1、電力通信網可靠性評估(pn )模型與路徑優化方法研究摘要：文章基于電力光通信系統的拓撲結構，綜合分析影響光傳輸設備和光纖鏈路的可靠性的主要因素，同時考慮所承載(chngzi)的電力業務的重要度權重，提出了一種電力通信業務路徑評估模型與風險計算方法，通過該方法可對電力業務所存在的通信風險概率進行提前預警，并通過帶時延參數的GMPLS動態路由約束算法，對存在通信風險的業務通道進行自動路由優化選擇，提前采取預防措施，以降低電力業務發生中斷的風險，最后針對蘇北安穩系統的拓撲結構為實例，通過電力通信安全防御系統進行業務路徑風險計算和風險規避的仿真和驗證，此方法可通過系統自動判斷業務通信風險并通過動態路由

2、約束算法實現業務路徑的自動重新分配從而達到及早規避電網業務通信風險的目的，同時也可為電網安全穩定策略的制定提供重要的參考依據。關鍵字：電力通信網；故障(gzhng)概率；GMPLS；重路由0.引言隨著智能電網的建設和電網信息化的不斷發展，現代先進的信息通信技術與電網系統高度集成，通信系統與電網系統的結合日益緊密，電力系統的高穩定性要求發電、輸電、變電等各環節具有較高的信息化和自動化水平，這些都離不開先進的電力通信系統的支撐，因此，電網系統的可靠運行離不開電力通信系統的高度可靠性。目前對于電力通信網絡的可靠性研究主要集中的前期網絡規劃，如備用路徑的建立和保護環，這樣提高可靠性的代價高，對于復雜網

3、絡中的動態的不可預測的故障缺乏快速有效的恢復手段。目前電力光通信網可靠性分析與計算主要存在如下幾方面的問題：電力系統對電力通信網的可靠性和故障缺乏明確的定義和量化分析手段，主要靠公網的可靠性研究方法難以解決電力通信中的實際問題，目前對于電力通信網可靠性研究大多集中在理論模型和分析方法，對于量化分析缺乏相應的技術手段。電力光通信網可靠性技術指標主要從電信業務的角度出發，對電力業務對通信信道承載的指標要求的考慮不充分，使得電網保護、安穩等實時控制業務系統需要大量配置冗余的設備和通信通道，造成資源的浪費和維護成本的提高。目前電力光通信網可靠性主要考慮通信通道故障發生后采取何種保護和恢復措施來及時恢復

4、業務，而對通信業務路徑故障風險監測和預警方面缺乏有效的方法和手段。針對上述現狀，從復雜大電網環境下電力光通信系統的拓撲結構出發，從風險量化的角度提出了電力光通信設備和光纖鏈路的故障概率計算方法，通過全網業務路徑矩陣的故障概率實時計算，同時考慮所承載電力業務的重要度，從而及時發現電力光通信網潛在的故障風險，并自動采取路徑優化或人工修復等措施及時排除發生電力通信業務中斷的風險。電力通信業務路徑風險(fngxin)評估模型與計算方法研究評估(pn )模型（1）電力通信網可靠性影響(yngxing)因素分析目前繼電保護、安全穩定業務等業務目前直接承載在通信光傳輸網絡中，因此，通信網可靠性評估模型主要考

5、慮電力光通信網可靠性評估因素，電力光通信網絡主要由3個層面組成，分別是業務層網絡、傳送層網絡和物理設備層網絡，其中業務層網絡是指直接面向用戶的網絡，它直接給用戶提供網絡服務，傳送層網絡是指完成信息傳送功能的網絡，與具體的業務特性無關，負責信息的可靠性傳輸，物理設備層網絡由具體物理傳輸線路和傳輸設備構成，拓撲結構也多種多樣。具體各網絡層面的可靠性影響因素眾多，表1分別從上述三個網絡層面列出了電力通信網可靠性評價指標需要考慮的主要因素：表1 電力通信網可靠性影響的主要因素序號業務承載層傳輸網層物理設備層1路由關聯因素網絡負載強度設備運行狀態2業務通道組織因素鏈路可達性指標設備關鍵性能指標3業務承載

