面向新能源的超融合技术研究

杨晓仪，高 健

（广东粤电新会发电有限公司，广东 江门 529000）

0 引 言

伴随物联网的迅猛发展和移动互联网的快速普及，新能源电站数字化建设和信息化建设已经取得阶段性成果。新能源电站的核心系统及其子系统已经涵盖了全部业务。虽然新能源电站的信息化应用系统较多，但各系统间相对独立，尚未实现通信。为打破应用子系统间的数据通信壁垒，需简化电站计算机运维操作，实现不同场景的应用与基础物理架构松耦合，保障应用的便捷扩展和敏捷上线[1-3]。

1 电站级数据中心

在电站数字化和智能化发展过程中，电站级数据中心是至关重要的载体，是实现电站数据融合共享的重要前提和全面提升数据质量的可行路径。电站级数据中心能够全面整合设计规划、建设以及生产运维过程中的数据信息，按照统一标准储存采集数据，与智能网络无缝连接，为智能分析和智能控制提供数据支撑。

数据中心的核心为数据交换平台，主干架构为光纤传输网络，采用面向服务的智能化分布式结构。数据平台典型网络结构如图1所示。

图1 数据平台典型网络结构

2 工业大数据云计算框架

大数据云计算框架包括基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS） 层、平台即服务（Platform as a Service，PaaS）层和软件即服务（Software as a Service，SaaS）层。IaaS层包括网络交换设备、服务器等，可以实现虚拟网络搭建、虚拟服务器支撑、虚拟化计算及数据处理等功能，为PaaS层的硬件支撑层。PaaS层为中间层，提供数据库服务、应用平台以及流服务等。SaaS层为最上层，根据实际需求提供应用软件。

3 电站级数据中心构建目标

3.1 构建高效、统一的运维管理平台

从实际需求出发，建立健全一套统一的运维管理平台，实现对数据中心所有虚拟机、业务以及服务器的全面监控，并通过短信/邮件等方式实时告警，为数据中心的自动化管控提供有力支持。构建统一的运维管理平台及时发现各种紧急问题，降低人工成本，提升整体运维效率，规避风险，同时可利用释放的人力资源支持业务创新，提升业务发展和信息技术架构之间的融合度，发挥信息技术的作用和价值[4]。

3.2 构建可以动态调整的硬件资源池

以标准化建设原则为基础，打造一套符合实际需求的动态硬件资源池，为业务的可持续发展提供硬件方面的支持。平台采用X86架构服务器，提供数据存储、计算以及安全虚拟化等多方面服务，应用时只需添加新的服务器即可扩容。虚拟机支持手动和自动扩容2种模式，且扩容操作简单方便，对业务不产生负面影响，体现出云计算的弹性特性。

3.3 构建高可靠、高性能、稳定、安全的云基础平台

稳定的高性能信息技术基础框架是保障平台稳定安全运行的基础，是保证核心数据安全的重要前提。结合实际需求打造一套分布式存储架构，引入条带化存储技术，全面提升数据利用效率，借助多维度数据保护和业务保护保证业务的平稳持续运行，打造一个安全、高效以及可靠的云基础平台。

4 电站级数据中心构架设计

新能源电站具有数据种类多、数据体量大以及面向场景复杂多变的特点，以简化电站运维人员工作流程、降低劳动强度以及实现数据中心各子系统间的数据共享为目标，构建基于超融合技术的新能源电站级数据中心，破除数据中心各子系统间的信息数据孤岛。

4.1 超融合技术概述

超融合技术以网络、计算以及储存等作为基本资源元素，根据系统需要及要求预定义选取。基于超融合构架的统一设备单元，可完成数据计算、网络构建、存储数据以及虚拟化服务器等功能，具备软件备份、快照技术、数据在线压缩以及删除重复数据功能。多套设备单元可通过网络聚合完成无缝横向模块化拓展，构成统一资源池。在安装使用方面，根据用户实际使用需求提前配置，运输到使用现场后连接配置，弱化使用现场对计算机运维人员的技术要求[5]。

