基于云计算架构的电力企业综合软件管理系统设计∗

伊洪磊 胡 博

（山东电力工程咨询院有限公司 济南 250013）

1 引言

当前，我国电网机构逐渐复杂，电力企业设立了很多业务系统，信息规模巨大。电力企业作为运营电网的核心企业，需保证安全、可持续的电力供应［1～2］。同时，随着我国对电力企业发展和电力企业自身改革的深入，人们对电力企业管理人员的要求越来越高，要求管理人员可实时自主获取相关数据，掌握电力企业所有信息，这对电力企业综合软件管理提出了更高的要求，成为电力企业领域亟需解决的重要问题［3］。

然而当前大部分电力企业由不同人员负责不同软件，在出现问题时，需排查不同软件，不仅掌握信息时效性差，而且因为经过若干相互独立的内部软件，导致安全性变差。为了提高电力企业的管理水平，保证所有业务的安全稳定运行，设计了一种新的基于云计算架构的电力企业综合软件管理系统。

2 基于云计算架构的电力企业综合软件管理系统设计

2.1 系统总体设计

所设计的基于云计算架构的电力企业综合软件管理系统总体结构用图1进行描述。

图1 系统总体设计

系统主要由云计算架构、电力参数分析模块、办公软件管理模块、输电能力计算模块、服务管理模块、电费收缴管理模块和资产管理模块构成，将各模块信息通过云计算架构传输至管理中心，由管理中心施行处理。

2.2 云计算架构设计

针对电力企业而言，云计算架构在电力企业综合软件管理方面的体现，就是通过虚拟化技术建立综合软件资源库，以资源库的形式满足所有软件资源需求，能够按需分配资源，大大增强资源利用率［4］。云计算架构可通过两个阶段实现，第一个阶段为虚拟化阶段，第二个阶段为硬件资源交付阶段，下面进行详细的分析。

2.2.1 X86虚拟化阶段

本节选用以VMware为代表的X86虚拟化技术，将X86物理机转换成虚拟机，对电力企业软件部分进行虚拟化处理，解决和硬件的绑定关系［5］。因为虚拟机的建立、修改、删除和迁移操作易于实现，所以X86虚拟化技术可提高X86架构的柔性。

2.2.2 硬件资源交付

硬件资源交付主要包括不同硬件的标准化、柔性、弹性设计以及服务器、存储与网络之间的关联设计。

在硬件技术支持下，电力企业X86物理服务器能依据用户需求实现软件安装与交付，以实现软件管理。而小型机则可通过虚拟化技术对资源进行调度和分配。

2.3 云计算架构下电力参数分析模块

电力参数分析模块将云计算架构、GSM/GPRS通讯技术、嵌入式组件等技术结合在一起，是电力企业综合软件管理的基础部分。

该模块以SJR-200电力参数分析管理装置为核心，辅以云计算架构实现［6］。运行时，对每个在本模块监控下的电能表进行采集，统一调度和获取相关资源，通过电力参数分析管理装置对数据进行误差分析、比较处理。

除此之外，本模块还能够利用银行POS终端，达到自动化售电的目的，用户可利用刷卡系统实现购电与退电，为用户带来便利。电力参数分析管理装置中的数据经云计算架构传输至管理中心，使管理部门随时获取所有电表数据，监控电表工作状态［7］。

本模块的核心-电力参数分析管理装置原理图用图2进行描述。

图2 电力参数分析管理装置原理框图

电力参数分析管理装置通过单片机对全部电路进行调控。存储器选用FLASH，本节选用片外FLASH和片内FLASH相结合的存储方式，SRAM主要用于不同电力数据与参数的临时存储，E2PROM主要负责储存必要的电力参数和数据，保证参数的完整性［8］。RS232C串行接口主要用于将单片机的2个串行口转变成RS232C标准串行口，实现和GPRS、PC机之间的信息交换。时钟电路能够为电路提供准确时钟信息，误差低于0.5s，通过主电源与后备锂电池供电［9］。预警提示利用声、光方式将设备检修时间传递给用户，提醒用户在既定时间内向上级部门申报设备检验程序。

2.4 云计算架构下办公软件管理模块

云计算架构下办公软件管理模块结构用图3进行描述，该模块选用多层体系结构风格。

图3 办公软件管理模块结构图

如图3所示，用户可通过多种设备在任何地点、任何时间，利用网络对电力企业内部信息进行访问，同时通过云计算架构提供多种信息交互和安全服务。

2.5 电力企业输电能力计算模块

电力企业通常通过输电能力（ATC）判断输电设备用于能量交易的剩余容量，准确计算输电能力为电力企业安全稳定运行的保障［10］，下面给出计算过程。

若已确定系统的负荷水平及发电机输出功率，则系统潮流方程可描述为

其中，i=1，2，…，M ，M 表示除去平衡节点的节点个数；Pi与Wi分别表示节点i处的有功注入功率与无功注入功率；Ui∠ϕi表示节点i处的电压；Rij+jOij表示节点导纳矩阵第i行第 j列的元素。为了便于描述，假定向量v=[U ，ϕ]；P与W 依次表示公式（1）中等号左侧Pi与Wi构成的向量；与W(v)依次表示与等号右侧对应的向量，则潮流方程可通过下面公式进行描述：

