云计算在智能电网中的应用

周　强，张德才，王昕萌，李小佳，牛德玲

（1.国网山东省电力公司枣庄供电公司，山东　枣庄　277000；2.国网山东省电力公司济南供电公司，济南　250012）



云计算在智能电网中的应用

周强1，张德才2，王昕萌1，李小佳1，牛德玲1

（1.国网山东省电力公司枣庄供电公司，山东枣庄277000；2.国网山东省电力公司济南供电公司，济南250012）

摘要：结合智能电网建设目标和云计算技术，分析智能电网系统计算模式和云计算的关联，研究智能电网的系统架构，提出云计算在智能电网信息流、业务流和电力流高度融合中的应用模式和设计层次，最后结合实际工作中的桌面终端管理系统，阐述了云计算在电力信息运行维护中的应用。

关键词：智能电网；云计算；电力系统；桌面终端管理

0　引言

云计算概念最早由Google前CEO Eric Emerson Schmidt提出，其理念是将数据信息存放在互联网中，无论数据使用者在何时何地，都可以第一时间获得所取数据。目前学术界对云计算没有统一的定义和标准，常用的定义是：云计算是基于互联网基础设施的交付和使用模式，通过网络技术以按需、易扩展方式来提供所需资源（硬件、软件、环境平台等）。提供资源服务网络称之为云。云中资源可以无限扩展，并且可以随时获取，部分资源按需进行付费使用，如同水电一样属于公众设施提供给数据使用者。云计算并不是新鲜的事物，它是由分布式计算、并行计算、网格计算、虚拟化等传统技术相融合发展的技术产物。企业中云计算的应用，可以大大降低硬件、软件上投资，及其管理成本和培训费用。

云计算在IT行业的研究应用取得了一定的成功［1-4］，在国外，雅虎、惠普和英特尔分别推出云计算研究测试床，思科、戴尔、AMD等厂商共同宣布“OpenStack”开源计划；在国内，阿里巴巴推出阿里云计算，华为推出华为云服务等。云计算技术的应用已延伸至电力系统中，并且已有不少文献［5-8］阐述了云计算在电力系统中的应用，如文献［9］阐述了电力系统云计算建设目标和系统特点，设计了仿真云计算系统架构层次，对数据标准，电网模型整合技术等电力系统云计算主要标准和关键技术进行了研究，并给出了桌面终端实际应用场景。文献［10］提出将云计算概念引入到电力系统中，通过电力云最大限度的整合电力系统现有的存储和计算资源，为系统提供超级计算能力，并以智能预警分析为例介绍了云计算在电力应用上的前景。

结合智能电网建设目标和云计算技术，分析智能电网系统计算模式和云计算的关联，研究智能电网的系统架构，提出云计算在智能电网信息流、业务流和电力流高度融合中的应用模式和设计层次，并进行实际系统研究。

1　智能电网建设目标及架构

1.1智能电网建设目标

随着当今社会经济飞速发展，电力基础建设任务也变得艰巨。为应对该现状，国家电网公司提出了坚强智能电网的概念：以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展为基础，以通信信息平台为支撑，结合通信技术、自动控制技术、传感器技术、信息化技术等，包含发电、输电、变电、配电、调度和用电等环节，实现信息流、电力流和业务流“三流”融合的现代电网。

云计算和智能电网分别代表下一代数据网络计算及电网的发展方向，智能电网以信息革命和技术手段推进电网体系的升级和改革，建立用电客户和电网管理者之间的联动，信息革命中云计算必然存在。

以电力系统调度网为例，它需要具有强大的计算能力和信息采集、融合、分析能力，并对任务处理的实时性要求较高。在计算量增至较大时，采用的控制策略只会对预先设定的情景进行处理，很难处理临时异常事件［11］。上述情况是智能电网完善至成熟状态必须克服解决的问题，而这些问题在云计算中都可以得到很好的解决。

