云计算模式在电力调度系统中的应用探讨

（国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司，江苏省南京市 210003） 摘要：本文在综合分析云计算的概念、云计算的核心特征、云计算的核心技术、调度系统的 发展需求的基础上，对云计算模式能否用于电力调度系统进行了详细探讨。既分析了应用云 计算模式的优势，也评估了可能存在的风险，并且分别针对当前主流的云计算技术分析了它 们在调度系统中的可用性。最后，本文也给出了一个云计算模式在调度系统中的应用框架设 关键词：云计算；智能电网；智能调度；基础设施级服务；平台级服务；软件级服务；虚拟化技术；分布式技术 Discussion CloudComputing PowerDispatching Systems Gao Zhiyuan, Yang Shengchun, Cao Yang, Yao Jianguo （State Grid Electric Power Research Institute, Nanjing 210003, Jiangsu Province，China） ABSTRACT：Based CloudComputing concepts, Cloud Computing key fe atures, Cloud Computing key technologies powerdispatching system’s de velopment, papergives 360-degreediscussion CloudComputing co uld powerdispatching systems. Both CloudCo mputing application could bring powerdispatching systems alsoeval uates thosemainstream technologies CloudComputing. Last schematicdesign CloudComputing application powerdispatching systems rovided.KEY WORDS： Cloud Computing; Smart Grid; Intelligent Dispatching System; Infrastructur Service(Iaas); Platform Service(PaaS);Software Service(SaaS);virtualizati technology;Distributed technology 引言当前，云计算已经成为继智能电网、物联网之后，又一个重大战略性发展方向。

从企业界到 学术界都展开了对于云计算的广泛研究和应用[1]。在Gartner 的“2011 年应关注的10 大战略技术” 中云计算位列第一。从理论上云计算可以带来成本降低、资源整合、研发周期变短、可靠性提高、 服务性更好等优势，这些优势决定了云计算在电力系统中有潜在的广阔应用前景。 作为智能电网的神经中枢，调度系统面临着运行方式计算向多区域联合协同计算模式转变、 国网省三级调度计划联合制定方式需要进一步优化、“大运行”体系中的信息共享方式需要突破、 国调与三华调度的技术支持系统互备要求不断提高等众多挑战，客观上需要依托新的技术解决思 2011 电力系统自动化专委会学术交流研讨会论文集 云计算模式本质是什么？其核心特征在哪？云计算模式能否用于调度系统并为调度系统带来实质性的进步？云计算模式应该怎样用于调度系统？目前这些方面的研究分歧还比较大，特别是 云计算模式在电力调度系统中的应用研究本身就比较少。本文在分析已有成果[6~8]的基础上对这 些问题展开了研究。 云计算的含义和核心特征1.1 云计算的概念 目前云计算的概念已经逐渐从模糊到清晰，不同的研究机构、厂家逐步形成了许多共识，提 出了类似的云计算概念。

对于云计算，最为简洁的定义是，“通过网络提供动态伸缩的廉价计算能力”[9]。 比较全面通俗的云计算定义是,“对于包括网络、服务器、存储设备、应用、服务等计算资源 建立一种可配置的共享资源池，这个资源池具有最小管理开销、最少服务方干预、能够快速提供 给用户又允许用户随时释放归还的特征，云计算模式就是把这个资源池里的资源用基于网络的、 方便的方式，按用户的需求提供给用户使用的应用模式”[10]。 其他还有众多研究机构和企业给出的云计算定义，基本不出以上两种定义范围。 云计算提供的服务分为3 层，这一点得到普遍认同，包括： 基础设施级服务（Infrastruct ure Service，SaaS）。1.2 云计算的核心特征 通过云计算的核心特征，可以判断一项实际应用是否是云计算，也可以指导应用设计和研发， 充分发挥云计算的技术和商业优势。 本文认为云计算在技术上实质是技术提成、技术集成、系统集成，更多的是一种服务交付的 组织管理和商业运作模式的创新。考察云计算的技术发展脉络，集群计算=>网格计算=>对等计算 =>服务计算=>云计算，可以发现云计算的所有技术在之前的研究中都已经有了雏形，但是从技术、 组织管理到商业运作等方面对于服务交付方式的支持是创造性的。

