智能电网云计算平台构建

顾文明，李崇旭

（南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211102）

0 引 言

云模式更加成熟，可以对信息进行组合和整理。当前，云计算平台的程序开发很多，但所开发的程序对应的是信息系统管理，而如何进行最佳的选择成为一个难题。与网格计算相比，云计算更加复杂，与计算机网格相比，其层次上的虚拟性也更加复杂。利用分布式发电和智能调峰等信息技术，实现智能电网在运行过程中的快速发展，可进一步提高相关数据的整合效率。同时随着社会的发展，人们的用电需求也会相应增加，这其中所涉及的用电数量将是巨大的[1]。因此，必须采用高效且高速的处理方式对这些资料进行整理，传统的方法已远远不能适应当前的发展需要。以此为背景，可以将云计算的相关技术手段引入到电力系统中，在不改变基本信息的前提下构建适合电力系统的智能电网。将有关数据纳入管理并加以存储，不仅可以大大提高电网数据处理和开展工作的能力，而且可以提高智能电网的效率和容量。

1 智能电网与云计算

1.1 智能电网

从文献研究中可以看出，由于智能电网的建立和实施与经济发展水平及电网建设水平有着密切的关系，同时各国经济状况也存在着较大的差异，这使得人们很难对智能电网的相关概念形成统一的认识。

对我国来说，国家电网公司提出的智能电网相关概念已被国内多家电网企业所认同。对国家电网提出的智能电网的概念通常从3个方面进行了详细阐述。一是要保证整个电网数据网络的经济性，二是要提高全网数据的整编分析和存储能力，三是要实现全网智能化和信息化管理。从这3个方面对智能电网的研究来看，相对于传统电网而言，智能电网要求更高的效率、更方便的方式、更可靠的数据分析以及更大的容量[2]。

1.2 云计算

云计算具有很强的通用性、很好的拓展性和可靠性以及较大的规模，而且价格低廉。其规模很大，“云”带给客户前所未有的计算能力体验，部分企业的私有云服务器数量达到几百或几千台。在任何地点、任何时间进行服务访问都可以使用虚拟化云的计算，有了因特网的帮助，即使只有一部手机也能很容易地得到日常所需的东西，根本不用担心在哪里使用[3]。

“云”的可靠性要靠自身优良的保证方式实现，如多重拷贝容错等。“云”具有很好的通用性，可以支持多种应用，同时又不会受到应用的限制，保证了不同应用的正常运行不受系统的干扰。而且“云”所具有的高扩展性还可以通过动态扩展的方式支持那些不断增长的应用和用户规模。此外，云计算的价格低廉，使用成本不高，节点的选择成本低，通过自身具有的自动化集中式管理还可以进一步降低成本，从而降低企业的成本负担。因为“云”具有低成本的特点，所以可以让更多的人进行利用，使其优势得到充分发挥，保证了资源的有效利用[4]。

2 面向智能电网的云计算

2.1 智能电网中云计算的实现

智能电网中的云计算是通过因特网上的存储器数据采集系统相互连接而形成的。对于智能电网来说，上面提到的数据采集系统既可以使用传统SCADA系统的传感器，也可以使用PMU和安装在用户终端上的电表等，同时还包含了智能家电中的一些相关系统。

如图1所示，基于云计算平台的智能电网系统总体上可分为应用层、通信层、管理层以及物理层4个部分。其中，应用层、通信层以及管理层负责智能电网软件部分的功能，如收集用户的使用数据，负责相关因特网之间的结构和连接，整理计算相关数据和处理诸如负荷分配等数据分析内容。实体层主要承载物理设备，如存储设备和计算设备等[5]。只有硬件设备和软件相互配合，才能构成一个进一步发展和完善的智能电网。

图1 智能电网云计算平台的系统架构

2.2 基于智能电网的数据云模型的构建

经过对智能电网的分析和研究，发现其所涉及的内容不仅包括了电力数据的整理、分析以及存储等方面，而且还包括了用户用电的统计。因此，在基于云计算平台的智能电网的设计过程中，需要对智能电网的保密性和安全性给予更多的关注，以提高其安全性。

为确保智能电网系统的机密性和安全性等一系列问题，提出了在设计过程中将数据流与相关控制信息相分离的思想[6]。一般来说，控制信息也被称为控制流，是指电力数据在传输过程中所包含的某些控制指令等信息，而数据流是指在发出控制指令的过程中需要依赖的特定数据信息。有关数据提供服务的一方只能向拥有相关法律权限的单位提供相关数据信息，并采用当前先进的加密技术对用户的相关信息进行加密。这将大大提高对用户相关数据信息的保密程度，进一步增强用户隐私保密能力。

因为国内人口众多，所以家庭用电和工业电的用量都呈现出巨大的增长趋势。在基于云计算平台的智能电网的设计过程中，需要能够随时接收相关数据信息，并能根据用户终端提出的要求及时做出反馈[7]。

