基于云计算技术下地区电网调控一体化备用系统的研究

基于云计算技术下地区电网调控一体化备用系统的研究

张英华王书银曹凤霞

(国网山东省电力公司莘县供电公司山东聊城252400)

摘要：为适应地区电网发展和“调控合一”的形势，完善公司调度的备用调度体系，更好地满足调度应急工作需要，文章研究基于分布式存储、虚拟化、并行计算等云计算关键技术，结合多主一备的建设模式，提出基于云计算技术的地区调控一体化备用系统解决方案(云备调)

关键词：云备调；电网调控系统；云计算；多主一备

引言：电网调控是电网运行指挥的中枢，承担着组织电网运行监控、指挥事故处理恢复等重要任务。提高电网调控抵御各类突发事故、自然灾害和社会事件的能力，保证其实时不间断运行是保障电网安全的必要前提，也是电网应急指挥工作的重要基础。目前国际上大型电网普遍建设了不同形式的备用调度，并呈现出快速发展的趋势。

1一体化备用系统功能需求分析

在备用调度建设框架下，如何提供满足应用在局域及广域范围内互备设备、互备系统之间无缝切换的互备模式，如何实现广域范围内的负载均衡，如何实现不受地域限制的无差异的应用访问支持是有待解决的难题。首先，在容灾备份技术路线上，采用虚拟化、分布式、并行计算技术进行备用系统建设，实现统一运维监控管理，为互备系统之间无缝切换、互备系统之间有效通信等问题提供解决方案。再次，在备用调度部署模式上，采用多主一备布局模式。多主一备布局模式可以实现软硬件资源的复用，从而节约建设资金。在硬件部署上，系统使用廉价刀片架构的集群替代昂贵的磁盘阵列完成海量数据存储，可以节约服务器的硬件投资。在软件部署上，多个地区复用备用中心的模式也减少了监控软件的部署数量，从而降低了软件的投资。

2云备调系统架构设计

国家电网公司于2009年启动了省级以上电网备用调度建设，目前省级电网已经完成了省级备用调度建设，随着城乡电网的发展，地县级电网调度控制业务对实时数据备用、技术支持系统备用和实时调度业务备用的要求不断提高，亟需加强地县备用调度建设，以提高有效防范各类风险的能力，确保电网安全稳定运行和可靠供电。

2.1系统逻辑架构

地区调控一体化互备方案采用多主一备布局模式，实现软硬件资源的复用，相比于传统的一主一备布局模式可以节约建设资金。虚拟化备用中心提供全省的备用服务、统一数据服务、统一高级应用服务，实现满足“省为地备、地为县备”的地区调控一体化备用调度系统。虚拟化备用中心由2个分中心组成，分别按就近原则完成周边地区的数据采集，分中心之间采用高速网络互联，基于一体化支撑平台对外形成一个虚拟化的全网备用中心。这种备用体系结构满足对地县备用调度在数据、业务、技术支持系统

3个层面实现热备用要求

首先，在各地区通信网与调度数据网重叠的第二汇聚点上部署采集设备，实现对110kV、35kV电网实时数据的双汇聚采集和分布处理，数据送备用分中心处理，实现数据层面备用，备用调度建设思路其次，省、地、县调的远程工作站接入虚拟化备用中心系统，实现对实时调度业务的集中备用；最后，在虚拟化备用中心研发分级电网运行监控、分级变电站集中监控等功能，实现电网运行监控的备用。虚拟化备用系统的构建遵循“物理分布，逻辑集中”的思想，整合了分中心备用系统中的计算资源和存储资源，充分利用电力系统信息网络的物理架构,构建虚拟化备用系统平台，有效管理系统相应软硬件资源，提供有效的资源访问手段，为应用服务提供标准的数据访问、消息等接口，满足系统运行、系统二次开发以及维护的需求。

2.2系统硬件架构

基于分布式、虚拟化技术的备用分中心，在各地区通信网与调度数据网重叠的第二汇聚点上部署互备的2台分布式前置服务器，实现地区电网数据采集备份；其次，在备用中心广泛采用集群技术和多机并行技术，实现分布式存储、分布式并行计算、分布式并行数据处理，提高数据、计算的可靠性；最后，在系统关键链路部署上广泛采用高速网络及网络冗余，保障通信的可靠性。

