引言

    隨著電力系統互聯程度的加強和遠距離輸電系統的不斷發展，能覆蓋一個甚至多個國家的超大規模電力系統正在不斷出現。電力系統規模的不斷擴大和結構的日趨復雜使得安全評估、安全與經濟運行、系統控制變得越發困難。此外，最近2 年在世界范圍內成為熱潮的電力系統“智能化”趨勢也給現有的電力系統分析計算和控制工具帶來了極大挑戰。根據美國能源部的定義，智能電網應具有若干重要特征:有很強的自愈性，并能夠抵御外來攻擊;能有效支持大規模的間歇性可再生能源和分布式電源的接入;能保證供電的可靠性和電能質量;能促進電力市場的公平和有效運行;能促進用戶參與等。要滿足上述要求，未來的電力系統調度中心應具有強大的計算能力和信息采集、集成、分析功能。現有的集中式電力系統計算平臺難以滿足上述要求，這已經成為了實現智能電網的主要瓶頸之一。

    電力系統分析與計算的特點是計算任務種類繁多且對實時性要求很高。在很多情況下，為了實現在線計算，不得不對問題的數學模型作大量簡化，這自然就犧牲了計算結果的準確性。對一些計算量很大的分析計算，如長過程動態仿真，通常只能進行離線計算，其結果是所產生的控制策略只對預先設定的工況有效，而難以應對各種突發事件。目前電力系統的分析計算一般依賴位于調度中心的集中式計算平臺，對于大規模電力系統，其計算能力受限，且可擴展性差，升級成本高。未來的電力信息系統面臨的另一個重大挑戰是數據存儲和分析能力的嚴重不足。現有的數據采集與監控( SCADA) 系統在采集數據時一般止于變電站級別，且數據采樣頻率較低。在未來的電力系統中，不僅SCADA 系統的采樣頻率需要明顯提高，電力系統數據采集的范圍也將大大擴展。相量測量單元( PMU) 、智能電表，甚至各種智能家電的嵌入式系統都可能向調度中心提供大量的實時系統信息。由上述各種傳感器所組成的數據采集網絡所產生的數據量將是非常驚人的，以電力系統現有的信息處理能力將不足以完成對海量數據流的存儲和分析功能。總之，電力系統現有的計算和信息處理平臺不足以支持智能電網的實現，構建新的電力系統計算平臺就成為值得考慮的重要問題。

    云計算(cloud comp uting) 是近年來得到快速發展的一種嶄新的計算模式，是若干新計算技術的統稱。到目前為止，對于云計算，尚沒有來自權威機構的標準定義。一般認為，云計算代表了一種基于Internet 的大規模分布式的計算模式。云計算首先利用Internet 將各種廣域異構計算資源整合，以形成一個抽象的、虛擬的和可動態擴展的計算資源池;再通過Internet 向用戶按需(on demand) 提供計算能力、存儲能力、軟件平臺和應用軟件等服務。通過建立電力系統云計算平臺，可以有效整合系統中現有的計算資源，為各種分析計算任務提供強大的計算與存儲能力支持。云計算能支持各種異構計算資源，與集中式的超級計算機相比，其可擴展性很強，且可以在現有計算能力不足時方便地升級。此外，與傳統的計算模式相比，云計算還具有便于信息集成和分析，便于軟件系統的開發、維護和使用等優點。總之，建立基于云計算的電力系統核心計算平臺，可以有效解決前已述及的未來電力系統在計算和信息處理方面所遇到的一些重要挑戰。本文下面將針對云計算的定義、特征、技術、體系結構、在電力系統中的研究和應用前景等問題進行詳細討論。

1 云計算概述

    1. 1 定義與主要特征

    由于云計算仍處于其發展的早期階段，其定義還在不斷的發展和完善之中。文獻[2]中所給出的定義如下:云計算是一種大規模分布式計算模式;通過云計算可以形成一個抽象的、虛擬的、可動態擴展的資源池，該資源池可以通過Internet 向用戶按需提供計算能力、存儲能力、開發平臺和軟件等服務。與傳統的計算模式相比，云計算有以下幾個主要特征 :

