龐思睿,，許鴻飛,，于  然,，張姣姣,，魏文亮，金  燊,，趙慶凱,，李雪梅

　　（國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司信息通信分公司,北京 100053）

　　摘  要： 分析了云計(jì)算在電力行業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù),，包括虛擬化技術(shù),、并行計(jì)算、分布式計(jì)算和云安全,。并對(duì)云計(jì)算在電力行業(yè)中的應(yīng)用,，如電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)、智能變電站,、電力仿真和電網(wǎng)GIS空間信息服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行了分析,。

　　關(guān)鍵詞： 云計(jì)算；并行計(jì)算,；智能變電站,；電力仿真

0 引言

　　云計(jì)算是近年來(lái)的熱門(mén)技術(shù)，自誕生之日就引起了各界極大的關(guān)注,。由于云計(jì)算是多種技術(shù)混合的演進(jìn),，各大IT巨頭公司不遺余力的推動(dòng)，云計(jì)算的發(fā)展極為迅速,。云計(jì)算利用分布式計(jì)算和虛擬資源管理等技術(shù),，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將分散的ICT 資源集中起來(lái)形成共享的資源池，并以動(dòng)態(tài)按需方式向用戶提供服務(wù),。用戶可以使用各種形式的終端(如PC,、平板電腦,、智能手機(jī)甚至智能電視等)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取ICT 資源服務(wù)。

　　隨著業(yè)界的重視,，云計(jì)算在ICT領(lǐng)域的影響力也越來(lái)越大,，帶來(lái)了新的計(jì)算模式和存儲(chǔ)模式,、新的互聯(lián)網(wǎng)安全和數(shù)據(jù)隱私信息保護(hù)等方面的挑戰(zhàn)等,。而對(duì)于眾多的企業(yè)來(lái)說(shuō)，通過(guò)云計(jì)算,，這些企業(yè)的信息化工作都可以用到先進(jìn)技術(shù),，而且前期成本較低，非常容易隨著業(yè)務(wù)需求進(jìn)行擴(kuò)展,。隨著企業(yè)對(duì)云計(jì)算的重視,，企業(yè)內(nèi)部關(guān)于云計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化需求也逐漸成為企業(yè)信息化工作的重要方面。在電力行業(yè),，提出了電力云概念,。電力云是通過(guò)硬件資源、平臺(tái)組件,、應(yīng)用軟件的集中服務(wù),，為電力企業(yè)及電力客戶、合作伙伴提供集中統(tǒng)一,、按需服務(wù),、彈性擴(kuò)展、安全可靠的云計(jì)算服務(wù)模式,，提升資源應(yīng)用效率,、提高信息處理能力、增強(qiáng)集約化管理水平,、降低系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本,。

1 云計(jì)算在電力應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

　　云計(jì)算所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)主要包括虛擬化技術(shù)、并行計(jì)算,、分布式技術(shù)和云安全技術(shù),。

　　1.1 虛擬化技術(shù)

　　虛擬化是指資源的抽象化，資源的邏輯表示,，不受物理限制的約束,，分為服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化,、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等,。虛擬化是資源池化的基礎(chǔ)，能夠有效提高資源管理水平,。

　　虛擬化技術(shù)可以降低IT硬件投資成本,，簡(jiǎn)化服務(wù)器運(yùn)維管理工作,，降低運(yùn)維管理成本，提升IT架構(gòu)對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)用的靈活適應(yīng)能力,，支持異構(gòu)環(huán)境的整合與業(yè)務(wù)應(yīng)用的持續(xù)運(yùn)行,。

　　在電網(wǎng)中引入虛擬化技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)如下介紹。

　?。?）IT資源集中部署和精細(xì)化管理：利用虛擬化技術(shù),，提升對(duì)信息資源全生命周期的管控精度，實(shí)現(xiàn)資源狀況的實(shí)時(shí)集中監(jiān)控,，為信息資源整體規(guī)劃提供精準(zhǔn)的決策依據(jù),。

