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如何设计出优质的电网调控云平台?

2021-5-1 13:56:24      点击:

1983年,太阳计算机系统(中国)有限公司提出“网络是计算机”的概念。2006年7月,亚马逊发布S3(simple storage service)和EC2(elastic compute cloud),使云计算的概念得到广泛传播。当今,云计算已经成为支撑互联网运行不可或缺的基础设施,在各行业中得到了广泛应用,提升了各行各业数字化、信息化和智能化的水平。


电力调度控制中心作为电网公司的核心部门,涉及主配电网调度运行、监视和控制等核心业务。在当前交直流电网混合运行、分布式新能源快速发展、储能设备快速发展和国网公司大力建设电力物联网的形势下,迫切需要提升数据的支撑能力,以实现纵向电网运行协同处置、横向部门业务协作互通、对外服务能力有效提升。安徽省电网调度控制中心(简称安徽省调)开展了调控云建设,多种深度实现调控业务上云,有效整合现有数据资源和应用系统,实现业务提升。


1  混合云


乐发v11 云计算是一种基于网络的计算方式,通过这种方式,共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机终端和其他设备。云计算是继20世纪80年代大型计算机到客户端-服务器的大转变之后的又一种巨变。用户不再需要了解云中基础设施的细节,不必具有相应的专业知识,也无需直接进行控制。通过采用云计算技术,有效降低了用户对IT专业知识的依赖。通过构建可网络访问的共享资源池,将业务灵活快速地部署,使服务被监控与计量。


根据云计算使用的资源划分,云计算可以分为公有云、私有云和混合云。公有云通常指第三方提供的云,一般可通过因特网使用。私有云是用户单独使用而构建的云,所有资源只能由该用户使用。公有云和私有云的特点见表1。


乐发v11 混合云是公有云和私有云两种方式的结合形式。一般来说,企业出于安全性和可靠性的需求,建设私有云来处理核心数据和核心业务,而对于一般的数据和业务,则使用公有云进行存储和处理。





乐发v11 安徽电网调控云对内承载着安徽电网主、配网调度控制核心业务,对外提供高性能计算和数据访问服务。因此,安徽电网调控云的建设采用混合云方式,其中对内业务采用私有云,对外业务采用公有云。


2  调控云体系架构


调控云是基于云计算理念设计、面向主配电网调度控制及相关业务的云服务平台,具有资源虚拟化、数据标准化和应用服务化的特点。


根据云计算提供的服务层级,云计算可分为3种服务模式:软件即服务(software as a service, SaaS),平台即服务(platform as a service, PaaS),基础设施即服务(infrastructure as a service, IaaS),分别对应计算资源、平台和应用软件。这3种服务模式的特点见表2。




乐发v11 调控云根据所服务的不同内外客户和业务种类被划分为生产控制大区、管理信息大区和互联网3个大区:


①调控云生产控制大区为主配电网调度控制的实时和准实时业务提供支撑,基础设施采用物理设备,PasS层提供实时数据服务,SaaS层提供电网监控与预警类、调度计划类、安全校核类等软件和应用;


②调控云管理信息大区主要为公司主配电网调度控制和运行管理业务提供支撑,基础设施采用虚拟化技术,IaaS层提供虚拟机、容器、存储池和网络资源池服务,PaaS层主要提供模型数据、运行数据服务以及大数据平台、应用软件开发平台和软件商店,SaaS层提供电网模型、运行数据、电网运行可视化、地理信息导航、智能搜索、电网调控运行和管理等多种软件和应用;


乐发v11 ③调控云互联网主要为发电企业、用电客户和公众提供信息公开、数据服务和电力市场业务等。


省级调度控制云的整体构架如图1所示。根据《电力监控系统安全防护规定》〔国家发展和改革委员会2014年第14号令〕要求,结合公有云和私有云业务应用需求,调度控制云的整体构架分为生产控制大区、信息管理大区的私有云和互联网的公有云,其中生产控制大区私有云承担安全级别最高的电网生产控制业务,信息管理大区私有云承担电网信息化管理业务,互联网公有云承担面向大众的电网服务业务,各区之间通过隔离装置进行信息通信。




电网调度控制业务要求具有高可靠性,省级调控云应与调度控制系统类似,私有云部分采用双节点建设模式实现高可用性和异地容灾,公有云部分可购买云供应商提供的双节点服务。调控云私有部分多个节点之间采用业务双活模式,使用域名系统(domain name system, DNS)实现全局负载均衡;互联网部分由于不产生原生数据,因此只需要从管理信息大区同步数据即可。调控云双节点建设模式如图2所示。




为满足调控云A、B节点间的数据高速同步和省级调控云、国网调控云的数据高速传输,需要分别在生产控制大区和管理信息大区进行资源高速同步网络的建设,用于支撑调控云海量数据高速传输。资源高速同步网总体架构如图3所示。




乐发v11 海量数据存储技术一般是指采用全息存储、专用软件压缩存储大量海洋数据的方法,调度云全面采用国产数据库和国产软件进行专门研制。云平台管理技术主要依托于专门研制调度云平台软件,提供全面覆盖全网模型服务、数据服务、多维分析、智能应用、全局搜索等各类应用。分布式并行计算技术主要采用多节点和微服务技术构建实现。


