面向新能源的超融合技術研究

楊曉儀，高 健

（廣東粵電新會發電有限公司，廣東 江門 529000）

0 引 言

伴隨物聯網的迅猛發展和移動互聯網的快速普及，新能源電站數字化建設和信息化建設已經取得階段性成果。新能源電站的核心系統及其子系統已經涵蓋了全部業務。雖然新能源電站的信息化應用系統較多，但各系統間相對獨立，尚未實現通信。為打破應用子系統間的數據通信壁壘，需簡化電站計算機運維操作，實現不同場景的應用與基礎物理架構松耦合，保障應用的便捷擴展和敏捷上線[1-3]。

1 電站級數據中心

在電站數字化和智能化發展過程中，電站級數據中心是至關重要的載體，是實現電站數據融合共享的重要前提和全面提升數據質量的可行路徑。電站級數據中心能夠全面整合設計規劃、建設以及生產運維過程中的數據信息，按照統一標準儲存采集數據，與智能網絡無縫連接，為智能分析和智能控制提供數據支撐。

數據中心的核心為數據交換平臺，主干架構為光纖傳輸網絡，采用面向服務的智能化分布式結構。數據平臺典型網絡結構如圖1所示。

圖1 數據平臺典型網絡結構

2 工業大數據云計算框架

大數據云計算框架包括基礎設施即服務（Infrastructure as a Service，IaaS） 層、平臺即服務（Platform as a Service，PaaS）層和軟件即服務（Software as a Service，SaaS）層。IaaS層包括網絡交換設備、服務器等，可以實現虛擬網絡搭建、虛擬服務器支撐、虛擬化計算及數據處理等功能，為PaaS層的硬件支撐層。PaaS層為中間層，提供數據庫服務、應用平臺以及流服務等。SaaS層為最上層，根據實際需求提供應用軟件。

3 電站級數據中心構建目標

3.1 構建高效、統一的運維管理平臺

從實際需求出發，建立健全一套統一的運維管理平臺，實現對數據中心所有虛擬機、業務以及服務器的全面監控，并通過短信/郵件等方式實時告警，為數據中心的自動化管控提供有力支持。構建統一的運維管理平臺及時發現各種緊急問題，降低人工成本，提升整體運維效率，規避風險，同時可利用釋放的人力資源支持業務創新，提升業務發展和信息技術架構之間的融合度，發揮信息技術的作用和價值[4]。

3.2 構建可以動態調整的硬件資源池

以標準化建設原則為基礎，打造一套符合實際需求的動態硬件資源池，為業務的可持續發展提供硬件方面的支持。平臺采用X86架構服務器，提供數據存儲、計算以及安全虛擬化等多方面服務，應用時只需添加新的服務器即可擴容。虛擬機支持手動和自動擴容2種模式，且擴容操作簡單方便，對業務不產生負面影響，體現出云計算的彈性特性。

3.3 構建高可靠、高性能、穩定、安全的云基礎平臺

穩定的高性能信息技術基礎框架是保障平臺穩定安全運行的基礎，是保證核心數據安全的重要前提。結合實際需求打造一套分布式存儲架構，引入條帶化存儲技術，全面提升數據利用效率，借助多維度數據保護和業務保護保證業務的平穩持續運行，打造一個安全、高效以及可靠的云基礎平臺。

4 電站級數據中心構架設計

新能源電站具有數據種類多、數據體量大以及面向場景復雜多變的特點，以簡化電站運維人員工作流程、降低勞動強度以及實現數據中心各子系統間的數據共享為目標，構建基于超融合技術的新能源電站級數據中心，破除數據中心各子系統間的信息數據孤島。

4.1 超融合技術概述

超融合技術以網絡、計算以及儲存等作為基本資源元素，根據系統需要及要求預定義選取。基于超融合構架的統一設備單元，可完成數據計算、網絡構建、存儲數據以及虛擬化服務器等功能，具備軟件備份、快照技術、數據在線壓縮以及刪除重復數據功能。多套設備單元可通過網絡聚合完成無縫橫向模塊化拓展，構成統一資源池。在安裝使用方面，根據用戶實際使用需求提前配置，運輸到使用現場后連接配置，弱化使用現場對計算機運維人員的技術要求[5]。

