楊誠(chéng)

摘要：隨著電力市場(chǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，系統(tǒng)仿真計(jì)算的計(jì)算量越來(lái)越高，傳統(tǒng)的單機(jī)模式已經(jīng)不能滿(mǎn)足系統(tǒng)校核的需要，急需并行仿真計(jì)算方式提高仿真效率，保證電網(wǎng)安全運(yùn)行。文章中提出了一種基于云平臺(tái)的并行計(jì)算仿真方法，可以提高仿真處理能力，為調(diào)度運(yùn)行部門(mén)的生產(chǎn)工作提供有力支撐。

關(guān)鍵字：云平臺(tái);電力系統(tǒng);仿真計(jì)算

0.引言

隨著電力市場(chǎng)改革的不斷深入，調(diào)度運(yùn)行領(lǐng)域正面臨著越來(lái)越多的變化和挑戰(zhàn)。電力市場(chǎng)改革引入的大用戶(hù)直購(gòu)電，日前、實(shí)時(shí)現(xiàn)貨市場(chǎng)和需求側(cè)響應(yīng)等新的變化改變了傳統(tǒng)計(jì)劃安排下的電網(wǎng)運(yùn)行模式，使得電網(wǎng)運(yùn)行點(diǎn)不斷趨近安全邊界，增加了電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn);另一方面電力市場(chǎng)化改革特別是輸配電價(jià)改革，改變了電網(wǎng)企業(yè)的盈利模式，電網(wǎng)企業(yè)必須更加關(guān)注生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)節(jié)的成本控制，確保電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)述

目前常用的高性能計(jì)算平臺(tái)主要分為兩條路線：一種是傳統(tǒng)的高性能計(jì)算集群，這種方式在電力企業(yè)中已經(jīng)有了大量的應(yīng)用。但是對(duì)于大規(guī)模電力系統(tǒng)，其計(jì)算能力受硬件資源限制，且可擴(kuò)展性差，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)技術(shù)難度高，系統(tǒng)遷移升級(jí)成本高。另一種是近年來(lái)出現(xiàn)的云計(jì)算技術(shù)，云計(jì)算平臺(tái)可以方便的按需彈性擴(kuò)展計(jì)算資源，平臺(tái)化開(kāi)發(fā)計(jì)算軟件，開(kāi)發(fā)維護(hù)成本低。較為典型的應(yīng)用如以下：

1）阿里云計(jì)算平臺(tái)。阿里云伏羲任務(wù)調(diào)度管理器系統(tǒng)：基于阿里云應(yīng)用，提出以細(xì)粒度計(jì)算任務(wù)調(diào)度為核心的綜合調(diào)度方法，并實(shí)現(xiàn)了面向多數(shù)據(jù)中心的伏羲分布式調(diào)度平臺(tái);支撐了阿里云數(shù)十萬(wàn)節(jié)點(diǎn)的調(diào)度與資源管理。

2）Amazon AWS。AWS 提供全面的云計(jì)算產(chǎn)品線，產(chǎn)品類(lèi)別涵蓋計(jì)算、存儲(chǔ)和內(nèi)容傳輸、關(guān)系型＼NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)、聯(lián)網(wǎng)、分析、企業(yè)應(yīng)用程序、移動(dòng)服務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)發(fā)工具、管理工具等。

3）中國(guó)電科院云計(jì)算中心。中國(guó)電科院云計(jì)算中心利用云計(jì)算技術(shù)將全院的服務(wù)器資源統(tǒng)合起來(lái)，共承擔(dān)國(guó)家電網(wǎng)計(jì)量生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、設(shè)備狀態(tài)等470套系統(tǒng)的計(jì)算業(yè)務(wù)，可提供包括網(wǎng)絡(luò)、軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境、數(shù)據(jù)等多類(lèi)型的特色化服務(wù)。

綜上所述，云計(jì)算在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展迅速，提供從基礎(chǔ)到應(yīng)用的各層次服務(wù)，并有了廣泛的應(yīng)用。但由于云計(jì)算的服務(wù)類(lèi)型尚不完善豐富以及存在信息安全問(wèn)題等因素，在電力系統(tǒng)應(yīng)用還不夠廣泛，有必要針對(duì)電力系統(tǒng)特殊的業(yè)務(wù)需求，進(jìn)一步深化研究。

2基于云平臺(tái)的電力系統(tǒng)仿真計(jì)算技術(shù)研究

2.1 基于云平臺(tái)的電力系統(tǒng)仿真計(jì)算技術(shù)路線

本研究主要圍繞基于云平臺(tái)的電力系統(tǒng)仿真計(jì)算技術(shù)展開(kāi)，提出基于云平臺(tái)的高彈性擴(kuò)展并行計(jì)算平臺(tái)架構(gòu);在該云平臺(tái)計(jì)算架構(gòu)上提出適用于云平臺(tái)多處理器高任務(wù)并行度的電力系統(tǒng)計(jì)算分析軟件架構(gòu);按照云平臺(tái)和提出的電力系統(tǒng)計(jì)算分析軟件架構(gòu)的需求實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)仿真計(jì)算軟件的高性能并行計(jì)算;最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)高效的電力系統(tǒng)仿真計(jì)算系統(tǒng)，能在給定的硬件資源下指定時(shí)間內(nèi)完成電力系統(tǒng)仿真計(jì)算工作。

