基于云計(jì)算的省級(jí)調(diào)控云體系架構(gòu)

楊延棟，張彥軍，劉威麟

（1.國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院電網(wǎng)技術(shù)中心，新疆 烏魯木齊 830000； 2.國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司電力調(diào)度控制中心，新疆 烏魯木齊 830000 ）

0 引 言

目前，用電負(fù)荷、清潔能源規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，電網(wǎng)發(fā)展出現(xiàn)新態(tài)勢(shì)。（1）從局部平衡電網(wǎng)向大范圍互聯(lián)發(fā)展的格局，資源廣泛優(yōu)化；（2）大力實(shí)施“兩個(gè)替代”戰(zhàn)略，全面推進(jìn)電能的多類化使用配置；（3）大型骨干電源與分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)等相結(jié)合；（4）電力市場(chǎng)化改革，電網(wǎng)緊密貼合于用戶，增強(qiáng)負(fù)荷可控性。

按照國(guó)家電網(wǎng)公司在“十三五”期間的規(guī)劃，全面建設(shè)調(diào)控云平臺(tái)，深入“云計(jì)算”等新技術(shù)在調(diào)控業(yè)務(wù)的實(shí)踐應(yīng)用，以國(guó)分調(diào)控云平臺(tái)的建設(shè)模式搭建省調(diào)控云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的有效管理與分工，提升電網(wǎng)在線分析和調(diào)度管理的綜合能力。

現(xiàn)調(diào)控系統(tǒng)在電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行中發(fā)揮顯著作用，但電網(wǎng)調(diào)控方面無(wú)法全局統(tǒng)籌、配置大范圍資源及協(xié)同控制特高壓交直流大電網(wǎng)下的各級(jí)電網(wǎng)。電網(wǎng)運(yùn)行全局態(tài)勢(shì)和同步感知能力欠缺，廠站數(shù)據(jù)采集與交換面臨重大挑戰(zhàn)。主配、輸配因遷移量大及重復(fù)存儲(chǔ)使工作效率偏低，無(wú)法感知風(fēng)險(xiǎn)和高效處理故障。監(jiān)控手段方面不能敏銳感知電網(wǎng)變化及識(shí)別故障，無(wú)法滿足強(qiáng)互聯(lián)電網(wǎng)于全景監(jiān)控和智能告警需要，各類功能存在差異性及單一性。傳統(tǒng)監(jiān)控手段中確定性分析方法無(wú)法滿足新能源及市場(chǎng)化的新要求。電網(wǎng)分析水平方面準(zhǔn)確性低、實(shí)用性差。調(diào)度管理精益化水平統(tǒng)一性差、關(guān)聯(lián)性差、查詢主題模糊。現(xiàn)在的調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分散、自身數(shù)據(jù)價(jià)值低，難以適應(yīng)日后大數(shù)據(jù)趨勢(shì)的調(diào)度管理需要。

1 省級(jí)調(diào)控云系統(tǒng)

2015 年后，云計(jì)算技術(shù)發(fā)展趨向成熟，已用來(lái)支撐多個(gè)行業(yè)的IT 基礎(chǔ)架構(gòu)。云計(jì)算技術(shù)相當(dāng)于日常生活中的水和電，能為用戶帶來(lái)極大的便捷性。云計(jì)算技術(shù)采用虛擬化技術(shù)、分布式并行計(jì)算技術(shù)等將硬件等資源虛擬化為計(jì)算資源服務(wù)。用戶在使用中按需求取用相關(guān)資源，不需了解底層技術(shù)，降低了用戶的使用難度。

1.1 省級(jí)調(diào)控云平臺(tái)總體架構(gòu)

省級(jí)調(diào)控云平臺(tái)由基礎(chǔ)設(shè)施層IaaS（Infrastructure as a Service）、平臺(tái)服務(wù)層PaaS（Platform as a Service）及應(yīng)用服務(wù)層SaaS（Software as a Service）組成，全面服務(wù)于上層應(yīng)用，如圖1 所示[1]。

2 硬件架構(gòu)

省級(jí)調(diào)控云平臺(tái)運(yùn)用A（主節(jié)點(diǎn)）、B（分節(jié)點(diǎn)）的雙站式建設(shè)的異地部署，按照對(duì)等配置的原則對(duì)外提供服務(wù)。云客戶端的應(yīng)用無(wú)需辨認(rèn)業(yè)務(wù)提供方節(jié)點(diǎn)名稱，通過(guò)業(yè)務(wù)服務(wù)的可持續(xù)性，使異地應(yīng)用雙活。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)依據(jù)雙活讀寫分離特點(diǎn)，使業(yè)務(wù)準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步。讀寫節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送變化時(shí)，橫向同步功能組件會(huì)立刻將變化的數(shù)據(jù)同步至只讀節(jié)點(diǎn)，使兩節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)相同。