　　（2）系統(tǒng)建設(shè)與物理資源低耦合度：實(shí)現(xiàn)服務(wù)器,、存儲(chǔ),、網(wǎng)絡(luò)等IT基礎(chǔ)設(shè)施的資源池化管理，按需快速分配資源,，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行環(huán)境的快速自動(dòng)化安裝配置,，有效提高運(yùn)維管理效率和人力投資成本。

　?。?）應(yīng)用系統(tǒng)高可用性：實(shí)現(xiàn)服務(wù)器故障自動(dòng)化管理,，運(yùn)行在故障服務(wù)器上的應(yīng)用自動(dòng)遷移到資源池中的空閑服務(wù)器，將應(yīng)用的停機(jī)時(shí)間從數(shù)小時(shí)降低至分鐘級(jí),。

　?。?）資源應(yīng)用配置非獨(dú)占，高資源利用率：動(dòng)態(tài)分配資源池中可用的計(jì)算,、存儲(chǔ),、網(wǎng)絡(luò)等資源，按需供應(yīng)給新應(yīng)用和需要擴(kuò)展資源的應(yīng)用,，大幅提高服務(wù)器資源整理利用效率,。

　　1.2 并行計(jì)算

　　并行計(jì)算是在串行計(jì)算的基礎(chǔ)上演變而來(lái)，是指同時(shí)使用多種計(jì)算資源解決計(jì)算問(wèn)題的過(guò)程,，它是實(shí)現(xiàn)高性能,、高可用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要途徑。

　　并行計(jì)算可以提高面向海量數(shù)據(jù)處理的計(jì)算效率,，提高數(shù)據(jù)處理的并發(fā)性,，簡(jiǎn)化并行編程難度，提供高效,、靈活,、易擴(kuò)展的計(jì)算服務(wù)能力定制化開(kāi)發(fā)。

　　并行計(jì)算引入帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)如下介紹,。

　?。?）高性能：使用多種計(jì)算資源快速解決大型復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題,，提供高性能云計(jì)算服務(wù)。

　?。?）高并發(fā)：通過(guò)并發(fā)工作模式管理計(jì)算任務(wù)分解和計(jì)算結(jié)果整合,，在簡(jiǎn)化并行編程難度的同時(shí)，具備高吞吐量,、低延遲的計(jì)算任務(wù)并發(fā)處理性能優(yōu)勢(shì),。

　　（3）高可用：基于資源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制改進(jìn)并行計(jì)算任務(wù)分配機(jī)制,，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)加入和實(shí)效節(jié)點(diǎn)的修復(fù)與退出,，保障云計(jì)算服務(wù)的高可用性,。

　?。?）高可擴(kuò)展；使用PC服務(wù)器,、刀片服務(wù)器等取代大型計(jì)算機(jī),，克服大型機(jī)規(guī)模擴(kuò)展上的限制，同時(shí)運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)連接各計(jì)算資源協(xié)同工作,，具備靈活的彈性擴(kuò)展能力,。

　　1.3 分布式技術(shù)

　　分布式技術(shù)主要包括分布式存儲(chǔ)、分布式文件系統(tǒng),、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和分布式搜索,。

　　（1）分布式存儲(chǔ)

　　分布式存儲(chǔ)是指將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)應(yīng)用軟件集合起來(lái)協(xié)同工作,，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問(wèn),。

　　電力云引入分布式存儲(chǔ)的主要優(yōu)點(diǎn)：

　　①存取高性能：提升海量數(shù)據(jù)處理的高吞吐量與低延遲性,。

　?、诟邤U(kuò)展能力：提升并發(fā)訪問(wèn)量的高可擴(kuò)展能力和存儲(chǔ)容量的高可擴(kuò)展能力。

　?、鄯?wù)高可靠：提升數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)的高可靠能力,。

　　④災(zāi)備可恢復(fù)：數(shù)據(jù)的安全備份采用熱備份與熱還原技術(shù),，支持快速差異備份,、增量備份與恢復(fù)，提升數(shù)據(jù)持續(xù)可用性,。

　?。?）分布式文件系統(tǒng)

　　分布式文件系統(tǒng)是存儲(chǔ)系統(tǒng)的核心，通過(guò)對(duì)操作系統(tǒng)所管理的存儲(chǔ)空間的抽象,，向用戶提供統(tǒng)一的,、對(duì)象化的訪問(wèn)接口,，屏蔽對(duì)物理設(shè)備的直接操作和資源管理。

