庞思睿，许鸿飞，于  然，张姣姣，魏文亮，金  燊，赵庆凯，李雪梅

　　（国网冀北电力有限公司信息通信分公司,北京 100053）

　　摘  要： 分析了云计算在电力行业应用的关键技术，包括虚拟化技术、并行计算、分布式计算和云安全。并对云计算在电力行业中的应用，如电能质量在线监测、智能变电站、电力仿真和电网GIS空间信息服务平台进行了分析。

　　关键词： 云计算；并行计算；智能变电站；电力仿真

0 引言

　　云计算是近年来的热门技术，自诞生之日就引起了各界极大的关注。由于云计算是多种技术混合的演进，各大IT巨头公司不遗余力的推动，云计算的发展极为迅速。云计算利用分布式计算和虚拟资源管理等技术，通过网络将分散的ICT 资源集中起来形成共享的资源池，并以动态按需方式向用户提供服务。用户可以使用各种形式的终端(如PC、平板电脑、智能手机甚至智能电视等)通过网络获取ICT 资源服务。

　　随着业界的重视，云计算在ICT领域的影响力也越来越大，带来了新的计算模式和存储模式、新的互联网安全和数据隐私信息保护等方面的挑战等。而对于众多的企业来说，通过云计算，这些企业的信息化工作都可以用到先进技术，而且前期成本较低，非常容易随着业务需求进行扩展。随着企业对云计算的重视，企业内部关于云计算的标准化需求也逐渐成为企业信息化工作的重要方面。在电力行业，提出了电力云概念。电力云是通过硬件资源、平台组件、应用软件的集中服务，为电力企业及电力客户、合作伙伴提供集中统一、按需服务、弹性扩展、安全可靠的云计算服务模式，提升资源应用效率、提高信息处理能力、增强集约化管理水平、降低系统建设运营成本。

1 云计算在电力应用的关键技术

　　云计算所涉及到的关键技术主要包括虚拟化技术、并行计算、分布式技术和云安全技术。

　　1.1 虚拟化技术

　　虚拟化是指资源的抽象化，资源的逻辑表示，不受物理限制的约束，分为服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化等。虚拟化是资源池化的基础，能够有效提高资源管理水平。

　　虚拟化技术可以降低IT硬件投资成本，简化服务器运维管理工作，降低运维管理成本，提升IT架构对业务应用的灵活适应能力，支持异构环境的整合与业务应用的持续运行。

　　在电网中引入虚拟化技术的主要优点如下介绍。

　　（1）IT资源集中部署和精细化管理：利用虚拟化技术，提升对信息资源全生命周期的管控精度，实现资源状况的实时集中监控，为信息资源整体规划提供精准的决策依据。

　　（2）系统建设与物理资源低耦合度：实现服务器、存储、网络等IT基础设施的资源池化管理，按需快速分配资源，实现运行环境的快速自动化安装配置，有效提高运维管理效率和人力投资成本。

　　（3）应用系统高可用性：实现服务器故障自动化管理，运行在故障服务器上的应用自动迁移到资源池中的空闲服务器，将应用的停机时间从数小时降低至分钟级。

　　（4）资源应用配置非独占，高资源利用率：动态分配资源池中可用的计算、存储、网络等资源，按需供应给新应用和需要扩展资源的应用，大幅提高服务器资源整理利用效率。

　　1.2 并行计算

　　并行计算是在串行计算的基础上演变而来，是指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程，它是实现高性能、高可用计算机系统的主要途径。

