龐思睿，許鴻飛，于  然，張姣姣，魏文亮，金  燊，趙慶凱，李雪梅

　　（國網冀北電力有限公司信息通信分公司,北京 100053）

　　摘  要： 分析了云計算在電力行業應用的關鍵技術，包括虛擬化技術、并行計算、分布式計算和云安全。并對云計算在電力行業中的應用，如電能質量在線監測、智能變電站、電力仿真和電網GIS空間信息服務平臺進行了分析。

　　關鍵詞： 云計算；并行計算；智能變電站；電力仿真

0 引言

　　云計算是近年來的熱門技術，自誕生之日就引起了各界極大的關注。由于云計算是多種技術混合的演進，各大IT巨頭公司不遺余力的推動，云計算的發展極為迅速。云計算利用分布式計算和虛擬資源管理等技術，通過網絡將分散的ICT 資源集中起來形成共享的資源池，并以動態按需方式向用戶提供服務。用戶可以使用各種形式的終端(如PC、平板電腦、智能手機甚至智能電視等)通過網絡獲取ICT 資源服務。

　　隨著業界的重視，云計算在ICT領域的影響力也越來越大，帶來了新的計算模式和存儲模式、新的互聯網安全和數據隱私信息保護等方面的挑戰等。而對于眾多的企業來說，通過云計算，這些企業的信息化工作都可以用到先進技術，而且前期成本較低，非常容易隨著業務需求進行擴展。隨著企業對云計算的重視，企業內部關于云計算的標準化需求也逐漸成為企業信息化工作的重要方面。在電力行業，提出了電力云概念。電力云是通過硬件資源、平臺組件、應用軟件的集中服務，為電力企業及電力客戶、合作伙伴提供集中統一、按需服務、彈性擴展、安全可靠的云計算服務模式，提升資源應用效率、提高信息處理能力、增強集約化管理水平、降低系統建設運營成本。

1 云計算在電力應用的關鍵技術

　　云計算所涉及到的關鍵技術主要包括虛擬化技術、并行計算、分布式技術和云安全技術。

　　1.1 虛擬化技術

　　虛擬化是指資源的抽象化，資源的邏輯表示，不受物理限制的約束，分為服務器虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化等。虛擬化是資源池化的基礎，能夠有效提高資源管理水平。

　　虛擬化技術可以降低IT硬件投資成本，簡化服務器運維管理工作，降低運維管理成本，提升IT架構對業務應用的靈活適應能力，支持異構環境的整合與業務應用的持續運行。

　　在電網中引入虛擬化技術的主要優點如下介紹。

　　（1）IT資源集中部署和精細化管理：利用虛擬化技術，提升對信息資源全生命周期的管控精度，實現資源狀況的實時集中監控，為信息資源整體規劃提供精準的決策依據。

　　（2）系統建設與物理資源低耦合度：實現服務器、存儲、網絡等IT基礎設施的資源池化管理，按需快速分配資源，實現運行環境的快速自動化安裝配置，有效提高運維管理效率和人力投資成本。

　　（3）應用系統高可用性：實現服務器故障自動化管理，運行在故障服務器上的應用自動遷移到資源池中的空閑服務器，將應用的停機時間從數小時降低至分鐘級。

　　（4）資源應用配置非獨占，高資源利用率：動態分配資源池中可用的計算、存儲、網絡等資源，按需供應給新應用和需要擴展資源的應用，大幅提高服務器資源整理利用效率。

　　1.2 并行計算

　　并行計算是在串行計算的基礎上演變而來，是指同時使用多種計算資源解決計算問題的過程，它是實現高性能、高可用計算機系統的主要途徑。

　　并行計算可以提高面向海量數據處理的計算效率，提高數據處理的并發性，簡化并行編程難度，提供高效、靈活、易擴展的計算服務能力定制化開發。

　　并行計算引入帶來的優點如下介紹。

　　（1）高性能：使用多種計算資源快速解決大型復雜計算問題，提供高性能云計算服務。

　　（2）高并發：通過并發工作模式管理計算任務分解和計算結果整合，在簡化并行編程難度的同時，具備高吞吐量、低延遲的計算任務并發處理性能優勢。

　　（3）高可用：基于資源動態調度機制改進并行計算任務分配機制，實現資源節點的動態加入和實效節點的修復與退出，保障云計算服務的高可用性。

　　（4）高可擴展；使用PC服務器、刀片服務器等取代大型計算機，克服大型機規模擴展上的限制，同時運用網絡連接各計算資源協同工作，具備靈活的彈性擴展能力。

　　1.3 分布式技術

　　分布式技術主要包括分布式存儲、分布式文件系統、分布式數據庫和分布式搜索。

　　（1）分布式存儲

　　分布式存儲是指將網絡中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協同工作，共同對外提供數據存儲和業務訪問。