　　電力云引入分布式文件系統(tǒng),，帶來(lái)的好處有：

　?、偬摂M性：進(jìn)一步提升工作并行能力和協(xié)作自治水平，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和系統(tǒng)透明性,。

　?、诳捎眯裕禾嵘植际江h(huán)境下持續(xù)可用的文件服務(wù)能力和可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)能力。

　?、蹟U(kuò)展性：提升性能可擴(kuò)展和管理可擴(kuò)展,，系統(tǒng)的性能增長(zhǎng)與規(guī)模擴(kuò)大呈線性關(guān)系，而系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大不會(huì)帶來(lái)管理復(fù)雜度的過(guò)度增加,。

　?、馨踩裕禾嵘龜?shù)據(jù)存儲(chǔ)安全和信任管理，保護(hù)文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)不被竊取,、篡改和破壞,，提供共享文件的可信任性評(píng)估。

　?。?）分布式數(shù)據(jù)庫(kù)

　　分布式數(shù)據(jù)庫(kù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上邏輯關(guān)聯(lián),、物理分布的數(shù)據(jù)庫(kù)多路匯集，使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將地理位置分散而管理和控制不同程度集中的多個(gè)邏輯單位（通常是集中式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)）連接起來(lái),，共同組成一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),。

　　電力云引入分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，帶來(lái)的好處是：

　?、傧到y(tǒng)可用性：提升系統(tǒng)的高可用性,，通過(guò)增加應(yīng)用的局部性，避免局部故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰,。

　?、谔幚砀卟⑿行裕禾嵘幚砀卟l(fā)性，全局查詢請(qǐng)求可分解成若干子查詢,，并分發(fā)至局部數(shù)據(jù)庫(kù)并行執(zhí)行,，提高了響應(yīng)速度。

　?、巯到y(tǒng)可擴(kuò)展性：提升系統(tǒng)可擴(kuò)展性,，采用模塊化設(shè)計(jì)并充分保留局部系統(tǒng)的自治性，便于系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展,。

　?。?）分布式搜索

　　分布式搜索是在云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)的基礎(chǔ)上，使用關(guān)鍵詞搜索的方法,，提供面向文檔,、圖片,、視頻、網(wǎng)頁(yè)等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),，以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的信息檢索服務(wù),。

　　電力云引入分布式搜索，帶來(lái)的好處是：

　?、僖惑w化搜索：通過(guò)構(gòu)建多級(jí)搜索應(yīng)用架構(gòu),，實(shí)現(xiàn)跨業(yè)務(wù)系統(tǒng)的搜索集成，形成異構(gòu)數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一描述,，提升面向多源多模態(tài)信息的檢索服務(wù),。

　　②結(jié)構(gòu)化搜索：屏蔽底層復(fù)雜的數(shù)據(jù)模式,，克服傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢?cè)陟`活性和實(shí)用性上的弊端,，有效降低非專業(yè)人員查詢業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)門(mén)檻。

　?、鄯墙Y(jié)構(gòu)化搜索：基于知識(shí)管理,，引入圖像處理,、模式識(shí)別等技術(shù),，提升大數(shù)據(jù)、多媒體環(huán)境下的高效信息檢索能力,。

　　1.4 云安全

　　云安全是伴隨云計(jì)算發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù),，是傳統(tǒng)信息安全技術(shù)在云計(jì)算環(huán)境中的創(chuàng)新體現(xiàn)與深入發(fā)展，主要包括云內(nèi)安全和云間安全,。如圖1所示,。

　　隨著云計(jì)算的發(fā)展與應(yīng)用的普及，云安全的重要性逐步上升,，是云計(jì)算建設(shè)與推廣應(yīng)用的基本前提與保障,。

　　與傳統(tǒng)IT架構(gòu)相比，云架構(gòu)其技術(shù)優(yōu)勢(shì)集中體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：一是簡(jiǎn)化信息資源的獲取,，提高信息服務(wù)質(zhì)量,；二是降低IT總投資成本、降低運(yùn)維服務(wù)成本,，延長(zhǎng)IT設(shè)備資產(chǎn)的壽命,；三是提高系統(tǒng)運(yùn)行效率、資源效能以及運(yùn)維管理效率,；四是提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,，實(shí)現(xiàn)計(jì)算的安全穩(wěn)定。

