近年來，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，結(jié)構(gòu)日趨復雜，市場化改革日益深入，新能源技術(shù)不斷涌現(xiàn)和革新，使得電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行以及系統(tǒng)控制等變得越來越困難。為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，美國電力研究協(xié)會早在2001年提出了智能電網(wǎng)的概念，隨后，歐洲成立“智能電網(wǎng)歐洲技術(shù)論壇”，將智能電網(wǎng)上升到戰(zhàn)略地位展開研究。在國內(nèi)，國家電網(wǎng)公司確立了建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略，提出了以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有“信息化、數(shù)字化、自動化、互動化”特征的堅強智能電網(wǎng)發(fā)展目標。依靠計算機、通信和控制等技術(shù)構(gòu)建各種信息平臺是國家電網(wǎng)所提出的“四化”堅強智能電網(wǎng)的重要手段。隨著分布式處理、并行計算、網(wǎng)格計算和效用計算的發(fā)展，云計算為智能電網(wǎng)下的數(shù)據(jù)規(guī)模海量信息處理、分析、存儲、管理與計算平臺提供了新的解決思路。

　　1、云計算概述

　　目前，對于云計算并沒有一個標準化的定義，但根據(jù)文獻的解釋，云計算是在因特網(wǎng)環(huán)境下的一種分布式計算模式，它強調(diào)面向服務(wù)（SOA）的概念和“數(shù)據(jù)中心”的架設(shè)，通過虛擬化技術(shù)，向用戶提供各種服務(wù)，并實行“按需供給，按需付費”的思想，以比傳統(tǒng)分布式計算更加經(jīng)濟的方式提供服務(wù)。計算機學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界普遍認為，云計算可向用戶提供３個層面的服務(wù)，即“基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）” 、“平臺即服務(wù)（PaaS ）” ，以及“軟件即服務(wù)（SaaS）”。

　　在國內(nèi)的電力系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)界，已經(jīng)開展了多種信息平臺建設(shè)方案，包括國家電網(wǎng)公司的SG１８６與國家電網(wǎng)企業(yè)資源計劃（SG‐ERP）、南方電網(wǎng)公司的基于SOA的企業(yè)級信息系統(tǒng)、華東電網(wǎng)企業(yè)級信息系統(tǒng)等。在IT 產(chǎn)業(yè)界，包括Google 、MicroSoft 、IBM等在內(nèi)的許多行業(yè)大企業(yè)投身于云計算的研究與實踐，并推出了一系列的云計算平臺，包括Amazon Elastic Compute Cloud、Google App Engine、Sun Grid、Aneka等。在學術(shù)界，也有研究者開始探討云計算技術(shù)在科學計算和工程計算中的應(yīng)用前景。

　　2、智能電網(wǎng)下的信息平臺

　　2.1 智能電網(wǎng)對信息平臺的要求

　　根據(jù)文獻的闡釋，精確、快速、開放、共享的信息系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的最大區(qū)別所在。智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略思想對信息平臺的建設(shè)提出了以下三方面的更高要求：

　　（１）貫通智能電網(wǎng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度６個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)信息的全面采集、流暢傳輸和高效處理，支撐電力流、信息流、業(yè)務(wù)流的高度一體化。

　　（２）建立信息共享透明、集成規(guī)范、功能強大的業(yè)務(wù)協(xié)同和互操作平臺。

　　（３）高效的海量信息的可靠存儲與管理，充分挖掘信息的潛在價值，提升智能電網(wǎng)的分析和決策支持水平。由上所述，建立安全、穩(wěn)定、靈活的大規(guī)模海量信息處理與計算平臺是推動智能電網(wǎng)發(fā)展與建設(shè)的關(guān)鍵所在。而作為分布式處理、并行計算、網(wǎng)格計算和效用計算的進一步發(fā)展，近年來云計算概念的提出為此問題提供了一個嶄新的解決思路。

　　2.2 云計算在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

　　近年來，部分學者開始對云計算技術(shù)與智能電網(wǎng)相結(jié)合的可能性進行研究。采用云計算技術(shù)構(gòu)建智能電網(wǎng)信息平臺，可以在現(xiàn)有電力設(shè)備基本不變的情況下，充分整合中國電力系統(tǒng)內(nèi)部的計算處理與存儲資源，實現(xiàn)智能電網(wǎng)全部業(yè)務(wù)信息的可靠存儲與管理，具有成本低、可靠性高、易擴展等優(yōu)勢，極大提高了電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與交互能力，為智能電網(wǎng)信息平臺的建設(shè)提供了全新的解決技術(shù)。根據(jù)目前的研究，云計算在智能電網(wǎng)信息平臺中的研究及應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下３個方面：