A、B 節(jié)點(diǎn)硬件架構(gòu)相同，遵循其設(shè)計(jì)原則，采用標(biāo)準(zhǔn)硬件設(shè)備。依托成熟的云計(jì)算技術(shù)，通過(guò)IaaS 平臺(tái)整合和管理計(jì)算、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)等。統(tǒng)一的IT 基礎(chǔ)設(shè)施資源池，為上層平臺(tái)及應(yīng)用提供基礎(chǔ)性服務(wù)，將資源按需分配、快速部署。實(shí)時(shí)屏蔽上層硬件設(shè)備的差異，按需擴(kuò)展整個(gè)硬件資源平臺(tái)，提供高效化的基礎(chǔ)管理手段。A、B 節(jié)點(diǎn)采用前端業(yè)務(wù)層、計(jì)算資源層及后端存儲(chǔ)層三層架構(gòu)設(shè)計(jì)[2]。

3 軟件架構(gòu)

IaaS 層使用計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施中的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)來(lái)服務(wù)消費(fèi)者，服務(wù)過(guò)程包含了用CPU 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，還包括通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和其他計(jì)算資源進(jìn)行服務(wù)。用戶可在這個(gè)平臺(tái)上操作相關(guān)軟件，包括對(duì)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序進(jìn)行適量操作。但一般的消費(fèi)者是不能進(jìn)行云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)的維護(hù)工作的，但可以控制操作系統(tǒng)，也可以進(jìn)行存儲(chǔ)空間的管理。IaaS 層還能實(shí)現(xiàn)對(duì)有限網(wǎng)絡(luò)組件（如路由器、防火墻及負(fù)載平衡器等）的控制，然后在系統(tǒng)上進(jìn)行虛擬化（計(jì)算、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)等方面的虛擬化），以達(dá)到管理虛擬機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)服務(wù)的功能，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)提供統(tǒng)一的儀表盤。

PaaS 層分為公共組件、模型數(shù)據(jù)及運(yùn)行數(shù)據(jù)等云平臺(tái)。公共組件服務(wù)于應(yīng)用開發(fā)人員，給軟件運(yùn)行時(shí)的環(huán)境、相關(guān)工具及服務(wù)做支撐。建設(shè)目標(biāo)包括業(yè)務(wù)系統(tǒng)所需平臺(tái)資源與部署及升級(jí)應(yīng)用平臺(tái)快捷化、平臺(tái)監(jiān)測(cè)和運(yùn)維及開發(fā)統(tǒng)一化、生產(chǎn)環(huán)境平臺(tái)配置和應(yīng)用開發(fā)及團(tuán)隊(duì)溝通效率化。它為云平臺(tái)模塊（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)云及模型數(shù)據(jù)）提供技術(shù)支撐。模型數(shù)據(jù)云平臺(tái)是云平臺(tái)PaaS 層主要平臺(tái)之一，分為元數(shù)據(jù)管理、字典管理、模型數(shù)據(jù)管理、圖形管理以及平臺(tái)服務(wù)。國(guó)分云端為元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典維護(hù)的唯一入口，省級(jí)云及客戶端同步獲取元數(shù)據(jù)和字典內(nèi)容。模型數(shù)據(jù)和圖模管理主要實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)及拓?fù)鋱D形在云端伴生數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在源數(shù)據(jù)端通過(guò)縱向同步接收數(shù)據(jù)內(nèi)容并發(fā)給有需求的客戶端，再提供數(shù)據(jù)支撐給SaaS層應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯集[3]。

SaaS 層應(yīng)用軟件采用服務(wù)化、組件化設(shè)計(jì)思路，讓云端應(yīng)用自由及高效地響應(yīng)多樣的業(yè)務(wù)需求，提升軟件重用率及拓展性。典型應(yīng)用包括數(shù)據(jù)查詢與可視化、電網(wǎng)監(jiān)視、電網(wǎng)分析、大數(shù)據(jù)分析決策及仿真培訓(xùn)等。

4 結(jié) 論

省級(jí)調(diào)控云立足電網(wǎng)主網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理需要，統(tǒng)一建設(shè)一體化的模型數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)模型和調(diào)控綜合數(shù)據(jù)的管理與分工統(tǒng)一化，以提高電網(wǎng)運(yùn)行管理水平、調(diào)控業(yè)務(wù)及電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的精細(xì)化與協(xié)同化和高效綜合。采用云計(jì)算等新技術(shù)，整合控制來(lái)自于多個(gè)系統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行綜合數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，建立調(diào)控綜合數(shù)據(jù)的管理體系。