萬黎升

（中國電建集團江西省電力設(shè)計院有限公司，江西 南昌 330096）

0 引言

云計算是一種通過網(wǎng)絡(luò)訪問可擴展的、靈活的物理或虛擬共享資源池，并按需自動獲取和管理資源的模式[1]。其中資源實例包括服務(wù)器、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、軟件、應(yīng)用和存儲設(shè)備等。

“調(diào)控云”即電網(wǎng)生產(chǎn)控制云，是國網(wǎng)公司“三朵云”規(guī)劃中的一個重要組成部分。

2014年國家電網(wǎng)公司國調(diào)中心和相關(guān)省調(diào)開始開展相關(guān)技術(shù)的研究，自2016年以來，國網(wǎng)公司調(diào)度系統(tǒng)積極開展調(diào)控云方案論證和技術(shù)研究，采取“總體規(guī)劃、試點先行、逐步推進”的方式，總（分）部在北京、上海率先開展調(diào)控云雙站點的技術(shù)驗證，13 家省級電網(wǎng)公司積極開展試點建設(shè)探索。歷經(jīng)3年多的攻堅克難，調(diào)控云平臺建設(shè)取得重大進展，兩級云體系已形成規(guī)模，數(shù)據(jù)資源和業(yè)務(wù)應(yīng)用已在運行中初見成效，具備標(biāo)準(zhǔn)化推廣建設(shè)的基本條件。目前國網(wǎng)已給出了調(diào)控云平臺的總體技術(shù)方案，但在各?。ㄊ校╇娏揪唧w的工程實踐中，仍需結(jié)合各省實際情況解決各自存在問題。

至2019年底，江西省調(diào)、撫州地調(diào)、萍鄉(xiāng)地調(diào)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)已完成建設(shè)并投入運行，其余10 個地調(diào)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)正在進行施工、調(diào)試等建設(shè)工作，2020年底系統(tǒng)實現(xiàn)上線運行。此時江西省電力公司根據(jù)電網(wǎng)實際情況，開展江西省級“調(diào)控云”平臺的前期規(guī)劃設(shè)計工作，對未來“調(diào)控云”平臺的建設(shè)、上線具有前瞻的指導(dǎo)意義。

1 存在問題

隨著特高壓大電網(wǎng)的形成，特高壓站點落地江西，電網(wǎng)運行特性呈現(xiàn)高度耦合一體化特征。交直流之間和區(qū)域間相互影響進一步加深，多回直流故障將造成送受端電網(wǎng)潮流大幅波動，新能源并網(wǎng)容量大幅度增長，電網(wǎng)運行特性日益復(fù)雜，僅依靠現(xiàn)有的D5000 調(diào)度控制技術(shù)支持系統(tǒng)難以適應(yīng)新的電網(wǎng)發(fā)展。

江西電網(wǎng)近5年來陸續(xù)開展了省調(diào)、地區(qū)調(diào)度控制技術(shù)支持系統(tǒng)建設(shè)工作，以滿足分層分區(qū)調(diào)控運行與監(jiān)控的要求。從現(xiàn)有省地調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)建設(shè)和運行看，主要存在以下問題：

1）各級調(diào)度控制技術(shù)支持系統(tǒng)軟硬件資源難以有效地利用。系統(tǒng)硬件資源配置，按現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)配置，建設(shè)方式較為粗放，為滿足系統(tǒng)可靠性，多采用冗余配置，硬件資源利用率低，擴展性差。

2）各地區(qū)電網(wǎng)模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)各自獨立建模，省調(diào)以拼接的方式建立全網(wǎng)模型的方式存儲電網(wǎng)模型，造成與電網(wǎng)實際模型不匹配，電網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)維護難度大，難以共享等問題，實際應(yīng)用效果不滿足多級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)快速變化的要求。

3）電網(wǎng)一體化調(diào)度運行下，要求調(diào)控系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)的高效訪問能力，傳統(tǒng)應(yīng)用模式下的信息孤島，難以實現(xiàn)海量信息的整合、交換、存儲和訪問，難以實現(xiàn)電網(wǎng)“一張網(wǎng)”的“全網(wǎng)、全景、全態(tài)”展示，難以實現(xiàn)國、分、省三級調(diào)度要求的運行監(jiān)視同場景化、告警及預(yù)警同步感知、事故處理高度協(xié)同、在線分析結(jié)果共享的目標(biāo)，難以形成面對同一個電網(wǎng)狀態(tài)，各級調(diào)度形成一致的調(diào)控方向，采取匹配的調(diào)控措施，維護大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