　　電力云引入分布式存儲的主要優點：

　　①存取高性能：提升海量數據處理的高吞吐量與低延遲性。

　　②高擴展能力：提升并發訪問量的高可擴展能力和存儲容量的高可擴展能力。

　　③服務高可靠：提升數據存儲服務的高可靠能力。

　　④災備可恢復：數據的安全備份采用熱備份與熱還原技術，支持快速差異備份、增量備份與恢復，提升數據持續可用性。

　　（2）分布式文件系統

　　分布式文件系統是存儲系統的核心，通過對操作系統所管理的存儲空間的抽象，向用戶提供統一的、對象化的訪問接口，屏蔽對物理設備的直接操作和資源管理。

　　電力云引入分布式文件系統，帶來的好處有：

　　①虛擬性：進一步提升工作并行能力和協作自治水平，增強系統運行可靠性和系統透明性。

　　②可用性：提升分布式環境下持續可用的文件服務能力和可靠的數據服務能力。

　　③擴展性：提升性能可擴展和管理可擴展，系統的性能增長與規模擴大呈線性關系，而系統規模的擴大不會帶來管理復雜度的過度增加。

　　④安全性：提升數據存儲安全和信任管理，保護文件系統中的數據不被竊取、篡改和破壞，提供共享文件的可信任性評估。

　　（3）分布式數據庫

　　分布式數據庫是計算機網絡上邏輯關聯、物理分布的數據庫多路匯集，使用計算機網絡將地理位置分散而管理和控制不同程度集中的多個邏輯單位（通常是集中式數據庫系統）連接起來，共同組成一個統一的數據庫系統。

　　電力云引入分布式數據庫，帶來的好處是：

　　①系統可用性：提升系統的高可用性，通過增加應用的局部性，避免局部故障而導致整個系統的崩潰。

　　②處理高并行性：提升處理高并發性，全局查詢請求可分解成若干子查詢，并分發至局部數據庫并行執行，提高了響應速度。

　　③系統可擴展性：提升系統可擴展性，采用模塊化設計并充分保留局部系統的自治性，便于系統規模的擴展。

　　（4）分布式搜索

　　分布式搜索是在云計算基礎設施架構的基礎上，使用關鍵詞搜索的方法，提供面向文檔、圖片、視頻、網頁等非結構化數據，以及關系數據庫等結構化數據的信息檢索服務。

　　電力云引入分布式搜索，帶來的好處是：

　　①一體化搜索：通過構建多級搜索應用架構，實現跨業務系統的搜索集成，形成異構數據資源的統一描述，提升面向多源多模態信息的檢索服務。

　　②結構化搜索：屏蔽底層復雜的數據模式，克服傳統數據庫查詢在靈活性和實用性上的弊端，有效降低非專業人員查詢業務數據庫的技術門檻。

　　③非結構化搜索：基于知識管理，引入圖像處理、模式識別等技術，提升大數據、多媒體環境下的高效信息檢索能力。

　　1.4 云安全

　　云安全是伴隨云計算發展的一項新技術，是傳統信息安全技術在云計算環境中的創新體現與深入發展，主要包括云內安全和云間安全。如圖1所示。

　　隨著云計算的發展與應用的普及，云安全的重要性逐步上升，是云計算建設與推廣應用的基本前提與保障。

　　與傳統IT架構相比，云架構其技術優勢集中體現在以下四個方面：一是簡化信息資源的獲取，提高信息服務質量；二是降低IT總投資成本、降低運維服務成本，延長IT設備資產的壽命；三是提高系統運行效率、資源效能以及運維管理效率；四是提高數據存儲的可靠性和系統運行的可靠性，實現計算的安全穩定。

2 云計算在電網企業應用分析

　　在電力行業引入云計算，不僅要對傳統電網設施進行升級和改造，更是全面、深入的電網運行模式和業務模式的革新。首先，電網各環節業務協同性更強，發輸變配用以及調度環節的業務流、信息流趨于一致；電力生產經營管理與生產調度業務融合，電網運行全過程一體化監控和風險預警控制能力大幅提升。其次，隨著電力技術和智能化裝備相繼投入應用，電網業務將在傳統模式下實現進一步擴展和衍生，產生出更多創新性業務。云計算能夠滿足智能電網建設對信息技術的要求，實現對現有電力信息系統硬件基礎設施的整合，大幅提高資源利用效率和數據處理能力。

