電力系統(tǒng)智能云

1 智能云組成

中國(guó)現(xiàn)有電力系統(tǒng)的特點(diǎn)是電網(wǎng)分布的地域特征不同，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，電網(wǎng)的電氣特點(diǎn)等將電網(wǎng)劃分成多個(gè)子網(wǎng)，各子網(wǎng)的調(diào)度、運(yùn)行、監(jiān)控、保護(hù)、輸配、營(yíng)銷由各子網(wǎng)中心負(fù)責(zé)，各中心擁有并維護(hù)著所轄電網(wǎng)的詳細(xì)參數(shù)。各網(wǎng)絡(luò)都針對(duì)所轄區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)建立了較為詳細(xì)的電力系統(tǒng)模型，而對(duì)相鄰電網(wǎng)的模型則在一定程度上進(jìn)行簡(jiǎn)化和等值，并在此系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，為電力調(diào)度、運(yùn)行、監(jiān)控、保護(hù)、輸配電、營(yíng)銷提供重要依據(jù)。這種簡(jiǎn)化等值的方法克服了由于中國(guó)地域遼闊而導(dǎo)致電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源廣域分布所帶來(lái)的數(shù)據(jù)難以收集的困難，降低了系統(tǒng)仿真的復(fù)雜程度，但是簡(jiǎn)化等值模型的適用范圍有限，智能云能較好地解決這一問(wèn)題。

鑒于電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的敏感性和中國(guó)電力系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)的完整性，在中國(guó)電力系統(tǒng)完全可以利用現(xiàn)有的系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)的物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建立電力系統(tǒng)私有的云。利用這種云計(jì)算模式，電力系統(tǒng)完全控制云計(jì)算方式，這樣的云儲(chǔ)存和計(jì)算資源的訪問(wèn)可以完全由電力系統(tǒng)自己控制，而不是公用的云計(jì)算服務(wù)的提供商，相當(dāng)于使用系統(tǒng)自己建立的內(nèi)部云。

面向智能電網(wǎng)的電力系統(tǒng)云計(jì)算就是為了實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)各項(xiàng)智能模塊而將云計(jì)算作為智能電網(wǎng)信息交互的底層技術(shù)。智能云的組成包括：智能調(diào)度、智能運(yùn)行、智能監(jiān)控、智能保護(hù)，智能輸配電。智能云就是智能電網(wǎng)各個(gè)智能環(huán)節(jié)信息整合、交互的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

2 智能云的服務(wù)體系

智能云不是單層的服務(wù)，而是一個(gè)多層服務(wù)的集合 。底層是基礎(chǔ)設(shè)施( Infrastructure as a Service，IaaS)，具有在特定服務(wù)質(zhì)量約束的情況下提供計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)中心的能力，使之能執(zhí)行任操作系統(tǒng)和軟件。中間層是服務(wù)平臺(tái)( Platform as a Service ，PaaS)。服務(wù)平臺(tái)是在基礎(chǔ)設(shè)施上加了一個(gè)用于給定應(yīng)用的定制軟件棧。其中包括操作系統(tǒng)和根據(jù)應(yīng)用必須的服務(wù)。上層是應(yīng)用程序( Software as a Service，SaaS) ，是計(jì)量服務(wù)，一個(gè)集中的系統(tǒng)部署軟件在一臺(tái)本地計(jì)算機(jī)上或者從智能云中遠(yuǎn)程運(yùn)行的一個(gè)模型。

3 智能云技術(shù)體系

電力系統(tǒng)智能云通過(guò)集群應(yīng)用、分布式計(jì)算等系統(tǒng)功能將電力系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中的幾乎所有網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算應(yīng)用軟件集合起來(lái)協(xié)同工作，共同對(duì)各級(jí)電網(wǎng)和計(jì)算機(jī)終端提供數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和計(jì)算服務(wù)。將集群功能、分布式處理等功能聯(lián)合起來(lái)，通過(guò)軟件接口，為電力系統(tǒng)各級(jí)電網(wǎng)和計(jì)算機(jī)終端提供智能云服務(wù)。

