調(diào)控云電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)管理策略

溫濤

【摘 ?要】設(shè)計了基于調(diào)控云的電網(wǎng)調(diào)控數(shù)據(jù)縱向互聯(lián)信息共享的系統(tǒng)。介紹調(diào)控云的建設(shè)情況，數(shù)據(jù)云平臺的模型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)情況，模型數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)調(diào)控數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化、規(guī)范化和標準化;采用Kafka消息中心實現(xiàn)調(diào)控數(shù)據(jù)信息的縱向互聯(lián)和信息共享，最后對各級調(diào)控機構(gòu)按訂閱推送，保障了縱向和橫向部門間的業(yè)務(wù)協(xié)同。目前該系統(tǒng)已應(yīng)用于華中電網(wǎng)，推進了業(yè)務(wù)流程的交互，減輕了用戶的工作量，提升了工作效率。

【關(guān)鍵詞】調(diào)控云;數(shù)據(jù)云平臺;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化;縱向互聯(lián);Kafka消息總線

1、調(diào)控云平臺

電力大數(shù)據(jù)綜合了電力企業(yè)生產(chǎn)、運營和管理數(shù)據(jù)，調(diào)度控制云（以下簡稱“調(diào)控云”）是基于云計算、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的理念設(shè)計、面向智能電網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)的服務(wù)平臺，具有“資源虛擬化、數(shù)據(jù)標準化、應(yīng)用服務(wù)化”的特點。調(diào)控云作為電力生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)的底層技術(shù)基礎(chǔ)，提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、運行環(huán)境支撐、模型數(shù)據(jù)服務(wù)等，為新一代調(diào)度控制系統(tǒng)分析決策中心的建設(shè)提供支撐，同時承載調(diào)控中心以及公司各部門的各類應(yīng)用。

調(diào)控云是國家電網(wǎng)有限公司“三朵云”規(guī)劃中的一個重要組成部分。為適應(yīng)“統(tǒng)一管理、分級調(diào)度”的調(diào)度管理模式，調(diào)控云采用統(tǒng)一和分布相結(jié)合的分級部署設(shè)計，形成國分主導(dǎo)節(jié)點和各省級協(xié)同節(jié)點的兩級部署，共同構(gòu)成一個完整的調(diào)控云體系。主導(dǎo)節(jié)點和協(xié)同節(jié)點在硬件資源層面各自獨立進行管理;在數(shù)據(jù)層面，主導(dǎo)節(jié)點作為調(diào)控云各類模型及數(shù)據(jù)的中心，負責元數(shù)據(jù)和字典數(shù)據(jù)的管理，并負責調(diào)控云各類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型建立，以及國調(diào)和分中心管轄范圍內(nèi)模型及數(shù)據(jù)的匯集，協(xié)同節(jié)點負責本省模型及數(shù)據(jù)的匯集并向主導(dǎo)節(jié)點同步/轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)數(shù)據(jù);在業(yè)務(wù)層面，調(diào)控云作為一個有機整體，由主導(dǎo)節(jié)點基于全網(wǎng)模型，提供完整的模型服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)及業(yè)務(wù)應(yīng)用，各協(xié)同節(jié)點基于本省完整模型及按需的外網(wǎng)模型提供相關(guān)業(yè)務(wù)服務(wù)

2、調(diào)控數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化管理

調(diào)控云軟件架構(gòu)按照云計算典型分層設(shè)計自下而上進行層次劃分，包括IaaS層、PaaS層和SaaS層，并配置云安全防護功能。調(diào)控云平臺服務(wù)層（PaaS）集成了調(diào)控云的核心組件，支撐應(yīng)用運行所需的軟件運行環(huán)境，相關(guān)工具與服務(wù)。

模型數(shù)據(jù)能夠在數(shù)據(jù)的采集與匯聚、存儲及使用與展示等多個方面對數(shù)據(jù)進行管理。模型數(shù)據(jù)支持關(guān)系數(shù)據(jù)庫、列式數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫和MPP數(shù)據(jù)庫，對結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)提供分布式存儲與統(tǒng)一訪問功能，支持多種類型的存儲及訪問方式進行數(shù)據(jù)存儲中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)操作，并提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問請求的處理。

2.1關(guān)系數(shù)據(jù)庫：按照行進行存儲，關(guān)系數(shù)據(jù)庫擅長隨機讀操作，不適合用于大數(shù)據(jù)，主要用于數(shù)據(jù)訪問實時性不高的場合，例如電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)和統(tǒng)計信息等。

2.2列式數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)表中同一列或相關(guān)列的數(shù)據(jù)會被組織存儲在一起，這樣既減少了查詢操作時的I/O，也便于壓縮，從而節(jié)省存儲空間。列式存儲適合于較低延遲的讀寫訪問、高并發(fā)的訪問請求。基于列存儲的數(shù)據(jù)存儲與管理裝載速度快、易于壓縮、易于做聚合分析，適宜于大數(shù)據(jù)規(guī)模下的統(tǒng)計、分析等應(yīng)用功能。

2.3分布式實時數(shù)據(jù)庫：基于內(nèi)存進行存儲，支持對實時數(shù)據(jù)的快速存儲和訪問，具備數(shù)據(jù)表的分片與多副本機制，提供高速的本地訪問接口、遠方服務(wù)訪問接口，支持數(shù)據(jù)關(guān)系描述和檢索，主要用于存儲電網(wǎng)運行的實時信息。

2.4MPP數(shù)據(jù)庫：采用sharednothing架構(gòu)（MPP），數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)庫模型和應(yīng)用特點劃分到各個節(jié)點上，每臺數(shù)據(jù)節(jié)點通過專用網(wǎng)絡(luò)或者商業(yè)通用網(wǎng)絡(luò)互相連接，彼此協(xié)同計算，作為整體提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)。通過將數(shù)據(jù)分布到多個節(jié)點上來實現(xiàn)規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲，通過并行查詢處理來提高查詢性能。MPP數(shù)據(jù)庫具有完全的可伸縮性、高可用、高性能、資源共享等優(yōu)勢。

