云计算在智能变电站通信网络中的应用研究

巩洪峰

（国网山东省电力公司超高压公司，山东 济南 250000）

0 引 言

智能变电站中，应用了较多技术，如智能调度技术、分布式发电技术等，数据信息结构更加复杂、分布更为分散，且数量更加庞大。云计算技术的出现，为智能变电站发展提供了更加有利的条件，使智能变电站拥有更高的智能化水平。通信网络传输方面，当前相关技术较为单一，为满足智能变电站通信网络要求，可在智能变电站建设中引入云计算技术，整合系统中的储存资源，形成电网智能云，提升智能变电站通信网络技术水平。

1 智能变电站与云计算概述

1.1 智能变电站结构

智能变电站结构如图1所示，为“三层两网”结构。其中，“三层”主要为站控层、过程层以及间隔层，“两网”主要为站控层网络与过程层网络。

图1 智能变电站结构

1.1.1 站控层

“云”概念下，智能变电站的站控层主要由4部分构成，分别是虚拟网络、虚拟服务器、虚拟桌面终端以及虚拟存储器，该层级不仅为间隔层提供服务，还为上层“云”提供相应服务。

1.1.2 过程层

对于该层级而言，其属于智能变电站的重要基础，主要作用是采集变电站各项数据，如电流、电压等电网运行数据以及色谱、压力、温度等电网状态数据，为智能电网提供数据支持。该层级还具有数据执行功能，主要是基于采集的数据，在间隔层形成相应计算数据，如电网故障类型、电网稳定计算、电网状态等，结合系统实际需要，开展断路器等操作。技术水平较高的智能变电站，能够实现数据的全面共享，可充分发挥出各项数据的实际作用与价值，数据采集更加高效、快捷。

1.1.3 间隔层

在“云”概念影响下，智能变电站间隔层前安全虚拟化。该层级中存在的智能组件变成软件功能模块，部署在虚拟服务器中，不同的虚拟保护服务器存在不同的线路与间隔。在虚拟数据库中，不同功能模块会结合实际需求，提取并计算数据，发挥自身实际功能作用。并且，各功能模块能够从上级“云”数据中心，调取相关数据，实现相关信息的计算。对于虚拟间隔层而言，其具备较多优点。一是变电站进行间隔或线路扩充时，从“云”中直接划出一块即可，无须增加二次设备；二是不用改二次设备，主要是变电站中传统的二次设备已经不存在，直接调整虚拟服务器即可；三是有效简化变电站调试与检修工作，由于二次设备的消失，与其有关的工作也不复存在，智能变电站二次调试与检修是提升数据采集精度，大幅降低检修人员工作量；变电站占地面积大幅减少，由于间隔层被虚拟化，使得变电站小室也被虚拟化，进而会缩小变电站占地面积。

“云”概念下，智能变电站拥有了全新的结构，成为了一个数据源，在变电站功能保持下，向相邻“云”提供相应数据信息，同时能够满足通信平台网络化、全站信息数字化等要求，使智能变电站逐渐向自动化、信息化以及互动化方向转变。

1.2 智能变电站的优势

相比于传统变电站，智能变电站具有以下优势。一是一次设备智能化，智能变电站中的互感器、断路器等均能实现设备智能化，为智能变电站发展奠定了良好基础；二是二次设备网络化，微处理机能够实现二次设备网络共享，从而有效共享数据资源；三是信息交互标准化，智能变电站内外部信息能够交互、共享，对于不同的系统，能够无缝交换数据信息等；四是设备检修常态化，将在线监测装置安装至一次设备，实时掌握一次设备运行状况，从而实现稳定作业；五是运维管理自动化，智能变电站中的设备能够实现程序性操作，能够根据指令执行，自动化程度较高[1]。

1.3 云计算

云计算属于一种新型网络技术，能够实现分布式处理、并行处理以及网格计算，可将其视为一种基于计算机科学改变形成和发展的超级计算模式，广泛应用于各个领域[2]。通过网格计算的方式，结合大量数据及处理器中的资源，实现系统工作。云计算技术是一种新的共享方式，可连接网络系统，进而形成统一的整体，为相关工作提供资源与服务。云计算涵盖较多关键技术，包括虚拟化技术、编程模型、海量数据管理、分布式存储、云平台管理以及资源调度等，具体如图2所示。