4）大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)在電力調(diào)控領(lǐng)域應(yīng)用需要更強的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計算能力支撐。電力系統(tǒng)運行產(chǎn)生海量歷史數(shù)據(jù)，但并未被充分挖掘，迫切需要大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)結(jié)合電力調(diào)控領(lǐng)域相關(guān)知識，挖掘數(shù)據(jù)價值，探索數(shù)據(jù)潛在規(guī)律，提升數(shù)據(jù)效率與業(yè)務(wù)決策能力。現(xiàn)有系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)上難以滿足其數(shù)據(jù)需求，難以滿足實現(xiàn)新經(jīng)濟發(fā)展和新電網(wǎng)運營要求下定制化服務(wù)的需求。

從江西的情況看，電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)的核心問題是缺乏全局電網(wǎng)的模型中心，造成所有電網(wǎng)數(shù)據(jù)只對局部電網(wǎng)有效，對大電網(wǎng)無效。等效拼接后電網(wǎng)模型失真嚴(yán)重，失去全局大電網(wǎng)調(diào)控的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，難以發(fā)揮調(diào)控系統(tǒng)PAS高級應(yīng)用的功能，難以采用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)對電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行價值再發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)有問題難以在現(xiàn)有架構(gòu)上解決，需要建立新的調(diào)控技術(shù)支持系統(tǒng)底層支撐系統(tǒng)，調(diào)控云平臺提供了較好的解決方案。

2 規(guī)劃設(shè)計研究

2.1 總體規(guī)劃

根據(jù)調(diào)控業(yè)務(wù)特點和管理布局，調(diào)控云由跨調(diào)度機構(gòu)的國（分）、?。ǖ兀﹥杉壴平M成，各級云采用兩點建設(shè)模式，實現(xiàn)業(yè)務(wù)雙活。國（分）云（1 個）為主導(dǎo)云，側(cè)重國分省主網(wǎng)調(diào)控運行管理業(yè)務(wù)、主網(wǎng)模型數(shù)據(jù)及其應(yīng)用功能。省（地）云（N 個）為協(xié)同云，側(cè)重省地縣電網(wǎng)調(diào)控運行管理業(yè)務(wù)、省地模型數(shù)據(jù)及其應(yīng)用功能。調(diào)控云平臺分層架構(gòu)如圖1所示。

圖1 調(diào)控云平臺分層架構(gòu)

根據(jù)調(diào)控業(yè)務(wù)特點和管理布局，“調(diào)控云”共有（1+N）個業(yè)務(wù)云構(gòu)成，每個業(yè)務(wù)云由A、B兩個雙活的云平臺組成。

國（分）云，側(cè)重于國分省調(diào)主網(wǎng)業(yè)務(wù)，部署220 kV以上主網(wǎng)模型、數(shù)據(jù)及對應(yīng)的應(yīng)用功能。業(yè)務(wù)云中的“N”，為省地縣調(diào)度云，側(cè)重于省地縣在省所轄范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)，部署10 kV 及以上省網(wǎng)模型數(shù)據(jù)及對應(yīng)的應(yīng)用功能。

云平臺A、B間實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速同步、并行服務(wù)。每個云站點均按照云計算的典型結(jié)構(gòu)分層設(shè)計，自下而上劃分為基礎(chǔ)設(shè)施層（IaaS）、數(shù)據(jù)平臺層（PaaS）和應(yīng)用場景層（SaaS），按照資源虛擬化、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、應(yīng)用服務(wù)化的目標(biāo)，構(gòu)建包括計算資源、存儲資源和存儲資源的基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建包括公共資源管理和模型數(shù)據(jù)等服務(wù)的數(shù)據(jù)平臺，面向業(yè)務(wù)場景，部署了支撐調(diào)控中心及公司相關(guān)部門的各類應(yīng)用。軟件架構(gòu)如下圖2所示。

圖2 調(diào)控云軟件架構(gòu)

每個云站點均由一套獨立的網(wǎng)絡(luò)及硬件組成，其典型配置包括計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)及安全資源和站點網(wǎng)絡(luò)及硬件，江西省級調(diào)控云平臺硬件架構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 江西省級調(diào)控云平臺硬件架構(gòu)

2.2 選址規(guī)劃

根據(jù)總體架構(gòu)規(guī)劃方案，為保障調(diào)控云的高可用性，調(diào)控云各節(jié)點均采用雙站點模式進行建設(shè)，即在同一節(jié)點上異地部署A、B 兩個站點，并實現(xiàn)站點間數(shù)據(jù)的高速同步。兩站點均衡配置，在業(yè)務(wù)層面均可同時對外提供服務(wù)，實現(xiàn)異地應(yīng)用雙活。

