（1.国家电网公司华东分部 上海市浦东南路882号 200120；
2.国电南瑞科技股份有限公司 南京市江宁区诚信大道19号 210000）
摘要：。随着电网调度自动化系统的持续发展，信息技术在其中的应用需求也在不断地提高。传统的系统部署方案服务器数量较多，需要针对业务系统进行定制，快速、灵活、动态调配的特性不足。本文采用虚拟化技术，设计出能够实现电力调度开发测试、分布式Scada应用以及OMS系统等环境部署简化的新方案。在该方案下系统能够模块化，实现快速组合、复制和重组，能够更灵活的应对各种应用环境要求。最终提高环境的部署效率，提升系统的可用性，简化运维工作。
关键词：服务器虚拟化；快速部署；分布式Scada；分布式存储
0 引言
目前华东电网调度中心二次系统的IT基础架构还是传统模式。在这种模式下，所有应用系统直接部署运行在物理服务器上，资源量利用率低，资源浪费明显。服务器数量多，但却无法根据业务系统需要做到快速、灵活、动态调配，每开发一个新应用，就须增加服务器等硬件设备，上线部署时间久，周期长。另外，硬件故障维护或升级扩容时需要停机进行操作，影响业务系统的可用性。这种传统IT基础架构越来越难以满足电网调度二次系统建设和运行维护要求，急需一种可行的、有效的解决方案。
近年来随着x86体系结构服务器虚拟化技术的发展和普及，出现了全新的IT基础架构部署和管理方式。这种技术不仅可以使运维变得高效便捷，还可以提高IT基础设施的资源利用率、提升系统性能和可用性。因此，进行虚拟化技术在电网调度中心二次系统的应用研究具有重要的实际意义和实用价值。
1 虚拟化技术
服务器虚拟化实现将一个物理服务器虚拟成若干个虚拟机使用。物理服务器的资源，如CPU、内存、硬盘和网卡等被虚拟化软件以虚拟化的、可控的方式分配给虚拟机使用。虚拟化软件的隔离机制保证在同一个物理服务器上的多个虚拟机之间相互独立，互不影响；不同虚拟机之上的进程之间只能通过网络进行通信。虚拟化软件将物理资源封装成标准的虚拟硬件设备，提供给虚拟机之上的操作系统。虚拟机是硬件无关的，它的表现为一个虚拟机文件或逻辑分区。
存储网络工业协会（SNIA）对存储虚拟化的定义是：通过对存储系统或存储服务的内部功能进行抽象、隐蔽或隔离，使存储或数据的管理与应用、服务器、网络资源的管理分离，从而实现应用和网络的独立管理。存储虚拟化实现存储资源池化，屏蔽底层硬件环境，提升可靠性和可用性。
网络虚拟化包括网络设备虚拟化、链路虚拟化和虚拟网络。网络虚拟化使网络设计、维护简单化以及网络结构扁平化，可实现快速根据业务需求重新部署网络结构或进行网络策略的变更。网络虚拟化技术增强了网络的可靠性与便利性。
2 虚拟化应用方案设计
2.1 需求分析
调度中心的两个典型应用系统：一是电网调度控制系统，包括前置、SCADA、PAS、DTS、WEB和报表等子系统；另一个是电网调度运行管理系统（OMS），包括调度运行管理、调度计划管理、运行方式管理等。这两个应用系统分别是调度控制类应用和管理类应用的代表。在这两个系统上的研究成果可以很好地应用到模型中心、保护定值计算等其它系统。
虚拟化技术的主要优势包括虚拟机的快速部署、动态资源调度和弹性伸缩。这些技术适用于构建应用系统上线前的功能测试和验证；适用于构建多机集群以提升计算和数据并行处理能力。另外采用分布式存储能够有效提高存储系统的吞吐能力和可扩展性。
2.2 体系架构
如图所示，应用虚拟化技术构建统一的资源池，根据业务需要，基于资源池配置业务系统的虚拟硬件设备。单机性能要求高的应用，如关系数据库等，直接部署在物理服务器上。虚拟服务器和物理服务器混合组网。
3 虚拟化应用
3.1 开发测试环境
电力调度系统开发过程中，不同的项目、不同的开发需求都会导致平台和应用软件配置多样化，导致开发环境和测试环境分别需要大量的主机支持。当多个项目进度交叉或者已经拆除环境的项目需要重新进入开发测试需重现项目的软硬件环境，传统的做法是集中多台物理主机反复重装的方式来满足各种环境要求，搭建这一环境往往费时费力，严重影响项目进度，效率低下，且不能保证开发或者测试环境重构后的一致。对于这种情况，虚拟机是非常适合的解决方案。