1.2智能电网系统架构

相对于传统的电网系统结构，智能电网系统架构中，增加了电网、用户间的信息交互，形成了电厂、电网、调度中心之间的信息交互，增加了电网的智能疏导功能，如图1所示。

图1　智能电网体系架构

智能电网中加入了用户和电网之间的能量信息交互传递，例如在光伏发电、小型风力发电及太阳能发电可以方便合理进行并网。

2　智能电网计算模式和云计算

在我国自20世纪60年代，基于电子计算机进行监测控制、生产运行管理以及收费管理的电力计算运行模式已经投入应用。因受限于当时经济，初期电网的规模较小，所需的计算能力不大。随着电网规模的不断扩大，传统的单机计算模式不能满足数万节点智能电网进行的各类计算分析，与此同时单机计算模式速度慢、数据处理任务执行效率低等劣势在海量数据计算中暴露。随着分布式及网格计算的发展，对整个互联电网系统运行进行实时、稳定的动态分析、模拟仿真和多任务并行处理成为现实。智能电网发展下，各个区域内电力调度及网络连接愈加显得紧密，智能电网计算不但要求高性能及稳定完成计算，同时也要满足跨区域、跨电压等级的协作，组成各区域间数据信息互联共享，以此完成整个电网各类分析仿真任务。目前，国家电网公司总部所需的一些运行数据仍采用各网省公司专业人员进行数据上报，人工拼合填写的方式，缺乏协同机制，且受数据报送及时性、工作时效、各部分数据分散维护等因素影响，导致上报数据实时性大大降低。由此可以看出虽然随着计算机等技术的发展，使得智能电网的计算速度得到了质的飞越，但是数据的协同实时计算问题仍制约智能电网计算模式的发展。随着电网规模的日益扩大，电网设备数量和生产营销管控数据不断增加，云计算较强的数据分析能力可满足智能电网新型计算模式。

目前云计算在智能电网发展中已得到部分应用，有些省级电网已建有大型的电力数据仿真中心，并且具有一定完善的分布计算能力。电网数据都存储在高速专用网络中，且网络系统实现了与互联网的强隔离，具备了较高的安全性。

3　智能电网中云计算设计模式

3.1智能电网云计算架构

云计算是通过互联网或广域网相互通信的多种设备和用户组成的一个复杂拓扑结构，如图2所示。从图中可以看出云计算结构大致可分为两大主体：云平台控制中心和云平台整合的各类计算资源。云平台控制中心主要是接收到用户的请求后，将用户的任务分为若干项子任务，动态均衡地把各项子任务分配给云平台中的各类计算资源进行处理。各子任务处理完成后，计算结果通过互联网或广域网重新汇聚至云平台控制中心，最后反馈给任务请求用户。云平台控制中心可以对用户数据进行存储时，把用户数据根据需要存储至不同设备中，当用户请求利用数据时，可以将数据从不同的存储设备中读取并进行整合。利用虚拟化和网格技术，上述数据计算和存储过程，从用户角度看，都是属于“黑盒”模式。云计算平台为每个用户创造了一个独立虚拟的系统环境，因此每个用户认为自己是整个云计算技术资源的唯一用户。用户通过不同的终端接入至云计算平台，例如：台式计算机，笔记本电脑、智能手机、平板电脑或智能家具设备等。终端设备接入的多元化使得云计算平台在推广使用中显得非常方便。

图2　云计算体系架构

云计算平台通过传感器、GPRS等设备构成的数据采集网完成数据的采集传输，在智能电网系统中，数据的采集既可以是SCADA传感器，也可以是PMU、智能电表等采集终端、智能家居等系统终端。智能电网所采集的数据量是巨大的，可以是采集终端所获取的时间、温度、风速等数据，这些数据在处理过程中，需要具有强大计算存储能力的云计算平台才可以完成其实时性、稳定性的要求。在智能电网中划分的集团广域专线网，为云计算提供可靠的数据传输网络。

智能电网中云计算模式框架如图3所示。

3.2智能电网云计算的实例

以国家电网桌面管理系统为实例，介绍云计算平台在智能电网中的应用。桌面安全管理系统对网络计算机终端的控制实现了可控、能控、在控的监测，同时能够同其他网络安全设备进行安全集成，为办公网络系统提供了安全稳定的系统环境。