A、B 站點的異地建設(shè)選址，選址原則主要考慮因素如下：第一，站點建設(shè)地點，無重大地質(zhì)災(zāi)害，不發(fā)生系統(tǒng)性風(fēng)險，兩個站點的必須為電網(wǎng)通信樞紐節(jié)點，通信光纜及傳輸設(shè)備具備多冗余條件，保障雙站點間數(shù)據(jù)傳輸及同步的可靠；第二，站點數(shù)據(jù)中心機房運行環(huán)境良好，可供系統(tǒng)上架的服務(wù)器機柜、UPS電源、精密空調(diào)及運維安全制度措施等因素，具備系統(tǒng)上線的基本條件；第三，運行人員數(shù)量足夠，業(yè)務(wù)水平較高，可以長期保障系統(tǒng)安全可靠運行。

目前各省級電網(wǎng)都建設(shè)各自的調(diào)控中心和備用調(diào)控中心，選址時考慮的因素與調(diào)控云A、B 站點基本相同。因此一般情況下，可考慮省級調(diào)控中心和省級備用調(diào)控中心為A、B 站點建設(shè)首選地址。但是，備用調(diào)控中心大多部署在某一個地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控中心內(nèi)，調(diào)控中心自動化機房運行資源部署地調(diào)和省備調(diào)系統(tǒng)，機房基本處于滿負荷運行狀態(tài)，重新建設(shè)或改造自動化機房，將受大樓本體結(jié)構(gòu)、管線通道條件及辦公場所緊張等諸多外部條件制約，系統(tǒng)有停運風(fēng)險，調(diào)控云平臺系統(tǒng)難以部署。另外，從系統(tǒng)長遠可靠運行角度看，運維人員同時維護地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)、省級備用調(diào)控系統(tǒng)，調(diào)控云平臺系統(tǒng)運維任務(wù)過重。

就江西省目前電網(wǎng)情況看，A 站點考慮規(guī)劃部署在省調(diào)控中心自動化機房，B 站點主要考慮結(jié)合目前江西某個地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控中心大樓新建契機建設(shè)B 站點。從長遠穩(wěn)定運行角度上，統(tǒng)籌規(guī)劃數(shù)據(jù)中心的規(guī)模，同步配套網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，結(jié)合新大樓建設(shè)考慮數(shù)據(jù)中心樓層的布局與設(shè)備荷載，分階段部署數(shù)據(jù)中心綜合布線系統(tǒng)，UPS 電源系統(tǒng)，精密空調(diào)系統(tǒng)，同時統(tǒng)籌運維人力資源的配置。

2.3 計算資源池規(guī)劃

調(diào)控云基礎(chǔ)設(shè)施層包含計算資源池、存儲資源池、網(wǎng)絡(luò)資源池等，通過虛擬化技術(shù)實現(xiàn)底層物理資源的池化、按需使用，并提供統(tǒng)一云管理工具。

IaaS層是整個調(diào)控云平臺基礎(chǔ)資源層，負責(zé)向調(diào)控云平臺各類應(yīng)用提供計算服務(wù)器資源，負責(zé)存儲調(diào)控云平臺各類應(yīng)用所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，負責(zé)調(diào)控云平臺的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)運行。

將一臺物理服務(wù)器虛擬成幾臺虛擬服務(wù)器，沒有明確的規(guī)定，主要是根據(jù)物理服務(wù)器的硬件配置情況和計算業(yè)務(wù)場景情況而定。虛擬化技術(shù)使得硬件資源擴充非常便捷，規(guī)劃設(shè)計時應(yīng)主要基于目前的計算業(yè)務(wù)要求，并保留有一定計算資源裕度。

規(guī)劃設(shè)計時需根據(jù)一臺物理服務(wù)器硬件能提供的虛擬計算服務(wù)器CPU（VCPU）總數(shù)進行估算，經(jīng)驗公式描述如下：

式中：nv為VCPU 總數(shù)；nc為物理服務(wù)器CPU 數(shù)量；nk為物理服務(wù)器CPU 核數(shù)；no為操作系統(tǒng)占用的VCPU個數(shù)。