乐发v11 3  调控业务上云实践


乐发v11 安徽省调从基础设施优化、数据中台建设和创新型应用平台3个不同层级,分别践行了基础设施上云、数据平台上云、应用服务上云。


3.1  基础设施上云


基础设施上云主要在IaaS层完成,基于云计算技术,实现统一基础设施管理,为用户提供统一的计算、存储、网络环境,有效提升设备运行可靠性,提高资源利用效率,优化应用部署环境。应用无需进行改变,只需要将运行的基础设施更改为云平台,即可实现上云。


在企业内部,安徽省调使用OpenStack平台构建私有云IaaS层服务,有效利用计算、储存、网络等资源,构建统一资源池,实现物理机、虚拟机、容器、集中式存储、分布式存储、软件定义网络(software defined network, SDN)和网络功能虚拟化等多种基础设施资源的统一管理,提升设备运行可靠性,提高资源利用效率,降低管理维护成本;提供统一的计算、存储和网络资源,使得应用技术人员无需再去考虑传统上复杂的硬件类型、存储特性和复杂的网络设置,便于进行应用的研发和部署。


通过云平台IaaS层提供的服务,安徽省调有效提升了基础设施管理水平、利用效率和应用部署效率,表3比较了云平台提供的基础设施和传统的基础设施。可见,云平台的基础设施具有明显的优点。




安徽省调成功完成将调度早会、气象预报等系统从传统硬件向云平台基础设施的迁移工作,并依托云平台提供的基础设施,实现了配网图模、烟气分析、网源协调分析、保护定值校核等多套系统的上云,如图4所示。




对外,安徽规划积极利用公有云资源,利用强大的计算能力,进行大电网复杂计算,支撑电力市场运行,拓展业务范畴。


乐发v11 3.2  数据平台上云


基础设施上云相当于应用运行的环境将传统硬件搬到了云平台上,逻辑结构和内在关系并未发生任何变化。对于电力调度运行业务来说,更为重要的是通过上云构建数据中台,打破业务和数据壁垒,有效整合数据,提升业务水平。因此,安徽省调开展了数据平台上云工作,建设模型数据平台、运行数据平台和实时数据平台,有效整合各个业务系统数据,提升应用水平。


实施数据平台上云PaaS层的第1步是根据“电力调度通用数据对象结构化设计”的要求,对电网厂站、设备及其他管理设施与公共信息进行统一建模。建模方式见表4。


乐发v11 建模时,改变传统模型服务于应用的方式,而以按照与实际设备一致的方式建模,避免模型为适应不同业务而造成的碎片化,使得模型真正成为数据惟一的“身份证”,实现数据标准化。


乐发v11 在此基础上,对调度各业务系统(如调度自动化主站系统、调度信息管理系统、电煤系统、水调系统等)进行适应性改造,增加业务系统模型与调控云模型的对照关系,梳理出以调控云为主轴的数据全景图,发掘数据内在价值,以调控云为平台实现数据有效整合上云,根据数据的时效性和用途分别建设运行数据平台和实时数据平台,挖掘数据价值,为业务提升提供数据支撑。调度数据平台上云示意图如图5所示。




3.3  应用服务上云


乐发v11 在基础设施上云、数据平台上云的基础上,在SaaS层完成应用服务上云。通过规范云上应用的基础架构、数据接口、服务接口、人机界面和应用管理,建设统一的云应用部署平台,改变传统各应用面向业务、各自为政的方式,实现统一管理、统一数据、统一界面、面向服务的云应用服务体系。


乐发v11 1)统一管理。即指各应用均需要在云应用部署平台进行注册,实现对其运行情况、占用资源、网络环境、数据接口、运行环境等进行统一管理和监控。


2)统一数据。即指各应用均需要按照数据平台上云的要求,实现从数据平台提供的接口统一获取数据,并将生成的数据及其数据和“模型-数据”的关联关系统一上云。


3)统一界面。改变以往各应用人机界面不统一,使用学习成本高的问题,制定统一的人机界面设计方案,确保上云应用的人机界面易用、美观、高度统一,提升使用体验。


4)面向服务。总结提炼各业务应用中的通用功能模块,将其独立成为提供服务的应用,减少业务系统建设中的重复工作,提升应用服务能力,优化应用架构,为构建统一业务应用体系提供支撑。


按照上述标准,安徽省调进行了应用服务上云工作,实现了模型、图形、数据、人员、地理信息等多项应用服务化,实现新能源全时空消纳、厂站基础数据质量评估、自动电压控制系统(automatic voltage control, AVC)运行评价分析等多项应用上云。


乐发v11 4  结论


安徽省调积极研究云计算技术架构,结合安徽电网调度运行和管理实际,构建安徽电网调度控制云平台;根据业务的特点和适应性,实施了基础设施上云、数据平台上云、应用服务上云等多层次的上云工作,实现了基础设施的整合管理,数据资源整合提升和应用服务统一部署,有效提升调控业务信息化水平,在企业核心业务上云方面做出了突破性的探索。后续安徽省调还将继续研究基于云平台开展跨部门业务和公共服务,以及使用数据拓展业务范围和业务能力,为电力物联网建设和业务转型提供多方面支撑。