智能电网中的云计算平台研究.docx

智能电网中的云计算平台研究.docx

《智能电网中的云计算平台研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能电网中的云计算平台研究.docx（7页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

智能电网中的云计算平台研究

智能电网中的云计算平台研究

摘要：

统一坚强智能电网是未来电网发展的趋势，信息技术是其建设和发展的重要支撑，云计算为坚强智能电网下的海量数据处理、分析、存储、管理与计算平台提供了新的技术手段。

为了更好地研究和利用云计算构建智能电网中的信息平台，首先对云计算进行了概述，总结了智能电网对信息平台的要求及云计算在智能电网中的应用，并结合已有研究对智能电网下云计算平台研究的新内容进行了讨论分析。

　　关键词：

云计算；智能电网；信息平台；电力系统

　　0引言

　　近年来，电网规模不断扩大，结构日趋复杂，市场化改革日益深入，新能源技术不断涌现和革新，使得电力系统的安全与经济运行以及系统控制等变得越来越困难。

为了应对上述挑战，美国电力研究协会早在2001年提出了智能电网的概念，随后，欧洲成立“智能电网欧洲技术论坛”，将智能电网上升到战略地位展开研究。

在国内，国家电网公司确立了建设坚强智能电网的发展战略，提出了以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有“信息化、数字化、自动化、互动化”特征的坚强智能电网发展目标。

依靠计算机、通信和控制等技术构建各种信息平台是国家电网所提出的“四化”坚强智能电网的重要手段。

　　随着分布式处理、并行计算、网格计算和效用计算的发展，云计算为智能电网下的数据规模海量信息处理、分析、存储、管理与计算平台提供了新的解决思路。

　　1云计算概述

　　目前，对于云计算并没有一个标准化的定义，但根据文献[1]的解释，云计算是在因特网环境下的一种分布式计算模式，它强调面向服务（SOA）的概念和“数据中心”的架设，通过虚拟化技术，向用户提供各种服务，并实行“按需供给，按需付费”的思想，以比传统分布式计算更加经济的方式提供服务。

计算机学术界和产业界普遍认为，云计算可向用户提供3个层面的服务，即“基础设施即服务（IaaS）”、“平台即服务（PaaS）”，以及“软件即服务（SaaS）”。

　　在国内的电力系统产业界，已经开展了多种信息平台建设方案，包括国家电网公司的SG186与国家电网企业资源计划（SG-ERP）、南方电网公司的基于SOA的企业级信息系统、华东电网企业级信息系统等。

在IT产业界，包括Goole、MicroSoft、IBM等在内的许多行业大企业投身于云计算的研究与实践，并推出了一系列的云计算平台，包括AmazonElasticComputeCloud、GoogleAppEngine、SunGrid、Aneka等[2]。

在学术界，也有研究者开始探讨云计算技术在科学计算和工程计算中的应用前景[3]。

　　2智能电网下的信息平台

　　2.1智能电网对信息平台的要求

　　根据文献[4]的阐释，精确、快速、开放、共享的信息系统是智能电网的基础，也是智能电网与传统电网的最大区别所在。

综合文献[4-5]可知，智能电网的战略思想对信息平台的建设提出了以下三方面的更高要求：

（1）贯通智能电网的发电、输电、变电、配电、用电、调度6个环节，实现信息的全面采集、流畅传输和高效处理，支撑电力流、信息流、业务流的高度一体化。

（2）建立信息共享透明、集成规范、功能强大的业务协同和互操作平台。

　　（3）高效的海量信息的可靠存储与管理，充分挖掘信息的潜在价值，提升智能电网的分析和决策支持水平。

　　由上所述，建立安全、稳定、灵活的大规模海量信息处理与计算平台是推动智能电网发展与建设的关键所在。

而作为分布式处理、并行计算、网格计算和效用计算的进一步发展，近年来云计算概念的提出为此问题提供了一个崭新的解决思路。

　　2.2云计算在智能电网中的应用

　　近年来，部分学者开始对云计算技术与智能电网相结合的可能性进行研究[6]。

采用云计算技术构建智能电网信息平台，可以在现有电力设备基本不变的情况下，充分整合中国电力系统内部的计算处理与存储资源，实现智能电网全部业务信息的可靠存储与管理，具有成本低、可靠性高、易扩展等优势，极大提高了电网数据处理与交互能力，为智能电网信息平台的建设提供了全新的解决技术。

