智能電網(wǎng)調(diào)度一體化管理在電網(wǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

朱文迪，于樂(lè)嶺

（1.山東天祥電力設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250000；2.山東電工時(shí)代能源科技有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引 言

調(diào)度一體化管理是智能電網(wǎng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在電網(wǎng)設(shè)計(jì)中運(yùn)用智能電網(wǎng)的調(diào)度一體化管理，其本質(zhì)就是將調(diào)度一體化實(shí)現(xiàn)所需要的各種技術(shù)融入電網(wǎng)系統(tǒng)中，豐富電網(wǎng)運(yùn)行功能，促使電網(wǎng)具備遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時(shí)化控制與運(yùn)行、智慧化自主調(diào)控等功能。同時(shí)，形成契合智慧電網(wǎng)特點(diǎn)的電網(wǎng)架構(gòu)，提升電網(wǎng)設(shè)計(jì)的整體水平。在實(shí)際過(guò)程中，要想靈活運(yùn)用智能電網(wǎng)的調(diào)度一體化管理，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，就要立足電網(wǎng)的具體情況，以安全運(yùn)行、高效運(yùn)行為方向，搭建線上智能化業(yè)務(wù)調(diào)度管理模式，創(chuàng)建數(shù)據(jù)傳輸與共享機(jī)制，形成各級(jí)業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理、分級(jí)調(diào)度模式，促使電網(wǎng)能夠快速響應(yīng)調(diào)度工作，提高調(diào)度管理的高效性。

1 智能電網(wǎng)相關(guān)背景闡述

智能電網(wǎng)背景下，國(guó)家電網(wǎng)公司提出了“集團(tuán)化運(yùn)作、集約化發(fā)展、精益化管理、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)”的二十字方針，明確智能電網(wǎng)的發(fā)展要求，致力于加強(qiáng)電網(wǎng)的調(diào)度管理[1]。

2020—2022年期間，國(guó)家電網(wǎng)公司與各地區(qū)省級(jí)市級(jí)電力企業(yè)紛紛開(kāi)展對(duì)智能電網(wǎng)調(diào)度相關(guān)技術(shù)、相關(guān)管理模式的研究，針對(duì)調(diào)度、方式、計(jì)劃等業(yè)務(wù)構(gòu)建智能電網(wǎng)的調(diào)度一體化管理平臺(tái)[2]。一體化管理模式運(yùn)用于電網(wǎng)設(shè)計(jì)中，可以搭建多區(qū)域數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、集約化處理，讓各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息得以流通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，有效解決各系統(tǒng)之間由于數(shù)據(jù)互相獨(dú)立引起的異構(gòu)問(wèn)題[3]。

2 電網(wǎng)設(shè)計(jì)中運(yùn)用智能電網(wǎng)調(diào)度一體化管理的需求分析

2.1 云計(jì)算需求

要想讓電網(wǎng)具備智能調(diào)度一體化管理的能力，就要確保電網(wǎng)框架下各子系統(tǒng)具備精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析、發(fā)掘與計(jì)算能力。近些年，我國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜，電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源多樣化發(fā)展，包括但不限于電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、電力交易數(shù)據(jù)等[4]。這些數(shù)據(jù)均會(huì)通過(guò)終端設(shè)施傳輸?shù)诫娋W(wǎng)調(diào)度端，由調(diào)度端的數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)分析機(jī)制進(jìn)行篩選、歸納與分析，最終儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣做是為了便于后續(xù)二次發(fā)掘與分析數(shù)據(jù)，也可以避免由于內(nèi)外因素引起數(shù)據(jù)丟失。根據(jù)現(xiàn)階段公司的電網(wǎng)建設(shè)情況可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前電網(wǎng)沒(méi)有形成全區(qū)域范疇內(nèi)的統(tǒng)一化，且各子系統(tǒng)、分場(chǎng)景終端上報(bào)的數(shù)據(jù)集成度較低。這就導(dǎo)致后期需要反復(fù)更新建設(shè)電網(wǎng)系統(tǒng)，不僅浪費(fèi)大量硬件設(shè)施，也會(huì)導(dǎo)致各終端執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)差異化，影響調(diào)度系統(tǒng)的資源整合有效性。因此，需要搭建云計(jì)算機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)資源的整合，充分利用資源。例如，在電力調(diào)度與監(jiān)控系統(tǒng)中，需要搭建統(tǒng)一的云計(jì)算機(jī)制，以便于整合新能源電力運(yùn)行數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)電力運(yùn)行數(shù)據(jù)，加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)控，拓展計(jì)算量，提高計(jì)算效率。