当然，在云计算深入发展过程 中也必然会面临新的技术问题，提出新的解决思路。 云计算的核心特征包括如下一些：1）按需自助；2）宽泛的网络访问方式（基于网络和标准 机制，允许各种异构的痩、胖客户端接入使用）；3）基于资源池；4）快速伸缩性（分钟级或秒级）； 5）按使用付费（并能自动监视、控制、优化服务资源的使用）；6）较之传统模式有5 倍以上的性 能价格比优势（部分应用可达几十倍以上）。 1.3 云计算的核心技术 云计算的核心技术是一个动态发展的范围。目前主要分为2 大类：虚拟化技术和分布式技术。 虚拟化技术包括对IT 各环节资源的虚拟化，主要包括： 1）存储虚拟化：将存储资源进行抽象和虚拟化。 2）主机虚拟化：包括对主机硬件虚拟化和主机操作系统虚拟化。 3）桌面虚拟化：借助于传统的瘦客户端模型，实现桌面在数据中心的统一托管和远程访问。 4）网络虚拟化：在底层物理网络和网络用户之间增加一个抽象层，提供虚拟网络。 分布式技术包括对IT 各类资源的分布式并行使用，主要包括： 1）并行计算：同时使用多种计算资源解决计算问题。 2）并行编程框架：能够进行框架级整体并行优化的相对固定的开发模式。 3）分布式数据库：位于不同地点的许多计算机通过网络互相连接，共同组成一个完整的、全 云计算模式在电力调度系统中的应用探讨 云计算模式应用于调度系统的可行性分析2.1 调度系统的需求 在智能电网全面展开建设过程中，调度系统方式计算、计划制定、互备调度等众多业务都面 临着进一步发展的需求。

这些需求反映在IT 架构层面，可以归结为如下几个方面： 1）对调度海量数据的存储和分布式处理能力亟须提高。 2）硬件资源冗余建设，没有得到充分合理利用。 3）广域全景分布式协调建模效果不理想。 4）多业务协同，包括调度计划制定、搜索、调度互备等，不能满足未来电网对调度的发展需 5）在线分析计算等业务对计算资源有强劲的需求，并且要求可扩展性好。所有这些需求都需要寻找新的技术解决思路，并且要能够从根本上满足相当长时间内的智能 调度发展要求。 2.2 应用云计算模式的优势 云计算模式的应用，理论上具有很多优势，主要包括： 资源整合有助于节能降耗，降低成本。调度系统作为电力行业中IT集中部署所在，对 资源的需求和占有量是很可观的。通过IaaS集成管理，可以充分利用硬件资源。 2）提供强大的计算资源，并且按需交付，扩展性好。 3）提供强大的数据存储和分析能力。 4）研发周期变短。产品研发不再是从底层到应用的全方位开发，也不再是基于个别领域平台 的开发，而是基于各种已经经过验证的服务资源的开发，可以最大限度地使开发人员集中精力于 自己的专业模块开发，从而缩短研发周期。 5）节省人力资源。IT 资源的集约化管理、开发模式的改变都有助于节省人力资源。

6）服务性更好。云计算模式本身就强调“服务交付”，其核心是业务分工、专业分工，这里 的服务性更好，包括对最终电力用户的服务，也包括对调度系统内各个层次“用户”的不同服务。 7）可靠性提高。分布式和冗余配置的特点，可以从宏观大局上保证核心调度自动化系统的可 2.3云计算模式应用可能带来的风险 云计算的发展目前还处于初期阶段，从技术到商业运作等都有不少不够成熟的地方。预先分 析云计算模式应用可能给调度系统带来的风险，可以起到未雨绸缪，有备无患的作用。 目前看，这些风险主要包括： 1）安全性风险。云计算模式在IaaS 层，计算和存储资源可能都不在本地，而是集中管理的； 在PaaS 层和SaaS 层，平台和软件服务资源也很可能不在本地。这些确实存在着安全风险。 2）对网络的要求非常高，并且系统高度依赖网络。 3）业务和数据迁移的风险。怎样规范不同层面的服务接口，怎样把历史数据、核心业务迁移 到新的服务系统之上，存在风险。 4）经济风险。成熟的云计算系统确实能充分利用各种 资源，降低成本，但是在云计算模式应用初期是需要额外投入的，而且可能投入量巨大。 5）运行风险。完成迁移之后，新系统的运行能否满足业务要求、能否稳定、能否满足扩展需 求，存在风险。