2.5調(diào)控云模型數(shù)據(jù)層作為數(shù)據(jù)處理的中間層，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問和分析接口，能讓上層應(yīng)用以統(tǒng)一的接口連接關(guān)系數(shù)據(jù)庫、列式數(shù)據(jù)庫、MPP數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫等不同的數(shù)據(jù)源。統(tǒng)一訪問接口提供基于SQL的數(shù)據(jù)訪問方式，實現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)一訪問，屏蔽數(shù)據(jù)存儲的差異。

調(diào)控信息結(jié)構(gòu)化、標準化、規(guī)范化是不同機構(gòu)間、不同專業(yè)間業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的基礎(chǔ)，保證了業(yè)務(wù)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互質(zhì)量和效率。調(diào)控數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化的實現(xiàn)保證了調(diào)控數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)和存儲方式上的統(tǒng)一規(guī)范，避免了數(shù)據(jù)共享時結(jié)構(gòu)不一致所造成的中間處理換件，為國調(diào)、分中心、省調(diào)（以下簡稱“國、分、省”）三級調(diào)控信息共享打下了堅實的基礎(chǔ)。

3、調(diào)控數(shù)據(jù)信息的共享機制

目前，國分、分省協(xié)同平臺通過小郵件方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，但存在丟失文件，數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定，易被覆蓋等問題。為實現(xiàn)各調(diào)控機構(gòu)調(diào)控數(shù)據(jù)安全、可靠地交換和共享，提高數(shù)據(jù)共享的實時性和針對性，結(jié)合國分一體化數(shù)據(jù)模型中心和智能數(shù)據(jù)信息標準化的建設(shè)情況，以調(diào)控云總線作為數(shù)據(jù)同步和共享的中介，實現(xiàn)調(diào)控信息的共享。

云總線是由服務(wù)總線和消息總線構(gòu)成的，服務(wù)總線為云端應(yīng)用和客戶端應(yīng)用提供訂閱/發(fā)布式的遠程服務(wù)調(diào)用服務(wù);消息總線實現(xiàn)云端、客戶端之間的訂閱/發(fā)布式的消息傳輸服務(wù)。

電力調(diào)度數(shù)據(jù)維護和共享遵循“源端維護、全局共享”的原則。基于Kafka原理，調(diào)控模型數(shù)據(jù)云中心的主導(dǎo)節(jié)點通過消息總線把數(shù)據(jù)下發(fā)給國分層源數(shù)據(jù)端和協(xié)同節(jié)點。當主導(dǎo)節(jié)點發(fā)布最新的元數(shù)據(jù)后，協(xié)同節(jié)點和源數(shù)據(jù)端自動驗證是否可以執(zhí)行，并將驗證結(jié)果反饋給主導(dǎo)節(jié)點。源數(shù)據(jù)端與對應(yīng)的云端、協(xié)同節(jié)點與主導(dǎo)節(jié)點通過消息總線實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)匯集，實現(xiàn)縱向互聯(lián)。同時，可將需要的模型數(shù)據(jù)從主導(dǎo)節(jié)點訂閱到本地協(xié)同節(jié)點及本地源數(shù)據(jù)端。

調(diào)控云通過縱向同步軟件的模型訂閱/發(fā)布功能，為各級調(diào)控業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供按需訂閱模型數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)公共模型信息共享。各級調(diào)控利用縱向同步軟件客戶端可進行模型查詢、篩選和訂閱，后臺數(shù)據(jù)同步功能依據(jù)訂閱記錄，實時監(jiān)視增量變化數(shù)據(jù)，并利用消息總線作為傳輸通道，及時將增量數(shù)據(jù)分發(fā)給訂閱者。

4、結(jié)束語

基于調(diào)控云平臺的數(shù)據(jù)共享方案，在電網(wǎng)數(shù)據(jù)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化管理的基礎(chǔ)上，利用Kafka消息總線，實現(xiàn)國分、分省的數(shù)據(jù)之間主動推送和按需訂閱的信息共享，提高了電網(wǎng)調(diào)控運行一體化管理水平，實現(xiàn)了與傳統(tǒng)電網(wǎng)截然不同的電網(wǎng)運營理念和體系，加快了“信息電網(wǎng)，智慧電網(wǎng)”的前進步伐。國、分、省三級調(diào)控機構(gòu)的運行數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)中心匯集，有利于推進業(yè)務(wù)流程的交互，減輕用戶的工作量，極大地提升工作效率。電網(wǎng)調(diào)控數(shù)據(jù)縱向信息共享有效解決了分布式環(huán)境中異構(gòu)系統(tǒng)的信息交互，保障了縱向和橫向多級業(yè)務(wù)部門間的業(yè)務(wù)協(xié)同和信息共享，實現(xiàn)了電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好的使用目標，開創(chuàng)電網(wǎng)“綠色、環(huán)保、節(jié)能”新局面。

參考文獻：

[1]奚江惠，胡濟洲，裘微江，等.大電網(wǎng)安全穩(wěn)定沙盤推演系統(tǒng)[J].湖北電力，2016，40（01）：1-5，10

[2]辛耀中，石俊杰，周京陽，等.智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)現(xiàn)狀與技術(shù)展望[J].電力系統(tǒng)自動化，2015，39（1）：2-8.

[3]蔡德福，曹侃，唐澤洋，等.大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用[J].湖北電力，2016，40（06）：22-26.

（作者單位：國網(wǎng)太原供電公司）