2.2 智能化調(diào)度需求

在電網(wǎng)設(shè)計(jì)中運(yùn)用智能電網(wǎng)的調(diào)度一體化管理，對(duì)電網(wǎng)最直接的改變就是電網(wǎng)系統(tǒng)具備了智能化、智慧化的調(diào)度功能。近些年，我國(guó)電力行業(yè)飛速發(fā)展，各地區(qū)新能源電力系統(tǒng)、輸變配電建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電力營(yíng)銷服務(wù)終端不斷升級(jí)。我國(guó)電力調(diào)度系統(tǒng)呈現(xiàn)出分布廣、結(jié)構(gòu)大、調(diào)度任務(wù)繁重、調(diào)度任務(wù)要求較高的特點(diǎn)。同時(shí)，每個(gè)區(qū)域的調(diào)度系統(tǒng)都是根據(jù)該區(qū)域電網(wǎng)業(yè)務(wù)的具體情況搭建的，若將所有區(qū)域的電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)融合，則會(huì)引起業(yè)務(wù)混亂，且各系統(tǒng)之間配適度較低。這就需要利用云計(jì)算技術(shù)，在智能電網(wǎng)的一體化調(diào)度框架內(nèi)搭造云計(jì)算機(jī)制，發(fā)揮云計(jì)算的強(qiáng)大功能，這樣既可以有效整合、協(xié)調(diào)各區(qū)域電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源，也可以有效解決原有問(wèn)題[5]。

2.3 安全保障需求

將智能電網(wǎng)的調(diào)度一體化管理運(yùn)用于電網(wǎng)設(shè)計(jì)中，就是在電網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)引入云計(jì)算、智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等各種先進(jìn)技術(shù)。但是，優(yōu)化設(shè)計(jì)之后的智能電網(wǎng)調(diào)度一體化管理平臺(tái)涉及分布式數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與計(jì)算，需要對(duì)各類邊緣設(shè)備進(jìn)行集中化調(diào)度。這對(duì)于電網(wǎng)各個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)而言都是一種安全挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)為對(duì)邊緣設(shè)備模型運(yùn)行安全的挑戰(zhàn)，邊緣設(shè)備在運(yùn)行時(shí)不具備知識(shí)學(xué)習(xí)功能，很容易在共享數(shù)據(jù)之后造成原有數(shù)據(jù)混亂、計(jì)算結(jié)果丟失，從而引起安全問(wèn)題。調(diào)度一體化管理平臺(tái)的搭建，本身不涉及兼容問(wèn)題，若后期用戶決定服務(wù)搬遷，則很有可能會(huì)產(chǎn)生因兼容性不足而引起的安全隱患[6]。這就需要加大智能電網(wǎng)調(diào)度一體化管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)、信息安全管理，建議建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施庫(kù)、開(kāi)放虛擬化格式（Open Virtual Format，OVF），優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)，加強(qiáng)安全事項(xiàng)部署。也可以在平臺(tái)上部署OVF 格式化虛擬機(jī)，創(chuàng)建多層級(jí)服務(wù)模式，一定程度上保留電力用戶的相對(duì)獨(dú)立性，從而解決后續(xù)搬遷引起的數(shù)據(jù)兼容安全問(wèn)題。