2 云計(jì)算在電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)用分析

　　在電力行業(yè)引入云計(jì)算,，不僅要對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)設(shè)施進(jìn)行升級(jí)和改造,，更是全面,、深入的電網(wǎng)運(yùn)行模式和業(yè)務(wù)模式的革新。首先,，電網(wǎng)各環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)協(xié)同性更強(qiáng),，發(fā)輸變配用以及調(diào)度環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)流、信息流趨于一致,；電力生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理與生產(chǎn)調(diào)度業(yè)務(wù)融合,，電網(wǎng)運(yùn)行全過(guò)程一體化監(jiān)控和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警控制能力大幅提升。其次,，隨著電力技術(shù)和智能化裝備相繼投入應(yīng)用,，電網(wǎng)業(yè)務(wù)將在傳統(tǒng)模式下實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)展和衍生，產(chǎn)生出更多創(chuàng)新性業(yè)務(wù),。云計(jì)算能夠滿足智能電網(wǎng)建設(shè)對(duì)信息技術(shù)的要求,，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有電力信息系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)設(shè)施的整合，大幅提高資源利用效率和數(shù)據(jù)處理能力,。

　　電網(wǎng)智能化的實(shí)現(xiàn)需要對(duì)各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理,、分析、挖掘,、反饋,，需要支持大規(guī)模數(shù)據(jù)訪問(wèn)和高效數(shù)據(jù)處理的信息技術(shù)支撐。通過(guò)引入虛擬化,、并行計(jì)算,、分布式、云安全等關(guān)鍵技術(shù),，實(shí)現(xiàn)IT資源集中部署和精細(xì)化管理,，進(jìn)一步提高應(yīng)用系統(tǒng)高可用性，改變現(xiàn)有應(yīng)用于資源配置獨(dú)占方式導(dǎo)致的資源總體使用水平低的問(wèn)題,。云計(jì)算在電網(wǎng)中的應(yīng)用包括以下幾方面,。

　　（1）電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)：一級(jí)部署使得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)呈幾何級(jí)增長(zhǎng),，現(xiàn)有的系統(tǒng)無(wú)法滿足海量電能質(zhì)量數(shù)據(jù)信息的采集與存儲(chǔ)要求,。由于系統(tǒng)計(jì)算分析能力不足，導(dǎo)致在線分析速度緩慢,。通過(guò)云計(jì)算技術(shù),，增強(qiáng)系統(tǒng)的高吞吐能力和可靠性，提升電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集電能數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)電能質(zhì)量查詢的效率,。增強(qiáng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)算分析能力,，縮短整體的電能質(zhì)量分析用時(shí)，及時(shí)了解電能質(zhì)量狀況，給有關(guān)部門(mén)和領(lǐng)導(dǎo)提供決策依據(jù),。

　?。?）智能變電站：智能變電站中的智能生產(chǎn)控制云滴系統(tǒng)需要高度整合數(shù)據(jù)與硬件資源，提供對(duì)各項(xiàng)資源的靈活擴(kuò)展,、統(tǒng)一管理與高效處理,。通過(guò)虛擬化技術(shù)和資源動(dòng)態(tài)分配調(diào)度，提高系統(tǒng)資源的可用性和使用率,，降低智能變電站的硬件購(gòu)置和系統(tǒng)運(yùn)維成本,。增強(qiáng)智能生產(chǎn)控制云滴系統(tǒng)的計(jì)算分析能力，最大限度地利用系統(tǒng)計(jì)算資源,，整體提高處理效率,。