目前，物理服務(wù)器X86 架構(gòu)大多采用超線程技術(shù)，一個CPU 核可模擬為2 個邏輯線程使用，操作系統(tǒng)占用VCPU 一般為4 個，實際運行時物理服務(wù)器計算負載一般70%考慮，同時考慮“N-1”情況，即集群中某臺物理服務(wù)器故障，集群中的其他物理服務(wù)器可承擔(dān)其的計算負載按預(yù)留15%考慮。因此工程規(guī)劃設(shè)計時計算公式為：

式中：ng為工程規(guī)劃設(shè)計可提供的虛擬CPU個數(shù)。

就目前已試點單位建設(shè)經(jīng)驗看，選擇物理服務(wù)器與虛擬服務(wù)器之比有1:5、1:10、1:20 的方案，結(jié)合江西電網(wǎng)實際情況，規(guī)劃設(shè)計時選擇按1:5 方式規(guī)劃虛擬計算資源池。以一臺4 路10 核CPU+768G 內(nèi)存服務(wù)器為例，大約可提供45 個VCPU，若按一臺虛擬機分配8 顆VCPU+64G 內(nèi)存計算，可提供5 臺虛擬機所需資源。經(jīng)測算江西省級調(diào)控云平臺PaaS、SaaS 層各業(yè)務(wù)功能模塊需求計算量，并保留適當(dāng)裕度，規(guī)劃設(shè)計12 臺4 路10 核768G 物理服務(wù)器作為計算資源池。

2.4 存儲資源池規(guī)劃

存儲空間包括虛擬機、電網(wǎng)模型、OMS 數(shù)據(jù)、告警信息、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（CIM/E 及其它文件）、歷史采樣數(shù)據(jù)和PMU數(shù)據(jù)等存儲對象所占用的空間。

實際工程規(guī)劃設(shè)計時，要結(jié)合現(xiàn)有調(diào)控系統(tǒng)資產(chǎn)狀況進行合理選擇配置。從江西省調(diào)調(diào)控系統(tǒng)現(xiàn)狀看考慮存儲系統(tǒng)投資較大，同時為保護現(xiàn)有調(diào)控系統(tǒng)投資，工程實施時PMU 數(shù)據(jù)存儲現(xiàn)有調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)存儲系統(tǒng)中，可以節(jié)省物理存儲和時序數(shù)據(jù)庫的投資。江西調(diào)控云平臺在規(guī)劃水平年內(nèi)需要對調(diào)控云中存儲的數(shù)據(jù)類型和容量估算：

1）歷史采樣數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）

計算歷史采樣數(shù)據(jù)容量需求，需根據(jù)現(xiàn)有電網(wǎng)測點數(shù)，結(jié)合電網(wǎng)規(guī)劃估算測點年增長率，按如下經(jīng)驗公式計算：

式中：Sh為存儲容量，T；np為現(xiàn)有10 kV及以上電網(wǎng)遙測、遙信測點總數(shù)；x%為電網(wǎng)測點年均增長率；n+1 為規(guī)劃年數(shù)。單測點一小時內(nèi)采樣占用空間約588字節(jié)。

江西電網(wǎng)目前10 kV 以上廠站遙測、遙信測點共260 萬個，按年均增長5%情況測算，5年后存儲量需求代入公式計算約為68 T。

2）電網(wǎng)模型（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）

電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)一般比較穩(wěn)定，隨廠站數(shù)量變化占用存儲空間較小，根據(jù)5年內(nèi)發(fā)展需求測算，需配置50 G存儲空間。

3）OMS數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）

根據(jù)5年內(nèi)發(fā)展需求測算，需配置1 T存儲空間。

4）告警信息（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）

按照每年約200 G，年增長率5%測算，5年后存儲量需求為：

（5）CIM/E數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）

按照每5 min 生成一個12 M 大小文件測算，1年約為1.2 T。5年后存儲量需求:

6）其他文件（非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）

根據(jù)5年內(nèi)發(fā)展需求測算，需配置2 T存儲空間。

7）虛擬機硬盤開銷（非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）

包括操作系統(tǒng)、程序安裝空間。每臺虛擬計算服務(wù)器0.5 T，60臺虛擬計算服務(wù)器合計30 T。

根據(jù)統(tǒng)計及數(shù)據(jù)屬性和存儲技術(shù)的適應(yīng)性，存儲系統(tǒng)做如下規(guī)劃配置：

配置集中式磁盤陣列存儲設(shè)備1 套，存儲歷史采樣數(shù)據(jù)、電網(wǎng)模型、OMS 數(shù)據(jù)、告警信息、CIM/E 數(shù)據(jù)。合計需求為75 T?？紤]RAID 開銷，最終應(yīng)配置120 T容量的磁盤陣列。