在云计算平台上，模型中的API进一步增强了用户和网络之间的信息交互和反馈，并提供了更强的可扩展性，从而有效地降低相关成本，保证了处理效率。在此模式中，采用了相关数据信息的分布式存储及相关的处理和管理技术。该系列措施为进一步发展智能电网打下了良好的基础，同时也为今后智能电网的发展提供了重要参考意见。

3 基于云计算平台的智能电网实例

在分析了当前一些有关分布式云计算的研究成果后，本文认为将云计算应用到智能电网的各个环节中都有其重要的意义，主要体现在以下两个方面。一种是基于云计算的数字化变电站在线监测系统，另一种是基于云计算的智能电网调度技术支持系统[8]。

3.1 基于云计算的数字化变电站在线监测系统

以云计算为基础的数字化变电站在线监测系统中，整理运行期间主要设备和辅助设备产生的数据信息，并将这些数据信息汇总到所在省或市的监测系统中进行综合分析和整理。本系统能将变电站内的每个节点和各辅助设备通过以太网连接起来，同时依托因特网形成一个完整的通信平台。这样，处在该系统中的任何一个节点就可以对另一个节点进行访问，大概构造如图2所示。

图2 基于云计算的数字化变电站在线监测系统总体架构

该系统主要分为智能采集模块和分布式业务模块。而在变电站中，由于其中的辅助监控设备种类繁多，又因其类型的差异，使得相互间的数据交互及相关的数据通信方式也存在着较大的差异。对于这种情况，使用如图3所示的智能数据采集模块可以大大提高不同设备之间的交互效率。该模块采用了分布式的框架结构，在一定程度上提高了系统处理相关数据信息的能力，进一步提高了系统的整体效率。将各节点的数据信息按一定的规则进行整理和归类后，将数据信息传输到相应的应用程序中，并通过软件的管理功能和业务处理功能提高整个系统的工作效率[9]。

图3 智能信号采集模块基本架构

3.2 基于云计算的智能电网调度技术支持系统

对整个电力系统而言，加强电力调度技术是关键问题之一，而且由各国近年相关文献研究表明，电力调度涉及的内容包含多方面。而在电力调度的过程中，需要采用非常专业的技术，避免在调度事故发生后造成不可估量的损失和后果。

运用当下日益发展的信息技术，充分发挥云计算自身的特点，通过动态负荷均衡的方式，整理相关的数据信息，从而进一步提高系统对数据的处理与分析能力。支持系统调度云计算平台逻辑架构如图4所示。

图4 支持系统调度云计算平台逻辑架构

图4中每个部分的功能通过分布的数据服务进行交互和集成，形成了一个虚拟的层次。基础部分中的所有单元都需要通过虚拟层进行统一的管理和分配，从而大大提高系统的安全性，同时也保证了在进行相关业务时，相关数据通过接口可以充分利用各种资源。为提高相关管理人员对相关组件的具体使用和实时状态监测的认识，需要做出相应的调整。虽然云计算平台上存在着大量的调度中心，且状态呈现出较分散的状态，但这些调度中心可以通过分布式数据服务进行整合。此外，云平台还通过中心对子中心进行备份，这将大大减少相关节点失效的问题，从而保证整个系统的安全和稳定[10]。

4 智能电网面临的挑战

当前，基于云计算的智能电网在我国尚处于起步阶段，通过分析相关数据可以发现云计算还存在着很多技术问题有待解决。

4.1 关于云计算电力系统的分析以及计算研究

基于云计算智能电网的研究表明，这套系统的设计需要大量计算机设备作为支持。而且由于电力系统涉及的数据量非常巨大，因此需要将这些数据进行分布式存储，但就目前电力系统的相关计算而言，这一技术难以实现。

4.2 云计算负荷分配算法的研究

在构建云计算平台的过程中，对计算机设备性能的研究是保证系统顺利运行的重要一环，对计算机的存储容量和操作性能等都有很大的影响。因此，云计算平台需要根据不同的计算机设备进行相应的能力配置，此外还应考虑到诸如网络数据延迟等问题。

4.3 基于云计算平台物理结构的设计

目前，云计算的物理结构存在很多差异，这导致了云计算在运行过程中会有很多不同之处。因此，在进行相关设计时需要充分考虑基于云计算平台智能电网的相关特性，从而不断完善相应的配置，进一步提高系统的稳定性。

4.4 智能电网云计算的安全性

智能网的组成非常复杂，不仅涉及到系统设备，而且还涉及到电力公司、发电公司、用户以及众多参与方。这就要求在设计过程中要加强对相关数据的保密，尤其需要从软件方面加强保密，并对部分设备进行优化升级，以保证相关数据信息的最大安全性。

5 结 论

从目前有关云计算平台的相关研究来看，基于云计算平台的智能电网系统在安全性设计、内部优化以及数据信息整合等方面发挥着越来越大的作用。在此基础上，通过对云计算平台的相关介绍进一步提出了云计算在智能电网中的相关应用模式，并结合相关资料创造性地提出了基于云计算的数字化变电站在线监测系统和基于云计算的智能电网调度技术支撑系统两个实例，以此证明该设计的可行性，并指出了当前基于云计算的智能电网发展中存在的问题及相关建议，以期对相关研究者有所帮助。