4.2 数据中心构架设计

基于超融合技术搭建新能源电站级数据中心，其中构架设计采用分层模式。构架由数据源层、私有云数据中心层以及应用中心层构成。数据源层由新能源电站各子系统生成的结构数据和非结构数据。私有云数据中心层包括IaaS层、PaaS层、SaaS层、边缘计算层以及支撑工具层。应用中心层为根据新能源电站实际业务需求加载的应用软件。超融合数据中心拓扑结构具体内容如下文所述。

数据中心构建过程中，以交换机为主体，通过服务器有效连接交换机和网卡，配置硬盘及独立冗余磁盘阵列（Redundant Array of Independent Disk，RAID）卡，提升数据信息的储存效率。科学配置业务支撑数据（Service Support Data，SSD）硬盘，有效结合 SAS硬盘和SSD硬盘，为数据中心提供大容量储存。基于超融合构架技术，确保系统在多硬件平台的顺畅运行，提高软件系统的运行性能。网络系统设计中，通过双链路设计，采用2台以上的以太网交换机组网，降低单点故障率，实现整个技术构架各环节和全冗余平台的环境构建。

超融合数据中心设备配置及参数如表1所示。数据中心由超融合主机、交换机以及超融合软件3部分构成。

表1 超融合数据中心设备配置及参数

4.3 数据中心工作原理分析

数据源层中新能源电站各子系统生成的数据，由私有云数据中心层的智能网关、边缘计算层以及相应协议预处理后传送于私有云数据中心层的IaaS层。IaaS层基于服务器超融合技术，经交换机的网络设备部署服务器的虚拟化集群，满足大数据的储存需求。私有云数据中心层中的平台层包括新能源电站PaaS层和基础IaaS层。基础IaaS层完成数据基础分析和数据重构。新能源电站PaaS层根据新能源电站后期使用需求，封装数据的事件及算法。私有云数据中心层中的平台层，通过规定模式的数据接口，为私有云数据中心层中的工具支撑层提供数据调用入口服务。工具支撑层具有组态工具和建模工具功能，保障应用中心层的支撑服务。

4.4 数据中心网络部署

数据中心的网络部署需满足以下需求。

4.4.1 网络隔离需求

网络隔离需求包括数据中心设计时的内网接入要求和公网接入要求。2个网络平面之间的数据交换必须通过专用交换硬件设备，以保障网络安全和管理控制。

4.4.2 用户接入需求

首先，需支持互联网用户接入，使潜在客户获取相应产品服务。其次，需支持企业内部员工办公接入，包括内网办公、分支接入、远程办公以及移动办公等。最后，支持数据中心运维人员对相应系统的接入管理。

4.4.3 网络可靠性需求

数据中心网络应具备高可靠和高可用性等需求，避免单点故障。设备之间冗余和业务模块冗余需要满足高可靠要求。

4.4.4 网络可扩展性需求

数据中心网络设备的选型和架构需要具有可扩展性，以支撑未来业务持续发展。

按照不同区域，划分新能源电站网络。数据中心按照新能源电站网络安全要求部署于电站管理信息大区（Ⅲ区）。

新能源电站分为信息管理大区和生产控制大区。生产控制大区根据业务系统的重要程度又可分为控制区（安全Ⅰ区）和非控制区（安全Ⅱ区）。控制区包括监控系统、机组辅助控制系统、测量装置、发电控制系统、电压控制系统以及继电保护系统等。非控制区包括测报系统、生产实时系统、自动化调度系统、故障管理系统及电量采集系统等。信息管理大区是由自动化办公系统、企业管理以及信息网络组建的安全区域。

5 结 论

从当前新能源电站数据种类繁多、数据来源复杂以及数据总量庞大的客观特点出发，梳理并设计了一套以超融合技术为基础的新能源电站级数据中心建设方法，融入超融合技术、网络技术以及存储技术。一站式交付，简化了服务器安装流程。从实际需求角度出发，为客户提供了统一的管理界面，降低了管理难度。综合运用多重数据安全机制，可为电站数据安全管理提供强有力的制度支持。统一不同的数据接口，提高数据交互的有效性，简化了数据的汇聚。通过统一存储，有效突破了各子系统之间的数据鸿沟，可为后续大数据分析管理奠定坚实的技术基础，为后期的运维决策提供有力的数据支撑。