電力系統(tǒng)智能云結(jié)構(gòu)層次如下[ 6 ] 。

基本儲(chǔ)存層：是電力系統(tǒng)智能云的儲(chǔ)存基礎(chǔ)。智能云儲(chǔ)存中的存儲(chǔ)設(shè)備大量分布在不同的地理位置，之間通過(guò)電力系統(tǒng)內(nèi)部廣域網(wǎng)連接在一起。

基礎(chǔ)管理層：通過(guò)集群和分布式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能云中所有存儲(chǔ)設(shè)備的協(xié)同工作，對(duì)外圍提供強(qiáng)大的存儲(chǔ)服務(wù)。

應(yīng)用接口層：是智能云最靈活的部分，不同的各級(jí)電網(wǎng)可以根據(jù)需要、權(quán)限，提供不同的接口和服務(wù)。

高級(jí)訪問(wèn)層：任何級(jí)電網(wǎng)可以通過(guò)智能云公共接口來(lái)登錄，獲取計(jì)算需求。

4 智能云權(quán)限、沖突和安全機(jī)制

電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，并且分布廣，如果任何一個(gè)小節(jié)點(diǎn)或者計(jì)算機(jī)終端的計(jì)算要求都提交到需求分配的總中心的話，中心壓力很大，對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度要求很高，并且權(quán)限的判定也比較繁瑣。在智能云體系的基礎(chǔ)管理層中進(jìn)行訪問(wèn)權(quán)限、沖突和安全機(jī)制的設(shè)置。

1)現(xiàn)有電力系統(tǒng)分級(jí)電網(wǎng)管理的層次很清晰，通過(guò)電網(wǎng)的級(jí)別建立主云和子云來(lái)限定權(quán)限和資源分配，從而減少系統(tǒng)內(nèi)部不必要的權(quán)限管理和資源調(diào)配，是智能云的資源和權(quán)限更為合理。

當(dāng)正常情況下，電力系統(tǒng)智能云中某級(jí)電網(wǎng)只能在間接本級(jí)和直接上一級(jí)的子云系統(tǒng)中獲取資源。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況(如突發(fā)自然災(zāi)害)時(shí)，可以通過(guò)緊急調(diào)度的觸發(fā)機(jī)制來(lái)獲取更多級(jí)別的資源。

2)電力系統(tǒng)智能云中始終有多個(gè)任務(wù)同時(shí)提出資源申請(qǐng)，必須建立一個(gè)合理的任務(wù)分配和提交機(jī)制，才能最大限度地利用云資源和避免網(wǎng)絡(luò)的堵塞和任務(wù)的排隊(duì)。首先，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)所有的任務(wù)進(jìn)行分級(jí)，按照任務(wù)所屬電網(wǎng)級(jí)別和任務(wù)緊急程度進(jìn)行任務(wù)優(yōu)先度分級(jí);任務(wù)提出時(shí)，首先在本地對(duì)任務(wù)的資源需求進(jìn)行分析，如果本地資源能夠在本地或者以該級(jí)電網(wǎng)為云根的子云里在規(guī)定時(shí)間里面完成時(shí)，該任務(wù)不向上級(jí)云資源提出資源請(qǐng)求;不滿足上面的情 況時(shí)可以向同級(jí)的云提出資源請(qǐng)求，并且進(jìn)行任務(wù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行比較，如果繼續(xù)不滿足，則向上級(jí)云提出資源請(qǐng)求，進(jìn)行任務(wù)優(yōu)先級(jí)排隊(duì)。

以上只是初略方法，通過(guò)建立一個(gè)詳細(xì)的任務(wù)分配機(jī)制可以逐步按照任務(wù)的需求獲得智能云的任意資源，并且避免網(wǎng)絡(luò)的阻塞，最大限度利用云資源。