　　根据目前的研究，云计算在智能电网信息平台中的研究及应用主要体现在以下3个方面：

（1）异构资源的集成与管理。

　　在电力自动化系统中，存在多种应用系统和不同的应用平台，由于其应用的不同以及软硬件提供商、开发商不同，导致数据资源分散，并呈明显的异构性，很难实现共享。

云计算利用虚拟化技术使不同的服务器、网络和应用等资源抽象成服务形式，屏蔽其各自差异统一对外提供服务。

另外，通过云计算的平台管理技术来实现服务器协同工作。

（2）海量数据的分布式存储与管理。

　　使用分布式存储方式，云计算可以在智能电网中高效存储海量级别的数据，并能保证电网数据的可靠性。

采用BigTable等技术，云计算可实现对各类电网数据的分析、处理以及高效管理。

　　（3）快速的电力系统并行计算与分析。

　　云计算具有高性能的并行处理及运行能力，可为智能电网高效计算与分析提供有效保证。

　　3智能电网下云计算研究内容探析

　　对云计算技术的研究，特别是云计算技术在智能电网中的应用研究尚处于探索阶段。

除了云计算平台中需要解决的异构资源集成优化、资源虚拟化、云计算服务架构选择等基本关键问题之外，对于智能电网的要求与特点，还需要重点考虑，同时要研究智能电网云端的调度和自愈性问题。

　　3.1智能电网云端的任务调度电力系统中常常有大量的计算任务，这些计算任务本身需要强大的计算能力，并且要求能得到及时反应，具有实时性。

智能电网提出后，这种对实时计算资源的要求与依赖必然会进一步提高。

引入云计算技术，用户在虚拟的平台上设计与提交计算任务，云计算平台将按照一定的算法与规则按需为计算任务分配计算资源。

因此，任务调度系统是云计算平台中的重要组成部分，它要根据任务的信息采用适当的策略把不同的任务分配到不同的资源节点上去运行。

由于云计算平台的基础设施具有异构性和动态性等特点，这就对网格的任务分配策略提出了严峻的考验，不好的任务分配策略势必会增加任务的执行时间，降低整个云计算系统的吞吐量。

针对智能电网中不同类别的任务调度，如何高效地分配利用分布式资源，尚需要一些有效的调度算法。

　　近年来，启发式智能算法成为任务调度问题的一个主要研究方向，经典启发式算法主要包括Min-min算法、Sufferage算法、遗传算法（GeneticAlgorithm，GA）和模拟退火（Simu-latedAnnealing，SA）算法。

其中，GA算法、SA算法的复杂度较高，Min-min算法以最快的速度减少调度队列中的作业，尽量缩短所有作业的完成时间，但Min-min算法会使系统负载不均衡，并导致makespan较大。

Sufferage算法具有较好的综合性能，其makespan较小且系统负载均衡，但它没有考虑任务的QoS需求，且会出现任务被多次分配的情况[7]。

　　同时，用经济模型来刻画资源的供求关系也逐渐得到广泛的利用。

澳大利亚的Buyya在计算经济体系结构（GridArchitectureofComputationalEconomy）下提出了一种DBC（DeadlineandBudgetConstrained）调度算法。

与传统的启发式算法不同，在该算法中，任务的计算费用也作为一个重要的QoS参数被考虑进来，并根据不同的侧重点分为时间最优化、费用最优化和保守时间最优化等，分别以任务的计算时间和计算费用作为主要目标进行优化[8]。

　　但是以上算法均是基于离线的信任管理模式，都是一次分配完毕便对任务进行固定的调度，不能顺应云计算环境中计算任务和异构环境变化的特性，也不能解决网络欺诈等问题。

在面向智能电网的云计算平台中，云端所要调度的任务环境是面向整个电力系统网络甚至是公有网络。

因此，为适应智能电网信息平台环境中的动态性、实时性以及安全性要求，需要结合已有的各种研究成果，分析各种调度算法的优点与不足，研究动态的、面向智能电网的任务调度算法。

　　3.2智能电网云的自愈性

　　智能电网是为实现电力系统安全稳定、优质可靠、经济环保要求而提出的未来电网发展方向，是实施可持续供电战略的重要保障，具有融合、优化、分布、协调、互动、自愈等特征[2]。

其中，自愈是智能电网的标志性特征，目的是通过快速仿真决策、协调/自适应控制和分布能源集成，实现实时评价电力系统行为、应对电力系统可能发生的各种事件组合、防止大面积停电，并快速从紧急状态恢复到正常状态[9-10]，因此，有文献将智能电网称为自愈电网[10]。