3 電網(wǎng)設(shè)計(jì)中運(yùn)用智能電網(wǎng)調(diào)度一體化管理的策略

按照上述思路將調(diào)度一體化融入電網(wǎng)設(shè)計(jì)中，優(yōu)化電網(wǎng)系統(tǒng)框架，整合電網(wǎng)下屬系統(tǒng)資源，拓展系統(tǒng)功能，能夠進(jìn)一步滿足現(xiàn)代智能電網(wǎng)的運(yùn)行需求。在電網(wǎng)設(shè)計(jì)中，工作人員可以按照步驟，分別完成智能化框架設(shè)計(jì)、一體化功能框架搭建、平臺(tái)安全性能優(yōu)化、繼承設(shè)計(jì)、系統(tǒng)性能優(yōu)化等。

3.1 基于智能化與云計(jì)算設(shè)計(jì)框架

在電網(wǎng)設(shè)計(jì)中，具備調(diào)度一體化管理能力的系統(tǒng)整體框架大致分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層以及應(yīng)用層。在4 層框架基礎(chǔ)上，搭建數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)中心，整合電網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)，以便于滿足多系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行需要，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同。在智能化與云計(jì)算共同搭建的技術(shù)框架中，設(shè)置云端基礎(chǔ)架構(gòu)，部署少量特定管理節(jié)點(diǎn)。Bigtable 為分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，可以滿足超大規(guī)模結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理需求[7]。分布式文件系統(tǒng)（Global File System，GFS）是Linux 操作系統(tǒng)在PC 機(jī)構(gòu)成的集群集成。MapReduce Job 是編程模式，可以處理海量數(shù)據(jù)，最大限度上自動(dòng)計(jì)算數(shù)據(jù)、發(fā)布執(zhí)行指令。

3.2 搭建一體化功能框架

豐富的功能框架是智能電網(wǎng)調(diào)度一體化管理應(yīng)用所必不可少的。在電網(wǎng)設(shè)計(jì)中，工作人員要立足本區(qū)域智能電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展情況，依托電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)設(shè)置4 個(gè)核心子系統(tǒng)，分別為數(shù)據(jù)交換與流通系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)負(fù)載系統(tǒng)、海量數(shù)據(jù)儲(chǔ)存系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)與信息集成計(jì)算系統(tǒng)。這4 個(gè)系統(tǒng)分別支撐數(shù)據(jù)共享、資源調(diào)配、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、集成式調(diào)度等功能。首先，依托于數(shù)據(jù)交換與流通系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)流通與共享，也可以跨級(jí)別動(dòng)態(tài)執(zhí)行調(diào)度命令，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)通信[8]。同時(shí)，工作人員可以操作智能電網(wǎng)，開(kāi)展遠(yuǎn)程管理、調(diào)度轉(zhuǎn)遞與執(zhí)行、調(diào)度計(jì)劃管理、調(diào)度日常管理等。其次，動(dòng)態(tài)負(fù)載系統(tǒng)的主要作用是動(dòng)態(tài)分配智能電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的計(jì)算結(jié)果，對(duì)各個(gè)調(diào)度任務(wù)的執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)了解各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載情況。在這一子系統(tǒng)的支撐下，工作人員可以操作電網(wǎng)，完成資源計(jì)算、資源調(diào)度等工作。再次，海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的核心作用是以分布式形式儲(chǔ)存智能電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中生成的大數(shù)據(jù)。發(fā)揮系統(tǒng)功能，對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)化儲(chǔ)存與更新，規(guī)律發(fā)掘分析海量數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)排查故障點(diǎn)等。最后，數(shù)據(jù)與信息集成計(jì)算系統(tǒng)主要是對(duì)不同類型與格式的計(jì)算資源進(jìn)行集成，集成系統(tǒng)可以將其所需的數(shù)據(jù)資源快速整合，從而提高計(jì)算速度。