云计算模式的采用还存在整体性的全局风险。有人说，电力系统就像一座摩天大厦，IT 支撑 就像楼基，云计算模式的采用就像要在保持大厦稳定的情况下换楼基，风险之大，不言而喻。从 2011 电力系统自动化专委会学术交流研讨会论文集 这一点看，云计算模式的采用绝不能一蹴而就，而应该试点先行，稳步推进。2.4 云计算核心技术可用性分析 结合调度系统的具体要求，本文分析了云计算的核心技术的可用性，如表1 所示。 云计算核心技术在调度系统中的可用性Table CloudComputing key technologies powerdispatching systems 核心技术分类 核心技术 可用性分析 存储虚拟化 有利于实现电网调度系统中各类海量异构数据的存储与管理 分析，确保电网调度系统的高可用性。 主机虚拟化 有利于实现调度计算资源的合理分配和集成管理，实现“需 则可用”，但是目前主机虚拟化技术还不够成熟，在安全性、对多 类型CPU支持方面还不能充分满足要求。 桌面虚拟化 可用于规模化软件开发、办公自动化等领域，但是目前需求 并不迫切。 虚拟化技术 网络虚拟化 目前在调度系统中需求并不迫切。

并行计算 通过近年来的研究和探索，目前在调度系统的应用已经成为 可能，主要可用于以下几类场景：数据采集和监控（SCADA）、公 式计算、动态安全评估系统中的在线潮流数据分析、对国网省三 级调度分析与计算等。但是并行计算技术在调度系统的应用也有 一些明显的限制条件，包括足够的网络带宽、计算任务本身具有 数据可划分性或者任务可分解性。 并行编程框架 是否可用于调度系统，还需详细研究论证。 分布式技术 分布式数据库 目前在调度系统不适宜部署应用。因为分布式数据库虽然具有 物理分布、数据共享、局部自治、高可用性等优点，但是它存在 一些突出弱点云计算调度系统，包括：出现短暂错误的可能性大、开发代价大、 任务处理开销大等。 调度系统中云计算模式应用设计针对调度系统的特点和现状，本文对云计算模式的应用进行了初步设计。核心在于在共同的 基本IT 架构（如图1）基础上，针对不同的业务特点，分一级调度和二级调度2 级组成多重业务 中的多重业务云含义在于：1）模型云：结合云计算的虚拟技术，形成并管理一个包含了调度各业务电网模型信息的一体 云计算模式在电力调度系统中的应用探讨 化云服务。2）数据云：把实时数据库、关系数据库、时序数据库等调度系统需要的不同类型的数据库有 机结合、统一管理形成的数据服务。

3）搜索云：基于数据云、模型云、文档、以及下级搜索引擎等数据源，全面覆盖调度领域结 构化、非结构化数据的信息搜索服务。 4）计算云：为潮流计算、暂稳计算、短路计算、小干扰计算提供智能高效的电力系统协同计 算服务。 5）计划云：为调度计划提供数据准备、参数准备、状态通知、统一计算、统一会商、安全校 核等服务。 6）互备调度：作为调度系统的补充，提供容灾、备份、切换、同步等服务。 调度系统中的云计算应用IT架构 Fig1 CloudComputing application powerdispatching systems 2011 电力系统自动化专委会学术交流研讨会论文集 调度系统多业务云设计Fig.2 design businessclouds powerdispatching systems 结语云计算的发展是IT 界的重大变革，作为智能电网的支撑环节，可以肯定地说，未来10 年内 云计算必然会对智能电网建设的诸多环节发生各种影响。调度系统在电力系统中所处的位置也极 端重要，业务异常复杂，不同级别调度系统的具体情况也有很大差异。在这种情况下，既需要我 们做好有关可行性论证和总体设计，也需要我们深入扎实地针对不同需求进行云计算模式应用研 究和设计。

