電力行業云計算發展及應用探究

一、引言

云計算作為IT領域的重要變革，從誕生到發展更多的是被從技術和應用角度進行定義和解釋。我們知道，云計算已經實實在在落地到各行各業，云是流動的，類似于運動的生命。云計算的流動性，跟IT應用的波動密切相關。IT應用消耗的資源，不是一成不變的，也不是逐漸遞增的，而是在不同的時間有周期性的波峰、波谷，尤其是在突發事件下，會有數倍、數十倍甚至更高的、不可預測的峰值。同時，不同的IT應用，其表現的周期也可能不同。云的流動性，就是能夠自動適應IT應用在不同周期、狀態下的資源利用，真正做到可定義、自適應。云的流動性使得所有的這些云之間都是可以有聯系的，物理上，不同的機柜、數據中心機房都是一個個的云；但邏輯上，是一朵大云。因此，云的流動性，使得IT系統可以物理上分散，邏輯上集中，真正將相互矛盾的地域、邊界和資源的集中化進行統一。

隨著互聯網化、移動化等技術的滲透和對社會、生活的革新，IT系統需要能夠更好的應對終端移動化、應用隨需而變、更靈活可靠的基礎平臺的需求。新的IT系統，也應該是“可定義、自適應”的，能夠執行業務模型定義、自動化部署、全面的系統監控、自適應優化，打造簡單、易用、可平滑擴展的新IT系統。

云計算，是達成這種新IT系統的重要途徑。而電力行業的應用特點非常符合云計算的服務模式和技術模式。國家智能電網戰略將傳統電網從1.0升級為智能電網2.0，電力流、業務流、信息流將高度閉環和融合，電力全流程需要更加復雜的IT技術支撐。現代電力系統正在演變成一個積聚大量數據和信息計算的系統，這也給目前的系統運行與高級分析帶來了巨大的困難。針對電力系統當前面對的問題，建立電力系統的“電力云”體系，最大限度地整合當前系統的數據資源和處理器資源，將可以極大提高電網數據的處理和交互能力，為智能電網提供有效的技術支持，共同對各級電網和計算機終端提供云計算服務。將原本分散的資源聚集起來，再以服務的形式提供給受眾，實現集團化運作、集約化發展、精益化管理、標準化建設。采用云計算，不僅可以實現電力行業內數據采集和共享，最終實現數據挖掘，提供商業智能BI，輔助決策分析，促進生產業務協調發展，也可以幫助電網及發電公司將數據轉換為服務，提升服務價值，實現信息神經網絡融合。

二、全球智能電網云計算應用及發展

國外：伴隨2009年美國將智能電網上升為國家戰略。美國頂級IT企業及云計算新貴均以各自優勢的技術切入智能電網市場?？梢哉f，云計算在美國電網企業的應用發展將成為全球電網行業的風向標。2006年，歐盟就已明確智能電網技術是保證歐盟電網電能質量的一個關鍵技術和發展方向。目前，美國IT巨頭等紛紛搶灘歐洲電網云計算市場。在日本，智能電網的重點領域是新能源領域。隨著太陽能發電等新能源供應的增加，需要引入智能電網云技術，確保供電系統的穩定性與可靠性?？梢哉f云計算在日本智能電網的發展將具有日本特色。

國內：2009年，國家電網公司首次提出智能電網發展目標，國網、南網都積極參與智能電網標準的制定工作。2010年，智能電網成為國家戰略。理論上，兩大電網公司分別積極開展相關研究工作。在實踐上，兩大電網公司爭相布局云計算戰略及示范平臺研究。

三、云計算在電力系統中的應用探究

當前電力系統的IT基礎架構已經完成系統整合，通過IP通信數據網連接總部和網省及地市，形成一體化平臺，兩級數據中心及三級應用體系，但是目前IT資源部署方式仍然是按照應用進行物理的劃分，這種部署方式帶來以下風險和挑戰：

l ? 資源利用率低

由于應用與資源綁定，每個應用都需要按照其峰值業務量進行資源的配置，這導致在大部分時間許多資源都處于閑置狀態，不僅造成服務器的資源利用率較低，而且對資源的共享、數據的共享造成了天然的障礙。

l ? 運維成本高

隨著智能電網一次網架建設突飛猛進、分布式能源接入、新能源電動車普及、能源物聯網的推進和營配分離催生的業務流程變更、大電網規劃管理、智能充換電運營管理、智能用電營銷、大數據挖掘等電力新業務的增加，IT支撐系統服務器、網絡和存儲的設備數量也會出現迅速的膨脹，在傳統的數據中心建設模式下，會造成占地空間、電力供應、散熱制冷和維護成本的急劇上升，為電力企業信息中心長遠的IT投入和運維帶來挑戰。

