电力系统广域通信网络可靠性分析及优化设计
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引言
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
广 域通 信 网络 是 电力系 统 的一种 新型保 护 ，对 于 电网的 安全 与稳 定运行 具有 重要 的作用 ，在广 域通信 网络 问题 中， 可 靠性是 最核 心的 问题 。当前我 国 电网互联格 局正 在形成 ， 为 了实现 整体 的稳定运 行 ，在继 电保护 领域开 始重 视广域 通 信 的重要 性 ，广 域通信 技术 能够对 电网实现在 线动 态安全 分 析 ， 而 这 一 实 现 依 靠 的 是 广 域 测 量 系 统 ； 而 通 信 路 由的 选 择 更 是逐渐 多样化 和 复杂化 ，路 由选 择对 于 电力 通信 网络 的运 行质量也有着关键性 的影响。 １ 广 域 通 信 测 量 通信 系 统 架 构 的 优 化 设 计 对通信 网络 的可靠性分析主要是通过对各项 可靠 性指标来 分 析 和 衡 量 的 ， 在 可 靠 性 指 标 中抗 毁 性 对 稳 定 性 有 着 重 要 的 影 响 ，因此笔者 认为应 当从 可靠性 和实 施性这 两项核 心要 素 角度 出发 ，建立 有效 的指标 和约束 条件 ，设计 最小成 本 的网 络 优 化 模 型 ，对 现 有 的 广 域 测 量 系 统 通 信 网络 物 理 拓 扑 进 行 优化设计 。 广 域通信 网络 可 以看作 是 由各 个节 点和 链路 组成 的连通 图，如下 图一所 示 ，在 该 网络 中安 装在 各节点 的路 由器进行 相互 的通信 ，将 来 自其 他节 点 的信 息建 立 网络 拓扑 图， 网络 拓 扑的变化 实 际上就代 表着节 点之 间 的连 接情 况 ，连 接 的可 靠性 和有 效性就 反应 为可靠性 的效 果 。因此对 拓扑 结构进行 优化设计也是十分重 要的。
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Ｐ ， ｔ ： ＝ ： Ａ Ⅱ（ Ａ 气 Ａ ）
｝ ，
图一 某 电 网通 信 网络 图
域测 量 系统通 信 网络拓 扑设计 中，可 以采取连 通度 作 为 抗毁 性指标 和跳 数作 为实 时指 标 ，这样 的设计 虽然简 单 ，但 是 实 际 效 果 显 著 。 在 优 化 设 计 中要 首 先 考 虑 电 力 系 统 广 域 网 络运行 的可 靠性和 实 时性要求 ，在 满足 这一要 求的前 提下 ， 再进行 降低 成本 的指标 设计优 化 。设计 时 ，可 以利用 饱和割 集法 ，这一 算法在 广域 通信 网络 中能够保 证较 为 良好 的收敛 性 。但 需 要 注 意 的是 由于广 域 测 量通 信 系 统 具有 一 些特 殊 性 ，在 应 用 饱 和 割 集 法 时 要 进 行 一 些 改 进 ： 首 先 ，对 于 初 始 拓扑 的选择 采用最 短路 径算法 来获 取满足 跳数 的成本 最小 的 生成树 ；其 次 ，选 择不 同点作 为最 小生成 树顶 点时会 形成不 同 的成 本值 ，要通 过计 算和 比较来 选择其 中最 小的成 本数 ； 再次 ，搜索 高代价 链路 ， 即搜 索利用 率低 且费用 高 的链 路 ， 在 满足 所 有 设 计 要 求 的前 提 下 对 其 删 除 或 减 少 该 链 路 容 量 。 根据科学 的运算得 出网络 拓扑结构 的各项指标 ，并形成优 化设计 ，运 用于 电力系 统广域 通信 网络 中，可 以得 出很好 的 效果 ，在 实际运行 中的网络 空闲 时段和 网络拥 堵时段 ，都 能 够 有效的保障信号 的实时传输 。 ２ 广 域 通 信 系 统 路 由策 略
