基于调控云的网络分析服务架构

基于调控云的网络分析服务架构

唐乃馨1尚梦楠2万丽3

国网天津市电力公司东丽供电分公司天津300300

摘要：为解决网络分析应用在多级调度分级部署、数据共享困难、多用户多需求支撑能力不足和应用计算准确度待提升等问题，提出了基于调控云的网络分析应用服务模式：应用研究了电网数据信息结构构建、网络分析应用计算服务封装、分布式事务管理的设计方法。以状态估计、调度员潮流和静态安全分析为例，阐述了一套服务多用户按需使用的计算服务流程和应用模式。

关键词：调控云；按需服务；数据共享；网络分析；分布式事务

引文

随着交直流跨区跨省电网规模的日趋扩大和结构的日趋复杂，原有模式是按照弱互联电网阶段发展起来的相互独立的调控系统模式，目前沿用该模式势必将给当前网络分析计算带来新的挑战。各级调控应用功能独立重复建设，应用数据格式不统一，基于CIM/E从下而上的模型拼接和从上而下的全模型定期分发的方式，导致各级电网模型和实时数据共享困难，影响了网络分析应用的准确计算和电网全局状态的精准感知。云计算技术作为近些年来快速发展的一种崭新服务模式，具备超大规模、虚拟化、高可靠性、通用性、高可扩展性、按需服务等特点，很多学者开展了关于电力系统云计算平台和应用计算模式的研究工作[8-14]，主要探讨了电力系统云计算平台的建设方案和应用展望、云计算模式的调度应用框架、电力系统云计算中心的主要标准和关键技术、异构模型融合技术、电网培训仿真设计和全网一体化在线分析计算技术等，以解决所遇到的电力系统计算和信息处理的挑战性问题。

1、网络分析应用服务需求

随着特高压交直流混联电网之间的联系愈加紧密，网络分析应用需要基于统一模型进行全网一体化在线分析计算，实现高性能、跨区域、跨电压等级的协作，共同构建电网的基础数据，以满足各类分析计算的需求。

1.1准确计算需求

当前调控系统采用多级部署、多级维护、多级存储的分级模式，各级调控中心分别负责本级别电网局部模型的维护和逐级向上共享，上级调度具有更大范围的电网数据，可实现全网一体化计算；而下级调度缺少电网数据的交互和共享，一般采用电网边界简化等值模型或者使用上级全网模型定期分发的方式，特别是与外部电网有紧密联系的电网，外部厂站潮流变化、拓扑变化或者电网故障对网络分析应用计算影响较大，会导致本地分析结果与上级调度的计算结果不一致。另外，不同应用厂家建模的侧重点和电网模型编码方式存在差异，影响了各级调度间数据共享和应用计算的准确性。因此，有必要建立统一、规范、标准的全网应用数据模型，提升电网在线分析的计算准确性。

1.2多应用协同计算需求

当前各应用模块相互独立，对电网运行状态的描述局限在各自应用内，应用之间缺乏统一的数据共享和功能调用，影响了全局运行状态掌控能力。基于发电计划、负荷预测、检修计划、电压调整、调度员潮流等功能模块的数据共享和协同分析，为电网运行状态趋势变化分析、电网预想故障扫描和风险评估、电网发电用电平衡和电压稳定评估等提供智能化支撑手段。同时，多应用协同计算也能够为DTS仿真、在线稳定分析等应用提供未来运行方式断面。

1.3多用户多场景需求

当前的网络分析是面向开发和调度管辖的应用模式，在固定的模型和量测范围计算，为用户提供统一的结果展示，应用在各级调度都需要部署，计算结果共享困难。而实际上，国分省和省地多级调度的应用业务是近似的，只是模型和量测的范围不同，电网互联程度的加深和调控业务的扩展要求应用计算不再局限于各自的调控范围。网络分析服务需要转变为面向用户和业务的应用模式，适应多级用户的不同业务需求。

1.4数据挖掘分析需求

网络分析应用在计算过程中和结束后能够提供大量的计算数据，这些数据包含了电网正常运行时的模型和量测信息，以及电网故障运行时的特征信息。基于统一的数据整合开展数据挖掘和分析是推动网络分析应用技术进步的新手段，主要包括：一是对电网正常运行的计算数据进行统计分析，实现对量测权重、潮流调整策略等的优化设置；二是对电网故障数据进行多维关联分析，用于故障特征提取和辅助决策策略优化。

2、调控云总体设计

按照国家电网公司规划，“十三五”期间将完成企业管理云、公共服务云和生产控制云(即统称为公司一体化“国网云”)的建设。它们将分别为国家电网公司未来的企业管理、对外服务和调度运行提供相应的技术支撑。云计算所具有的特性符合调度自动化系统发展的方向，是调度自动化系统新部署模式的基础。在调控云的总体设计中，对调控云的架构、交付模式、云互联与数据流，以及关键技术做了重点研究和设计。