l ? 業務部署緩慢

在傳統的模式下，電力企業信息中心的各個部門如果要部署新的業務，那么在提交變更請求與進行運營變更之間存在較大延遲，每一次的業務部署都要經歷硬件選型、采購、上架安裝、操作系統和應用程序安裝以及網絡配置等操作，使得業務的部署極為緩慢。

l ? 管理策略分散

當前的電力企業信息系統的運維管理缺乏統一的集中化IT構建策略，無法對電力企業信息中心的基礎設施進行監控、管理、報告和遠程訪問，IT管理策略分散。

由于云計算具有計算和存儲能力強大、系統可動態擴展、便于計算資源共享和優化配置、便于軟件開發和升級、業務上線快捷、便于用戶使用等諸多優點，其在電力系統中有廣闊的應用前景。

不過智能電網是一個參數分布式閉環大系統，這就決定了未來支撐智能電網的云計算是分布式的多朵云，同時出于電力系統安全穩定的考慮，電力系統的的云計算是面向系統內部的私有云。下面粗略分析一下在電力系統中可以應用云計算的相關領域。

3.1、電網分析

對于特高壓網架下的大規模電力系統而言，時域仿真的計算量很大，未來可望利用云計算進一步提高對大系統進行暫態穩定時域仿真的速度，實現在線分析。

3.2、大電網系統恢復

電力工業的市場化運營、遠距離互聯電力系統的發展、大量分布式電源接入電力系統，這些都在某種意義上給電力系統恢復問題帶來了新的挑戰。云計算作為電力系統所有成員共享的計算平臺，可以更好地促進信息共享和協作，其計算能力也有助于找到復雜互聯系統的最優恢復方案。

3.3、 監控和調度

未來電力系統可能從集中式控制向分布式控制逐漸轉變。通過統一的電力系統云計算平臺可以促進各分布式控制中心的信息共享和協作。由于未來電力系統中分布式電源的數量可能很大，系統調度和運行控制的計算量將會明顯增加，利用云計算則可以較好地解決計算能力不足的問題。

3.4、用電大數據分析

　云計算對于智能電網最重要的特點是分布式計算，電表數據是未來電網海量數據的來源之一。以云的計算能力而言，完全可以實現智能電網的海量數據歸類分析處理。

3.5、電力云終端

未來電力企業員工可以在任意工位上憑著自己的賬號連接到專屬的虛擬主機上，特點是隨時隨地、多元化辦公模式以及多層次的信息安全審核機制，同時還有綠色和低碳的明顯優勢。這個電力云終端，其背后是強大的云服務器以虛擬化資源池的方式讓多用戶共享計算機設備，以訂單方式按需分配計算資源，從而顯著提高設備利用率，提升數據中心的效能、效率和效益。

上面概括討論了云計算技術可望在電力系統中獲得應用的幾個領域。事實上，由于云計算是一個通用的服務模式，很多電力系統應用軟件都可以發布到云計算平臺上。包括電力云搜索引擎、電力視頻云系統、云化遠程培訓系統、電能質量云在線監測系統、電力谷歌系統、配電網云智能故障定位系統、云化電網生產管理系統、電網生產云災備系統等一系列和電網生產管理密切相關的應用。

四、電力企業IT向云計算遷移的挑戰

在過去的一兩年中，電力企業、科研院所相繼小范圍地開展了電力云計算的試點和科研，經過一段時間實踐與摸索，電力企業云計算在遷移與構建過程中面臨著以下挑戰：

首先應用管理員關注應用的部署，安全管理員關注安全策略的實施，而如何將應用和安全策略部署到IT基礎架構，如何實現部署過程的便捷化？成為提升IT運行效率的關鍵。

而當前的現實是，網絡管理、存儲管理、計算管理是割裂的三大系統，導致所有的應用和安全策略部署，不得不面臨多系統的協同配合，以及大量的人工操作。

同時當前電力企業私有云由云端、網絡、終端組成的IT基礎架構中，正經歷著巨大的技術變革， BYOD技術正將IT終端從傳統的PC，向智能化可移動終端演進。傳統數據中心向云轉變，實現計算資源的彈性擴張，隨需交付，應需而動。

還有就是缺乏統一管理的基礎架構也為電力企業信息中心IT部門對外提供服務制造了重重障礙。云計算技術顛覆性的改變了傳統IT行業的消費模式和服務模式，實現了消費者從以前 “購買軟硬件產品”向“購買IT服務” 的轉變，并允許消費者通過企業網絡自助式地獲取和使用IT服務，大大提高了IT資源的使用效率和交付敏捷性。