电力系统广域通信 网络 的可靠性研 究最 终是为了消除网络 中的各种 故障 ，提 高 电力网络 系统 的运 行质 量稳定性 ，从而 向公众 提供 更优质 的通信 需求和服 务 。在 电网格局逐 渐完善 的形 势下 ，通 信路 由选择 多样化 ，进行 通信 路 由选择 的前提 和要 求也逐渐 提高 ，尤其 是与一 般 的通 信存在 巨大 的差异 ， 因此 也不 能按照一 般通信 选择最 短 的路 径 ，要 以稳定 性为核 心 ，全 面 综 合 的考 量 时延 、 跳数 、线 路使 用 率及 费用 等要 求 ，从而科学 的选择与源节点和 目标节点最合适 的路 由。 广域通信 网络 的路径选择要保证满足广域保护 的可靠性和 延 时性 ，这 一选择 基本是 无法通 过简单 的观 察可 以确 定 ，必 须要 结合 网络 单元 可用率和 信息传 输 的延时进 行科学 的计算 才 能 做 出选 择 。 网络单元可用率是用来衡量 网络单元完成通信功 能的一项 指标 ，是在 原件在 稳定状态 下 的固定 时间段 内通 信可用 率 的 平均值 ，一般 用统 计数据 来表示 。 网络 信息 的传 输延 时性与 传输 的距离 、传输 媒介 以及 网络 交换设 备的数 量和效 能都有 很大 的关系 。在上 文中笔 者介绍 了通信 网络节 点和链路 之 间 就构成 一条路 径 ，在 众 多的节 点和 链路 之间就 形成 了路 径 的 集合 ，因此节 点和连 路各 自的可用 率也 都直接 关系着 路径 的 可靠性 。假 设两个节点之 间有Ｘ 条 路径，Ｊ ，Ｊ 。 ，Ｊ 。 …Ｊ …Ｊ ， 路径Ｊ 经 过 的节 点集 合Ｖ Ｋ ＝ ｛ Ｖ ， Ｖ ， Ｖ 。 …… Ｖ ｝ ，链 路 集 合为 Ｅ ＝ ＜ Ｅ ， Ｅ ， Ｅ。 …… Ｅ 一 ） ，因 此 路 径 的 可 靠 性就是所有节点和链路可用率的乘积，可 以用 Ｐ表示为：
中国科技期刊数据库
工业 Ａ
电力 系 统 广 域 通 信 网络 可 靠 性 分 析 及优 化 设计
白洪 富
云 南瑞讯 达 通信 技 术有 限公 司 云南 玉溪 ６ ５ ３ １ ０ ０
摘要 ：电力 系统广域通信 网络与一般 的通信 网络不 同，在可 靠性 的要 求上更 高，因此 电力系统 广域通信 网络 的设计要 以可 靠性 为 中心进行 分析和研 究。针对 这一 问题 ，笔者 在本文 中从广域 测量 系统通信拓扑优化设计和 广域通信 系统的路 由策略进行 了研 究 ， 旨在通 过本 文的研 究，为 电力 系统广域通信 网络提供可 靠的技 术支持 ，为实现 整体 的电 网安 全与稳 定做 出贡 献。 关键词 ：电力系统；广域通信 ；拓扑；路 由
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
广 域通 信 网络 是 电力系 统 的一种 新型保 护 ，对 于 电网的 安全 与稳 定运行 具有 重要 的作用 ，在广 域通信 网络 问题 中， 可 靠性是 最核 心的 问题 。当前我 国 电网互联格 局正 在形成 ， 为 了实现 整体 的稳定运 行 ，在继 电保护 领域开 始重 视广域 通 信 的重要 性 ，广 域通信 技术 能够对 电网实现在 线动 态安全 分 析 ， 而 这 一 实 现 依 靠 的 是 广 域 测 量 系 统 ； 而 通 信 路 由的 选 择 更 是逐渐 多样化 和 复杂化 ，路 由选 择对 于 电力 通信 网络 的运 行质量也有着关键性 的影响。 １ 广 域 通 信 测 量 通信 系 统 架 构 的 优 化 设 计 对通信 网络 的可靠性分析主要是通过对各项 可靠 性指标来 分 析 和 衡 量 的 ， 在 可 靠 性 指 标 中抗 毁 性 对 稳 定 性 有 着 重 要 的 影 响 ，因此笔者 认为应 当从 可靠性 和实 施性这 两项核 心要 素 角度 出发 ，建立 有效 的指标 和约束 条件 ，设计 最小成 本 的网 络 优 化 模 型 ，对 现 有 的 广 域 测 量 系 统 通 信 网络 物 理 拓 扑 进 行 优化设计 。 广 域通信 网络 可 以看作 是 由各 个节 点和 链路 组成 的连通 图，如下 图一所 示 ，在 该 网络 中安 装在 各节点 的路 由器进行 相互 的通信 ，将 来 自其 他节 点 的信 息建 立 网络 拓扑 图， 网络 拓 扑的变化 实 际上就代 表着节 点之 间 的连 接情 况 ，连 接 的可 靠性 和有 效性就 反应 为可靠性 的效 果 。因此对 拓扑 结构进行 优化设计也是十分重 要的。
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图一 某 电 网通 信 网络 图