　　并行计算可以提高面向海量数据处理的计算效率，提高数据处理的并发性，简化并行编程难度，提供高效、灵活、易扩展的计算服务能力定制化开发。

　　并行计算引入带来的优点如下介绍。

　　（1）高性能：使用多种计算资源快速解决大型复杂计算问题，提供高性能云计算服务。

　　（2）高并发：通过并发工作模式管理计算任务分解和计算结果整合，在简化并行编程难度的同时，具备高吞吐量、低延迟的计算任务并发处理性能优势。

　　（3）高可用：基于资源动态调度机制改进并行计算任务分配机制，实现资源节点的动态加入和实效节点的修复与退出，保障云计算服务的高可用性。

　　（4）高可扩展；使用PC服务器、刀片服务器等取代大型计算机，克服大型机规模扩展上的限制，同时运用网络连接各计算资源协同工作，具备灵活的弹性扩展能力。

　　1.3 分布式技术

　　分布式技术主要包括分布式存储、分布式文件系统、分布式数据库和分布式搜索。

　　（1）分布式存储

　　分布式存储是指将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问。

　　电力云引入分布式存储的主要优点：

　　①存取高性能：提升海量数据处理的高吞吐量与低延迟性。

　　②高扩展能力：提升并发访问量的高可扩展能力和存储容量的高可扩展能力。

　　③服务高可靠：提升数据存储服务的高可靠能力。

　　④灾备可恢复：数据的安全备份采用热备份与热还原技术，支持快速差异备份、增量备份与恢复，提升数据持续可用性。

　　（2）分布式文件系统

　　分布式文件系统是存储系统的核心，通过对操作系统所管理的存储空间的抽象，向用户提供统一的、对象化的访问接口，屏蔽对物理设备的直接操作和资源管理。

　　电力云引入分布式文件系统，带来的好处有：

　　①虚拟性：进一步提升工作并行能力和协作自治水平，增强系统运行可靠性和系统透明性。

　　②可用性：提升分布式环境下持续可用的文件服务能力和可靠的数据服务能力。

　　③扩展性：提升性能可扩展和管理可扩展，系统的性能增长与规模扩大呈线性关系，而系统规模的扩大不会带来管理复杂度的过度增加。

　　④安全性：提升数据存储安全和信任管理，保护文件系统中的数据不被窃取、篡改和破坏，提供共享文件的可信任性评估。

　　（3）分布式数据库

　　分布式数据库是计算机网络上逻辑关联、物理分布的数据库多路汇集，使用计算机网络将地理位置分散而管理和控制不同程度集中的多个逻辑单位（通常是集中式数据库系统）连接起来，共同组成一个统一的数据库系统。

　　电力云引入分布式数据库，带来的好处是：

　　①系统可用性：提升系统的高可用性，通过增加应用的局部性，避免局部故障而导致整个系统的崩溃。

　　②处理高并行性：提升处理高并发性，全局查询请求可分解成若干子查询，并分发至局部数据库并行执行，提高了响应速度。

　　③系统可扩展性：提升系统可扩展性，采用模块化设计并充分保留局部系统的自治性，便于系统规模的扩展。

　　（4）分布式搜索

　　分布式搜索是在云计算基础设施架构的基础上，使用关键词搜索的方法，提供面向文档、图片、视频、网页等非结构化数据，以及关系数据库等结构化数据的信息检索服务。

　　电力云引入分布式搜索，带来的好处是：

　　①一体化搜索：通过构建多级搜索应用架构，实现跨业务系统的搜索集成，形成异构数据资源的统一描述，提升面向多源多模态信息的检索服务。

　　②结构化搜索：屏蔽底层复杂的数据模式，克服传统数据库查询在灵活性和实用性上的弊端，有效降低非专业人员查询业务数据库的技术门槛。

　　③非结构化搜索：基于知识管理，引入图像处理、模式识别等技术，提升大数据、多媒体环境下的高效信息检索能力。

　　1.4 云安全

　　云安全是伴随云计算发展的一项新技术，是传统信息安全技术在云计算环境中的创新体现与深入发展，主要包括云内安全和云间安全。如图1所示。

　　随着云计算的发展与应用的普及，云安全的重要性逐步上升，是云计算建设与推广应用的基本前提与保障。

　　与传统IT架构相比，云架构其技术优势集中体现在以下四个方面：一是简化信息资源的获取，提高信息服务质量；二是降低IT总投资成本、降低运维服务成本，延长IT设备资产的寿命；三是提高系统运行效率、资源效能以及运维管理效率；四是提高数据存储的可靠性和系统运行的可靠性，实现计算的安全稳定。

2 云计算在电网企业应用分析

　　在电力行业引入云计算，不仅要对传统电网设施进行升级和改造，更是全面、深入的电网运行模式和业务模式的革新。首先，电网各环节业务协同性更强，发输变配用以及调度环节的业务流、信息流趋于一致；电力生产经营管理与生产调度业务融合，电网运行全过程一体化监控和风险预警控制能力大幅提升。其次，随着电力技术和智能化装备相继投入应用，电网业务将在传统模式下实现进一步扩展和衍生，产生出更多创新性业务。云计算能够满足智能电网建设对信息技术的要求，实现对现有电力信息系统硬件基础设施的整合，大幅提高资源利用效率和数据处理能力。

