面向电力调度数据网的云计算应用浅析

【摘 要】随着智能变电站大量建设，电力调度数据网的节点数将不断增长，其复杂程度不断增加，与此同时电力调度数据网承载的业务无论是种类还是数据量都不断增多。本文基于电网现状，提出将Hadoop 云计算技术应用于电力调度数据网，并探究新方法的可行性、优势及需要解决的问题。并开展相应的前瞻性研究。

【关键词】调度数据网；云计算；智能变电站

1 引言

随着电网的发展，电力生产调度的许多数据业务，如电量计费系统、电力市场支撑系统、保护故障信息系统、生产计划考核与检修工作票处理系统、EMS 系统、MIS系统以及 RTU 上网等业务已经在电力调度数据网上投入使用。电网生产和管理业务的安全性，对调度数据网的安全运行提出了很高的要求。

另一个方面，随着智能变电站的大量推广，智能电网环境下状态数据量将巨增，远远超出传统电网状态监测的范畴，不仅涵盖一次系统设备，还囊括了二次系统设备；不仅包括实时在线状态数据，还应包括设备基本信息、试验数据、运行数据、缺陷数据、巡检记录、带电测试数据等离线信息，数据量极大、可靠性和实时性要求高，面对这些海量的、分布式的、异构的、复杂的状态数据，常规的数据存储与管理方法会遇到极大的困难。

云计算是一种新兴计算模型，它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使用户能够按需获取计算能力、存储空间和信息服务。云计算具有超大规模、支持虚拟化、高可靠性、高可扩展性、按需服务和极其廉价的特点，为上述问题的解决带来了机遇。

2 云计算技术

“云计算”是相对于网络计算提出了一个新的概念，可以说是网络计算的一种进化的产物，现在我们简要介绍一下相关的技术基础。

2.1 云计算基本原理

云计算的基本原理是， 通过使计算分布在大量的分布式计算机上， 而非本地计算机或远程服务器中， 企业数据中心的运行将更与互联网相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用上， 根据需求访问计算机和存储系统。它把存储在众多分布式计算机中的大量数据资源和处理器资源整合在一起协同工作。云计算是一种新的共享基础架构的方法， 它可以将巨大的系统资源联合以提供各种不同的服务。这使得企业能够将资源切换到需要的当前应用上， 根据需求提供处理器和存储资源。在云计算平台中的服务器可以是物理的服务器或者虚拟的服务器。高级的计算云通常包含一些其他计算资源， 如存储区域网络、网络设备、防火墙以及其他安全设备等。

2.2 云计算系统

Hadoop 是最知名的云计算开源系统，它模仿和实现了 Google 云计算的主要技术，可以在大量廉价的硬件设施组成的集群上运行应用程序，为应用程序提供了一组稳定可靠的接口，旨在构建一个具有高可靠性和良好扩展性的分布式系统。Ha-doop 的核心技术是 HDFS、MapReduce 和 HBase。HDFS 是一个分布式文件系统，有着高容错性的特点，并且设计用来部署在低廉的硬件上。而且它提供高传输率来访问应用程序的数据，适合有着超大数据集（电网监测数据）的应用程序。MapReduce 是一种编程模型，以在大型集群上执行分布式应用的简单性和可用性著称，由Map（映射） 和 Reduce（化简） 组成。Hadoop 中Map 操作在各节点并行完成，处理过程中一般没有数据的传输工作，只是在 Reduce 过程中需要向主节点传送计算结果，对于数据密集型的计算节省了大量的数据传输时间。HBase 是一种构建在 HDFS 之上的分布式、面向列的存储系统，适合实时读写、随机访问超大数据集的应用。HBase 通过线性方式从上到下增加节点来进行扩展，不是关系型数据库，也不支持 SQL，但它巧妙地将大而稀疏的表放到廉价服务器上。

图1 华北电力调度数据网

3 电力调度数据网

我国电力调度系统数据网络SPDnet 分为三级：国家电力调度通信中心与各大区网调及独立省调之间的数据网络称为一级网络，利用电力系统的数字微波和卫星通道，构成基本网架；大区网调与区内省调及直属地调之间的数据网络称为二级网络；省调与地调之间的数据网络称为三级网络。电力调度数据网的建立和投运，为电网调度自动化系统的全国联网和 MIS 系统的全国联网奠定了基础，为保证电力系统的安全、经济、优质运行提供了技术措施，是电力系统技术进步的表现。

以华北地区为例，华北电力调度数据网（如图1）属于 SPDnet 二级网络，网覆盖华北三个省、一个自治区、两个直辖市以及五个直属地调的调度中心及所属的直调厂站。利用华北电力主干光纤，在高可靠性的 SDH 光纤传输通道上建立高可靠、高性能、高带宽、综合多种调度生产业务的数据通信网络，为华北电网和相关电力企业的生产提供服务。按照三层网络结构考虑：核心层、骨干层和接入层。华北电力调度数据网核心层、骨干层采用环形结构，接入层采用星形双归结构。在华北网调设置网管中心，统一进行全网的网络管理和业务管理。华北电力调度数据网核心层主要承担网络的高速数据交换和数据流汇总，作为整个华北网调度数据网的核心；骨干层主要承担核心到各个省市调度之间的高速数据通道，以及各个厂站接入节点的数据汇聚；接入层主要承担各调度点的业务接入及数据汇入骨干层的作用。考虑华北电力调度数据网是一个统一规划管理的网络系统以及目前的规模，采用单自治域方式

4 云计算应用于调度数据网

由于智能变电站的大量建设，伴随产生了“大数据”业务将不断的涌入调度数据网，而由于智能 数据具有广域、全景、海量、实时、准确可靠的特征，采用常规调度数据网意义上数据存储与管理方法的数据中心在不久的将来将不能满足智能电网的需要。

智能电网使状态数据向高采样率、连续稳态记录和海量存储的趋势发展。例如电力系统故障信号是宽频带的非周期信号，它包含了工频、高频和局部的脉冲成份，记录这一非平稳信号需要的采样率达到 1～4MHz，使从传感器采集的时间序列数据量很大。

4.2 充分利用闲置资源，建设成本低

目前各省或地区供电公司闲置了许多服务器资源，未充分利用。Hadoop 云存储技术的扩容非常简单，可以直接利用闲置的服务器搭建，且不要求服务器类型相同，大幅降低建设成本，并利用虚拟化技术提高设备的利用率。

4.3 可靠性高

Hadoop的数据存储系统 HDFS采用分布式存储的方式来存储数据，采用冗余存储的方式来保证存储数据的可靠性，以高可靠软件来弥补硬件的不可靠，从而提供廉价可靠的海量分布式存储和计算系统。

4.4 有效的管理技术

云计算资源规模庞大，一个系统的服务器数量可能会高达十万台并跨越几个坐落于不同物理地点的数据中心，同时还运行成百上千种应用。对云存储技术来说，每台存储服务器的使用状况，都可以在一个管理界面上看到。智能电网状态监测不同于典型的互联网应用，以 Google 为代表的适用于互联网的云计算技术无法直接应用，因此本文的研究围绕开源的Hadoop 技术架构展开，便于改进与优化，以及原型系统的建立与实验。

5 结语

基于云计算模式的电力调度系统将是一个具有高性能、高可靠性、可管理的新一代数据网络。但是其好多技术应用还需行进行研究，因为调度数据网的可靠性、安全性又是我们需要进行保证的，但是我相信随着“云”技术的发展，将会逐步解决诸多问题，从而与电力调度数据网更好的结合，电网高效、安全、可靠、稳定、经济运行提供有力保障。

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