图2 云计算关键技术

2 智能变电站数据通信网络性能要求

智能变电站自动化系统与其他系统的沟通交流，需要有通信网络给予支持，数据通信的实时、高效、稳定情况，属于判断系统自动化程度的重要标准。变电站自动化技术水平持续提升，传输的数据逐渐增多，因此对数据通信网络提出了更高要求。数据通信网络需要应对现阶段大量的操作数据、电量数据等，还要具有较高的稳定性与实时性，设计通信数据网络时，不仅要注重网络的冗余性，还能考虑其无扰恢复能力。对智能变电站通信要求的性能要求主要包括以下几点。

（1）分层结构。为实现智能变电站分层架构，需要将数据通信网络分层作为前提，结合智能变电站实际需求，合理选择网络通信结构与技术。

（2）实时性。智能变电站运行中，一般需要处理较多操作控制信息与实时运行信息，这些信息具有实时性特征，因此应通过数据平台的构建，满足数据传输实时性需求。

（3）可靠性。智能变电站数据通信系统应一直处于运行状态，当数据通信系统发生故障，则会影响到智能变电站的正常运行，产生较大的经济损失，所以应重点考虑数据通信系统的可靠性[3]。

（4）电磁兼容性。日常运行环节，智能变电站会受到多种因素影响，如跳闸、雷击等，通信系统会受到强磁干扰。因此，要求具有较高的网络电磁兼容性，防止出现通信障碍等不良情况。

3 智能变电站通信网络中云计算的应用

智能变电站运行中，对数据通信网络具有较高的要求，需要积极引入云计算技术，保证智能变电站通信网络具有较高的技术水平。

3.1 根据IEC61850标准进行网络结构分层

IEC61850标准下，智能变电站主要是借助变电站层网络、过程层网络连接变电站层网络、间隔层以及过程层等设备实现[4]。在过程层网络上，主要包含2种网络，一是面向通用对象的变电站事件（Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE）网络；二是采样测量值（Sampled Measured Value，SMV）网络。GOOSE网络主要的作用是上传开关量、下行分合闸控制量；SMV网络主要的作用是进行电流、电压流量上传在变电站层网络，与传统变电站监控网络相比，在结构及功能上不存在较大差距，主要是通过多媒体信息服务/面向通用对象的变电站事件（Multimedia Message Service/Generic Object Oriented Substation Event，MMS／GOOSE）实现通信，汇总全站信息，还具有防误闭锁等功能。在过程总线技术上，过程层网络在事故中不会发生明显变化，流量稳定连续，但数据实时性要求较高，需要重点分析过程总线的实时性，预测网络是否满足过程层在数据传输时间及流量上需求。为提升全站统一式网络的实时性能并降低网络时延，通常选择优化组网方式，应尽量将同一间隔内的设备分配至同一台交换机，避免出现大量的报文跨交换机传输情况。选择虚拟局域网进行配置，通过虚拟局域网标签多播模式，实现顺序访问向量（Sequential Access Vector，SAV）和GOOSE报文通信，达到一发多收的效果。为降低网络流量及接收设备的处理负担，选择基于IEEE802.1Q的优先级标签，处理优先级高的数据，避免出现较大的延时不确定性。

3.2 立足云计算构建Cloudsis平台

对于云计算系统而言，属于一个庞大的系统，因此文章提出的云计算系统Cloudsis平台，仅具备计算的部分特点，如整合计算与存储，实现计算向存储迁移，分布式存储文件等[5]。在系统构架方面，云计算系统Cloudsis平台主要包含4部分，分别是主服务器、服务器集群、应用服务器以及用户节点。在系统功能方面，云计算系统Cloudsis平台具备分布式存储、并行计算、计算向存储迁移功能。通过各种终端，在局域网、互联网支持下，调度中心可以访问云计算系统Cloudsis平台各种应用服务。对于MainServer，不与间隔层信息直接交互，也不进行数据的直接储存，主要负责管理节点与支路数据。调度中心传送控制命令向主服务器发出请求，同时从主服务器掌握各支路文件信息的存储位置，借助返回的节点信息，进行块服务器集群连接，向其发出存储命令，最终达到信息分布式存储的目的。

4 结 论

电力行业发展中，云计算技术得到广泛的应用。在云计算技术的支持下，可为变电站提供集中统一、安全可靠、按需服务的云计算服务模式，保证通信数据的高效利用，能够提高通信网络的信息处理能力，提升智能变电站运行水平的同时降低系统建设成本，促进智能变电站现代化发展。