基于微服務架構的復雜電網協同調度云PaaS平臺研究

龔 舒，阮詩迪，張雄寶，徐忠文，江雄烽

（廣西電網電力調度控制中心，廣西 南寧 530000）

0 引 言

隨著云計算技術的蓬勃發展，互聯網數據計算模式逐漸從理論走向實踐。作為云計算核心應用的云平臺，促使IT資源服務化理念日益普及，其中以基礎設施即服務（Infrastructure-as-a-Service，IaaS）、平臺即服務（Platform-as-a-Service，PaaS）和軟件即服務（Software-as-a-Service，SaaS）為代表的服務模式正日漸滲透至我國各行各業之中。近些年來，我國新能源發電技術獲得了重大突破，為滿足大量分布式電源的接入，電網結構日趨復雜，在確保復雜電網運行穩定的基礎上，要想提升分布式發電的實時性，亟需對并網模式下的復雜電網經濟負荷協同分配進行研究。因此，加強對復雜電網協同調度的研究，將其與云PaaS服務模式結合起來，通過構建復雜電網協同調度云PaaS平臺，使復雜電網在負荷變化時發揮出最大效應，保障配電網的經濟低污染運行以及提升電網供電可靠性，對促進我國可再生自然能源的全額并網以及節約能源具有重要意義。

1 復雜電網協同調度云PaaS平臺的微服務架構

現如今，我國云計算技術正處于高速發展階段，在云PaaS平臺開發初期，所使用的服務端單體架構逐漸暴露出眾多缺陷，嚴重影響云PaaS平臺的穩定性。本文在研究復雜電網協同調度云PaaS平臺時，引入微服務架構，提升云PaaS平臺的可擴展性與可靠性[1]。微服務架構是一種在單體架構基礎上發展而來的平臺架構模式，于2014年正式誕生，通過單體架構中多個微服務層之間的協調配合來實現云PaaS平臺的功能需求[2]。在明確了微服務架構的概念之后，本文開發了1套基于微服務架構的復雜電網協同調度云PaaS平臺，根據復雜電網協同調度的需求，將云PaaS平臺整體架構劃分為采集層、通信層、應用層以及微服務管理層，如圖1所示。

云PaaS平臺采集層的搭建以智能監控設備與分布式電源設備為主，負責實時監測復雜電網并采集電網運行數據，同時采集層設有MySQL數據庫，為云PaaS平臺中各個微服務提供Redis緩存和數據存儲。基于復雜電網的特點，云PaaS平臺選取ZigBee通信設備結合以太網通信設備來搭建通信層，實現平臺服務端中各個微服務之間的通信。通過控制終端與復雜電網管理終端搭建云PaaS平臺的應用層，并在微服務管理層下與復雜電網之間進行交互，最終實現復雜電網協同調度。

2 復雜電網協同調度云PaaS平臺的關鍵技術

2.1 復雜電網協同調度

由于復雜電網中存在光電與風電發電機組，導致電網中負荷波動性較大，預測數據和實際數據存在嚴重偏差，因此需要利用置信水平對微電網進行協同調度，促使復雜電網中的微電源出力與用戶用電之間實現平衡，促使復雜電網的運行與環境成本最低[3]。因此，本文通過構建并求解復雜電網協同調度數學模型，來設計云PaaS平臺中的協同調度模塊。結合以上內容，本文通過多目標函數來構建協同調度的數學模型時，如下所示：