6、重要度光纜可靠性指標設備軟硬件構成（2）電力通信網可靠性評估模型電力業務可靠性評估主要從物理設備層、傳輸網絡層和業務承載層面三個層次進行評估，物理設備層主要從設備的軟硬件構成、關鍵性能指標和設備運行狀態進行評估，傳輸網絡層主要從光纜可靠性、鏈路可達性指標和網絡帶寬負載強度等方面評估，業務承載層主要從業務承載重要度、業務通道組織因素和路由關聯因素等方面進行評估。電力通信業務路徑風險評估綜合考慮了通信設備可靠性因素、通信線路可靠性因素、路由關聯因素和管理因素，以及業務重要度權重的影響因素，其中設備可靠性因素主要包括設備關鍵性能指標、軟硬件模塊風險、運行狀態和機房環境因素，線路可靠性因素主要包括光纖

7、衰減因素、光纖同纜同塔情況和共享風險鏈路因素，通道組織因素包括主備通道數量、通道備用方式因素，管理因素包括資源管理因素和規章制度因素等內容，電力業務重要度權重因素主要包括實時性和可靠性指標和安全性要求，通過對因素對電力通信網可靠性影響方式和影響權重進行綜合分析，即可得出電力通信業務路徑發生故障的概率和故障影響的業務范圍和影響程度，因此可以得出電力通信網可靠性評估模型，具體如圖1所示：圖1 電力光通信網可靠性評估(pn )模型如上圖所示，電力通信網可靠性模型綜合考慮了影響電力通信網絡(wnglu)各層面可靠性的主要因素，通過對該風險評估模型參數的靜態設置和動態更新即可實時得出鏈路故障發生的概率，

8、根據鏈路承載的業務數量和業務重要程度即可分析出通信故障對電力業務的影響程度，一方面可對故障路徑進行優化，另一方面可以與電網控制系統進行信息的實時交互，為電網控制策略的制定提供參考依據。1.2 業務路徑(ljng)風險計算方法電力通信網風險評估一方面指的是指的是對電力通信網自身可能出現的威脅及其后果進行分析，尤其是對其中的設備、網絡及業務進行在正常運行和檢修狀態下的脆弱性及可能出現的后果進行分析；另一方面指的是對電力通信網可能出現的故障和威脅的后果進行量化評估，使其成為電網風險評估與管理的一個有力支撐部分。風險評估以風險值為指標，綜合考慮設備狀態評價結果、設備故障損失程度兩方面的因素，按以下公式

9、計算獲得。風險值（R） = 業務權重（LE） 故障發生概率（P）式中：R 業務路徑風險值；LE 所承載業務權重；P 故障發生概率其中，業務重要度權重業務權重的量化是業務風險重要因素，可按照電力業務的分區進行量化，采用專家打分法對不同業務分類進行權重賦值，具體如下表所示：表1：電力業務重要度權重量化賦值表電力業務 類別安全區關鍵業務安全區其它業務安全區業務安全區業務安全區業務業務重要度109753而業務路徑故障概率計算主要有業務所經過的設備節點和通道發生的故障概率來決定，由于目前繼電保護、安全穩定業務等業務目前直接承載在通信光傳輸網絡中，通信預警子系統主要通過計算通信光傳輸設備和光傳輸通道的故障

