電力系統(tǒng)云計算中心研究與實踐

3562011年6

PowerSystem

Vol.35No.Jun.文章：1000-3673（2011）06-0171- 號：TM 文獻標志碼 學(xué)科代碼，，安（中國電力科學(xué)，市海淀區(qū)ResearchandPracticeofCloudComputingCenterforPowerMULianshun,CUILizhong,AN(ChinaElectricPower titute,HaidianDistrict,Beijing100192,:Thedevelopmentofcloudcomputingtechniqueanditsservicemodesarepresented,andthefeasibilityandnecessityofadoptingcloudcomputingtopowersystemapplicationarediscussed.Thedestinationofconstructingcloudcomputingcenterforpowersystemanditscharacteristicsareexpounded,andthedetaileddesignofthelayersofsystemarchitectureforcloudcomputingcenteradoptedinthefieldofsimulationarepresented,theyare:infrastructurecloud,datamanagementcloud,simulationcloud,cooperationcloudandconsultingservicescloud.Theprincipalstandardsandkeytechnologiesofcloudcomputingcenterforpowersystemsuchasdatastandards,powersystemmodelintegration,massdatamanagement,dynami kdispatching,cooperativeworkareresearched.Finally,apracticalapplicationscenarioisgiven.KEYWORDS:powersystem;cloudcomputing;powersystemsimulation標準和進行了研究，最后給出了實際應(yīng)用場景：云計算是當前計算機技術(shù)領(lǐng)域一個非常熱門的。學(xué)術(shù)界目前對于云計算還沒有制定的標準和明確的定義，目前常用的概念是：云計算是指(informationtechnology,IT)基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式獲得所需的資源(硬件、平臺、)。提

IT基礎(chǔ)設(shè) ， 算等計算機概念發(fā)展而來的計算的好處是無需增加硬件投資、無需裝、無需人員培訓(xùn)和管理成本，能夠立計算資源、享受及時和穩(wěn)定的云計算的電力系統(tǒng)計算平臺，了電力系統(tǒng)云計算平臺的實現(xiàn)，展望了云計算在電力系統(tǒng)安全分析、潮流與優(yōu)化潮流計算、系統(tǒng)恢復(fù)、、調(diào)云計算引入電力系統(tǒng)，利用系統(tǒng)廣域網(wǎng)建立電計算能力和資源，為系統(tǒng)提供超級計算能力，并以電網(wǎng)電能損耗、智能分析功能為例介紹了自20紀60年術(shù)的電力系統(tǒng)仿真計算、監(jiān)測控制以及生產(chǎn)運行管理就已開始應(yīng)用，當時電網(wǎng)規(guī)模較小，計算機的運算能力有限，需將電網(wǎng)等值化簡后進行計算。Vol.35No.算分析，計算規(guī)?；緷M足了互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展的 低的劣勢凸顯，難以滿足高強度實時性要求。并行和分布式計算技術(shù)的應(yīng)用，使得大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)的超實時動態(tài)真和多任務(wù)并行處理成為現(xiàn)實。隨著大區(qū)互聯(lián)發(fā)展，區(qū)域內(nèi)各地區(qū)網(wǎng)絡(luò)連接愈加緊密，電不但需要高性能，同時也越來越需要電壓等級的協(xié)作，共同構(gòu)建電網(wǎng) 類分析計任務(wù)。例如目前用各網(wǎng)省專業(yè)技術(shù)同機制，工作效率低下且數(shù)據(jù)由各級部散維護，定期合并匯總，及時性和完整性較差雖然數(shù)據(jù)整合及協(xié)作計算問題仍然制約著互聯(lián)仿真計算、安全穩(wěn)定性分析、設(shè)備和生產(chǎn)管術(shù)發(fā)展與水平提升。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷 并行計算的基礎(chǔ)上，本文認為研算中心，實現(xiàn)全網(wǎng)模型數(shù)據(jù)的云計算在計算機業(yè)界發(fā)展迅速，已經(jīng)有很多公司在很多國家建立了云計算中心，提供從基礎(chǔ)到應(yīng)用的各層次服務(wù)，并已有一些成功的案例。但由于云計算的服務(wù)類型尚不完善豐富以及存在問題等因素，應(yīng)用還不夠廣泛，有必要針對電力系統(tǒng)需求，進一步深化研究。目前，電力行業(yè)已經(jīng)建成了大型的電力系統(tǒng)仿真中心，具有了一定規(guī)模的計算資源和資源，并實現(xiàn)了完善的分布式仿真計算方法[8-16]。在行業(yè)普及了 與聯(lián)網(wǎng)完全和應(yīng)用計算機比較早的行業(yè)，積累了豐富的產(chǎn)品和開發(fā)經(jīng)驗，因此，無論從硬件還是軟由單獨部署的硬件和獨立運行的轉(zhuǎn)換為集