配置分布式存儲服務(wù)器1 組，用于虛擬機和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲，合計需求為32 T。分布式存儲提供虛擬機及其數(shù)據(jù)盤所需的存儲空間。分布式存儲采用3 副本模式，單臺分布式存儲服務(wù)器配置12 塊1.8 T硬盤，空間利用率按95%估算，所提供存儲空間：

規(guī)劃設(shè)計2 臺的存儲冗余裕度，配置8 臺分布式存儲服務(wù)器。

2.5 PaaS和SaaS層規(guī)劃

調(diào)控云PaaS 層核心目標(biāo)是實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)云平臺、運行數(shù)據(jù)云平臺及實時數(shù)據(jù)云平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲與交互的標(biāo)準(zhǔn)化。前期規(guī)劃設(shè)計時，除必須建設(shè)的基礎(chǔ)公共資源服務(wù)管理和三個平臺外，應(yīng)結(jié)合業(yè)務(wù)的發(fā)展需求配置支撐電網(wǎng)發(fā)展的平臺軟件。

2020年2 月，在中國全面遭受新型冠狀病毒侵襲，全社會面臨抗擊疫情和復(fù)工復(fù)產(chǎn)困難情況下，浙江省電力公司通過電力大數(shù)據(jù)得出“企業(yè)復(fù)工電力指數(shù)”，助力地方疫情防控與企業(yè)復(fù)工復(fù)產(chǎn)，取得的積極的社會效益和經(jīng)濟效益。以2月10日的數(shù)據(jù)為例，浙江全省“企業(yè)電力復(fù)工指數(shù)”為25.42，復(fù)工指數(shù)最高的行業(yè)為金融業(yè)達67.35[2]?？梢灶A(yù)見在不久的未來，大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)必然在電力行業(yè)有更加廣泛和深入的應(yīng)用。因此調(diào)控云平臺的PaaS 層上配置大數(shù)據(jù)引擎和人工智能引擎有較強的必要性。

SaaS 層規(guī)劃不僅需實現(xiàn)省級電網(wǎng)基本典型常用的應(yīng)用功能如：基礎(chǔ)類、公共類、數(shù)據(jù)分析類應(yīng)用，還需規(guī)劃部署適應(yīng)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展需求的特色應(yīng)用。

如結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，通過“調(diào)控云”平臺規(guī)劃匯集全省35 kV 及以上接入江西電網(wǎng)的小水電、新能源、分布式電源等資源信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全省新能源、清潔能源全局監(jiān)視與分析。同時，結(jié)合氣象預(yù)測、水文預(yù)測、功率預(yù)測、異常報警、輔助交易等功能，實現(xiàn)各類電力資源的統(tǒng)籌調(diào)度，優(yōu)化配置和控制，如系統(tǒng)調(diào)峰、故障緊急控制、輸電斷面擁塞緩解、清潔能源充分消納、電力市場交易等支持性功能[3-8]。

3 結(jié)語

隨著中國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，電網(wǎng)企業(yè)將迎來生產(chǎn)方式和管理方式的重大變革，驅(qū)動這場變革的必將是以云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)和智能技術(shù)為代表的新技術(shù)集合。調(diào)控云平臺經(jīng)過多年迭代已進入工程實用化階段，文中結(jié)合江西省級調(diào)控云平臺的規(guī)劃設(shè)計經(jīng)驗，提出在平臺部署規(guī)劃選址、虛擬計算資源、存儲資源、PaaS層和SaaS層功能配置等方面規(guī)劃設(shè)計時應(yīng)重點考慮的因素，為調(diào)控云平臺的全面建設(shè)推廣，提供通用性建議。

在工程實際規(guī)劃和建設(shè)過程中，應(yīng)充分考慮經(jīng)濟性與先進性，充分結(jié)合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)實際情況，優(yōu)先對A、B 節(jié)點處的調(diào)控數(shù)據(jù)中心改造升級，結(jié)合電網(wǎng)近期、遠期需求，分步規(guī)劃配置平臺硬件資源和軟件功能，充分與通信專業(yè)溝通，保障系統(tǒng)運行的通信帶寬和鏈路可靠，結(jié)合現(xiàn)有電力監(jiān)控控系統(tǒng)二次安全防護系統(tǒng)，合理配置調(diào)控云安全設(shè)備，實現(xiàn)調(diào)控云平臺全面建設(shè)，為省級電網(wǎng)調(diào)控運行管理提供新的技術(shù)支撐平臺。