在云數據中心中，IT資源是以服務目錄的形式向外發布的。顧名思義，服務目錄就是各種已發布的服務模板組成的目錄，通過服務目錄可以很好地解決IT資源作為服務的供給問題，用戶可以通過服務目錄瀏覽、申請自己需要的服務。

五、H3C云網融合解決方案服務電力云綜述

而如何實現電力企業應用在云中的部署，如何實現各種終端基于安全策略的獲取相應的應用服務，成為電力企業IT需要關注的內容。H3C VCF（Virtual Converged Framework）虛擬融合架構解決方案，則成為電力企業私有云構建的新IT解決之道。VCF架構自下向上分為三個層面（如圖1所示）。

圖1：VCF架構圖

5.1、基礎架構層

基礎承載層包括端點、網絡、計算、存儲的基礎設施，涉及企業IT基礎架構的全部設施，在網絡部分不僅包含的傳統網絡，也增加了新網絡技術如OpenFlow、NFV、Overlay；終端實現了從傳統PC到智能終端(Apple IOS、安卓、Windows 8)的管理；數據中心部分包含服務器及其Hypervisor系統、存儲、網絡的集成和整體交付。

5.2、融合控制層

融合控制層包括VCFC、VCF-EIC、VCF-CAS，分別實現對網絡、終端、云計算的軟件定義。

其中，VCFC是H3C SDN Controller，提供了對傳統經典網絡、OpenFlow網絡、Overlay網絡、NFV網絡的支持和網絡集中控制，更重要的是提供了基于OF的各種SDN APP，實現SDN的價值，如：軟件定義的L2、L3、QoS、TE轉發APP、Overlay轉發APP、服務鏈APP、SDN APP的大規模集群架構，以及基于VCF Controller SDK的第三方APP。

VCF-CAS實現了云計算的軟件定義，實現VM的創建、遷移、克隆、快照等集中管理功能。

VCF-EIC實現了終端的軟件定義，實現對終端（不僅限于設備，還包括iNode、iOS等軟件）的安全認證、健康檢查、MDM（Mobile Device Management）、MAM（Mobile Application Management）的集中管理（MAM可以根據策略實現應用在終端的推送和擦除）。

5.3、資源管理層

資源管理層實現面向端點/用戶/應用的資源虛擬化，對計算、存儲、網絡等資源的統一自動化編排，以及資源的按需交付、應需而動。

基于OpenStack，原有的H3C iMC平臺在實現網絡業務編排的同時，可以支持計算、存儲、數據庫、安全、DNS等各類資源申請、管理以及業務編排，并且提供完善的自服務門戶，為企業IT基礎設施建設提供全套的運維、服務、管理、監控服務。

基于資源管理層，提供Open API，支持基于iMC VCF SDK的第三方APP，支持第三方軟件對接，支持應用聯動需求。

5.4、VCF架構下的電力企業IT基礎架構

電力企業IT基礎架構的發展和演進依次走過標準化、虛擬化、自動化、業務驅動這幾個階段，最終完成向智能電網私有云模式的轉變（如圖2所示）。

圖2：電力企業IT基礎架構演進路線

H3CVCF通過軟件定義架構，實現了應用在IT系統（服務器、存儲、網絡、終端系統）的智能化、自動化的協同部署，實現更加高效、便捷的新IT架構。

特別是控制層面，通過H3C VCF Controller，企業IT基礎設施建設可以明確面向應用的統一策略控制點，提供完整的網絡策略控制，囊括終端接入控制、VM接入控制等策略，還能提供L4~L7服務鏈的部署策略，這樣應用部署、安全部署、VM部署等都需要從VCF Controller獲取profile/策略，不僅實現面向網絡、計算、存儲部署策略的集中控制，還能為上層應用提供統一的策略入口和控制點。

在云計算時代，每天新增的數據量非常巨大，需要處理的數據也成倍增加，這就要求電力IT系統具備更高的處理性能。傳統的處理方式主要通過購買更高性能的設備來提升IT系統性能，但是整個IT系統的性能提升并不明顯，主要原因在于IT系統內部各組件各自為戰，無法有效的協同工作。通過統一的控制器實現IT系統的集中控制和調度，通過融合的管理平臺實現面向應用的自動化運維，通過云網融合的IT架構，能夠實現IT系統的協同工作，為各種云應用提供高效的IT基礎架構平臺和技術指導。

隨著產品技術的成熟，以及產品價格的不斷下降，數據中心，特別是大型電力數據中心，是時候告別傳統架構了，一個融合的時代已經到來。只有一個完全虛擬化、自動化的融合數據中心才能使“云計算”這片云真正騰飛起來。H3C云網融合數據中心解決方案通過創新的全面虛擬化、融合控制和融合管理，為今后電力數據中心建設開辟了一個新的建設方向，也為云計算的落地做好了更加充分的準備。