浅谈"云"计算如何实现电力系统智能化

中心议题：
    *  什么是云计算？
    *  智能云的组成及特点
    *  云计算在智能电网中的应用

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目前在IT界什么最热?云计算当属第一位，云计算作为新一代信息技术产业的重要领域之一，被誉为是继个人计算机、互联网之后的第三次IT产业革命。现在的云 计算已经不在是停留在概念的讨论阶段，很多的运服务商已经推出自己的运服务模式，并且在很多的中小企业得到了使用。就像面对所有新生事物一样，大家可能会 出现这样的疑问：云计算，到底是什么?为什么建设智能电网需要云技术？云技术在智能电网电力系统中有哪些应用呢？本文将一一为您解答。

什么是云技术？

先 来举个大家都知道的例子。几年前，我们家家都有个煤气罐，呼哧呼哧扛回一罐煤气，一般来讲，这罐煤气就不会再被别人用了。后来，管道煤气广泛普及，家里就 不再需要煤气罐了。要下厨，只要打开阀门，煤气就源源不断，到月底按用量交钱即可。在我们家中不再有煤气罐时，其实是在某个地方有一个巨大的煤气罐，每户 人家由管道连接到这个大煤气罐上。不妨给这个模式起个名字吧——“云煤气”。

以此类比一下，如今我们家家都有电脑，电脑上还要安装许多软件。这台电脑摆在家里，不用的时候，这部分资源就会因为闲置而造成浪费，哪怕邻居手头拮据买不 来电脑，你也不大可能时常借给他用。于是，我们现在提出一种全新的概念，把成千上万台计算能力非常强大的电脑集中在一起，然后大家索性也不用购买高性能的 电脑了，只需一个成本低廉的终端机，资源就可以你用我用大家用。这些集中起来的资源，就像管道煤气一样，随用随取。它们为你实现各种各样的应用，而你只需 要一个浏览器就行。这就是云计算。

在云计算时代，数千台、数万台甚至更多服务器组成的庞大集群，形成云计算中心，提供巨大的存储空间和强大的计算能力。那时，我们使用电脑将非常简单，硬盘、软驱、光驱，甚至主机都不需要了。

为什么电力系统需要云技术？

中 国现有电力系统的特点是电网分布的地域特征不同，网络的拓扑结构不同，电网的电气特点等将电网划分成多个子网，各子网的调度、运行、监控、保护、输配、营 销由各子网中心负责，各中心拥有并维护着所辖电网的详细参数。各网络都针对所辖区域内的电网建立了较为详细的电力系统模型，而对相邻电网的模型则在一定程 度上进行简化和等值，并在此系统模型的基础上进行计算机仿真，为电力调度、运行、监控、保护、输配电、营销提供重要依据。这种简化等值的方法克服了由于中 国地域辽阔而导致电力系统数据资源广域分布所带来的数据难以收集的困难，降低了系统仿真的复杂程度，但是简化等值模型的适用范围有限，智能云能较好地解决 这一问题。

鉴于电力系统数据的敏感性和中国电力系统内网的完整性，在中国电力系统完全可以利用现有的系统内网的物理网络设备建立电力系统私有的云。利用这种云计算模 式，电力系统完全控制云计算方式，这样的云储存和计算资源的访问可以完全由电力系统自己控制，而不是公用的云计算服务的提供商，相当于使用系统自己建立的 内部云。



面向智能电网的电力系统云计算就是为了实现智能电网各项智能模块而将云计算作为智能电网信息交互的底层技术。智能云的组成包括：智能调度、智能运行、智能监控、智能保护，智能输配电。智能云就是智能电网各个智能环节信息整合、交互的技术实现。

智能云的服务体系

智能云不是单层的服务，而是一个多层服务的集合 。底层是基础设施( Infrastructure as a Service，IaaS)，具有在特定服务质量约束的情况下提供计算机或数据中心的能力，使之能执行任操作系统和软件。中间层是服务平台( Platform as a Service ，PaaS)。服务平台是在基础设施上加了一个用于给定应用的定制软件栈。其中包括操作系统和根据应用必须的服务。上层是应用程序( Software as a Service，SaaS) ，是计量服务，一个集中的系统部署软件在一台本地计算机上或者从智能云中远程运行的一个模型。

智能云技术体系

电力系统智能云通过集群应用、分布式计算等系统功能将电力系统内网络中的几乎所有网络和计算应用软件集合起来协同工作，共同对各级电网和计算机终端提供数 据储存和计算服务。将集群功能、分布式处理等功能联合起来，通过软件接口，为电力系统各级电网和计算机终端提供智能云服务。

电力系统智能云结构层次如下

基本储存层：是电力系统智能云的储存基础。智能云储存中的存储设备大量分布在不同的地理位置，之间通过电力系统内部广域网连接在一起。

基础管理层：通过集群和分布式系统，实现智能云中所有存储设备的协同工作，对外围提供强大的存储服务。

应用接口层：是智能云最灵活的部分，不同的各级电网可以根据需要、权限，提供不同的接口和服务。

高级访问层：任何级电网可以通过智能云公共接口来登录，获取计算需求。

智能云权限、冲突和安全机制

电力系统结构庞大，并且分布广，如果任何一个小节点或者计算机终端的计算要求都提交到需求分配的总中心的话，中心压力很大，对网络速度要求很高，并且权限的判定也比较繁琐。在智能云体系的基础管理层中进行访问权限、冲突和安全机制的设置。


