蔺山高 涂超 马之力

摘 要：电网调度系统作为智能电网的核心，对其高效运行、安全稳定、环保节能、调配管理起着至关重要的作用。云计算广泛应用于信息通信资源调配和智能管理，拥有规模大、性能高、价格低等特点，基于云计算技术的智能电网调度系统能够在一定程度上促进智能电网的应用。但是，底层架构是否安全，对电网调度的正确性、及时性，甚至电网安全稳定运行有着直接重大影响。针对基于云计算技术的智能电网调度系统设计了一种安全架构，能够有效地解决引入云计算技术后智能电网调度系统中存在的安全问题。

关键词：云计算；电网调度；安全架构

中图分类号：TP399 文献标识码：A

Design of security architecture of smart grid dispatching system based on cloud computing

Abstract： Grid dispatching system as the core of the entire smart grid， it plays a vital role in the efficient operation， security and stability， environmental protection and energy conservation， deployment management of the smart grid. Cloud computing is widely used in information and communication resource allocation and intelligent management with large-scale， high-performance， low prices and so on， smart grid dispatching system based on cloud computing technology can promote the application of smart grid . But， whether the underlying structure is safe or not will have a direct and significant impact on the correctness and timeliness of the power grid dispatch and even the safe and stable operation of the power grid. In this paper， a security architecture is designed for the smart grid dispatching system based on cloud computing， which can effectively solve the security problems after the introduction of cloud computing.

Key words： cloud computing； smart grid dispatching； security architecture

1 引言

近年來，电网系统规模不断扩大，运行方式愈加复杂。面对海量结构复杂、分布广泛的数据信息，传统电网调度系统在数据计算、处理、分析、存储，以及调度辅助决策等方面逐渐显露出不能充分满足电网调度、监测、预警、控制等需求的问题[1，3，5]。为了有效弥补传统电网调度系统的不足，在智能电网调度系统中引入云计算技术，能够充分发挥云计算技术在海量异构数据处理方面的优势，为智能电网调度平台提供更佳的实现方式和智能化决策支持，而底层架构的安全性对基于云计算技术的智能电网调度系统至关重要。

2 云计算

2.1 云计算的含义

云计算是一种基于互联网的新型服务计算模式，能够使传统互联网计算、存储、网络等相关服务的使用和扩展变得更加方便。通常，云计算通过互联网提供动态、易扩展、虚拟化的资源，在数据控制中心对数据和应用进行统一的集中部署和管理，改变传统的数据和应用访问方式，从而实现安全、按需提供、无限扩展的应用交付功能。云计算技术的优势在于能方便地为用户提供虚拟化、高可用和动态资源池[2，4]，根据云计算服务对象和服务类型的不同，通常将云计算分为两大类：云计算服务对象和云计算服务类型。其中，云计算服务对象包括公有云（面向企业外部需求）、私有云（面向企业内部需求）、混合云（兼顾企业内外需求）。云计算服务类型包括基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS）、软件即服务（Software as a Service，SaaS）、平台即服务（Platform as a Service，PaaS）。

2.2 云计算系统架构

本质上，云计算系统相当于一台计算能力非常强的大型计算机。与传统IT系统架构的物理硬件资源、操作系统、系统软件、应用软件相对应，云计算系统架构也包括云计算硬件资源、云计算操作系统、云计算系统软件、云计算应用软件。在传统 IT 系统架构的基础上，能够设计出云计算的层次化系统体系架构，如图1 所示。

云计算实现模型主要有云计算基础架构、云计算应用开发与执行环境和云计算应用软件三个层次构成，分别对应云计算的典型服务IaaS、PaaS、SaaS。

3 云计算关键技术

云计算是一种分布式计算模式，将计算分布在计算机集群构成的资源池上，使用户可以根据自身实际需求选择信息服务、计算能力和存储空间等资源[4，6，7]，其核心技术包括虚拟化和分布式两大类。

3.1 虚拟化技术

虚拟化技术应用于IT各类资源并实现抽象和虚拟化，尤其在主机、存储、网络中应用更为广泛，能使各类计算在最大程度得到规整，存储能力得到提高，使用户充分认识并感受到云计算平台的独立性。虚拟化技术可以向用户提供三种差异性服务：IaaS、PaaS和SaaS。

3.2 分布式技术

分布式技术主要包括并行计算和分布式数据库（文件系统）等，主要有两个特点：一是整合计算资源；二是具有较强的动态扩展性，能够实现IT各类资源的快速访问和多用户并行使用，能够有效提高系统中整体信息的交互能力、计算能力，使不同计算资源都能被充分利用。

4智能电网调度系统

4.1 智能电网调度体系

电网调度系统作为电网“大脑”，对整个电网的安全稳定运行起着重要的支配作用。近几年，随着电网快速发展，对运行管理提出了更高要求。当前，电网调度可以实现一体化协调控制、精细化统筹计划以及动态化自适应调整等功能，形成信息化、自动化、互动化的分布式一体化的智能调度体系[1，8]。如图2所示为智能电网调度体系。