　　電網智能化的實現需要對各環節產生的數據進行集中管理、分析、挖掘、反饋，需要支持大規模數據訪問和高效數據處理的信息技術支撐。通過引入虛擬化、并行計算、分布式、云安全等關鍵技術，實現IT資源集中部署和精細化管理，進一步提高應用系統高可用性，改變現有應用于資源配置獨占方式導致的資源總體使用水平低的問題。云計算在電網中的應用包括以下幾方面。

　　（1）電能質量在線監測：一級部署使得監測數據呈幾何級增長，現有的系統無法滿足海量電能質量數據信息的采集與存儲要求。由于系統計算分析能力不足，導致在線分析速度緩慢。通過云計算技術，增強系統的高吞吐能力和可靠性，提升電能質量在線監測系統采集電能數據和實時電能質量查詢的效率。增強電能質量在線監測系統的計算分析能力，縮短整體的電能質量分析用時，及時了解電能質量狀況，給有關部門和領導提供決策依據。

　　（2）智能變電站：智能變電站中的智能生產控制云滴系統需要高度整合數據與硬件資源，提供對各項資源的靈活擴展、統一管理與高效處理。通過虛擬化技術和資源動態分配調度，提高系統資源的可用性和使用率，降低智能變電站的硬件購置和系統運維成本。增強智能生產控制云滴系統的計算分析能力，最大限度地利用系統計算資源，整體提高處理效率。

　　（3）電力仿真：現有的仿真分析技術手段單一，對軟硬件和網絡資源的利用效率不高，已有的仿真分析系統建設分散、多地多人多業務之間聯系較少，無法適應跨區電網聯合計算、數據分散維護集中管理等應用場景的多層級高效協同需求。提升跨區域電網、跨專業領域的電力生產業務全過程仿真能力，為內外部單位提供優質的電網仿真分析服務，提升仿真分析科研成果的經濟社會價值。

　　（4）電網GIS空間信息服務平臺：隨著一級部署建設進程的加快，GIS系統在矢量地圖、衛星圖片、地理高程圖等海量數圖數據存儲管理、地圖發布、拓撲分析計算等方面的性能遠遠不能滿足未來的應用需求。提升對海量數圖數據的存取訪問速度，實現統一集中的存儲管理，加快了對GIS用戶的請求響應速度。提升地圖發布效率；提升對停電分析、路網分析業務的響應能力；提升對地圖查詢匹配的速度。

　　通過針對業務與技術的綜合分析，云計算技術也存在不適用的應用場景，主要包括以下三個方面：一是虛擬化技術暫不適用對磁盤I/O性能要求高、需要特殊硬件支持的應用，如特殊芯片組成的硬件。同時，由于一個物理機上的多臺虛擬機共享網絡通訊資源，虛擬化技術暫不適用于對帶寬和消息傳遞速度及質量要求很高的應用場景，如實時控制。二是分布式技術暫不適用于數據一致性要求高和實時性要求高的應用場景，如需要關聯數據集上的頻繁數據更新的管理信息系統MIS應用。三是并行計算技術暫不適用大規模事務性處理的應用。另外，云安全是電力云建設與推廣應用的基本前提與保障，現有技術手段能夠確保信息內網云安全，信息外網還存有潛在的安全風險，現有安全手段尚不能完全保障外網云安全。

3 結束語

　　總之，在電力行業引入云計算技術，通過硬件資源、平臺組件、應用軟件的集中服務，為電力行業提供集中統一、按需服務、彈性擴展、安全可靠的云計算服務模式，可以提升電力行業的資源應用效率、提高信息處理能力、增強集約化管理水平，降低系統建設運營成本，提升電力行業的信息化水平。

　　參考文獻

　　[1]崔妍.基于云計算的智能電網信息平臺的研究[J].數字技術與應用, 2015（5）：103.

　　[2]李琪林,周明天，面向智能電網的云計算技術研究[J].計算機科學，2011，38（S1）：432-433，456.

　　[3]陳杰,張躍宇.云計算在智能電網中的應用及其安全問題研究[J].中興通訊技術，2012，18（6）：17-21.

　　[4]樊邦奎,丁冠軍,蘭海濱,等.面向智能電網應用的云計算架構研究[J].電力信息與通信技術，2014，12(1)：1-6.

　　[5]楊潔,聶恬,楊懿.基于云計算的智能電網信息平臺的應用效果[J].電子技術與軟件工程,2014（22）：199-200.