智能电网调度一体化管理在电网设计中的应用

朱文迪，于乐岭

（1.山东天祥电力设计院有限公司，山东 济南 250000；2.山东电工时代能源科技有限公司，山东 济南 250000）

0 引 言

调度一体化管理是智能电网的独特优势。在电网设计中运用智能电网的调度一体化管理，其本质就是将调度一体化实现所需要的各种技术融入电网系统中，丰富电网运行功能，促使电网具备远程监控、实时化控制与运行、智慧化自主调控等功能。同时，形成契合智慧电网特点的电网架构，提升电网设计的整体水平。在实际过程中，要想灵活运用智能电网的调度一体化管理，发挥其优势，就要立足电网的具体情况，以安全运行、高效运行为方向，搭建线上智能化业务调度管理模式，创建数据传输与共享机制，形成各级业务的统一管理、分级调度模式，促使电网能够快速响应调度工作，提高调度管理的高效性。

1 智能电网相关背景阐述

智能电网背景下，国家电网公司提出了“集团化运作、集约化发展、精益化管理、标准化建设”的二十字方针，明确智能电网的发展要求，致力于加强电网的调度管理[1]。

2020—2022年期间，国家电网公司与各地区省级市级电力企业纷纷开展对智能电网调度相关技术、相关管理模式的研究，针对调度、方式、计划等业务构建智能电网的调度一体化管理平台[2]。一体化管理模式运用于电网设计中，可以搭建多区域数据库、基础参数数据库，实现数据的统一管理、集约化处理，让各系统之间的数据信息得以流通，实现数据共享，有效解决各系统之间由于数据互相独立引起的异构问题[3]。

2 电网设计中运用智能电网调度一体化管理的需求分析

2.1 云计算需求

要想让电网具备智能调度一体化管理的能力，就要确保电网框架下各子系统具备精准的数据分析、发掘与计算能力。近些年，我国电网结构愈发复杂，电网调度系统数据来源多样化发展，包括但不限于电网运行数据、设备运行数据、电力交易数据等[4]。这些数据均会通过终端设施传输到电网调度端，由调度端的数据库、数据分析机制进行筛选、归纳与分析，最终储存于数据库。这样做是为了便于后续二次发掘与分析数据，也可以避免由于内外因素引起数据丢失。根据现阶段公司的电网建设情况可以发现，当前电网没有形成全区域范畴内的统一化，且各子系统、分场景终端上报的数据集成度较低。这就导致后期需要反复更新建设电网系统，不仅浪费大量硬件设施，也会导致各终端执行的标准差异化，影响调度系统的资源整合有效性。因此，需要搭建云计算机制，加强对电网系统内各子系统资源的整合，充分利用资源。例如，在电力调度与监控系统中，需要搭建统一的云计算机制，以便于整合新能源电力运行数据与传统电力运行数据，加强对电网系统运行的监控，拓展计算量，提高计算效率。

2.2 智能化调度需求

在电网设计中运用智能电网的调度一体化管理，对电网最直接的改变就是电网系统具备了智能化、智慧化的调度功能。近些年，我国电力行业飞速发展，各地区新能源电力系统、输变配电建设规模不断扩大，电力营销服务终端不断升级。我国电力调度系统呈现出分布广、结构大、调度任务繁重、调度任务要求较高的特点。同时，每个区域的调度系统都是根据该区域电网业务的具体情况搭建的，若将所有区域的电网调度系统融合，则会引起业务混乱，且各系统之间配适度较低。这就需要利用云计算技术，在智能电网的一体化调度框架内搭造云计算机制，发挥云计算的强大功能，这样既可以有效整合、协调各区域电力系统的数据资源，也可以有效解决原有问题[5]。

2.3 安全保障需求

将智能电网的调度一体化管理运用于电网设计中，就是在电网设计时引入云计算、智能技术、大数据分析技术等各种先进技术。但是，优化设计之后的智能电网调度一体化管理平台涉及分布式数据储存与计算，需要对各类边缘设备进行集中化调度。这对于电网各个层级结构而言都是一种安全挑战，具体表现为对边缘设备模型运行安全的挑战，边缘设备在运行时不具备知识学习功能，很容易在共享数据之后造成原有数据混乱、计算结果丢失，从而引起安全问题。调度一体化管理平台的搭建，本身不涉及兼容问题，若后期用户决定服务搬迁，则很有可能会产生因兼容性不足而引起的安全隐患[6]。这就需要加大智能电网调度一体化管理平台的数据、信息安全管理，建议建设基础设施库、开放虚拟化格式（Open Virtual Format，OVF），优化数据库，加强安全事项部署。也可以在平台上部署OVF 格式化虚拟机，创建多层级服务模式，一定程度上保留电力用户的相对独立性，从而解决后续搬迁引起的数据兼容安全问题。