2.1调控云架构设计

调控云是面向电网调度业务的云服务平台，其架构设计既要满足电网调控业务连续性、实时性、协同性的要求，也要符合云计算的理念，体现硬件资源虚拟化(共享与动态调配)、数据标准化和应用服务化的特点。基于电网一体化特征的业务特点和调度业务管辖范围的划分原则，以及电网中能量流、信息流的分布特征，调控云采用国分、省级分级部署方式，形成“1+N”的整体架构。其中，主导节点(国分)处于调控云的核心位置，统领调控云的数据标准化、服务标准化、安全标准化，主导全网计算业务，部署220kV及以上主网模型数据及其应用功能，侧重于国分省调主网业务；协同节点(省级)N个，部署在每个省级调控中心，是调控云的协同节点，严格遵循数据标准、服务标准和安全标准，并负责全网计算业务的子域协同，部署10kV及以上省网模型数据及其应用功能，侧重于省地县调局部电网业务。该架构实现不同层级业务的适度解耦，符合能量流、信息流的空间分布特性，符合业务分级、数据集中的技术路线，使得不同层级调控云节点既各有侧重，又保证了全局层面信息流与服务流的整体贯通。

“调控云”总体架构如图1所示。为适应“统一管理、分级调度”的调度管理模式，调控云采用统一和分布相结合的分级部署设计，形成国分主导图1“调控云”总体架构示意图Fig.1Diagramofoverallframeworkfor"dispatchingandcontrolcloud"节点和各省级协同节点的两级部署，共同构成一个完整的调控云体系。主导节点和协同节点在硬件资源层面各自独立进行管理；在数据层面，主导节点作为调控云各类模型及数据的中心，负责元数据和字典数据的管理，并负责调控云各类数据的数据模型建立，以及国调和分中心管辖范围内模型及数据的汇集，协同节点负责本省模型及数据的汇集并向主导节点同步/转发相关数据；在业务层面，调控云作为一个有机整体，由主导节点基于全网模型，提供完整的模型服务、数据服务及业务应用，各协同节点基于本省完整模型及按需的外网模型提供相关业务服务。为保障调控云的高可用，调控云各节点均采用双站点模式进行建设，即在同一节点上异地部署A、B两个站点，并实现站点间数据的高速同步。两站点均衡配置，在业务层面均可同时对外提供服务，实现异地应用双活。

2.2应用服务架构

网络分析应用服务遵循“服务业务化、功能模块化”的原则，以“服务包”的方式提供给用户，用户不必关心应用软件所在的运行环境，只需要提供所需的数据便可得到计算结果，资源使用按需分配，以实现应用的快速响应、高效服务。网络分析应用服务架构以调控云为基础，以应用计算为基本功能模块，如图2所示。用户登录工作区，自定义需求，选择电网模型、电网数据、电网应用等，调控云通过平台服务为用户提供模型、数据、存储和计算资源。应用服务管理将应用程序的不同功能单元通过服务之间定义的数据接口关联起来，以统一和通用的方式进行交互，通过服务总线注册于服务管理中心，具有良好的开放性和层次性，建立计算服务、计算数据、执行流程相分离的松耦合计算模式，其中Dubbo服务框架是常用的服务总线中间件。应用服务为用户提供实时和非实时计算，为国、分、省、地用户提供满足不同模型范围需求的分析统计、辅助决策；基于页面展示服务实现应用操作和结果展示；计算结果以通用的格式存储和共享；通过访问控制、安全认证、安全访问、安全接入[15]保证应用安全。服务能否被发现、服务能否被调用、服务调用能否得到正确的返回结果、服务响应时间能否满足要求是测评应用服务架构性能的4个要点。

3、结束语

以云计算、大数据、人工智能为代表的信息系统新技术已逐渐成熟。这些新技术不仅对计算机系统带来了新的发展和改变，同时也促进了所服务行业的发展，对国民经济起到了重要的推动作用。电网调控运行与新技术的结合必将对调度自动化系统带来革命性的更新。未来将持续研究应用云计算技术，全面构建调控云平台，并着力研发基于调控云平台的各类应用，为提高调度机构驾驭大电网的能力、大范围资源优化配置以及应对重大电网故障的协同处置提供有力的技术支持保障，服务于电网的安全、稳定、经济、环保运行。

参考文献：

[1]张明，王玮，施建华，等．电力大数据调度云的优化[J]．计算机仿真，2014，31(11)：123-126．

[2]杨笑宇，庞郑宁，樊启俊，等．基于电力调度工作流构建运行管理的互联互通框架[J]．电力系统自动化，2015，39(1)：177-183．

[3]姚建国，杨胜春，单茂华．面向未来互联电网的调度技术支持系统架构思考[J]．电力系统自动化，2013，37(21)：52-59．