網(wǎng)數(shù)據(jù)的融合一致及計算的協(xié)作有數(shù)據(jù)中心資源，各用戶所占用的計算與資源根據(jù)需要申請和供給，形成資源高效的調(diào)高安全性。用戶云計算中心的數(shù)據(jù)和計算服務(wù)必須滿足安全規(guī)范，采用安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸模式和嚴格有效的權(quán)限管理模式。高可靠性。采用數(shù)據(jù)多副本容錯、計算節(jié)點互換等措施保障服務(wù)的高可靠性，使用云計算比使用本地計算機更為可靠。通用性和可擴展性。數(shù)據(jù)和計算不針對特定的應(yīng)用，可以同時支撐不同的電力系統(tǒng)應(yīng)用運行。云的規(guī)?？伸`活伸縮，滿足用戶規(guī)模增長和應(yīng)用的需要。強大的計算能力。具備并行分布式處理能力和任務(wù)調(diào)度機制，是實現(xiàn)大規(guī)模電網(wǎng)的快速仿真運算的基礎(chǔ)。心應(yīng)用運行的具置，就可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來采用“即服務(wù)”的運行模式，以服務(wù)的方式8）高共享和協(xié)作性。云計算中心的數(shù)據(jù)可以工作特點的多用戶協(xié)同建模、仿真計算等工作機根據(jù)電力系統(tǒng)仿真云計算中心的建設(shè)目標和系統(tǒng)特點，以及云計算的理論和技術(shù)，可知電力系統(tǒng)云計算中心以計算服務(wù)為主，基礎(chǔ)設(shè)施共享為輔，因此在層次上將云計算資源管理層進行簡化，重點突出電力系統(tǒng)應(yīng)用功能。電力系統(tǒng)仿真云計算中心的體系架構(gòu)如圖1所示，可分為基礎(chǔ)第35卷第6 電網(wǎng)技 技術(shù)答疑、技術(shù)協(xié)助、培技術(shù)答疑、技術(shù)協(xié)助、培 計算、狀態(tài)估計、暫態(tài)穩(wěn)定、支撐、數(shù)據(jù)通信、任務(wù)調(diào)度和接口服數(shù)據(jù)管理：數(shù)據(jù)、版本管理和日志管基礎(chǔ)作系統(tǒng)、虛擬化管理 1Fig.1Systemarchitectureofthecloudcomputingsimulationcenterofpowersystem基礎(chǔ)設(shè)施云包括硬件和基礎(chǔ)。硬件包括大規(guī)模計算機群、海量系統(tǒng)和高速通信

題的有效。版本管理是將修改后的數(shù)據(jù)按照時間和規(guī)則定期保存，形成一個個歷史版本，需要仿真計算云通過大規(guī)模的計算機群，提供電力系統(tǒng)計算服務(wù)。仿真計算技術(shù)支撐計算程序組成。技術(shù)支撐分為數(shù)據(jù)通信層、任務(wù)調(diào)度層和接口服務(wù)層等幾個層次。數(shù)據(jù)通信層為大規(guī)模輸入和輸出數(shù)據(jù)提供通信服務(wù)，保證數(shù)據(jù)在用戶和云之間以及云的完整和高效傳輸。仿真計算云采用分布式計算技術(shù)和高性能并行計算技術(shù)，前者可以同時進行多任務(wù)處理，后者可以對大規(guī)模電網(wǎng)進行實時和超實時仿真。任務(wù)調(diào)度負責(zé)多任務(wù)在計算機群上的合理分配以及絡(luò)；基礎(chǔ)包括操作系統(tǒng)、虛擬化管理、大型分布式數(shù)據(jù)庫、分布式文件系統(tǒng)、分布式管理、云計算開發(fā)和測試工具等。基礎(chǔ)設(shè)施云是實現(xiàn)其他應(yīng)用云的基礎(chǔ)和必備條件，要支持異構(gòu)機群，具有高可靠性、可擴展性和智能自愈功能?；A(chǔ)云初期可以是集中部署的機群，未來可以在異地部署，甚至將公司各單位數(shù)據(jù)管理云在基礎(chǔ)設(shè)施云的數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)以工程為單位的電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)的管理。工程數(shù)據(jù)可以包括設(shè)備銘牌參數(shù)、電網(wǎng)模型、元件模型參數(shù)等。工程可以為某個用戶私有，也可以為多個用戶共享。私有工程可用于研究或測試；多用戶共享的工程，可以實現(xiàn)對電網(wǎng)數(shù)據(jù)的管理和分級。數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)、版本管理和日志管理等功能。數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)校核、數(shù)據(jù)拼接分割、數(shù)據(jù)比對等功能，是數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)和功能。數(shù)據(jù)編輯包括數(shù)據(jù)錄入、文件和數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入、不同數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)修改和保存、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等。數(shù)據(jù)校核包括電網(wǎng)模型規(guī)范性校核、唯一性校核、合理性校核、拓撲結(jié)構(gòu)校核和平衡校核等，是提高數(shù)據(jù)正確率的有效手段。數(shù)據(jù)比對是對不同方式、不同時間條件下電

