基于微服务架构的复杂电网协同调度云PaaS平台研究

龚 舒，阮诗迪，张雄宝，徐忠文，江雄烽

（广西电网电力调度控制中心，广西 南宁 530000）

0 引 言

随着云计算技术的蓬勃发展，互联网数据计算模式逐渐从理论走向实践。作为云计算核心应用的云平台，促使IT资源服务化理念日益普及，其中以基础设施即服务（Infrastructure-as-a-Service，IaaS）、平台即服务（Platform-as-a-Service，PaaS）和软件即服务（Software-as-a-Service，SaaS）为代表的服务模式正日渐渗透至我国各行各业之中。近些年来，我国新能源发电技术获得了重大突破，为满足大量分布式电源的接入，电网结构日趋复杂，在确保复杂电网运行稳定的基础上，要想提升分布式发电的实时性，亟需对并网模式下的复杂电网经济负荷协同分配进行研究。因此，加强对复杂电网协同调度的研究，将其与云PaaS服务模式结合起来，通过构建复杂电网协同调度云PaaS平台，使复杂电网在负荷变化时发挥出最大效应，保障配电网的经济低污染运行以及提升电网供电可靠性，对促进我国可再生自然能源的全额并网以及节约能源具有重要意义。

1 复杂电网协同调度云PaaS平台的微服务架构

现如今，我国云计算技术正处于高速发展阶段，在云PaaS平台开发初期，所使用的服务端单体架构逐渐暴露出众多缺陷，严重影响云PaaS平台的稳定性。本文在研究复杂电网协同调度云PaaS平台时，引入微服务架构，提升云PaaS平台的可扩展性与可靠性[1]。微服务架构是一种在单体架构基础上发展而来的平台架构模式，于2014年正式诞生，通过单体架构中多个微服务层之间的协调配合来实现云PaaS平台的功能需求[2]。在明确了微服务架构的概念之后，本文开发了1套基于微服务架构的复杂电网协同调度云PaaS平台，根据复杂电网协同调度的需求，将云PaaS平台整体架构划分为采集层、通信层、应用层以及微服务管理层，如图1所示。

云PaaS平台采集层的搭建以智能监控设备与分布式电源设备为主，负责实时监测复杂电网并采集电网运行数据，同时采集层设有MySQL数据库，为云PaaS平台中各个微服务提供Redis缓存和数据存储。基于复杂电网的特点，云PaaS平台选取ZigBee通信设备结合以太网通信设备来搭建通信层，实现平台服务端中各个微服务之间的通信。通过控制终端与复杂电网管理终端搭建云PaaS平台的应用层，并在微服务管理层下与复杂电网之间进行交互，最终实现复杂电网协同调度。

2 复杂电网协同调度云PaaS平台的关键技术

2.1 复杂电网协同调度

由于复杂电网中存在光电与风电发电机组，导致电网中负荷波动性较大，预测数据和实际数据存在严重偏差，因此需要利用置信水平对微电网进行协同调度，促使复杂电网中的微电源出力与用户用电之间实现平衡，促使复杂电网的运行与环境成本最低[3]。因此，本文通过构建并求解复杂电网协同调度数学模型，来设计云PaaS平台中的协同调度模块。结合以上内容，本文通过多目标函数来构建协同调度的数学模型时，如下所示：

式中：min1、min2分别为复杂电网运行成本F1与环境成本F2的目标函数；D1,t、D2,t分别为在时间t内复杂电网中燃料电池与蓄电池的能源价格参数；D3为电网在t时刻的用电价格参数；Q1,t、Q2,t分别为在t时刻2种电池的实际有功出力参数；P1,t、P2,t分别为在t时刻2种电池的实际发电效率参数；Qb,t、Qa,t分别为t时刻的出售电量与采购电量参数；Z为引入的置信水平参数；Q{·}为事件{·}成立概率的约束条件；δs为处理复杂电网发电产生的第s种污染物的单价参数；ηis为复杂电网中第i个电池的第s种污染物的排放系数值；Qit为复杂电网的第i个电池在t时刻的有功出力参数。然后在满足复杂电网功率平衡等约束条件下，利用式（1）与式（2）协同调度复杂电网的综合供电成本，最后利用线性加权求和将复杂电网协同调度模型转换为单目标函数，并进行求解，进而实现云PaaS平台的协同调度模块设计。

2.2 主机选择策略

云PaaS平台使用过程中，微服务架构子模块会根据用户请求，打开相应的云应用。首先云PaaS平台会对计算资源进行判断，如果存在可用资源会将其调用至平台主机列表中，反之如果不存在可用资源将会响应错误。因此，本文为提升复杂电网协同调度云PaaS平台的使用性能，根据平台主机列表选择合适主机分配计算资源，最大限度实现资源池的负载均衡，以此设计主机选择策略[4]。结合电网协同调度策略，本文主要通过动态负载均衡来实现计算资源的分配，动态负载均衡就是在复杂电网的整个运行期间，实时监测云PaaS平台的负载信息，并对资源进行动态计算以及合理分配。综上所述，在云PaaS平台响应复杂电网协同调度请求时，会调用动态均衡算法中的加权最小连接数，进而选择主机，假设云PaaS平台主机列表为L={L1,L2,L3,…,Ln}，那么列表中主机Li被云PaaS平台选中的N=条件为

式中：N(Li)为主机Li的连接数量；ω(Li)为主机Li的权值参数[5]。在云PaaS平台接收到电网请求时，会对主机列表进行遍历，然后根据式（3）的选择条件来分配计算资源，当且仅当主机满足式（3）时才会被选择。然后就可以与被选中的主机进行通信，进而判断此主机的可用性，如果主机可用，云PaaS平台则会根据请求打开云应用；反之如果主机不可用，云PaaS平台则会根据选择策略重新筛选主机列表，直至选择到可用主机，最后打开云应用并响应数据返回至云PaaS平台客户端。

3 平台测试

在复杂电网协同调度云PaaS平台研究完成之后，需要对其进行测试，证明平台没有漏洞之后再正式投入使用，进而使平台后期修复成本降至最低。接下来，本文将对云PaaS平台的测试进行详细说明，测试环境的总体部署情况如图2所示。

在测试环境的硬件部署中，存储节点配置4核CPU、32 GB内存的物理服务器以及容量6T的磁盘阵列，功能节点与计算节点分别配置4核CPU与16 GB内存容量的KVM（Kernel-based Virtual Machine，KVM）虚拟机，关于测试环境软件部署如表1所示。

表1 云PaaS平台测试环境软件部署

在此测试平台之下，本文对云PaaS平台的各个功能模块进行了测试，表2为复杂电网协同调度功能的测试方案与结果。

如表2所示，本文设计并实现的基于微服务架构的复杂电网协同调度云PaaS平台运行良好，可以满足复杂电网的协同调度需求。

表2 复杂电网协同调度功能测试

4 结 论

云计算作为当下互联网领域中倍受关注的技术方向之一，被广泛应用于各行各业之中。云计算服务中的PaaS，不仅可以保证不同类型服务器运行环境的兼容性，而且可以节约更多主机资源，因此，针对复杂电网的协同调度问题，本文利用云PaaS平台的优势，将微服务架构与云PaaS平台结合起来，实现了复杂电网运行成本以及环境成本的有效优化。通过测试验证了此平台的稳定性，然而云环境具有复杂且多样等特点，云PaaS平台的安全性仍需进一步深入研究。