2.2 基于云平臺(tái)的電力系統(tǒng)仿真計(jì)算技術(shù)研究要點(diǎn)

1、研究基于云平臺(tái)的高彈性擴(kuò)展并行計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)技術(shù);

研究與具體計(jì)算任務(wù)解耦的高彈性擴(kuò)展并行計(jì)算平臺(tái)，包括：開(kāi)發(fā)資源調(diào)度模塊，可以針對(duì)計(jì)算任務(wù)彈性分配計(jì)算資源;開(kāi)發(fā)計(jì)算控制模塊，對(duì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和計(jì)算任務(wù)的狀態(tài)和結(jié)果進(jìn)行調(diào)度、監(jiān)控及糾錯(cuò);開(kāi)發(fā)計(jì)算結(jié)果處理模塊，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步整合及處理;開(kāi)發(fā)平臺(tái)調(diào)用接口，通過(guò)腳本語(yǔ)言調(diào)用等方式為用戶(hù)提供具體計(jì)算分析程序的調(diào)用方式及接口;開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)通信模塊，為計(jì)算數(shù)據(jù)的輸入輸出提供通信服務(wù)，保證計(jì)算數(shù)據(jù)在已有的系統(tǒng)和云平臺(tái)之間完整和高效傳輸。

2、研究適用于云平臺(tái)多處理器高任務(wù)并行度的電力系統(tǒng)計(jì)算分析軟件架構(gòu)技術(shù);

研究適用于云平臺(tái)的電力系統(tǒng)計(jì)算分析軟件架構(gòu)，針對(duì)云平臺(tái)巨量的處理器核心數(shù)、豐富的I/O資源，對(duì)原有的計(jì)算分析軟件架構(gòu)進(jìn)行升級(jí)，實(shí)現(xiàn)潮流、暫穩(wěn)計(jì)算和輔助決策模塊的快速計(jì)算;研究軟件計(jì)算模塊之間的數(shù)據(jù)交互方式，減少數(shù)據(jù)交互造成的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。

3、研究電力系統(tǒng)仿真計(jì)算軟件關(guān)鍵模塊云平臺(tái)化技術(shù);

研究電力系統(tǒng)仿真計(jì)算軟件跨平臺(tái)編譯運(yùn)行的技術(shù)，通過(guò)修改計(jì)算程序代碼和編譯器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)仿真計(jì)算軟件的潮流、穩(wěn)定計(jì)算及輔助決策等計(jì)算模塊云平臺(tái)化，最終實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)通用的電力系統(tǒng)仿真計(jì)算軟件。

2.3基于云平臺(tái)的電力系統(tǒng)仿真計(jì)算技術(shù)需要解決的主要技術(shù)難點(diǎn)

1、基于云平臺(tái)的高彈性擴(kuò)展并行計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)技術(shù)

基于云平臺(tái)的軟件開(kāi)發(fā)工作與傳統(tǒng)的單機(jī)軟件開(kāi)發(fā)工作存在著極大的不同，傳統(tǒng)的單機(jī)版的計(jì)算分析工具所使用的資源，是基于PC機(jī)的有限的物理資源;而基于云平臺(tái)的計(jì)算分析工具，使用的資源不再有固定的限制，處理器可以使用基于數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器群，數(shù)據(jù)I/O可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信訪問(wèn)磁盤(pán)陣列。為了更好的利用云平臺(tái)資源豐富的特性，基于云平臺(tái)的計(jì)算平臺(tái)應(yīng)保證具有高彈性擴(kuò)展和高并行的特性。

2、適用于云平臺(tái)多處理器高任務(wù)并行度的電力系統(tǒng)計(jì)算分析軟件

云平臺(tái)具有豐富的硬件資源，需要設(shè)計(jì)好計(jì)算分析軟件整體架構(gòu)，保證多核并行計(jì)算時(shí)各個(gè)處理器核心工作強(qiáng)度接近;同時(shí)優(yōu)化好計(jì)算過(guò)程中的數(shù)據(jù)交互，減少對(duì)硬件的開(kāi)銷(xiāo)，避免局部性能瓶頸影響到軟件整體計(jì)算效率。

3總結(jié)

電力市場(chǎng)改革一方面使得電網(wǎng)運(yùn)行點(diǎn)不斷趨近安全邊界，增加了電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn);另一方面改變了電網(wǎng)企業(yè)的盈利模式，電網(wǎng)企業(yè)必須更加關(guān)注生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)節(jié)的成本控制，確保電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)仿真計(jì)算技術(shù)因?yàn)樽陨碛?jì)算速度慢，為了保證能夠適應(yīng)實(shí)時(shí)運(yùn)行中電網(wǎng)運(yùn)行方式變化的要求，往往需要預(yù)留較大的安全裕度，客觀上壓縮了調(diào)度運(yùn)行中電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化分析的優(yōu)化空間，不利于電網(wǎng)效益提升?；谠破脚_(tái)的電力系統(tǒng)仿真計(jì)算技術(shù)可以利用云平臺(tái)強(qiáng)大的并行計(jì)算能力，極大的提升電力系統(tǒng)仿真計(jì)算的效率，滿(mǎn)足新形勢(shì)下調(diào)度運(yùn)行的需求。

參考文獻(xiàn)

[1]Hazelcast. Hazelcast， in-memory data grid[CP/OL]. https：// hazelcast.com/

[2]劉鵬.云計(jì)算.北京：電子工業(yè)出版社，2011.