    1) 能夠整合大規模異構計算資源

    傳統的分布式計算一般僅能應用于一個小范圍的計算網絡(如局域網) ， 且對計算資源的同構性要求較高，難以處理在計算和存儲能力、操作系統、開發平臺等方面存在很大差異的計算資源。而通過云計算則可以整合分布在一個廣闊地域內的、分屬于若干個組織的計算資源，形成一個功能非常強大的計算和存儲平臺。另外，云計算并不要求計算設備在硬件或軟件上具有很強的共性，絕大部分計算設備都可以被整合成為云計算平臺的一部分。

    2) 易于動態擴展

    可擴展性是云計算與傳統計算模式相比的最大優勢之一。由于云計算能夠集成硬件種類、網絡類型、操作系統、軟件平臺等各不相同的各種計算設備，因此，在需要時云計算平臺的計算和存儲能力可以得到方便和快速的擴展。與傳統計算平臺需要幾天甚至幾個星期的系統升級時間相比，云計算平臺的升級一般僅需要幾分鐘，且可以在不影響系統整體運行的情況下動態進行。此外，云計算平臺可以建立在現有的硬件基礎上， 在升級時也只需按照需求增添相應的設備，而不需要像升級傳統計算平臺那樣將設備完全更換，從而可節省大量硬件購置成本。

    3) 虛擬化與服務

    虛擬化也是云計算的一個重要特征。無論一個云計算平臺實際整合了多少計算設備，在用戶看來其就是一個單一實體，也是獲得計算服務的唯一接口。由于應用了虛擬化技術，云計算平臺既可以將多個計算任務放在同一臺功能強大的設備(如大型工作站) 上運行，也可以將一個計算任務拆分成若干部分，分別在多臺設備上運行。這樣，就可以最大限度地利用系統內的閑置計算資源。此外，通過利用虛擬化技術，云計算平臺可以根據客戶的需求動態分配計算資源和構造系統平臺。此外，若干設備的故障不影響云計算平臺整體運行，也不會中斷向用戶提供服務。

    云計算可以利用虛擬化技術將各種不同類型的計算資源抽象成服務的形式向用戶提供。一般將服務分為3 個不同的層次，分別稱為基礎設施級服務(inf rast ruct ure as a service ， IaaS) 、平臺級服務(platform as a service ， PaaS ) 和軟件級服務( sof tware as a service ， SaaS) ， 統稱為XaaS。IaaS 根據用戶需求向用戶動態分配計算和存儲能力。通過IaaS ，用戶相當于獲得了一臺計算和存儲能力可以實時擴展的超級計算機。PaaS 在IaaS 的基礎上，還向用戶提供了一個用于軟件開發和測試的平臺。用戶可以通過Internet 直接在PaaS 提供的平臺上開發應用軟件，并可以很方便地將軟件發布在云計算平臺上供其他用戶使用。SaaS 則是在IaaS 的基礎上，讓用戶可以通過Internet 直接訪問云計算平臺上的應用軟件，而不需要在本地計算機上安裝該應用軟件，這免去了用戶安裝、維護、升級本地應用軟件的麻煩。在這方面，XaaS 帶來的最大好處在于用戶絕大部分的計算任務都將在云計算平臺上完成。因此，用戶終端不再需要有很強的計算和存儲能力，只要能夠接入Internet ，就可以方便地使用云計算平臺上的各種軟件。具體到電力系統，研究或系統運行人員可以基于云計算平臺的XaaS功能，利用多種不同的終端，如臺式計算機、便攜式計算機甚至手機，在任意地點完成各種電力系統分析任務或實時監控整個電力系統的運行狀況。

    4) 以Internet 為基礎的通信平臺

    與傳統分布式計算不同，云計算通過Internet進行各個設備之間的通信。由于Internet 已經有了非常成熟的標準、體系和技術，這在很大程度上保證了云計算系統通信的可靠性和安全性。此外，由于云計算建立在國際通行的通信協議的基礎上，這使得其易于與各種流行的軟件開發技術集成。

    5) 有很強的規模經濟效益

    經濟效益是推動云計算研究與應用的重要動力。現代電力系統中存在大量閑置的計算和存儲資源。利用云計算可以將閑置資源整合，減少在信息設備上的投入。前已述及，在需要升級時，云計算平臺的投資一般也大大低于傳統計算平臺。此外，目前各省電力公司都有各自獨立的計算平臺，且功能非常相似。這造成了電力信息系統的重復建設和資源浪費。未來可以考慮將各個獨立的計算平臺進行整合，形成區域性甚至全國性的電力系統云計算平臺。這樣做可以大大減少整個電力系統在信息系統方面的投資。另一方面，也有利于促進各省級電力系統之間的協作和信息共享，實現大范圍內電力系統的安全與優化運行。