　　（3）電力仿真：現(xiàn)有的仿真分析技術(shù)手段單一,，對(duì)軟硬件和網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率不高,，已有的仿真分析系統(tǒng)建設(shè)分散、多地多人多業(yè)務(wù)之間聯(lián)系較少,，無(wú)法適應(yīng)跨區(qū)電網(wǎng)聯(lián)合計(jì)算,、數(shù)據(jù)分散維護(hù)集中管理等應(yīng)用場(chǎng)景的多層級(jí)高效協(xié)同需求。提升跨區(qū)域電網(wǎng),、跨專業(yè)領(lǐng)域的電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)全過(guò)程仿真能力,，為內(nèi)外部單位提供優(yōu)質(zhì)的電網(wǎng)仿真分析服務(wù)，提升仿真分析科研成果的經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值,。

　?。?）電網(wǎng)GIS空間信息服務(wù)平臺(tái)：隨著一級(jí)部署建設(shè)進(jìn)程的加快，GIS系統(tǒng)在矢量地圖,、衛(wèi)星圖片、地理高程圖等海量數(shù)圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理,、地圖發(fā)布,、拓?fù)浞治鲇?jì)算等方面的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足未來(lái)的應(yīng)用需求。提升對(duì)海量數(shù)圖數(shù)據(jù)的存取訪問(wèn)速度,，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一集中的存儲(chǔ)管理,，加快了對(duì)GIS用戶的請(qǐng)求響應(yīng)速度。提升地圖發(fā)布效率,；提升對(duì)停電分析,、路網(wǎng)分析業(yè)務(wù)的響應(yīng)能力；提升對(duì)地圖查詢匹配的速度,。

　　通過(guò)針對(duì)業(yè)務(wù)與技術(shù)的綜合分析,，云計(jì)算技術(shù)也存在不適用的應(yīng)用場(chǎng)景，主要包括以下三個(gè)方面：一是虛擬化技術(shù)暫不適用對(duì)磁盤(pán)I/O性能要求高、需要特殊硬件支持的應(yīng)用,，如特殊芯片組成的硬件,。同時(shí)，由于一個(gè)物理機(jī)上的多臺(tái)虛擬機(jī)共享網(wǎng)絡(luò)通訊資源,，虛擬化技術(shù)暫不適用于對(duì)帶寬和消息傳遞速度及質(zhì)量要求很高的應(yīng)用場(chǎng)景,，如實(shí)時(shí)控制。二是分布式技術(shù)暫不適用于數(shù)據(jù)一致性要求高和實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用場(chǎng)景,，如需要關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集上的頻繁數(shù)據(jù)更新的管理信息系統(tǒng)MIS應(yīng)用,。三是并行計(jì)算技術(shù)暫不適用大規(guī)模事務(wù)性處理的應(yīng)用。另外,，云安全是電力云建設(shè)與推廣應(yīng)用的基本前提與保障,，現(xiàn)有技術(shù)手段能夠確保信息內(nèi)網(wǎng)云安全，信息外網(wǎng)還存有潛在的安全風(fēng)險(xiǎn),，現(xiàn)有安全手段尚不能完全保障外網(wǎng)云安全,。

3 結(jié)束語(yǔ)

　　總之，在電力行業(yè)引入云計(jì)算技術(shù),，通過(guò)硬件資源,、平臺(tái)組件、應(yīng)用軟件的集中服務(wù),，為電力行業(yè)提供集中統(tǒng)一,、按需服務(wù)、彈性擴(kuò)展,、安全可靠的云計(jì)算服務(wù)模式,，可以提升電力行業(yè)的資源應(yīng)用效率、提高信息處理能力,、增強(qiáng)集約化管理水平,，降低系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本，提升電力行業(yè)的信息化水平,。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]崔妍.基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)信息平臺(tái)的研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用, 2015（5）：103.

　　[2]李琪林,周明天,，面向智能電網(wǎng)的云計(jì)算技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2011,，38（S1）：432-433,，456.

　　[3]陳杰,張躍宇.云計(jì)算在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用及其安全問(wèn)題研究[J].中興通訊技術(shù)，2012,，18（6）：17-21.

　　[4]樊邦奎,丁冠軍,蘭海濱,等.面向智能電網(wǎng)應(yīng)用的云計(jì)算架構(gòu)研究[J].電力信息與通信技術(shù),，2014，12(1)：1-6.

　　[5]楊潔,聶恬,楊懿.基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)信息平臺(tái)的應(yīng)用效果[J].電子技術(shù)與軟件工程,2014（22）：199-200.