　　（１）異構(gòu)資源的集成與管理。在電力自動化系統(tǒng)中，存在多種應(yīng)用系統(tǒng)和不同的應(yīng)用平臺，由于其應(yīng)用的不同以及軟硬件提供商、開發(fā)商不同，導致數(shù)據(jù)資源分散，并呈明顯的異構(gòu)性，很難實現(xiàn)共享。云計算利用虛擬化技術(shù)使不同的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用等資源抽象成服務(wù)形式，屏蔽其各自差異統(tǒng)一對外提供服務(wù)。另外，通過云計算的平臺管理技術(shù)來實現(xiàn)服務(wù)器協(xié)同工作。

　　（２）海量數(shù)據(jù)的分布式存儲與管理。使用分布式存儲方式，云計算可以在智能電網(wǎng)中高效存儲海量級別的數(shù)據(jù)，并能保證電網(wǎng)數(shù)據(jù)的可靠性。采用BigTable等技術(shù)，云計算可實現(xiàn)對各類電網(wǎng)數(shù)據(jù)的分析、處理以及高效管理。

　　（３）快速的電力系統(tǒng)并行計算與分析。云計算具有高性能的并行處理及運行能力，可為智能電網(wǎng)高效計算與分析提供有效保證。

　　3、智能電網(wǎng)下云計算研究內(nèi)容探析

　　對云計算技術(shù)的研究，特別是云計算技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究尚處于探索階段。除了云計算平臺中需要解決的異構(gòu)資源集成優(yōu)化、資源虛擬化、云計算服務(wù)架構(gòu)選擇等基本關(guān)鍵問題之外，對于智能電網(wǎng)的要求與特點，還需要重點考慮，同時要研究智能電網(wǎng)云端的調(diào)度和自愈性問題。

　　3.1 智能電網(wǎng)云端的任務(wù)調(diào)度

　　電力系統(tǒng)中常常有大量的計算任務(wù)，這些計算任務(wù)本身需要強大的計算能力，并且要求能得到及時反應(yīng)，具有實時性。智能電網(wǎng)提出后，這種對實時計算資源的要求與依賴必然會進一步提高。引入云計算技術(shù)，用戶在虛擬的平臺上設(shè)計與提交計算任務(wù)，云計算平臺將按照一定的算法與規(guī)則按需為計算任務(wù)分配計算資源。因此，任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)是云計算平臺中的重要組成部分，它要根據(jù)任務(wù)的信息采用適當?shù)牟呗园巡煌�的任�?wù)分配到不同的資源節(jié)點上去運行。由于云計算平臺的基礎(chǔ)設(shè)施具有異構(gòu)性和動態(tài)性等特點，這就對網(wǎng)格的任務(wù)分配策略提出了嚴峻的考驗，不好的任務(wù)分配策略勢必會增加任務(wù)的執(zhí)行時間，降低整個云計算系統(tǒng)的吞吐量。針對智能電網(wǎng)中不同類別的任務(wù)調(diào)度，如何高效地分配利用分布式資源，尚需要一些有效的調(diào)度算法。

　　近年來，啟發(fā)式智能算法成為任務(wù)調(diào)度問題的一個主要研究方向，經(jīng)典啟發(fā)式算法主要包括Min-min算法、Sufferage 算法、遺傳算法（Genetic Algorithm，GA）和模擬退火（Simu-lated Annealing ，SA）算法。其中，GA算法、SA算法的復雜度較高，Min-min算法以最快的速度減少調(diào)度隊列中的作業(yè)，盡量縮短所有作業(yè)的完成時間，但Min‐min算法會使系統(tǒng)負載不均衡，并導致makespan較大。Sufferage算法具有較好的綜合性能，其makespan較小且系統(tǒng)負載均衡，但它沒有考慮任務(wù)的QoS需求，且會出現(xiàn)任務(wù)被多次分配的情況。

　　同時，用經(jīng)濟模型來刻畫資源的供求關(guān)系也逐漸得到廣泛的利用。澳大利亞的Buyya在計算經(jīng)濟體系結(jié)構(gòu)（Grid Architecture of Computational Economy）下提出了一種DBC（Deadline and Budget Constrained）調(diào)度算法。與傳統(tǒng)的啟發(fā)式算法不同，在該算法中，任務(wù)的計算費用也作為一個重要的QoS參數(shù)被考慮進來，并根據(jù)不同的側(cè)重點分為時間最優(yōu)化、費用最優(yōu)化和保守時間最優(yōu)化等，分別以任務(wù)的計算時間和計算費用作為主要目標進行優(yōu)化。