桌面终端系统通过云计算体系，对所有的办公终端的设备状态进行全生命周期的检测控制，利用云平台实现对其所有终端网络运维、移动存储、主机安全审计及补丁及文件分发等行为集中管理。物理终端为云计算模式框图中的物理层，电力广域网络构成模式中的接口层。应用层部署硬件构成虚拟网络及桌面管理系统提供终端状态数据，这些数据构成智能电网数据基础，也是构成“云”服务的核心。

图4　桌面终端管理云体系

4　结语

基于“云”的智能电网，除为电力系统分析提供存储能力和分布计算支持外，还具有硬件投资低、可扩展性强、便于软件升级维护等优势，这使得云计算已经在电力系统中应用前景更加广阔。随着云计算的大规模的应用，生产管理系统（PMS）、企业资源计划（ERP）、管理信息系统（MIS）等专业应用系统也将通过建立安全稳定的云计算系统，给不同权限的业务部门使用，实现服务的智能接入，既可提高电力企业的经济效益和社会效益，又能加快实现电网智能化的进程，为满足人民生活需要和国民经济的高速发展更好地提供服务。

云计算技术还在不断发展中，在电力系统中应用也处于起步阶段。云计算在电力系统潮流优化、监控调控、信息融合等方面都有着极大的发展空间。与此同时与云计算相应的电力系统内的云计算负荷分配、并行分析算法、云平台设计和云计算安全性等都将是未来云计算在智能电网应用中需要解决的核心问题。

参考文献

［1］FOSTER I，ZHAO Y，RAICU I，et al．Cloud computing and grid computing 360-degree compared∥Proceedings of Grid Computing Environments Workshop，November 12-16，2008，Austin，TX，USA：1-10．

［2］VAQUERO L M，RODERO-MERINO L，CACERES J，et al．A break in the clouds：towards a cloud definition．ACM SIGCOMM Computer Communication Review，2009，39（1）：50-55．

［3］RITTINGHOUSE J W，RANSOME J F．Cloud computing：implementation，management，and security．Boca Raton，FL，USA：CRC Press，2010．

［4］DIKAIAKOS M D，KATSAROS D，MEHRA P．Cloud computing：distributed internet computing for IT and scientific research．IEEE Internet Computing，2009，13（5）：10-13．

［5］李果．智能电网中的云计算机应用及安全研究［J］．企业技术开发，2011（21）：3-4．

［6］王德文，宋亚奇，朱永利．基于云计算的智能电网信息平台［J］．电力系统自动化，2010，34（22）：7-12．

［7］陈康，郑纬民．云计算：系统实例与研究现状［J］．软件学报，2009，20（5）：1 337-1 348．

［8］张文亮，刘壮志，王明俊，等．智能电网的研究进展及发展趋势［J］．电网技术，2009，33（13）：1-11．

［9］沐连顺，崔立忠，安宁．电力系统云计算中心的研究与实践［J］．电网技术，2011，35（6）：171-175．

［10］赵俊华，文福拴，薛禹胜，等．云计算：构建未来电力系统的核心计算平台［J］．电力系统自动化，2001，34（15）：1-8．

［11］VAQUERO LM，RODERO-MERINOL，CACERES J，et al．A break in the clouds：towards a cloud definition．ACM SIGCOMM Computer Communication Review，2009，39（1）：50-55．

周强（1986），男，工程师，从事信息网络工作。

·经验交流·

Application of Cloud Com puting in Smart Grid

ZHOU Qiang1，ZHANG Decai2，WANG Xinmeng1，LI Xiaojia1，NIU Deling1
（1．State Grid Zaozhuang Power Supply Company，Zaozhuang 277000，China；
2．State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

Abstract:Combined with the goal of building smart grid and cloud computing technology，the association of smart grid systems and cloud computing model is analyzed，and the system architecture of smart grid is studied．The application model and design level of cloud computing are proposed to apply in smart grid information flow，business flow and power flow．Combined with the computer desktop terminal management system applied in practical work，the application of cloud computing for the operation and maintenance of electric power information is illustrated．

Key words:smart grid；cloud computing；power system；desktop terminal management

中图分类号：TM769

文献标志码：A

文章编号：1007-9904（2016）02-0040-04

收稿日期：2015-08-29

作者简介：