4.2 數據中心構架設計

基于超融合技術搭建新能源電站級數據中心，其中構架設計采用分層模式。構架由數據源層、私有云數據中心層以及應用中心層構成。數據源層由新能源電站各子系統生成的結構數據和非結構數據。私有云數據中心層包括IaaS層、PaaS層、SaaS層、邊緣計算層以及支撐工具層。應用中心層為根據新能源電站實際業務需求加載的應用軟件。超融合數據中心拓撲結構具體內容如下文所述。

數據中心構建過程中，以交換機為主體，通過服務器有效連接交換機和網卡，配置硬盤及獨立冗余磁盤陣列（Redundant Array of Independent Disk，RAID）卡，提升數據信息的儲存效率。科學配置業務支撐數據（Service Support Data，SSD）硬盤，有效結合 SAS硬盤和SSD硬盤，為數據中心提供大容量儲存。基于超融合構架技術，確保系統在多硬件平臺的順暢運行，提高軟件系統的運行性能。網絡系統設計中，通過雙鏈路設計，采用2臺以上的以太網交換機組網，降低單點故障率，實現整個技術構架各環節和全冗余平臺的環境構建。

超融合數據中心設備配置及參數如表1所示。數據中心由超融合主機、交換機以及超融合軟件3部分構成。

表1 超融合數據中心設備配置及參數

4.3 數據中心工作原理分析

數據源層中新能源電站各子系統生成的數據，由私有云數據中心層的智能網關、邊緣計算層以及相應協議預處理后傳送于私有云數據中心層的IaaS層。IaaS層基于服務器超融合技術，經交換機的網絡設備部署服務器的虛擬化集群，滿足大數據的儲存需求。私有云數據中心層中的平臺層包括新能源電站PaaS層和基礎IaaS層。基礎IaaS層完成數據基礎分析和數據重構。新能源電站PaaS層根據新能源電站后期使用需求，封裝數據的事件及算法。私有云數據中心層中的平臺層，通過規定模式的數據接口，為私有云數據中心層中的工具支撐層提供數據調用入口服務。工具支撐層具有組態工具和建模工具功能，保障應用中心層的支撐服務。

4.4 數據中心網絡部署

數據中心的網絡部署需滿足以下需求。

4.4.1 網絡隔離需求

網絡隔離需求包括數據中心設計時的內網接入要求和公網接入要求。2個網絡平面之間的數據交換必須通過專用交換硬件設備，以保障網絡安全和管理控制。

4.4.2 用戶接入需求

首先，需支持互聯網用戶接入，使潛在客戶獲取相應產品服務。其次，需支持企業內部員工辦公接入，包括內網辦公、分支接入、遠程辦公以及移動辦公等。最后，支持數據中心運維人員對相應系統的接入管理。

4.4.3 網絡可靠性需求

數據中心網絡應具備高可靠和高可用性等需求，避免單點故障。設備之間冗余和業務模塊冗余需要滿足高可靠要求。

4.4.4 網絡可擴展性需求

數據中心網絡設備的選型和架構需要具有可擴展性，以支撐未來業務持續發展。

按照不同區域，劃分新能源電站網絡。數據中心按照新能源電站網絡安全要求部署于電站管理信息大區（Ⅲ區）。

新能源電站分為信息管理大區和生產控制大區。生產控制大區根據業務系統的重要程度又可分為控制區（安全Ⅰ區）和非控制區（安全Ⅱ區）。控制區包括監控系統、機組輔助控制系統、測量裝置、發電控制系統、電壓控制系統以及繼電保護系統等。非控制區包括測報系統、生產實時系統、自動化調度系統、故障管理系統及電量采集系統等。信息管理大區是由自動化辦公系統、企業管理以及信息網絡組建的安全區域。

5 結 論

從當前新能源電站數據種類繁多、數據來源復雜以及數據總量龐大的客觀特點出發，梳理并設計了一套以超融合技術為基礎的新能源電站級數據中心建設方法，融入超融合技術、網絡技術以及存儲技術。一站式交付，簡化了服務器安裝流程。從實際需求角度出發，為客戶提供了統一的管理界面，降低了管理難度。綜合運用多重數據安全機制，可為電站數據安全管理提供強有力的制度支持。統一不同的數據接口，提高數據交互的有效性，簡化了數據的匯聚。通過統一存儲，有效突破了各子系統之間的數據鴻溝，可為后續大數據分析管理奠定堅實的技術基礎，為后期的運維決策提供有力的數據支撐。