式中：min1、min2分別為復雜電網運行成本F1與環境成本F2的目標函數；D1,t、D2,t分別為在時間t內復雜電網中燃料電池與蓄電池的能源價格參數；D3為電網在t時刻的用電價格參數；Q1,t、Q2,t分別為在t時刻2種電池的實際有功出力參數；P1,t、P2,t分別為在t時刻2種電池的實際發電效率參數；Qb,t、Qa,t分別為t時刻的出售電量與采購電量參數；Z為引入的置信水平參數；Q{·}為事件{·}成立概率的約束條件；δs為處理復雜電網發電產生的第s種污染物的單價參數；ηis為復雜電網中第i個電池的第s種污染物的排放系數值；Qit為復雜電網的第i個電池在t時刻的有功出力參數。然后在滿足復雜電網功率平衡等約束條件下，利用式（1）與式（2）協同調度復雜電網的綜合供電成本，最后利用線性加權求和將復雜電網協同調度模型轉換為單目標函數，并進行求解，進而實現云PaaS平臺的協同調度模塊設計。

2.2 主機選擇策略

云PaaS平臺使用過程中，微服務架構子模塊會根據用戶請求，打開相應的云應用。首先云PaaS平臺會對計算資源進行判斷，如果存在可用資源會將其調用至平臺主機列表中，反之如果不存在可用資源將會響應錯誤。因此，本文為提升復雜電網協同調度云PaaS平臺的使用性能，根據平臺主機列表選擇合適主機分配計算資源，最大限度實現資源池的負載均衡，以此設計主機選擇策略[4]。結合電網協同調度策略，本文主要通過動態負載均衡來實現計算資源的分配，動態負載均衡就是在復雜電網的整個運行期間，實時監測云PaaS平臺的負載信息，并對資源進行動態計算以及合理分配。綜上所述，在云PaaS平臺響應復雜電網協同調度請求時，會調用動態均衡算法中的加權最小連接數，進而選擇主機，假設云PaaS平臺主機列表為L={L1,L2,L3,…,Ln}，那么列表中主機Li被云PaaS平臺選中的N=條件為

式中：N(Li)為主機Li的連接數量；ω(Li)為主機Li的權值參數[5]。在云PaaS平臺接收到電網請求時，會對主機列表進行遍歷，然后根據式（3）的選擇條件來分配計算資源，當且僅當主機滿足式（3）時才會被選擇。然后就可以與被選中的主機進行通信，進而判斷此主機的可用性，如果主機可用，云PaaS平臺則會根據請求打開云應用；反之如果主機不可用，云PaaS平臺則會根據選擇策略重新篩選主機列表，直至選擇到可用主機，最后打開云應用并響應數據返回至云PaaS平臺客戶端。

3 平臺測試

在復雜電網協同調度云PaaS平臺研究完成之后，需要對其進行測試，證明平臺沒有漏洞之后再正式投入使用，進而使平臺后期修復成本降至最低。接下來，本文將對云PaaS平臺的測試進行詳細說明，測試環境的總體部署情況如圖2所示。

在測試環境的硬件部署中，存儲節點配置4核CPU、32 GB內存的物理服務器以及容量6T的磁盤陣列，功能節點與計算節點分別配置4核CPU與16 GB內存容量的KVM（Kernel-based Virtual Machine，KVM）虛擬機，關于測試環境軟件部署如表1所示。

表1 云PaaS平臺測試環境軟件部署

在此測試平臺之下，本文對云PaaS平臺的各個功能模塊進行了測試，表2為復雜電網協同調度功能的測試方案與結果。

如表2所示，本文設計并實現的基于微服務架構的復雜電網協同調度云PaaS平臺運行良好，可以滿足復雜電網的協同調度需求。

表2 復雜電網協同調度功能測試

4 結 論

云計算作為當下互聯網領域中倍受關注的技術方向之一，被廣泛應用于各行各業之中。云計算服務中的PaaS，不僅可以保證不同類型服務器運行環境的兼容性，而且可以節約更多主機資源，因此，針對復雜電網的協同調度問題，本文利用云PaaS平臺的優勢，將微服務架構與云PaaS平臺結合起來，實現了復雜電網運行成本以及環境成本的有效優化。通過測試驗證了此平臺的穩定性，然而云環境具有復雜且多樣等特點，云PaaS平臺的安全性仍需進一步深入研究。