3理论及关键技术研究

3.1分布式集群存储

针对现有调度自动化系统采用关系数据库保存历史数据库，在数据点数增大到百万量级时，历史数据库存储和查询效率不能满足要求的现状，研究使用分布式数据库存储历史数据，使之具有高性能、高可用、可扩展的特征。分布式数据库架构在分布式文件系统之上，相比于传统关系数据库基于存储区域网络和独立冗余磁盘阵列架构，消除了单一I/O瓶颈，能够支持更多并发访问请求。分布式数据库与分式并行实时数据库配合使用，能够更好地支持并发数据的采集与录入。分布式数据库提供类SQL查询接口，便于传统的业务的应用与部署，同时能够有效支持对数据的并发检索与查询。当任意节点发生故障时，通过多副本机制保证数据不丢失。

3.2分布式并行实时数据库

针对现有调度自动化系统采用国产实时数据库保存实时采集数据，在数据量增大到百万量级时，实时处理效率不能满足实时性要求的现状，在现有单机实时数据库的基础上，建立分布式并行实时数据库，提高SCADA对采集数据的实时接收能力。在数据接收时，来自前置节点的采集数据，根据数据分布算法被分散到多个物理节点上，每个物理节点仍然采用传统的单机实时数据库，节点之间不共享内存与磁盘资源，彼此独立地并发接收并处理数据。

3.3虚拟化技术

针对备用分中心服务器资源增加，基于功能划分的服务器部署方式不能有效利用资源的问题，引入基于虚拟化技术的运行平台。首先，基于服务器虚拟化技术构建虚拟机集群，形成虚拟资源池，实现IT基础设施的整合；其次，按功能群将虚拟机划分为多类虚拟机，同一类虚拟机使用相同的虚拟机镜像，从而实现软件的自管理和在线升级；再次，引入全系统资源管理机制，实现虚拟机镜像管理、基于虚拟机的快速部署、虚拟机的弹性管理等；最后，基于应用虚拟化技术实现用户界面的统一接入和透明访问。

4备用系统功能

4.1前置采集功能

地县级备用调度功能由备用中心统一实现，备用中心采用广域分布式采集模式接入，每一个地区选择通信网、调度数据网第二出口建设汇聚点。在第二汇聚点处配置前置服务器及相关的采集装置，负责该地区厂站的采集，数据汇总至备用中心统一处理。

4.2统一模型维护

为减少维护人员投入，提高运行维护水平，研究各级统一模型维护的运行维护方案，采用先进技术，建立集中的运行维护中心，实现物理网络模型、电网计算模型、电网模型对应的图形以及实时数据断面等全电网模型统一存储。调度中心的任何模型维护操作均通过该维护中心进行，各调度中心分别维护各自管辖范围的静态模型，形成的全电网模型统一存储，保证全电网模型的唯一性，并提供统一的模型共享访问服务机制。各调度中心的模型以全模型的“视图”方式存在，自动同步。

4.3主备切换功能

正常情况下，各地调系统与其备用中心独立进行厂站数据采集和电网运行监视。故障情况下，由备用中心接管该地调的调度功能。对于下发的控制应用功能需要提供可靠的安全保证，应正确识别自动控制的区域范围，防止错误的控制指令下发。控制应用功能从主调系统向备用中心的转移需人工确认，实现主调系统的控制闭锁功能。备用中心系统采用多地区混合运行模式，每个地区的主备状态可能不同。其主备状态决定控制是否闭锁。

5结语

本文研究了分布式集群存储、分布式并行实时库、虚拟化等云计算关键技术，设计了基于云计算技术的地区电网调控一体化备用系统逻辑、硬件架构，并搭建了云备调系统，实现了前置采集、统一平台、统一模型维护、主备切换、主备同步、省为地备等系统功能，达到了多地县电网调控系统多主一备的一体化备用效果。

参考文献：

[1]丁锋,朱红,张明.地区电网调度SCADA灾难备用系统的建设[J].供用电,2005,22(2):41-43.

[2]张继芬。电网备用调度系统的数据同步与采集解决方案[J].电力系统通信,2009,30(8):47-50.