    1. 2 云計算和網格計算的比較

    云計算常常被與另一種分布式計算模式，即網格計算相互混淆。從計算模式發展歷史的角度看，云計算是傳統分布式計算和網格計算的進一步發展。雖然云計算與網格計算都涉及到利用虛擬化技術整合計算資源，但兩者的抽象層次明顯不同。網格計算主要關注基礎計算設施，其目的僅限于將計算和存儲資源整合以處理對計算資源要求很高的任務，這相當于云計算中的IaaS 服務。云計算則將系統平臺和軟件也抽象成服務提供給用戶。這除了能提供更強的計算能力，還能改變傳統的軟件開發、維護、升級和用戶使用的模式，提高信息系統的總體使用效率，同時減少信息系統投資。具體地講，云計算和網格計算還在下述幾個方面存在顯著區別:

    1) 商用模式

    現有網格計算的商用模式是面向項目的(project2oriented) 。一個網格計算平臺通常是為了某個特定的計算任務而建立的，其整合的計算資源一般也僅用于解決該特定任務。這樣的模式較為適合非盈利性的科學計算任務。與網格計算不同，在云計算中，由于提高了抽象程度，其成為一個通用的計算平臺，這使得很多用戶的應用軟件都可以通過云計算平臺這個單一的門戶進行訪問。云計算平臺將在各個軟件之間動態地分配計算資源，以實現資源的優化配置。

    2) 數據本地性

    對于云計算和網格計算這樣的Internet 級別的分布式計算，由于整合了眾多的計算設備，計算能力已不再是制約計算速度的瓶頸。由于數據在Internet 上的通信時間通常要大大超過數據在單機系統中的通信時間，因此，盡量縮短數據在Internet上的通信時間就成為了提高計算速度的關鍵。云計算在存儲數據時，一般采用分塊(chunk) 存儲方式。在分配計算任務時，如果一個計算任務需要訪問某特定數據塊，云計算會將該任務盡量分配給和存儲該數據塊的節點最接近的節點。這就是所謂的數據本地性(data locality) 原則。這樣，云計算可以更好地解決數據通信時間問題。另一方面，現有的網格計算平臺一般采用共享文件系統( sharedfile system) 的形式存儲數據， 這導致網格計算平臺難以根據數據本地性原則來分配任務，從而降低了計算速度。

    3) 軟件開發和使用的便利性

    前已述及，云計算和網格計算的一個顯著區別在于云計算的抽象層次更高。云計算將系統平臺和應用軟件也抽象成了服務。更通俗地講，云計算為應用軟件的開發者提供了統一的開發和發布軟件平臺。開發者在開發軟件時，可以不用再顧及軟件在不同硬件和操作系統上的兼容性問題。在發布軟件時，只要發布到云計算平臺上，所有用戶就可以通過Internet 使用軟件。這樣就大大降低了軟件開發、維護和升級的難度。此外，SaaS 使用戶可通過各種終端在任意地點隨時使用云計算平臺上的軟件，這也為用戶提供了很大的便利。而這些優點是網格計算所不具備的。

    4) 安全機制

    在網格計算中，資源和數據是所有用戶共享的。用戶可以通過憑證代理(credential delegation) 的方式訪問網格內的所有資源。而云計算則通過分割(isolation) 為每一個用戶創造一個相互獨立的虛擬環境，并完全屏蔽虛擬環境之間的相互訪問。由于云計算仍處于發展階段，其安全機制較網格計算相對簡單。這樣，云計算的安全問題也是未來云計算研究的重點之一。