10、概率，目前電力光傳輸網絡主要采用SDH/MSTP技術進行組網，因此本算法中光傳輸節點設備主要考慮SDH節點設備發生故障的概率，要得到所有業務節點的故障概率矩陣，可由通信節點鄰接陣、通信節點及概率可靠陣、以及通信業務路由陣三個矩陣即可即計算出所有在線業務路徑的故障概率矩陣，具體如下圖所示：圖2 業務路徑故障(gzhng)概率算法結構圖由于業務路徑可分為單通道業務路徑和主備雙通道業務路徑，并主備雙通道業務路徑又可分為完全獨立的主備路徑和有重合的業務路徑，因此業務路徑的故障概率需要對上述情況進行區別分析和計算，從而得出較為科學合理的業務路徑故障概率，具體(jt)計算方法如下：單通道業務路徑(ljng

11、)的故障概率如上圖所示，業務路徑共有N個節點，N-1段光纜線路，其中，設備節點的故障概率集PS=PS1、PS2、。PSn，光纜線路的故障概率集PL=PL1、PL2、。、PLN-1,根據串聯線路故障概率計算方法，則該業務路徑的故障發生的概率如下：業務路徑發生故障概率P=主備路徑完全獨立的業務路徑的故障概率如上圖所示，業務路徑為完全獨立的主備兩條通道組成，其中，主通道由N個節點和N-1條光纜線路組成，備用通道由M個節點和M-1條光纜線路組成，主通道設備節點的故障概率集PS=PS1、PS2、。PSn，光纜線路的故障概率集PL=PL1、PL2、。、PLN-1，備用通道設備節點的故障概率集PS=PS1、

12、PS2、。PSn，光纜線路的故障概率集PL=PL1、PL2、。、PLN-1,假設主用通道業務路徑的故障概率為P1,備用通道業務路徑的故障概率為P2，根據并聯線路故障概率計算方法，則該業務路徑的故障發生的概率如下：P=（3）主備路徑有部分重合的業務路徑故障(gzhng)概率如上圖所示，業務路徑由部分重合的和部分完全獨立的主備兩條通道組成，其中，假設(jish)等效并聯的主備通道的節點故障發生概率集合Ps并聯(bnglin)=Ps并聯1，Ps并聯2，,Ps并聯k，等效并聯的主備通道的光纜線路故障發生概率集合PL并聯=PL并聯1，PL并聯2，,PL并聯k-1，業務路徑完全重合的節點集合為PS串聯=P

13、S串聯1，PS串聯2，PS串聯j，業務路徑完全重合的光纜線路集合為PL串聯=PL串聯1，PL串聯2，PL串聯j-1，則根據串聯聯線路故障概率計算方法，則該業務路徑的故障發生的概率如下：P=而對于每段線等效串聯和并聯的分段線路上又可能有若干個節點和光纜線路組成，對于等效故障概率分為并聯和串聯，則分別按照并聯和串聯的故障概率計算方法進行計算即可。3.電力業務路徑優化方法研究目前對電力通信網主要采用光纖環網或冗余通道的方式來保障電力通信網的可靠性，這種方法的網絡帶寬利用率較低，當大量通信故障并發情況下可能存在網絡帶寬資源緊張從而使得重要業務無法得到有效的恢復和保護。當通信發生多點故障時，原有的保護方

14、式難以保障電力業務的生存性要求，因此，當通過電力通信網可靠性評估模型及時發現通信鏈路存在潛在風險時，需要及時采取路徑優化策略將業務路徑優化至相對安全的通信鏈路上，以降低業務路徑發生中斷故障的風險。電力骨干光傳輸通信網中業務路徑優化需要考慮多種因素，是一個典型的多元素優化問題。通過帶時延參數的GMPLS動態路由約束算法成熟，在電力光通信網中廣泛應用，較為適合鏈路資源豐富、具有一定規模通信網絡的業務路徑優化，基于電力通信網可靠性評估模型對鏈路風險的實時計算與評估，對于鏈路中斷風險值較高的業務路徑優化算法如圖3所示：圖3 實現通信風險規避(gub)的通信動態約束業務路徑優化流程圖如上圖所示，實現(s