当系统中发电机功率或者负荷改变时，也就是向量P与W 的元素改变时，若采用P'与W'描述系统当前状态下的节点有功与无功向量，即可够实现系统方程参数化，此时式（2）可写成：

式中，用于描述节点功率注入改变的方向向量，当母线注入条件数δ改变时，母线负荷和发电机功率的变化模式由它决定；δ用于描述节点注入条件数。

当δ=0时，f(v ，0)和此时系统状态对应；当δ=1时，和节点注入后的系统状态对应；当 δ∈(0 ，1) 或 δ＞1时，式（3）和系统注入方向向量c上的某系统运行点对应。由此可知，随参数δ的改变，式（3）描述了某种母线负荷和发电机功率变化模式下的潮流方程，通过该方程能够实现对可用输电能力问题的处理。解决在安全性约束条件下可用输电能力问题可描述为：满足安全性约束条件的前提下，节点注入变化条件数δ的最大值。

设式（1）是m维潮流方程组，则式（3）是由m个方程和m+1个变量构成成的非线性代数方程组，其根在m+1维空间上描述了一个一维曲线v(δ)。连续潮流方法处理问题为：从已知点着手，在要求的参数改变方向上获取v(δ)曲线上一系列点。通常连续型方法被称作预测-校正方法，即PC方法，其主要原理为：在已确定v(δ)曲线上点的条件下，顺着 v(δ)=0的切线方向，移动步长(Δ v，Δδ)，实行预测，获得的相似点，如点，接着将此相似点作为初始点，通过非线性方程求解方法求出式（3）的正解。其中，确定点的过程被称作校正过程。

每次校正后都对系统是否符合物理约束进行检验，若不符合，则停止计算，给出输电能力计算结果；反之，按给定步长反复进行校正，直至求出系统NP点的运行变量，从而获取由常规潮流方程解的分岔造成的电压稳定约束下的输电能力［11］。通过上述方法跟踪P-V曲线示意图如图4所示。

图4 跟踪P-V曲线示意图

本节采用的连续潮流方法精度高，计算过程简单，适于实际应用。

2.6 云计算架构下服务管理模块

服务管理对电力企业的发展非常关键，而电力企业服务管理主要取决于信息化管理。ITIL是信息技术基础架构库的简写，其把流程看作基本导向，和常见服务模式结合在一起，在云计算架构下提供规范化的电力企业IT服务［12～13］。

电力企业服务流程繁杂，ITIL服务管理模块把全部流程划分成服务支持与服务提供两种类型［14］。因为服务台为IT服务用户间联络点，所以需确定服务管理组织架构，如图5所示。

2.7 云计算架构下电力电费收缴管理模块

本节电力企业电费收缴模块将Windows 2000/XP作为操作平台，选用云计算架构，同时在设计时考虑实用性、可靠性和灵活性［15～16］。图6描述的是该模块软件结构。

图5 服务台核心架构

图6 软件体系结构图

2.8 云计算架构下资产管理模块

电力企业属于资产密集型企业，设备维修费用高，而EAM最注重的就是资产利用率与成本［17］。所以，本节依据EAM思想，在云计算架构下实现资产管理模块的设计。整个模块被分割成几个相互独立的小模块，所有小模块都由很多执行特定功能的功能模块构成，电力企业可依据自身需求选择相应功能模块，自主能力强。

所有功能模块都有特定的接口，所有接口都和云计算架构相连，将信息传输至管理中心，保证系统安全稳定运行。EAM关键流程如图7所示。

图7 EAM关键流程

3 系统测试

云计算架构为电力企业提供了更高的综合软件管理能力，为了验证本文系统的有效性，需进行相关测试。

本节在系统接入用户数量不同的情况下，将TPI系统和SOA系统作为对比，对三种系统的事务成功率、事务平均响应时间、不同服务器CPU平均使用率、内存平均使用率进行统计，实现异常查询、终端接入测试，结果如表1所示。

表1 三种系统性能测试

分析表1可知，本文系统、TPI系统和SOA系统事务成功率均为100%，进行异常查询测试和终端接入测试时，只有本文系统事务平均响应时间低于3s，其它系统均高于3s，说明本文系统响应速度最快。在整个测试过程中，针对相同服务器，本文系统CPU平均使用率和内存平均使用率均明显低于TPI系统和SOA系统，说明本文系统可达到性能指标要求，占用资源最少。

为了测试本文系统对电力企业综合软件管理的有效性，将事件成功解决率和发布成功率作为评价指标，将TPI系统和SOA系统作为对比进行测试，结果分别用图8和图9进行描述。

图8 三种系统事件成功解决率测试

图9 三种系统发布成功率测试

分析图8和图9可知，在事件数逐渐升高的情况下，三种系统的事件成功解决率均在一定程度上有所降低，但本文系统降低程度最小，在事件数量较多的情况下，仍可保证高成功解决率。且本文系统发布成功率曲线一直高于TPI系统和SOA系统，说明本文系统能够有效实现电力企业综合软件管理，管理可靠性高。

4 结语

本文设计了一种新的基于云计算架构的电力企业综合软件管理系统。给出设计系统总体结构，介绍了云计算架构、电力参数分析模块、办公软件管理模块、输电能力计算模块、服务管理模块、电费收缴管理模块和资产管理模块设计过程，将各模块信息通过云计算架构传输至管理中心，由管理中心施行处理。经实验验证，所设计系统整体性能强。

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