2 電力系統云計算的實現

    2. 1 電力系統云計算平臺的架構和技術實現

    云計算平臺是由通過Internet 相互連接的多種設備和用戶組成的一個復雜實體(見圖1) 。從總體上講，云計算平臺可以分為2 個主要部分，即云計算控制中心和被云計算平臺整合的各種計算資源。云計算控制中心的主要功能是根據用戶的請求，將用戶的計算任務分成若干子任務，再動態地將各子任務通過Internet 分配給被云計算平臺整合的計算設備。各子任務完成后，其計算結果將通過Internet重新匯總到控制中心，最后再反饋給用戶。此外，云計算控制中心還負責將各種需要存儲的數據通過Internet 分配給各數據存儲設備，并在需要時重新將數據從存儲設備中讀取出來。利用虛擬化和分割技術，上述計算和數據存儲任務的調度分配過程對用戶而言是完全不可見的。云計算平臺為每一個用戶都創造了一個完全獨立的虛擬系統環境，因此，在每一個用戶看來，自己都是云計算平臺唯一的用戶。用戶可以通過多種不同的終端，例如:臺式計算機、便攜式計算機、手機甚至智能家電接入云計算平臺。這讓云計算平臺的使用非常方便。

圖1 云計算的組成

    云計算平臺通過Internet 與由大量傳感器和其他數據采集設備組成的數據采集網絡相連接。對電力系統而言，未來的數據采集網絡既包括傳統的SCADA 系統的傳感器，還可能包括PMU 和安置在終端用戶家中的智能電表，甚至是各種智能家電的嵌入式系統。這些裝置能夠提供全方位的系統信息。此外，電力系統云計算平臺也可以和其他的數據源，例如:區域氣象數據庫相互連接，以獲取溫度、濕度、風速、日照等數據。由這樣一個大規模的網絡所采集的數據量將是驚人的，只有憑借云計算平臺強大的計算能力才能進行存儲和分析。考慮到很多電力系統分析任務對實時性要求較高，可以考慮構造專用高性能網絡來連接云計算平臺和數據采集網絡，以提高數據傳輸的可靠性。

    電力系統云計算平臺的系統架構如圖2 所示。

圖2 電力系統云計算平臺的系統架構

    從系統架構的角度看，云計算平臺主要由Web層、負荷分配層( load balancer) 、數據管理層、計算邏輯層(comp uting logic) 、物理計算設備層和物理存儲設備層組成。其中，Web 層負責實現云計算平臺的Web 站點，該站點是用戶訪問云計算平臺的唯一接口。負荷分配層是云計算平臺的核心部件。該層具有4 個主要功能:

    ①將用戶的計算任務劃分成若干部分，并決定執行每一個任務的計算設備;

    ②將待存儲的數據劃分成若干部分，并決定相應的存儲設備;

    ③將計算邏輯層返還的計算結果整合后，再反饋給用戶;

    ④根據數據讀取請求，指令數據管理層讀取數據，并將數據整合后輸出。計算邏輯層負責根據負荷分配層確定的計算任務分配方式，控制具體的計算設備進行計算，并在計算完成后返還結果。

    數據管理層則主要控制數據存儲設備進行數據讀寫操作。上述4 層組成了云計算平臺的軟件部分。物理計算設備層和物理存儲設備層代表了云計算平臺所整合的所有物理設備，它們組成了云計算平臺的硬件部分。

    下面討論幾種可應用于實現電力系統云計算的重要軟件技術。

    1) 面向服務架構

    云計算的一個重要特點是可以在線擴展和升級，這就對軟件的靈活性提出了更高的要求。面向服務架構( service oriented architect ure ， SOA) 是近年來發展迅速的一種軟件設計方法。與在傳統軟件設計方法中以函數或類作為基本功能模塊、以應用程序接口( application programming interface ，API) 作為程序間通信手段不同， SOA 以服務為基本功能模塊。與函數相比，服務代表更高層次的應用需求(例如:從讀取數據庫到打印數據報表的整個流程可以抽象成一種服務，而數據庫的讀取操作則只能是函數) 。SOA 根據用戶需求，將每一種主要功能都包裝成服務的形式，且各服務相互獨立，僅以可擴展置標語言( extensive makeup language ，XML) 進行通信。當任何一種功能需要更新時，只需要更換相應的服務即可。此外，基于SOA 架構，可以將若干服務自由組合，以快速形成新的系統。例如:可以將潮流計算包裝成一個服務，這樣對于任何需要進行潮流計算的任務，只需要將潮流計算服務和其他相關服務在線組合即可。可見，應用SOA可以極大地提高系統的靈活性和軟件開發升級的速度。當然，提高軟件的抽象層次一般是以犧牲通信效率為代價的。總結軟件開發方法的發展歷史可知，從面向過程到面向對象，再到面向服務，軟件開發的總體發展趨勢就是抽象層次的不斷提高，這和軟件本身的復雜性不斷提高是相適應的。隨著電力系統的不斷發展，電力信息系統本身的功能不斷增多，結構日趨復雜，這會給利用傳統開發方法的開發人員帶來越來越大的困難。因此，提高軟件開發的抽象層次是一個必然趨勢。對于通信效率問題，可以通過適當定義服務的抽象層次以求得平衡。