　　但是以上算法均是基于離線的信任管理模式，都是一次分配完畢便對任務(wù)進行固定的調(diào)度，不能順應(yīng)云計算環(huán)境中計算任務(wù)和異構(gòu)環(huán)境變化的特性，也不能解決網(wǎng)絡(luò)欺詐等問題。在面向智能電網(wǎng)的云計算平臺中，云端所要調(diào)度的任務(wù)環(huán)境是面向整個電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)甚至是公有網(wǎng)絡(luò)。因此，為適應(yīng)智能電網(wǎng)信息平臺環(huán)境中的動態(tài)性、實時性以及安全性要求，需要結(jié)合已有的各種研究成果，分析各種調(diào)度算法的優(yōu)點與不足，研究動態(tài)的、面向智能電網(wǎng)的任務(wù)調(diào)度算法。

　　3.2 智能電網(wǎng)云的自愈性

　　智能電網(wǎng)是為實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)可靠、經(jīng)濟環(huán)保要求而提出的未來電網(wǎng)發(fā)展方向，是實施可持續(xù)供電戰(zhàn)略的重要保障，具有融合、優(yōu)化、分布、協(xié)調(diào)、互動、自愈等特征。其中，自愈是智能電網(wǎng)的標志性特征，目的是通過快速仿真決策、協(xié)調(diào)/自適應(yīng)控制和分布能源集成，實現(xiàn)實時評價電力系統(tǒng)行為、應(yīng)對電力系統(tǒng)可能發(fā)生的各種事件組合、防止大面積停電，并快速從緊急狀態(tài)恢復到正常狀態(tài)，因此，有文獻將智能電網(wǎng)稱為自愈電網(wǎng)。

　　目前，國內(nèi)外學者都在積極探討具有自愈能力的電網(wǎng)架構(gòu)。有學者將電網(wǎng)的自愈劃分為兩個層面：一是元件層，二是系統(tǒng)層。元件層即電力網(wǎng)絡(luò)的一、二次元件，如一次元件有斷路器、變壓器、FACTS裝置等；二次元件有各類保護和自動裝置等。元件層的自愈主要是針對某個局部設(shè)備的修復或替換。系統(tǒng)層則是針對系統(tǒng)中的故障進行自行隔離并自動完成不中斷輸電和供電的功能，它基于全系統(tǒng)的信息，以全系統(tǒng)能最大限度保證正常運行為目標并涉及對多個元件的處理。新的研究內(nèi)容電力云是面向智能電網(wǎng)的，因此也應(yīng)充分保證服務(wù)平臺的自愈性，保證在系統(tǒng)受到惡意攻擊或者網(wǎng)絡(luò)、基本設(shè)施出錯失效時，依然能最大限度地保證系統(tǒng)的正常運行。現(xiàn)有研究大部分集中在元件層或者對元件的直接控制上，而電力云最重要的意義在于利用分布式資源來完成大量復雜的電力系統(tǒng)計算任務(wù)。在電力云中造成系統(tǒng)內(nèi)部出錯的原因主要集中在網(wǎng)絡(luò)故障、網(wǎng)絡(luò)攻擊和資源的臨時失效，這些錯誤都是可以恢復并且通過自愈機制來實現(xiàn)“透明化”的，因此與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)有所不同，而現(xiàn)有的自愈機制又無法直接應(yīng)用。為此，研究一種面向智能電網(wǎng)云的自愈機制，實現(xiàn)基于云計算的智能電網(wǎng)信息平臺的自愈性，主要通過兩種手段，一是出錯檢測，二是出錯之后的補償算法，以實現(xiàn)計算資源的熱交換，保證計算任務(wù)的順利執(zhí)行。

　　4、結(jié)語

　　云計算是近年來的一項新興發(fā)展技術(shù)，它能有效實現(xiàn)高性能的分布式計算。通過對大量異構(gòu)分布式計算資源的集成，云計算具有超強的并行計算能力和存儲能力，并具有良好的可擴展性、高可靠性和高度自動化、虛擬化等優(yōu)點。目前，云計算的發(fā)展還處于起步階段，智能電網(wǎng)下構(gòu)建云計算平臺也處于研究的探索階段，諸多內(nèi)容有待深入研究。采用云計算技術(shù)構(gòu)建智能電網(wǎng)信息平臺，可以在現(xiàn)有電力設(shè)備基本不變的情況下，充分整合中國電力系統(tǒng)內(nèi)部的計算處理與存儲資源，實現(xiàn)智能電網(wǎng)全部業(yè)務(wù)信息的可靠存儲與管理，具有成本低、可靠性高、易擴展等優(yōu)勢，極大提高了電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與交互能力，為智能電網(wǎng)信息平臺的建設(shè)提供了全新的技術(shù)手段。

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本文標題：智能電網(wǎng)中的云計算平臺研究

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