开发测试环境快速部署方案：在一两Sugon A840-G10服务器加一台华为阵列的环境中制作操作系统的镜像模板（模板1）。通过模板1创建虚拟机VM1，安装配置电力调度系统，转换VM1为新的模板（模板2）。通过模板2创建虚拟机VM2、VM3，这样一个多机的环境部署完毕，节点如需增加只要从模板2继续创建虚拟机即可。通过模板可以在数分钟内启动虚拟机，半个小时内完成对应用程序的安装配置，大大提高了工作效率，相比传统的实体机安装需要3～6小时。时间成本降低了80％以上。
采用虚拟化技术搭建电力调度系统的开发测试环境不仅大大减少硬件的投入，而且可以根据需求随时改变测试规模，很好的完成环境的快速部署和重构。
3.2 分布式SCADA
分布式SCADA将各个厂站的数据分布到多台服务器上并行处理，每个节点只处理本机一个或多个分区的数据模型和计算模型，多个节点组成集群。这种分布架构降低对SCADA单机的性能要求，但通过多机集群有效地提高了调度自动化系统整体的实时数据处理能力和效率，适用于虚拟机部署。
快速部署方案：制作Scada服务器的虚拟机镜像模板，通过模板快速部署8台虚拟机，然后分别启动1、2、4、8台Scada服务器，测试单个分区能够处理的遥测、遥信数目，统计出整个系统处理遥测和遥信的吞吐率（指当时每个分区主分区的数据吞吐率，即遥信遥测30秒内平均处理的遥信、遥测的个数）。
从上表可以看出使用虚拟化技术部署分布式SCADA系统在前置发送受限制的测试条件下，随着虚拟机和分区的增加，吞吐率稳步增加，系统整体大容量测试的实时数据处理吞吐量明显得到提升。采用“负载均衡，相互冗余”的架构后，系统具有高扩展性，可以便捷的扩展节点并且不影响现有系统的正常运行。
3.3 分布式存储
分布式存储是一种基于软件的存储阵列，这种阵列使用商用服务器硬件群集来完成工作。软件定义的分布式系统可实现存储资源虚拟化和池化管理，容量扩展方便，性能亦可实现线性增长OMS系统运行会产生海量的数据，存储这些海量信息不但要求存储设备有很大的储存容量，且还需要大规模数据库来存储和处理这些数据，在满足通用关系数据库技术要求的同时，更需要对海量存储的模式、数据库策略及应用体系架构有更高的设计考虑。
OMS系统后端存储采用分布式存储技术可以减少系统中的存储设备以及服务器的数量，节省硬件成本，保证存储节点故障不影响系统的继续使用，并且整个存储系统又具备高可用性，提高了系统的效率，提升了系统的稳定性，可以保障OMS系统高效稳定的运行。
4 结语
本文在智能电网调度自动化背景下，对虚拟化技术应用进行了研究。分析不同类型的业务需求，设计了基于虚拟化的解决方案。解决方案中规划了虚拟化计算资源池，并保留了部分物理计算资源。这种架构模式充分发挥了虚拟化的优势，又很好地满足了应用需求，有效提升资源利用率。基于虚拟机的集群满足了随业务数据增长而横向增加计算能力的需求，有效保障了业务连续性、稳定性和高可用性。
参考文献：
[1]虚拟化与云计算小组.虚拟化与云计算[M].电子工业出版社，2009..
[2]（美）萨曼达（Somasundaram，G.），（美）希瓦史塔瓦（Shrivastava，等.信息存储与管理：数字信息的存储、管理和保护[M].人民邮电出版社，2010...
[3]周敬利.网络存储原理与技术[M].清华大学出版社，2005..
[4]饶玮，周爱华，常涛，谢若承，蒋静.基于分布式存储的多类型数据管理技术研究[J].电力信息与通信技术，2016，05：76-81.
[5]麻建，周静，李中伟，马宁.云计算环境下的信息系统运维模式研究[J].电力信息与通信技术，2015，08：140-144.
[6]潘原离，李泉.基于云计算技术的电力调度自动化系统架构分析[J].河北电力技术，2016，01：4-7.
作者简介：
作者1；葛朝强（1975—），男，博士，高级工程师，主要研究方向电力系统稳定分析与控制；
作者2 毕晓亮（1976—），男，高级工程师 主要研究方向 电力系统稳定分析与控制；
作者3 张亮（1975—），男，高级工程师 主要研究方向 电力系统稳定分析与控制；
作者4 胡俊（1974—），男，高级工程师 主要研究方向 电力系统软件测试；
作者5 章兵（1976—），男，工程师 主要研究方向 电力系统软件测试。
论文作者:葛朝强1,毕晓亮1,张亮1,胡俊2,章兵2
论文发表刊物:《电力设备》2016年第16期
论文发表时间:2016/11/9
标签：系统论文; 虚拟机论文; 分布式论文; 环境论文; 服务器论文; 技术论文; 测试论文; 《电力设备》2016年第16期论文;