4.2 智能电网调度架构

近年来，国内外电网企业均基于各自实际需求开展智能电网调度系统研发建设，典型架构基本都包括监测预警、调度管理、安全校核、调度计划等模块[1，9]。

监测预警。监测预警模块主要实现电网实时监控、安全分析、自动控制、智能预警、调度运行辅助决策等功能，全方位对电网系統运行状态进行监控、分析、评估、预警。

调度管理。调度管理模块主要由调度专业管理、生产运行管理、综合管理等功能块组成，其主要作用是实现调度机构日常管理、设备资源维护管理、计划等相关信息综合评估[1，8]。

安全校核。安全校核模块主要由安全检验、评估分析、稳定校正等功能块组成，实现对检修、发电等计划和电网运行进行动、静态安全校验。

调度计划。调度计划模块能够满足不同调度模式需求，实现用电负荷预测、计划制定发布、计划执行实施等功能，是电力系统安全、经济运行的必要功能。在满足电网安全运行、电力市场稳步发展需求的同时，还充分考虑了复杂条件下的调度计划应用。

5 基于云计算的智能电网调度系统安全架构设计

借鉴面向服务架构（Service-Oriented Architecture，SOA）理念，分层设计基于云计算的智能电网调度系统，总体架构包括云服务供应平台和云服务应用平台，自底向上分别为云资源层、云管理层、云服务层、电网调度控制层，另外还有SOA总线。云服务供应平台和云服务应用平台通过SOA总线进行交互，实现服务与被服务。如图3所示。

5.1 云服务供应平台

云服务供应平台包括云资源层、云管理层和云服务层。

云资源层是智能电网调度系统云平台的基础，主要功能是将X86、Power、Vse、Sparc等异构体系的主机、存储、网络、安全等各类硬件资源虚拟化成计算池、存储池、网络池、安全池等资源池，为智能电网调度系统提供各类IT资源。

云管理层主要包括平台用户管理、计算任务管理、资源调度管理和安全防护管理等功能模块。平台用户管理主要实现对使用云资源的各类用户进行统一管理，包括身份管理、账号管理、许可管理、请求管理和环境配置等具体功能。计算任务管理主要实现对云服务应用平台提交的各类访问进行统筹安排，包括计算任务调度、计算任务执行等具体功能。资源调度管理主要实现对云资源进行统一管理，包括资源调配、负载均衡、资源监测、故障检测、故障恢复、冗余备份等具体功能。安全防护管理主要实现云平台安全防护，包括身份认证、访问控制、入侵检测、数据保护、安全审计等具体功能。

云服务层是智能电网调度系统云服务供应平台的核心，与电网调度控制层直接交互，实现对电网调度控制各个功能的直接支撑，主要包括消息模块、交互模块、监控模块、业务模块、流程模块、数据模块等功能模块。

5.2 云服务应用平台

在基于云计算的智能电网调度系统中，云服务应用平台也就是电网调度控制层，主要包括监测预警、调度管理、安全校核、调度计划等功能模块。基于Web浏览方式，调度人员综合运行方式安排、电网运行实际等多类因素，制定实施调度计划，通过调度平台远程指挥、控制下级电网调度控制中心和直调范围内的厂（场）站，实现智能电网调度的各项具体功能。

SOA总线包括企业服务总线和业务流程管理平台，主要为云服务供应平台和云服务应用平台提供交互访问服务，对相关流程进行管理，实现数据信息与控制信息的交换、传输及整合，确保各类组件被高效稳定访问、调用。

6 结束语

云计算技术因其高可靠性、高可扩展性、高计算处理能力等诸多特点，必将对智能电网的建设和发展产生重要影响。文章通过深入研究云计算技术和电网调度控制技术，进而将两种技术进行深度融合，设计了基于云计算模式的调控平台整体安全架构，在有效提升各类数据信息计算处理、电网运行监控能力和硬件资源利用效率的同时，解决了系统底层架构安全问题。

参考文献

[1] 黄智鑫.基于云计算的智能电网调度系统的研究[D] .天津：天津理工大学，2014.

[2] 刘振兴.云计算技术在电力系统中的应用[J].电子科技， 2009.

[3] 詹乃松，乔振亚.工业控制系统信息安全防护的研究[J].网络空间安全，2017.

[4] 彭启颖.云计算在电力企业信息化管理中的应用[J].电子科技，2009.

[5] 王德文，宋亚奇，朱永利.基于云计算的智能电网信息平台[J].电力系统自动化，2010.

[6] 赵俊华， 文福拴， 薛禹胜，等. 云计算： 构建未来电力系统的核心计算平台[J]. 电力系统自动化，2010.

[7] 蔡超雄.云计算安全体系综合实践方案[J].网络空间安全， 2017.

[8] 陈小潮.云计算在智能电网调度技术支持系统中的应用研究[J].华东电力，2010.

[9] 潘睿，刘俊勇，郭晓鸣.面向智能电网的电力系统云计算[J].四川电力技术，2009.