基于云平台的电力系统仿真计算技术研究

杨诚

摘要：随着电力市场建设的快速发展，系统仿真计算的计算量越来越高，传统的单机模式已经不能满足系统校核的需要，急需并行仿真计算方式提高仿真效率，保证电网安全运行。文章中提出了一种基于云平台的并行计算仿真方法，可以提高仿真处理能力，为调度运行部门的生产工作提供有力支撑。

关键字：云平台;电力系统;仿真计算

0.引言

随着电力市场改革的不断深入，调度运行领域正面临着越来越多的变化和挑战。电力市场改革引入的大用户直购电，日前、实时现货市场和需求侧响应等新的变化改变了传统计划安排下的电网运行模式，使得电网运行点不断趋近安全边界，增加了电网运行的风险;另一方面电力市场化改革特别是输配电价改革，改变了电网企业的盈利模式，电网企业必须更加关注生产运行环节的成本控制，确保电网的经济效益。

1.国内外研究现状简述

目前常用的高性能计算平台主要分为两条路线：一种是传统的高性能计算集群，这种方式在电力企业中已经有了大量的应用。但是对于大规模电力系统，其计算能力受硬件资源限制，且可扩展性差，开发周期长技术难度高，系统迁移升级成本高。另一种是近年来出现的云计算技术，云计算平台可以方便的按需弹性扩展计算资源，平台化开发计算软件，开发维护成本低。较为典型的应用如以下：

1）阿里云计算平台。阿里云伏羲任务调度管理器系统：基于阿里云应用，提出以细粒度计算任务调度为核心的综合调度方法，并实现了面向多数据中心的伏羲分布式调度平台;支撑了阿里云数十万节点的调度与资源管理。

2）Amazon AWS。AWS 提供全面的云计算产品线，产品类别涵盖计算、存储和内容传输、关系型＼NoSQL数据库、联网、分析、企业应用程序、移动服务、物联网、开发工具、管理工具等。

3）中国电科院云计算中心。中国电科院云计算中心利用云计算技术将全院的服务器资源统合起来，共承担国家电网计量生产调度平台、数值天气预报、设备状态等470套系统的计算业务，可提供包括网络、软件开发环境、数据等多类型的特色化服务。

综上所述，云计算在互联网行业发展迅速，提供从基础到应用的各层次服务，并有了广泛的应用。但由于云计算的服务类型尚不完善丰富以及存在信息安全问题等因素，在电力系统应用还不够广泛，有必要针对电力系统特殊的业务需求，进一步深化研究。

2基于云平台的电力系统仿真计算技术研究

2.1 基于云平台的电力系统仿真计算技术路线

本研究主要围绕基于云平台的电力系统仿真计算技术展开，提出基于云平台的高弹性扩展并行计算平台架构;在该云平台计算架构上提出适用于云平台多处理器高任务并行度的电力系统计算分析软件架构;按照云平台和提出的电力系统计算分析软件架构的需求实现电力系统仿真计算软件的高性能并行计算;最终实现一个高效的电力系统仿真计算系统，能在给定的硬件资源下指定时间内完成电力系统仿真计算工作。

2.2 基于云平台的电力系统仿真计算技术研究要点

1、研究基于云平台的高弹性扩展并行计算平台架构技术;

研究與具体计算任务解耦的高弹性扩展并行计算平台，包括：开发资源调度模块，可以针对计算任务弹性分配计算资源;开发计算控制模块，对计算节点和计算任务的状态和结果进行调度、监控及纠错;开发计算结果处理模块，对计算结果进行进一步整合及处理;开发平台调用接口，通过脚本语言调用等方式为用户提供具体计算分析程序的调用方式及接口;开发数据通信模块，为计算数据的输入输出提供通信服务，保证计算数据在已有的系统和云平台之间完整和高效传输。

2、研究适用于云平台多处理器高任务并行度的电力系统计算分析软件架构技术;

研究适用于云平台的电力系统计算分析软件架构，针对云平台巨量的处理器核心数、丰富的I/O资源，对原有的计算分析软件架构进行升级，实现潮流、暂稳计算和辅助决策模块的快速计算;研究软件计算模块之间的数据交互方式，减少数据交互造成的时间开销。

3、研究电力系统仿真计算软件关键模块云平台化技术;

研究电力系统仿真计算软件跨平台编译运行的技术，通过修改计算程序代码和编译器参数，实现电力系统仿真计算软件的潮流、稳定计算及辅助决策等计算模块云平台化，最终实现跨平台通用的电力系统仿真计算软件。

2.3基于云平台的电力系统仿真计算技术需要解决的主要技术难点

1、基于云平台的高弹性扩展并行计算平台架构技术

基于云平台的软件开发工作与传统的单机软件开发工作存在着极大的不同，传统的单机版的计算分析工具所使用的资源，是基于PC机的有限的物理资源;而基于云平台的计算分析工具，使用的资源不再有固定的限制，处理器可以使用基于数据中心的服务器群，数据I/O可以通过网络通信访问磁盘阵列。为了更好的利用云平台资源丰富的特性，基于云平台的计算平台应保证具有高弹性扩展和高并行的特性。

2、适用于云平台多处理器高任务并行度的电力系统计算分析软件

云平台具有丰富的硬件资源，需要设计好计算分析软件整体架构，保证多核并行计算时各个处理器核心工作强度接近;同时优化好计算过程中的数据交互，减少对硬件的开销，避免局部性能瓶颈影响到软件整体计算效率。

3总结

电力市场改革一方面使得电网运行点不断趋近安全边界，增加了电网运行的风险;另一方面改变了电网企业的盈利模式，电网企业必须更加关注生产运行环节的成本控制，确保电网的经济效益。传统的电力系统仿真计算技术因为自身计算速度慢，为了保证能够适应实时运行中电网运行方式变化的要求，往往需要预留较大的安全裕度，客观上压缩了调度运行中电网经济调度优化分析的优化空间，不利于电网效益提升。基于云平台的电力系统仿真计算技术可以利用云平台强大的并行计算能力，极大的提升电力系统仿真计算的效率，满足新形势下调度运行的需求。

参考文献

[1]Hazelcast. Hazelcast， in-memory data grid[CP/OL]. https：// hazelcast.com/

[2]刘鹏.云计算.北京：电子工业出版社，2011.