域测 量 系统通 信 网络拓 扑设计 中，可 以采取连 通度 作 为 抗毁 性指标 和跳 数作 为实 时指 标 ，这样 的设计 虽然简 单 ，但 是 实 际 效 果 显 著 。 在 优 化 设 计 中要 首 先 考 虑 电 力 系 统 广 域 网 络运行 的可 靠性和 实 时性要求 ，在 满足 这一要 求的前 提下 ， 再进行 降低 成本 的指标 设计优 化 。设计 时 ，可 以利用 饱和割 集法 ，这一 算法在 广域 通信 网络 中能够保 证较 为 良好 的收敛 性 。但 需 要 注 意 的是 由于广 域 测 量通 信 系 统 具有 一 些特 殊 性 ，在 应 用 饱 和 割 集 法 时 要 进 行 一 些 改 进 ： 首 先 ，对 于 初 始 拓扑 的选择 采用最 短路 径算法 来获 取满足 跳数 的成本 最小 的 生成树 ；其 次 ，选 择不 同点作 为最 小生成 树顶 点时会 形成不 同 的成 本值 ，要通 过计 算和 比较来 选择其 中最 小的成 本数 ； 再次 ，搜索 高代价 链路 ， 即搜 索利用 率低 且费用 高 的链 路 ， 在 满足 所 有 设 计 要 求 的前 提 下 对 其 删 除 或 减 少 该 链 路 容 量 。 根据科学 的运算得 出网络 拓扑结构 的各项指标 ，并形成优 化设计 ，运 用于 电力系 统广域 通信 网络 中，可 以得 出很好 的 效果 ，在 实际运行 中的网络 空闲 时段和 网络拥 堵时段 ，都 能 够 有效的保障信号 的实时传输 。 ２ 广 域 通 信 系 统 路 由策 略
电力系统广域通信 网络 的可靠性研 究最 终是为了消除网络 中的各种 故障 ，提 高 电力网络 系统 的运 行质 量稳定性 ，从而 向公众 提供 更优质 的通信 需求和服 务 。在 电网格局逐 渐完善 的形 势下 ，通 信路 由选择 多样化 ，进行 通信 路 由选择 的前提 和要 求也逐渐 提高 ，尤其 是与一 般 的通 信存在 巨大 的差异 ， 因此 也不 能按照一 般通信 选择最 短 的路 径 ，要 以稳定 性为核 心 ，全 面 综 合 的考 量 时延 、 跳数 、线 路使 用 率及 费用 等要 求 ，从而科学 的选择与源节点和 目标节点最合适 的路 由。 广域通信 网络 的路径选择要保证满足广域保护 的可靠性和 延 时性 ，这 一选择 基本是 无法通 过简单 的观 察可 以确 定 ，必 须要 结合 网络 单元 可用率和 信息传 输 的延时进 行科学 的计算 才 能 做 出选 择 。 网络单元可用率是用来衡量 网络单元完成通信功 能的一项 指标 ，是在 原件在 稳定状态 下 的固定 时间段 内通 信可用 率 的 平均值 ，一般 用统 计数据 来表示 。 网络 信息 的传 输延 时性与 传输 的距离 、传输 媒介 以及 网络 交换设 备的数 量和效 能都有 很大 的关系 。在上 文中笔 者介绍 了通信 网络节 点和链路 之 间 就构成 一条路 径 ，在 众 多的节 点和 链路 之间就 形成 了路 径 的 集合 ，因此节 点和连 路各 自的可用 率也 都直接 关系着 路径 的 可靠性 。假 设两个节点之 间有Ｘ 条 路径，Ｊ ，Ｊ 。 ，Ｊ 。 …Ｊ …Ｊ ， 路径Ｊ 经 过 的节 点集 合Ｖ Ｋ ＝ ｛ Ｖ ， Ｖ ， Ｖ 。 …… Ｖ ｝ ，链 路 集 合为 Ｅ ＝ ＜ Ｅ ， Ｅ ， Ｅ。 …… Ｅ 一 ） ，因 此 路 径 的 可 靠 性就是所有节点和链路可用率的乘积，可 以用 Ｐ表示为：
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工业 Ａ
电力 系 统 广 域 通 信 网络 可 靠 性 分 析 及优 化 设计
白洪 富
云 南瑞讯 达 通信 技 术有 限公 司 云南 玉溪 ６ ５ ３ １ ０ ０
摘要 ：电力 系统广域通信 网络与一般 的通信 网络不 同，在可 靠性 的要 求上更 高，因此 电力系统 广域通信 网络 的设计要 以可 靠性 为 中心进行 分析和研 究。针对 这一 问题 ，笔者 在本文 中从广域 测量 系统通信拓扑优化设计和 广域通信 系统的路 由策略进行 了研 究 ， 旨在通 过本 文的研 究，为 电力 系统广域通信 网络提供可 靠的技 术支持 ，为实现 整体 的电 网安 全与稳 定做 出贡 献。 关键词 ：电力系统；广域通信 ；拓扑；路 由