　　目前，国内外学者都在积极探讨具有自愈能力的电网架构。

有学者将电网的自愈划分为两个层面：

一是元件层，二是系统层。

元件层即电力网络的一、二次元件，如一次元件有断路器、变压器、FACTS装置等；二次元件有各类保护和自动装置等。

元件层的自愈主要是针对某个局部设备的修复或替换。

系统层则是针对系统中的故障进行自行隔离并自动完成不中断输电和供电的功能，它基于全系统的信息，以全系统能最大限度保证正常运行为目标并涉及对多个元件的处理。

新的研究内容电力云是面向智能电网的，因此也应充分保证服务平台的自愈性，保证在系统受到恶意攻击或者网络、基本设施出错失效时，依然能最大限度地保证系统的正常运行。

　　现有研究大部分集中在元件层或者对元件的直接控制上，而电力云最重要的意义在于利用分布式资源来完成大量复杂的电力系统计算任务。

在电力云中造成系统内部出错的原因主要集中在网络故障、网络攻击和资源的临时失效，这些错误都是可以恢复并且通过自愈机制来实现“透明化”的，因此与传统的电力系统有所不同，而现有的自愈机制又无法直接应用。

为此，研究一种面向智能电网云的自愈机制，实现基于云计算的智能电网信息平台的自愈性，主要通过两种手段，一是出错检测，二是出错之后的补偿算法，以实现计算资源的热交换，保证计算任务的顺利执行。

　　4结语

　　云计算是近年来的一项新兴发展技术，它能有效实现高性能的分布式计算。

通过对大量异构分布式计算资源的集成，云计算具有超强的并行计算能力和存储能力，并具有良好的可扩展性、高可靠性和高度自动化、虚拟化等优点。

目前，云计算的发展还处于起步阶段，智能电网下构建云计算平台也处于研究的探索阶段，诸多内容有待深入研究。

采用云计算技术构建智能电网信息平台，可以在现有电力设备基本不变的情况下，充分整合中国电力系统内部的计算处理与存储资源，实现智能电网全部业务信息的可靠存储与管理，具有成本低、可靠性高、易扩展等优势，极大提高了电网数据处理与交互能力，为智能电网信息平台的建设提供了全新的技术手段。

　　参考文献参考文献：

　　[1]LBARROSO，UHOLZLE.Thedatacentersasacomputer：

anintroductiontothedesignofwarehourse-scalemachines[J].SynthesisLecturesonComputerArchitecture，2009（6）：

1-207.

　　[2]IFOSTER，YZHAO，IRAICU，etal.Cloudcomputingandgridcomputing360-degreecompared[C].GridComputingEnvironmentsWorkshop，2008.[3]CEVANGELINOS，CHILL.CloudcomputingforparallelscientificHPCapplications：

feasibilityandrunningcoupledatmosphere-oceanclimatemodelsonamazon’sEC2[C].RatioElectronicResource，2008.

　　[4]AMINM，WOLLENBERGBF.Towardasmartgrid：

powerdeliveryforthe21stcentury[J].IEEETransonPowerandEnergy，2005，3（5）：

34-41.

　　[5]HFARHANGI.Thepathofthesmartgrid[J].IEEEPowerandEnergyMagazine，2010，8

（1）：

18-28.

　　[6]王德文，宋亚奇，朱永利.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.

　　[7]雷炳翰，何军，何翔，等.基于QoS的网格负载调度算法[J].计算机工程，2009，35（24）：

96-98.

　　[8]RBUYYA，MMERSHED，DABRAMSOM.Adeadlineandbudgetconstrainedcost-timeoptimizationalgorithmforschedulingtaskfarmingapplicationsonglobalgrids[C].Inthe2002InternationalConferenceonParallelandDistributedProcessingTechniquesandApplications（PDPTA02），LasVegas，2002.

　　[9]SRAHMAN，MPIPATTANASOMPORN，YTEKLU.Intelligentdistributedautonomouspowersystems（IDAPS）[C].ProceedingsofIEEEPowerEngineeringSocietyGeneralMeeting，2007.

　　[10]王明俊.自愈电网与分布能源[J].电网技术，2007，31（6）：

1-7.

　　ResearchonCloudComputingPlatformunderSmartGrid

　　英文摘要Abstract：

Theunifiedstrongsmartgridisthefuturedevelopmenttrendofpowergrid，theinformationtechnologyisanimportantinfrastructureforitsconstructionanddevelopment，cloudcomputingprovidesanewtechnologyforstrongsmartgridtoprocess，analyze，storage，managementofitsmassivescaleinformationandcomputingplatform.Inordertobetterresearchandtakeadvantageofcloudcomputingtobuildinformationplatformofsmartgrid，firstlyanoverviewofcloudcomputingisstated，therequirementsofinformationplatformforsmartgridandtheapplicationsofcloudcomputinginsmartgridaresummarized，adiscussionandanalysisofnewresearchcontentisgivencombinewiththeexistingresearchonthecloudcomputingplatformundersmartgrid.

　　英文关键词KeyWords：

CloudComputing；SmartGrid；InformationPlatform；PowerSystem