    2) Apache

    Apache 是目前應用最廣泛的Web 服務器端軟件，其支持所有主流的Web 服務器功能，如網站內容管理、服務器端編程、流量管理、網址重寫(URLrewriting) 、安全傳輸層(transport layer security ，TLS) 和安全套接層( secure socket layer ，SSL) 加密等。由于Apache 系開源軟件，其源代碼完全公開并可以免費使用，因此，可用于實現云計算平臺的Web 層功能。

    3) MySQL

    MySQL 是世界上應用最廣泛的開源數據庫引擎，具有高可靠性、高擴展性和完全免費等優點，因此，在超過數百萬的網站和公司中得到了廣泛應用。可用MySQL 實現云計算平臺的數據管理層功能。

    4) 動態負荷分配

    負荷分配算法是云計算的核心。動態負荷分配(dynamic load balancing) 已經被證明是一類較為有效的分配計算任務的算法。其基本原理是根據各個計算設備的計算速度快慢動態分配任務;計算速度快的設備分配的任務較大，速度慢的則分配的較小，以保證各計算設備基本上同時返還結果。對于大規模云計算平臺，還可以考慮使用任務復制(job replication) 的方法來提高可靠性，也即將每一個子任務復制若干份，發給多個計算設備同時執行，從而避免因為某個設備發生故障而需要重新分配子任務所導致的整體計算效率被拖慢的情況。

    除了上面討論的內容外，目前還存在多種可用于實現云計算的商用或開源軟件技術，如GoogleMapReduce 、Google File System ( GFS) 、微軟的Dryad/ DryadL INQ、開源分布式計算框架Hadoop等。考慮到電力系統是國家重要基礎設施，我們認為電力系統云計算平臺的實現應盡量以開源軟件技術為基礎。

    2. 2 云計算在電力系統中應用的展望

    如前所述，由于云計算具有計算和存儲能力強大、系統可動態擴展、便于計算資源共享和優化配置、便于軟件開發和升級、便于用戶使用等諸多優點，其在電力系統中有廣闊的應用前景。下面討論電力系統分析中可以應用云計算的幾個重要領域。

    1) 安全分析

    時域仿真是電力系統暫態穩定分析的重要途徑之一。然而，對于大規模電力系統而言，時域仿真的計算量很大，因此，目前尚只能應用于離線分析。到目前為止，已經提出了多種基于并行和分布式技術的暫態穩定時域仿真算法。例如:文獻應用功能分解和域分解法(f unctional decomposition anddomain decomposition) 在集群機上進行暫態穩定分析;文獻[11]應用網絡分解法實現了小系統的實時仿真;文獻[12]提出了一種考慮大規模網絡特性和多個控制中心協作的分布式時域仿真算法。未來可望利用云計算進一步提高對大系統進行暫態穩定時域仿真的速度，以最終實現在線分析。

    另一個適于應用云計算的是概率小干擾穩定分析。傳統的小干擾穩定分析一般是確定性的，這與電力系統運行所固有的隨機性是矛盾的。利用Monte Carlo 仿真可以方便地處理小干擾穩定分析中的隨機因素，但這種方法對計算平臺的計算和存儲能力要求很高。文獻[13]提出了一種基于網格的概率小干擾穩定分析方法，其中的實驗結果表明:分布式概率小干擾穩定分析較串行分析在計算速度方面有較大提高。在Monte Carlo 仿真中，每一輪仿真是相互獨立的，這使得問題可以分解為大量子問題，從而可以充分利用云計算平臺的并行計算能力。