特别是在面临实际应用时，更需要采取试点先行，稳扎稳打的策略。 参考文献 云计算[M].北京：电子工业出版社，2011.Liu Peng．Cloud Computing[M]．Beijing：Publishing House ElectronicsIndustry,2011． 构建中国智能电网技术思考[J].电力系统自动化,2009,33(9)：1-4. XIAO Shijie．Consideration Consructionchinese Smart Grid [J]．Automation ElectricPower System,2009,33(9): 1-4． 姚建国,严胜,杨胜春,等.中国特色智能调度的实践与展望[J].电力系统自动化,2009,33(17)：16-20.YAO Jianguo,YAN Sheng, YANG Shengchun et al．Practice IntelligentDispatch ChineseCharacteristics [J]．Automation ElectricPower System,2009,33(17)：16-20． 模型云数据云 搜索云 计算云 计划云 对下接口 数据云 基于“调度云”的远程服务调用桌面云终端 对上接口 桌面云终端模型云 数据云 搜索云 计算云 计划云 对下接口 ZHANGWen-liang,LIU Zhuang-zhi,WANG Ming-jun et al．Research Status DevelopmentTrend SmartGrid [J]．Power System Technology,2009,33(13)：1-11． 唐涛,诸伟楠,杨仪松.发电厂与变电站自动化技术及其应用[M].北京：中国电力出版社,2005.Tang Tao, Zhu Weinan, Yang Yisong．The technologies itsapplication powerplant substationautomation[M]．Beijing：China Electric Power Press,2005． 云计算：构建未来电力系统的核心计算平台[J].电力系统自动化,2010,34(15)： 1-8. ZHAO Junhua, WEN Fushuan, XUE Yusheng et al．Cloud computing: Implementing EssentialComputing Platform FuturePower Systems[J]．Automation ElectricPower System,2010,34(15)：1-8． 基于云计算的智能电网信息平台[J].电力系统自动化,2010,34(22)：7-12.WANG Dewen, SONG Yaqi, ZHU Yongli．Information Platform SmartGrid Based CloudComputing [J]．Automation ElectricPower System,2010,34(22)：7-12． 电力系统云计算初探[J].四川电力技术,2010,33(3)：71-76. YANG Xuxin, LIU Junyong, JI Hongliang et al．Exploration CloudComputing powersystems[J]．Sichuan Electric Power Technology, 2010,33(3)：71-76． [EB/OL].[2011-6-26]. [10] Lee Badger, Tim Grance, Robert Patt-Corner. DRAFT Cloud Computing Synopsis Recommendations(NIST Special Publication 800-146) [EB/OL]. [2011-5]. 作者简介 高志远（1972-）,男,硕士,高级工程师,主要从事调度自动化系统和厂站自动化系统的应用研究。

E-mail: gaozhiyuan@sgepri.sgcc.com.cn, gaozhiy123@163.com 联系方式: 13851422398 025-83092458 地址: 南京市南瑞路8 国网电力科学研究院研究中心邮编: 210003 杨胜春（1973-），男，硕士，高级工程师，国网电科院研究中心副主任，主要从事智能电网、智能调度等方 面的研究工作。 曹阳（1978-）,男,硕士，高级工程师,主要从事智能电网、智能调度等方面的研究工作。 姚建国（1963-）,男,教授级工程师,国网电科院副总工程师,研究中心主任,主要从事智能电网、智能调度等方面 的研究工作。 云计算模式在电力调度系统中的应用探讨 作者： 作者单位：国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司，江苏省 南京市 210003 云计算模式在电力调度系统中的应用探讨[会议论文]2011

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