1)现有电力系统分级电网管理的层次很清晰，通过电网的级别建立主云和子云来限定权限和资源分配，从而减少系统内部不必要的权限管理和资源调配，是智能云的资源和权限更为合理。

当正常情况下，电力系统智能云中某级电网只能在间接本级和直接上一级的子云系统中获取资源。当出现紧急情况(如突发自然灾害)时，可以通过紧急调度的触发机制来获取更多级别的资源。



2) 电力系统智能云中始终有多个任务同时提出资源申请，必须建立一个合理的任务分配和提交机制，才能最大限度地利用云资源和避免网络的堵塞和任务的排队。首 先，对整个系统内所有的任务进行分级，按照任务所属电网级别和任务紧急程度进行任务优先度分级;任务提出时，首先在本地对任务的资源需求进行分析，如果本 地资源能够在本地或者以该级电网为云根的子云里在规定时间里面完成时，该任务不向上级云资源提出资源请求;不满足上面的情 况时可以向同级的云提出资源请求，并且进行任务优先级进行比较，如果继续不满足，则向上级云提出资源请求，进行任务优先级排队。

以上只是初略方法，通过建立一个详细的任务分配机制可以逐步按照任务的需求获得智能云的任意资源，并且避免网络的阻塞，最大限度利用云资源。

3) 智能云的数据安全是智能云实现的核心。通过数据加密权限、数据备份、电网数据容灾的建立完整的智能云的数据安全机制：电力系统内网是一个物理上完全独立的 广域网，物理上的隔离保证了电力系统数据在网络上对于其他行业的安全保密性 ;同级电网对数据没有访问权，但是数据可以在同级资源中进行加密的存储和计算;数据对上一级是完全可见的，也就说该级完全拥有下级所有的数据访问权。通过 安全机制可以保护各级数据的安全，并且最大限度地提高资源的利用率。

智能云特点

1) 良好的扩展性和经济性。即使建立电网中再小的节点或者计算机终端，需要配置显示器、硬盘、CPU、内存等一整套设备，并且确保其性能满足该节点或终端的计 算和储存需要。但利用电力系统智能云，可能只需要一个现实设备，接入电力系统广域网，就可以根据权限实现计算和储存功能，而且不必担心自己购置的设备被淘 汰，因为智能云所采用的硬件设备是系统核心节点单位负责维护和更新，这样电力系统在信息交互的这个层面就具有良好的扩展性和经济型。

2)强大的计算和存储能力。电力系统智能云将系统各节点和终端的计算和数据分布在大量的分布式计算机上，云海中成千上万的计算机提供强大的计算能力，针对中国巨大的电网规模和庞大的系统数据，智能云提供强大的计算和储存能力。

3)系统数据高安全性。在智能云中，数据集中存储，因而更容易实现安全监测。尤其针对电力系统安全 I 区，电力系统内部管理者对数据进行统一管理、分配资源、均衡负载、部署软件、控制安全，并进行可靠的安全实时监测，从而最大限度地保证各级电网的数据安全和数据权限。

4)计算和储存的虚拟化。虚拟化是电力系统智能云的技术基础，它将底层的硬件，包括服务器、存储与系统内网设备，全面虚拟化，以建立起一个共享的、可以按需分配的庞大的电力系统内部资源池。

5)资源动态扩展、分配。系统信息网的各种资源可以随需分配和自动增长，而上层的数据及应用可以根据级别和重要程度的不同，搭配出各种互相隔离的应用，形成一个服务导向的内部智能云架构。

6)电力系统智能化。由于电力系统智能云的建立，基于系统海量数据的数据挖掘技术来获得大量的系统知识。海量的数据加上海量的分析大于知识。

云技术能为智能电网带来什么？

随着智能电网发展的逐步深入，电网与客户间的密切交互必将产生海量数据信息，基于云计算技术的能效管理系统，能够快速、高效地将客户用电数据进行存储、处理和分析。有了“云”这个资源池，智能电网环境下的用电信息将得以有效储存，电力信息交互系统将得以高效运行。

目前，电网数据只能被从事电力行业的专业人员使用，能源相关数据也只能被能源公司使用。未来，这些数据将按照使用者的意愿被共享并用于多种意图。 一个部门的数据将被另一个部门用于其他用途，这样我们就可以创建一个扩展于所有服务领域的“生态系统”，构建在线服务模式，同时让普通消费者来对自身电力 信息使用状况实施管理。云计算技术将使客户和电力服务商之间的信息实时有效共享，利用先进的网络，使分享数据和动态双向交互评价变为现实。

云计算技术应用于智能电网后，我们可以在任何时间通过电脑、智能手机等设备与相关电力信息互动。例如，消费者可通过小区的电费自助交费终端机，轻松支付电费;通过智能交互终端实现智能家居控制;基于可视化技术实现电动汽车的智能信息处理。

当前，国家电网公司已在云计算领域取得了一系列的研究成果，中国电力科学研究院、国网电力科学研究院、国网信息通信有限公司、中国电力技术装备有限公司等 单位专家组建了云计算项目组，集中优势力量进行云计算关键性能技术研发、应用示范和标准制定，全面助力坚强智能电网的建设与发展。