3 电网设计中运用智能电网调度一体化管理的策略

按照上述思路将调度一体化融入电网设计中，优化电网系统框架，整合电网下属系统资源，拓展系统功能，能够进一步满足现代智能电网的运行需求。在电网设计中，工作人员可以按照步骤，分别完成智能化框架设计、一体化功能框架搭建、平台安全性能优化、继承设计、系统性能优化等。

3.1 基于智能化与云计算设计框架

在电网设计中，具备调度一体化管理能力的系统整体框架大致分为感知层、网络层、平台层以及应用层。在4 层框架基础上，搭建数据库、业务中心，整合电网运行的数据，以便于满足多系统的协同运行需要，实现数据信息共享、业务协同。在智能化与云计算共同搭建的技术框架中，设置云端基础架构，部署少量特定管理节点。Bigtable 为分布式存储系统，可以满足超大规模结构化数据的管理需求[7]。分布式文件系统（Global File System，GFS）是Linux 操作系统在PC 机构成的集群集成。MapReduce Job 是编程模式，可以处理海量数据，最大限度上自动计算数据、发布执行指令。

3.2 搭建一体化功能框架

丰富的功能框架是智能电网调度一体化管理应用所必不可少的。在电网设计中，工作人员要立足本区域智能电网的建设发展情况，依托电网调度系统设置4 个核心子系统，分别为数据交换与流通系统、动态负载系统、海量数据储存系统以及数据与信息集成计算系统。这4 个系统分别支撑数据共享、资源调配、数据储存、集成式调度等功能。首先，依托于数据交换与流通系统，可以实现不同平台之间的数据流通与共享，也可以跨级别动态执行调度命令，实现动态通信[8]。同时，工作人员可以操作智能电网，开展远程管理、调度转递与执行、调度计划管理、调度日常管理等。其次，动态负载系统的主要作用是动态分配智能电网运行过程中的计算结果，对各个调度任务的执行情况进行监控，实时了解各节点的负载情况。在这一子系统的支撑下，工作人员可以操作电网，完成资源计算、资源调度等工作。再次，海量数据存储系统的核心作用是以分布式形式储存智能电网运行过程中生成的大数据。发挥系统功能，对各数据进行实时化储存与更新，规律发掘分析海量数据，利用数据排查故障点等。最后，数据与信息集成计算系统主要是对不同类型与格式的计算资源进行集成，集成系统可以将其所需的数据资源快速整合，从而提高计算速度。

3.3 基于平台优化安全性

在电网设计中，应当加强对智能电网调度一体化管理安全的控制。根据本区域智能电网的调度一体化管理需求，加强智能电网的云端软件安全管理，提升服务安全水平[9]。在实际过程中，管理大数据，服务提供商、公司、云终端用户需要根据云端服务软件，研究软件供应商使用的数据安全策略，并且将这一策略部署为软件安全机制，从而加强对数据的管理，避免数据丢失。在设计中，应当要求软件供应商提供特定信息，加强对软件访问权限的控制，确保供应方愿意且积极接受外部审计，做好安全认证；应当与供应商合作，搭建数据隔离机制。此外，优化设计智能电网云端技术的安全控制。在数据安全方面，必须确保智能电网云端数据符合安全标准的要求。要在客户端层面设置安全机制，确保用户应用进程安全，形成整个云端开发测试的安全一体化。

3.4 应用集成设计与实现

完成智能电网的框架搭建、功能设置后，应当进一步设计具备智能化功能的应用集成，优化智能电网一体化平台的数据。本次研究中，采用OpenStack技术搭建基础平台，这一平台具有开放性强的优势，能够随时对集群容量进行扩充，采用高可用性（High Availability，HA）对集群进行分组。对于系统硬件集成，采用分布式部署，在同一个集群下，不同电力设备分属于不同的机柜，这样可以让每个设备拥有自己的不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）与接地防雷系统，避免出现多个设备同时故障的情况。在管理群中，部署3 台服务器，每台服务器独立运行，每组搭建3台虚拟机，分别负责Keystone/Horizon服务、父Cell 中的服务、子Cell 服务[10]。

4 结 论

在电网设计中运用智能电网调度一体化管理，能够进一步打破现有调度管理业务的技术壁垒，实现电网系统内的跨部门、跨平台、跨业务调度操作。在电网设计时，应当根据公司实际情况，明确电网设计中运用智能电网调度一体化管理的需求，以需求为导向，逐步完成框架搭建、功能设计、硬件集成设置等工作。经过一系列的优化设计，电网具备较强的智能化功能，可以实现多区域数据的整合处理、共享交互，支持国际电工委员会（International Electro technical Commission，IEC）标准下的所有模型。同时具备浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）分布式结构，符合J2EE 规范开发要求，能够承担企业级的各种数据，无须额外安装其他软件就可以实现操作调度任务，下达与执行管理指令，大大提高了现代电网的调度管理一体化水平。