    2) 潮流與最優潮流計算

    云計算也可用于提高潮流和最優潮流計算的速度。文獻[ 14 ]提出了一種基于牛頓法的并行潮流解法，主要適用于通信延遲較少的計算平臺，如集群機。文獻[ 15 ]提出了一種可以計及預想事故的最優潮流并行算法，將需要考慮的預想事故分為若干組，分別分配到多個處理器上作并行分析。文獻[16]提出了基于微分進化( differential evolution)的并行最優無功潮流算法，利用分解與協調技術將問題劃分為若干個子問題分別在多個處理器上并行求解。可以預期，在云計算環境下將現有方法改進可以進一步提高計算速度。例如:基于文獻的思想，在云計算平臺上通過將需要考慮的預想事故進一步細分，可以大大提高計算速度和能夠處理的預想事故數目。

    概率潮流是考慮電力系統運行不確定性的重要工具。和概率穩定問題相似，Monte Carlo 仿真也可以應用于概率潮流之中。考慮到應用于大系統時Monte Carlo 仿真的計算量很大，概率潮流也是云計算可以應用的問題之一。

    3) 系統恢復

    大停電后的電力系統恢復是一個很復雜的非線性優化問題。電力工業的市場化運營、遠距離互聯電力系統的發展、大量分布式電源接入電力系統，這些都在某種意義上給電力系統恢復問題帶來了新的挑戰。文獻[18]提出了基于網格的電力系統恢復方法，可以在電力系統恢復過程中促進不同參與者之間的信息共享和協作，并利用分布式計算提高計算效率。云計算作為電力系統所有成員共享的計算平臺，可以更好地促進信息共享和協作，其計算能力也有助于找到復雜互聯系統的最優恢復方案。

    4) 監控和調度

    隨著電力工業市場化改革的深化和分布式電源不斷引入電力系統，未來電力系統可能從集中式控制向分布式控制逐漸轉變。通過統一的電力系統云計算平臺可以促進各分布式控制中心的信息共享和協作。對大量的小容量分布式電源的監視和控制將成為未來電力系統面臨的一個難題。由于未來電力系統中分布式電源的數量可能很大，系統調度和運行控制的計算量將會明顯增加，利用云計算則可以較好地解決計算能力不足的問題。云計算很強的可擴展性也有利于隨時根據電力系統的規模動態增強計算能力。此外，目前已經提出了基于網格計算的大規模電力監控系統。利用云計算的信息處理能力有助于實現包括配電系統在內的大范圍實時監控和信息采集。

    5) 可靠性評估

    傳統的電力系統可靠性評估一般采用確定性方法，且通常考慮系統最壞的情況，這就導致較為保守的評估結果和偏高的運行成本。為了計及電力系統運行中的不確定性，到目前為止已經提出了多種概率可靠性分析方法。然而，與概率穩定性分析類似，計算效率也是制約概率可靠性分析的瓶頸。文獻[23]提出了基于網格計算的概率可靠性分析方法，其實驗結果表明分布式計算方法可以大大提高Monte Carlo 仿真過程的計算速度。利用云計算可望進一步提高概率可靠性分析的計算速度，以適應系統規模不斷擴大所帶來的挑戰。

    上面討論了云計算技術可望在電力系統中獲得應用的幾個領域。事實上，由于云計算是一個通用的計算工具，很多電力系統分析軟件都可以發布到云計算平臺上。如前所述，這將給軟件的開發、升級、維護和使用帶來很大的便利。此外，云計算也有利于電力系統的各類成員共享信息和協作。總之，構建統一的計算平臺將是未來電力系統計算的一個重要發展方向。