管理標準和接口規(guī)范，只要符合該標準的計算程電力系統(tǒng)計算包括穩(wěn)態(tài)計算的拓撲分析、狀態(tài)估計、調(diào)度員潮流、靜態(tài)安全分析、電壓無功優(yōu)化、最優(yōu)潮流等，以及暫態(tài)計算的暫態(tài)穩(wěn)定、小干擾穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、短路電流等，都可以部協(xié)同工作云部署協(xié)同，通過工作組管理、成復(fù)雜的工作任務(wù)。此外，協(xié)同還提供、音頻、文字等溝通，支持屏幕共享、程序共享、白板、辦公便理和計算過程中遇到各種問題，需要技術(shù)的幫助。咨詢服務(wù)云提供有經(jīng)驗的值班，進行技術(shù)答疑和技術(shù)協(xié)助，幫助用戶分析數(shù)據(jù)、查找問題；且可以接受用戶的委托，代替用戶完成復(fù)雜的分析計算，按照要求交付包含技術(shù)報告在內(nèi)的完整的研究成果；還可以通過 培訓(xùn)、Vol.35No.電力系統(tǒng)云計算標準和1）數(shù)據(jù)標準。要實現(xiàn)電網(wǎng)模型的、IECCIM國際標準，穩(wěn)態(tài)數(shù)PSASP的數(shù)據(jù)格式。分級海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)。電力系統(tǒng)計算要仿真采用通用的數(shù)據(jù)庫優(yōu)化技術(shù)外，需要針對電力系統(tǒng)云計算的特點進行研究和設(shè)計。以仿真計算中心為例，用戶數(shù)雖然很多但同時工作的用戶很少，每個用戶保存的數(shù)據(jù)雖然很多但當前使用的數(shù)據(jù)只是其中一小部分。可通過控制策略，把當前沒有使用的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)移到磁盤文件

同控制和權(quán)限控制等機制，保證協(xié)同工作安全有序進行。協(xié)同控制基于用戶感知、角色劃分、信息交互和工作流的配合實現(xiàn)。權(quán)限控制包括功能權(quán)限和數(shù)據(jù)權(quán)限。功能權(quán)限是用戶可以操作的功系統(tǒng)數(shù)據(jù)的特點進行設(shè)計。數(shù)據(jù)范圍包括3個維10萬用戶。通過這一套系統(tǒng)，完全可以為公司、網(wǎng)公司、省公司、地根據(jù)服務(wù)對象的不力系統(tǒng)仿真云計算提供計算操作服務(wù)和通過程序接口為其他系通過云計算中心的人機界面，公司號，分配相應(yīng)的資源，就可以建立自己的數(shù)據(jù)空算和分析。用戶在應(yīng)用過程中無需關(guān)心設(shè)置、云計算中心的具體應(yīng)用場景如圖2所示。 運行公司 規(guī) 科 2Fig.2Applicationscenariosofthecloudcomputing第35卷第6 電 技 通過云計算中心提供的服務(wù)接口，公司各級部門的系統(tǒng)，如規(guī)劃系統(tǒng)、計劃校核系統(tǒng)、安全評估和等系統(tǒng)，可將數(shù)據(jù)發(fā)送給云計算中心進行計算，計算完成后取回計算結(jié)果進行分析。這樣既可以加快系統(tǒng)的建設(shè)，還可以節(jié)約建設(shè)成本和運營成本。根據(jù)電力系統(tǒng)的要求，電力系統(tǒng)云計算中心初期可建設(shè)在公司內(nèi)

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