　　电网智能化的实现需要对各环节产生的数据进行集中管理、分析、挖掘、反馈，需要支持大规模数据访问和高效数据处理的信息技术支撑。通过引入虚拟化、并行计算、分布式、云安全等关键技术，实现IT资源集中部署和精细化管理，进一步提高应用系统高可用性，改变现有应用于资源配置独占方式导致的资源总体使用水平低的问题。云计算在电网中的应用包括以下几方面。

　　（1）电能质量在线监测：一级部署使得监测数据呈几何级增长，现有的系统无法满足海量电能质量数据信息的采集与存储要求。由于系统计算分析能力不足，导致在线分析速度缓慢。通过云计算技术，增强系统的高吞吐能力和可靠性，提升电能质量在线监测系统采集电能数据和实时电能质量查询的效率。增强电能质量在线监测系统的计算分析能力，缩短整体的电能质量分析用时，及时了解电能质量状况，给有关部门和领导提供决策依据。

　　（2）智能变电站：智能变电站中的智能生产控制云滴系统需要高度整合数据与硬件资源，提供对各项资源的灵活扩展、统一管理与高效处理。通过虚拟化技术和资源动态分配调度，提高系统资源的可用性和使用率，降低智能变电站的硬件购置和系统运维成本。增强智能生产控制云滴系统的计算分析能力，最大限度地利用系统计算资源，整体提高处理效率。

　　（3）电力仿真：现有的仿真分析技术手段单一，对软硬件和网络资源的利用效率不高，已有的仿真分析系统建设分散、多地多人多业务之间联系较少，无法适应跨区电网联合计算、数据分散维护集中管理等应用场景的多层级高效协同需求。提升跨区域电网、跨专业领域的电力生产业务全过程仿真能力，为内外部单位提供优质的电网仿真分析服务，提升仿真分析科研成果的经济社会价值。

　　（4）电网GIS空间信息服务平台：随着一级部署建设进程的加快，GIS系统在矢量地图、卫星图片、地理高程图等海量数图数据存储管理、地图发布、拓扑分析计算等方面的性能远远不能满足未来的应用需求。提升对海量数图数据的存取访问速度，实现统一集中的存储管理，加快了对GIS用户的请求响应速度。提升地图发布效率；提升对停电分析、路网分析业务的响应能力；提升对地图查询匹配的速度。

　　通过针对业务与技术的综合分析，云计算技术也存在不适用的应用场景，主要包括以下三个方面：一是虚拟化技术暂不适用对磁盘I/O性能要求高、需要特殊硬件支持的应用，如特殊芯片组成的硬件。同时，由于一个物理机上的多台虚拟机共享网络通讯资源，虚拟化技术暂不适用于对带宽和消息传递速度及质量要求很高的应用场景，如实时控制。二是分布式技术暂不适用于数据一致性要求高和实时性要求高的应用场景，如需要关联数据集上的频繁数据更新的管理信息系统MIS应用。三是并行计算技术暂不适用大规模事务性处理的应用。另外，云安全是电力云建设与推广应用的基本前提与保障，现有技术手段能够确保信息内网云安全，信息外网还存有潜在的安全风险，现有安全手段尚不能完全保障外网云安全。

3 结束语

　　总之，在电力行业引入云计算技术，通过硬件资源、平台组件、应用软件的集中服务，为电力行业提供集中统一、按需服务、弹性扩展、安全可靠的云计算服务模式，可以提升电力行业的资源应用效率、提高信息处理能力、增强集约化管理水平，降低系统建设运营成本，提升电力行业的信息化水平。

　　参考文献

　　[1]崔妍.基于云计算的智能电网信息平台的研究[J].数字技术与应用, 2015（5）：103.

　　[2]李琪林,周明天，面向智能电网的云计算技术研究[J].计算机科学，2011，38（S1）：432-433，456.

　　[3]陈杰,张跃宇.云计算在智能电网中的应用及其安全问题研究[J].中兴通讯技术，2012，18（6）：17-21.

　　[4]樊邦奎,丁冠军,兰海滨,等.面向智能电网应用的云计算架构研究[J].电力信息与通信技术，2014，12(1)：1-6.

　　[5]杨洁,聂恬,杨懿.基于云计算的智能电网信息平台的应用效果[J].电子技术与软件工程,2014（22）：199-200.