    2. 3 電力系統云計算研究的挑戰

    目前，云計算仍然處于發展之中，還存在一些沒有得到很好解決的技術問題。為了實現云計算在電力系統中的成功應用，下面一些問題有待深入研究。

    1) 與云計算相適應的電力系統分析并行算法

    與傳統的集群或小規模分布式計算平臺不同，云計算平臺可以集成在物理上分布極廣的大量計算設備。此外，集群和小規模分布式計算以集中式數據存儲和內部網絡為基礎，這和云計算主要采取分布式存儲和利用Internet 通信也有顯著不同。上述云計算的幾個特點決定了現有的并行和分布式電力系統分析算法無法有效發揮云計算平臺的計算能力。新的并行算法應針對云計算的特點來設計。例如:新算法應將問題劃分為盡量小的子問題，因為組成云計算平臺的部分設備計算能力較低，可能無法處理較大的子問題而長時間遭到閑置。還有，由于云計算利用Internet 進行通信，其通信延遲較高，因此，新算法應盡量減少各設備間的通信。需要指出，減少設備間通信與對新算法的細粒度要求并不矛盾。云計算應首先估計每個計算設備的計算能力，在此基礎上確定分配給每個設備的計算任務量，計算能力強的設備應分配較多的子任務計算量，這樣也可以減少設備間的通信。此外，由于云計算采取分布式數據存儲方式，為了減少數據傳輸，新算法應盡量采取“就近處理”方式。需要強調的是，與分布式計算和網格計算類似，云計算針對特定計算任務的效能也受到算法能否并行化的制約，因此，在提高算法并行度的同時應盡量減少網絡通信是設計云計算算法時應該遵循的原則。

    2) 云計算負荷分配算法研究

    集群或小規模分布式計算平臺一般由性能接近的計算設備組成，這使得它們可以較為簡單地處理負荷分配問題。與此相反，組成云計算平臺的計算設備可能在計算和存儲能力、操作系統、軟件平臺等方面差別極大。為此，云計算平臺就需要對各個設備的計算能力進行監視和預測，并根據其計算能力按比例分配子任務，以使分配到不同設備的子任務的計算時間盡量接近。此外，云計算的負荷分配算法還必須適當考慮Internet 通信延遲和數據分布式存儲的特點。

    3) 適用于電力系統的云計算平臺物理結構設計

    云計算平臺的物理結構對其運行性能會有很大的影響。這樣，在設計電力系統云計算平臺時就必須認真考慮電力系統的特點。例如:電力系統的大量數據來自變電站和配電系統，考慮到Internet 的通信延遲，為了減少數據傳輸，應就近設置數據存儲設備，并基于數據本地性原則，為數據存儲設備配置相應的計算設備。為了解決通信延遲問題，可以為云計算平臺的核心部分(如控制中心) 建立專用的高性能網絡。此外，在設計云計算平臺時，還需要考慮怎樣布置區域云計算數據中心和中央云計算調度中心，以更好地滿足對數據吞吐量、計算精度和拓撲廣闊度的需求。出于上述考慮，應改變目前電力系統規劃和電力信息系統規劃相互孤立的模式，將2 種規劃統一進行，以提高計算系統的效率。

    4) 電力系統云計算的安全性

    安全性是云計算理論研究和實踐中需要解決的重要問題。由于電力系統是重要基礎設施，保障電力信息系統的安全性就顯得尤為重要。此外，由于電力系統云計算平臺可能包括電網公司、發電公司、市場監管機構、投資者、用戶等在內的眾多不同類型的使用者，如何在促進信息共享的同時保障信息安全是電力系統云計算必須解決的重要問題。另一方面，云計算利用Internet 將計算資源互聯，并通過標準化接口進一步弱化了硬件與操作系統對軟件的約束。這雖然為軟件開發和使用提供了便利，卻也造成了數據在Internet上的頻繁流動，進而對數據的安全性問題提出了更高的要求。

3 結語

    云計算是近年來發展迅速的超大規模分布式計算技術。通過集成大量異構的分布式計算資源，云計算平臺具有強大的計算和存儲能力。建立電力系統云計算平臺對解決電力系統各種復雜的計算問題提供了新的途徑，有助于實現電力系統在線運行分析與優化控制。

    云計算平臺除了能為電力系統分析提供計算和存儲能力支持外，還具有可擴展性強、硬件投資少、便于軟件開發和升級、便于用戶使用等諸多優點。這使得云計算有希望取代現有的集中式計算成為未來電力系統核心計算技術。

    云計算在電力系統分析中的潛在應用領域包括安全分析、潮流和最優潮流計算、系統恢復、監控、調度、可靠性分析等很多方面。此外，利用SaaS 技術，很多電力系統分析軟件都可以發布到云計算平臺上，從而有望建立基于云計算的電力系統統一計算平臺。

    云計算技術還在不斷發展之中，而其在電力系統中的應用則剛剛起步。與云計算相適應的電力系統分析并行算法、云計算的負荷分配、云計算平臺的設計和云計算的安全性等將是未來電力系統云計算研究需要重點解決的核心問題。

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本文標題：云計算:構建未來電力系統的核心計算平臺

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