴展變得更加方便。通常，云計算通過互聯網提供動態、易擴展、虛擬化的資源，在數據控制中心對數據和應用進行統一的集中部署和管理，改變傳統的數據和應用訪問方式，從而實現安全、按需提供、無限擴展的應用交付功能。云計算技術的優勢在于能方便地為用戶提供虛擬化、高可用和動態資源池[2，4]，根據云計算服務對象和服務類型的不同，通常將云計算分為兩大類：云計算服務對象和云計算服務類型。其中，云計算服務對象包括公有云（面向企業外部需求）、私有云（面向企業內部需求）、混合云（兼顧企業內外需求）。云計算服務類型包括基礎設施即服務（Infrastructure as a Service，IaaS）、軟件即服務（Software as a Service，SaaS）、平臺即服務（Platform as a Service，PaaS）。

2.2 云計算系統架構

本質上，云計算系統相當于一臺計算能力非常強的大型計算機。與傳統IT系統架構的物理硬件資源、操作系統、系統軟件、應用軟件相對應，云計算系統架構也包括云計算硬件資源、云計算操作系統、云計算系統軟件、云計算應用軟件。在傳統 IT 系統架構的基礎上，能夠設計出云計算的層次化系統體系架構，如圖1 所示。

云計算實現模型主要有云計算基礎架構、云計算應用開發與執行環境和云計算應用軟件三個層次構成，分別對應云計算的典型服務IaaS、PaaS、SaaS。

3 云計算關鍵技術

云計算是一種分布式計算模式，將計算分布在計算機集群構成的資源池上，使用戶可以根據自身實際需求選擇信息服務、計算能力和存儲空間等資源[4，6，7]，其核心技術包括虛擬化和分布式兩大類。

3.1 虛擬化技術

虛擬化技術應用于IT各類資源并實現抽象和虛擬化，尤其在主機、存儲、網絡中應用更為廣泛，能使各類計算在最大程度得到規整，存儲能力得到提高，使用戶充分認識并感受到云計算平臺的獨立性。虛擬化技術可以向用戶提供三種差異性服務：IaaS、PaaS和SaaS。

3.2 分布式技術

分布式技術主要包括并行計算和分布式數據庫（文件系統）等，主要有兩個特點：一是整合計算資源；二是具有較強的動態擴展性，能夠實現IT各類資源的快速訪問和多用戶并行使用，能夠有效提高系統中整體信息的交互能力、計算能力，使不同計算資源都能被充分利用。

4智能電網調度系統

4.1 智能電網調度體系

電網調度系統作為電網“大腦”，對整個電網的安全穩定運行起著重要的支配作用。近幾年，隨著電網快速發展，對運行管理提出了更高要求。當前，電網調度可以實現一體化協調控制、精細化統籌計劃以及動態化自適應調整等功能，形成信息化、自動化、互動化的分布式一體化的智能調度體系[1，8]。如圖2所示為智能電網調度體系。

4.2 智能電網調度架構

近年來，國內外電網企業均基于各自實際需求開展智能電網調度系統研發建設，典型架構基本都包括監測預警、調度管理、安全校核、調度計劃等模塊[1，9]。

監測預警。監測預警模塊主要實現電網實時監控、安全分析、自動控制、智能預警、調度運行輔助決策等功能，全方位對電網系統運行狀態進行監控、分析、評估、預警。

調度管理。調度管理模塊主要由調度專業管理、生產運行管理、綜合管理等功能塊組成，其主要作用是實現調度機構日常管理、設備資源維護管理、計劃等相關信息綜合評估[1，8]。

安全校核。安全校核模塊主要由安全檢驗、評估分析、穩定校正等功能塊組成，實現對檢修、發電等計劃和電網運行進行動、靜態安全校驗。

調度計劃。調度計劃模塊能夠滿足不同調度模式需求，實現用電負荷預測、計劃制定發布、計劃執行實施等功能，是電力系統安全、經濟運行的必要功能。在滿足電網安全運行、電力市場穩步發展需求的同時，還充分考慮了復雜條件下的調度計劃應用。

5 基于云計算的智能電網調度系統安全架構設計

借鑒面向服務架構（Service-Oriented Architecture，SOA）理念，分層設計基于云計算的智能電網調度系統，總體架構包括云服務供應平臺和云服務應用平臺，自底向上分別為云資源層、云管理層、云服務層、電網調度控制層，另外還有SOA總線。云服務供應平臺和云服務應用平臺通過SOA總線進行交互，實現服務與被服務。如圖3所示。

5.1 云服務供應平臺

云服務供應平臺包括云資源層、云管理層和云服務層。

云資源層是智能電網調度系統云平臺的基礎，主要功能是將X86、Power、Vse、Sparc等異構體系的主機、存儲、網絡、安全等各類硬件資源虛擬化成計算池、存儲池、網絡池、安全池等資源池，為智能電網調度系統提供各類IT資源。

云管理層主要包括平臺用戶管理、計算任務管理、資源調度管理和安全防護管理等功能模塊。平臺用戶管理主要實現對使用云資源的各類用戶進行統一管理，包括身份管理、賬號管理、許可管理、請求管理和環境配置等具體功能。計算任務管理主要實現對云服務應用平臺提交的各類訪問進行統籌安排，包括計算任務調度、計算任務執行等具體功能。資源調度管理主要實現對云資源進行統一管理，包括資源調配、負載均衡、資源監測、故障檢測、故障恢復、冗余備份等具體功能。安全防護管理主要實現云平臺安全防護，包括身份認證、訪問控制、入侵檢測、數據保護、安全審計等具體功能。

云服務層是智能電網調度系統云服務供應平臺的核心，與電網調度控制層直接交互，實現對電網調度控制各個功能的直接支撐，主要包括消息模塊、交互模塊、監控模塊、業務模塊、流程模塊、數據模塊等功能模塊。

5.2 云服務應用平臺

在基于云計算的智能電網調度系統中，云服務應用平臺也就是電網調度控制層，主要包括監測預警、調度管理、安全校核、調度計劃等功能模塊。基于Web瀏覽方式，調度人員綜合運行方式安排、電網運行實際等多類因素，制定實施調度計劃，通過調度平臺遠程指揮、控制下級電網調度控制中心和直調范圍內的廠（場）站，實現智能電網調度的各項具體功能。

SOA總線包括企業服務總線和業務流程管理平臺，主要為云服務供應平臺和云服務應用平臺提供交互訪問服務，對相關流程進行管理，實現數據信息與控制信息的交換、傳輸及整合，確保各類組件被高效穩定訪問、調用。

6 結束語

云計算技術因其高可靠性、高可擴展性、高計算處理能力等諸多特點，必將對智能電網的建設和發展產生重要影響。文章通過深入研究云計算技術和電網調度控制技術，進而將兩種技術進行深度融合，設計了基于云計算模式的調控平臺整體安全架構，在有效提升各類數據信息計算處理、電網運行監控能力和硬件資源利用效率的同時，解決了系統底層架構安全問題。

參考文獻

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