15、hxin)通信風險規避的通信動態約束業務路徑優化包括如下處理步驟：（1）對于通信風險概率值較大且需要進行路由優化的業務通信信道(xn do)，根據風險存在的大小將待路由優化的業務根據風險大小降序排列D=d1,d2,dn，其中，d(i)=S(源節點)、T(宿節點)，P(路徑分離信息)；（2）計算通信網絡拓撲中每段線路和每個節點的時延信息，線路時延Delay(e)=Delaye1, Delaye2, Delayem,節點時延Delay(j)=Delayj1, Delayj2, Delayjn；（3）從業務排序列表中取出未安排路由的業務，執行與業務原有路由路徑分離的Dijkstra 算法，為其計算新

16、的業務路由WP=e1,e2,en，試中，e表示鏈路，n表示節點；（4）根據(gnj)通信網絡拓撲中每段線路(xinl)和每個節點的時延信息，計算該路徑的最大時延，計算公式如下：Delay(x)=Delay(e)(e(1,2,m)+j=1n Delay(j)(j(1,2,n)其中(qzhng)e 表示路徑x 上的鏈路，j 表示路徑x 上的節點，若所計算的時延滿足該類業務的傳輸時延要求，表示計算路由成功，并進行下一條路由的計算；若所計算的時延不能滿足該類業務的傳輸時延要求，重復步驟（3），直至找到符合業務時延要求的最短路徑。采用動態路由約束算法進行路由計算，為存在風險的業務通道尋找新的傳輸路徑，其

17、特征在于可在極短時間內對大量存在通信風險的業務通道進行自動路由優化選擇，尤其在發生通信風險業務量驟增情況下，提高通信的網絡結構、傳輸通道耐沖擊性，此外，本路徑優化方法還可以保證在通信資源緊張的情況下，優先保障電力業務權重較大且風險等級較高的電力通信業務路由選擇。4、算例分析 為了驗證電力通信網可靠性評估和路徑優化方法的功能與實際效果，選取承載蘇北安穩系統的SDH通信拓撲結構為實例，進行通信鏈路可靠性評估計算與業務路徑優化功能模擬與仿真，具體拓撲結構如下圖所示：圖4 承載蘇北安穩系統的SDH通信拓撲結構圖如上圖所示，分別選取旗杰站-三堡站、省調站-上河站、旗杰站-上河站三條業務路徑進行分析，通過

18、對設備影響和鏈路影響的因素權重進行設定，根據通信網可靠性評估模型計算方法，通過電力通信安全防御系統進行業務路徑風險計算可以分別計算出三條業務路徑的風險值分別為0.74,0.62，0.68，假設啟動路徑優化的鏈路風險值為0.85，根據安穩業務對通信通道的時延指標要求，設置業務路徑的時延約束為20ms，通過電力通信安全防御系統分別更改旗杰站、省調站和上河站的設備風險值，通過系統可以看出，當上述鏈路的風險值分別超出路徑優化的風險閥值后，系統均觸發了業務路徑優化算法，并且優化后的業務路徑均發生了變化，并且優化后的鏈路風險值均低于0.85，業務路徑的時延均滿足系統設置的時延要求，通過上述算例分析表明，電

19、力通信網可靠性評估模型可以通過對電力業務路徑的實時風險計算業務路徑的實時運行狀況進行監控(jin kn)，并且當業務路徑的風險值超過系統設定的啟動業務路徑優化的門檻值時，系統可以通過帶時延約束的動態路徑重路由算法自動將鏈路中斷風險較高的業務優化到鏈路風險值較低的業務路徑上來，以提前規避風險，降低電網通信業務中斷的概率。結束語 本文研究了影響電力通信業務路徑發生中斷風險的主要影響因素，并根據對影響因子的參數設置提出了電力通信業務路徑風險概率的計算方法，實現了對電力業務路徑發生故障概率的量化評估，并對發生中斷概率較大的業務路徑通過GMPLS算法進行及時優化，以降低通信業務路徑發生故障的概率，此方法可通過系統自動判斷業務通信