3)智能云的數(shù)據(jù)安全是智能云實(shí)現(xiàn)的核心。通過(guò)數(shù)據(jù)加密權(quán)限、數(shù)據(jù)備份、電網(wǎng)數(shù)據(jù)容災(zāi)的建立完整的智能云的數(shù)據(jù)安全機(jī)制：電力系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)是一個(gè)物理上完全獨(dú)立的廣域網(wǎng)，物理上的隔離保證了電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上對(duì)于其他行業(yè)的安全保密性 ;同級(jí)電網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)沒(méi)有訪問(wèn)權(quán)，但是數(shù)據(jù)可以在同級(jí)資源中進(jìn)行加密的存儲(chǔ)和計(jì)算;數(shù)據(jù)對(duì)上一級(jí)是完全可見(jiàn)的，也就說(shuō)該級(jí)完全擁有下級(jí)所有的數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)。通過(guò)安全機(jī)制可以保護(hù)各級(jí)數(shù)據(jù)的安全，并且最大限度地提高資源的利用率。

5 智能云特點(diǎn)

1)良好的擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)性。即使建立電網(wǎng)中再小的節(jié)點(diǎn)或者計(jì)算機(jī)終端，需要配置顯示器、硬盤、CPU、內(nèi)存等一整套設(shè)備，并且確保其性能滿足該節(jié)點(diǎn)或終端的計(jì)算和儲(chǔ)存需要。但利用電力系統(tǒng)智能云，可能只需要一個(gè)現(xiàn)實(shí)設(shè)備，接入電力系統(tǒng)廣域網(wǎng)，就可以根據(jù)權(quán)限實(shí)現(xiàn)計(jì)算和儲(chǔ)存功能，而且不必?fù)?dān)心自己購(gòu)置的設(shè)備被淘汰，因?yàn)橹悄茉扑捎玫挠布O(shè)備是系統(tǒng)核心節(jié)點(diǎn)單位負(fù)責(zé)維護(hù)和更新，這樣電力系統(tǒng)在信息交互的這個(gè)層面就具有良好的擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)型。

2)強(qiáng)大的計(jì)算和存儲(chǔ)能力。電力系統(tǒng)智能云將系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)和終端的計(jì)算和數(shù)據(jù)分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上，云海中成千上萬(wàn)的計(jì)算機(jī)提供強(qiáng)大的計(jì)算能力，針對(duì)中國(guó)巨大的電網(wǎng)規(guī)模和龐大的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，智能云提供強(qiáng)大的計(jì)算和儲(chǔ)存能力。

3)系統(tǒng)數(shù)據(jù)高安全性。在智能云中，數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)，因而更容易實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測(cè)。尤其針對(duì)電力系統(tǒng)安全 I 區(qū)，電力系統(tǒng)內(nèi)部管理者對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理、分配資源、均衡負(fù)載、部署軟件、控制安全，并進(jìn)行可靠的安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而最大限度地保證各級(jí)電網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)權(quán)限。

4)計(jì)算和儲(chǔ)存的虛擬化。虛擬化是電力系統(tǒng)智能云的技術(shù)基礎(chǔ)，它將底層的硬件，包括服務(wù)器、存儲(chǔ)與系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)設(shè)備，全面虛擬化，以建立起一個(gè)共享的、可以按需分配的龐大的電力系統(tǒng)內(nèi)部資源池。

5)資源動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、分配。系統(tǒng)信息網(wǎng)的各種資源可以隨需分配和自動(dòng)增長(zhǎng)，而上層的數(shù)據(jù)及應(yīng)用可以根據(jù)級(jí)別和重要程度的不同，搭配出各種互相隔離的應(yīng)用，形成一個(gè)服務(wù)導(dǎo)向的內(nèi)部智能云架構(gòu)。

6)電力系統(tǒng)智能化。由于電力系統(tǒng)智能云的建立，基于系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來(lái)獲得大量的系統(tǒng)知識(shí)。海量的數(shù)據(jù)加上海量的分析大于知識(shí)。