3.3 基于平臺(tái)優(yōu)化安全性

在電網(wǎng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)智能電網(wǎng)調(diào)度一體化管理安全的控制。根據(jù)本區(qū)域智能電網(wǎng)的調(diào)度一體化管理需求，加強(qiáng)智能電網(wǎng)的云端軟件安全管理，提升服務(wù)安全水平[9]。在實(shí)際過(guò)程中，管理大數(shù)據(jù)，服務(wù)提供商、公司、云終端用戶需要根據(jù)云端服務(wù)軟件，研究軟件供應(yīng)商使用的數(shù)據(jù)安全策略，并且將這一策略部署為軟件安全機(jī)制，從而加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的管理，避免數(shù)據(jù)丟失。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)要求軟件供應(yīng)商提供特定信息，加強(qiáng)對(duì)軟件訪問(wèn)權(quán)限的控制，確保供應(yīng)方愿意且積極接受外部審計(jì)，做好安全認(rèn)證；應(yīng)當(dāng)與供應(yīng)商合作，搭建數(shù)據(jù)隔離機(jī)制。此外，優(yōu)化設(shè)計(jì)智能電網(wǎng)云端技術(shù)的安全控制。在數(shù)據(jù)安全方面，必須確保智能電網(wǎng)云端數(shù)據(jù)符合安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。要在客戶端層面設(shè)置安全機(jī)制，確保用戶應(yīng)用進(jìn)程安全，形成整個(gè)云端開(kāi)發(fā)測(cè)試的安全一體化。

3.4 應(yīng)用集成設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

完成智能電網(wǎng)的框架搭建、功能設(shè)置后，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步設(shè)計(jì)具備智能化功能的應(yīng)用集成，優(yōu)化智能電網(wǎng)一體化平臺(tái)的數(shù)據(jù)。本次研究中，采用OpenStack技術(shù)搭建基礎(chǔ)平臺(tái)，這一平臺(tái)具有開(kāi)放性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，能夠隨時(shí)對(duì)集群容量進(jìn)行擴(kuò)充，采用高可用性（High Availability，HA）對(duì)集群進(jìn)行分組。對(duì)于系統(tǒng)硬件集成，采用分布式部署，在同一個(gè)集群下，不同電力設(shè)備分屬于不同的機(jī)柜，這樣可以讓每個(gè)設(shè)備擁有自己的不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）與接地防雷系統(tǒng)，避免出現(xiàn)多個(gè)設(shè)備同時(shí)故障的情況。在管理群中，部署3 臺(tái)服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器獨(dú)立運(yùn)行，每組搭建3臺(tái)虛擬機(jī)，分別負(fù)責(zé)Keystone/Horizon服務(wù)、父Cell 中的服務(wù)、子Cell 服務(wù)[10]。

4 結(jié) 論

在電網(wǎng)設(shè)計(jì)中運(yùn)用智能電網(wǎng)調(diào)度一體化管理，能夠進(jìn)一步打破現(xiàn)有調(diào)度管理業(yè)務(wù)的技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的跨部門、跨平臺(tái)、跨業(yè)務(wù)調(diào)度操作。在電網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)公司實(shí)際情況，明確電網(wǎng)設(shè)計(jì)中運(yùn)用智能電網(wǎng)調(diào)度一體化管理的需求，以需求為導(dǎo)向，逐步完成框架搭建、功能設(shè)計(jì)、硬件集成設(shè)置等工作。經(jīng)過(guò)一系列的優(yōu)化設(shè)計(jì)，電網(wǎng)具備較強(qiáng)的智能化功能，可以實(shí)現(xiàn)多區(qū)域數(shù)據(jù)的整合處理、共享交互，支持國(guó)際電工委員會(huì)（International Electro technical Commission，IEC）標(biāo)準(zhǔn)下的所有模型。同時(shí)具備瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）分布式結(jié)構(gòu)，符合J2EE 規(guī)范開(kāi)發(fā)要求，能夠承擔(dān)企業(yè)級(jí)的各種數(shù)據(jù)，無(wú)須額外安裝其他軟件就可以實(shí)現(xiàn)操作調(diào)度任務(wù)，下達(dá)與執(zhí)行管理指令，大大提高了現(xiàn)代電網(wǎng)的調(diào)度管理一體化水平。