电力通信传输网络可靠性分析

潘艳君 王英卫

摘要：根据智能电网的要求，通信传输网的可靠性分析对电力系统很重要。传输网作为电力通信网的核心，它承载着大量的生产和管理业务，是业务正常运行的保证，其可靠性高低直接影响着电力系统安全生产和稳定运行。本文对电力通信传输网络可靠性进行了简要的分析。

关键词：电力通信传输网；可靠性；分析

Abstract: according to the requirement of intelligent power grid, the reliability of the transmission network communication of power system analysis is very important. As the core of the electric power communication network transmission, it carries with a lot of production and management business, it is the business that the normal operation of the guarantee, the reliability of the power system directly influence the safety production and stable operation. In this paper, the electric power transmission network reliability briefly analysed.

Key words: electric power transmission network communication; Reliability; analysis

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号

1.电力通信网可靠性研究现状

针对电力通信网，Martinez等给出了一种远动通道的可靠性模型。在考虑双通道互为备用的前提下，利用贝叶斯网络建立可靠性模型，并应用于电力通信网络可靠性分析。赵子岩等针对电力通信网在可靠性管理方面的特殊性，指出设计可靠性、实施可靠性、运维可靠性、战略可靠性所包含的内容。邢宁哲等对电力通信中运维的影响因素进行分析，从可靠性因果关系和网络分层的角度提出研究电力系统通信的新方法。于晓东[36]通过可靠性框图对SDH环形网建立有效性模型，综合应用概率论与模糊集合论提出对光纤通信网进行有效性分析的模糊有效性评估方法，并利用相应的模糊运算得出网络的模糊有效性指标，综合反映实际系统有效性。

现阶段电力通信网的可靠性计算方法主要是采用可靠性框图法，简称RBD（Reliability Block Diagram，RBD）。在RBD方法中，将电力通信光传输网的光纤和网络单元抽象成独立的模块，通过串并联组合，实现业务电路可靠性分析。RBD两端可靠性就可以通过基于最小路集或最小割集的方法进行分析。然而基于RBD可靠性分析方法仍有不足之处。该方法只能解决两端可靠性问题。该方法以物理连通概率作为可靠性指标并不全面，应当将业务性能加入分析流程。另外，该方法没有考虑实际通信系统的多态性。

综上所述，网络可靠性分析方法应用在电力通信中的应用很少。现有的通信网可靠性分析成果与电力通信网的特点结合，可以更好的解决电力通信可靠性分析中的问题。

综合现有文献可见，网络可靠性分析时并没有考虑业务影响，不同的业务可靠性也不同；很多学者改进网络可靠性分析方法，通过优化算法降低运算复杂度，但是计算效率还是不够高；国内外针对电力通信传输网的研究成果很少，已有技术成果相对滞后。

2.网络可靠性的基本分析方法

2.1多态系统的可靠性

随着通信网络规模的迅速增大，网络连接越来越复杂，对通信网络可靠性研究主要有以下三个方面的内容：

（1）网络模型的表示；

（2）网络模型参数的量化；

（3）网络不确定行为的表示和量化。

为了研究网络的不确定行为，国际上提出了多态系统（Multi-State System，MSS）的概念。网络可靠性是多态可靠性的研究问题。系统性能值W (t)随时间t变化曲线如图1所示。

图1多态系统性能值随时间变化曲线

由图1可见，网络的性能值大于或等于阈值，即曲线W (t)在阈值线TH上面的部分，网络才能满足业务要求，才是可靠的。实际上，很多网络在不同的时间段需要系统运行在不同的等级上，满足不同的性能值。假设TH为时间t内系统所要求的最低性能值，将W (t)高于TH的状态定义成系统是正常的，低于TH的状态定义成系统是不正常的，那么多态系统可以转换成为二态系统。此时多态系统的可靠性R就是在时间t内，系统性能值满足W (t )≥TH的概率，系统的可靠性的数学表达式可以表示为：

R =Pr(W (t )≥TH)

多态系统可靠性的分析要比二态系统复杂得多，通常是NP-Hard问题根困难的问题。对于不同的多态系统，可靠性表达式和推导过程都不相同，而最关键的参数就是系统性能值。针对通信网络，信道容量是衡量网络性能好坏的重要参数，可以作为多态通信网络系统的性能值。

2.2电力通信网可靠性

电力通信是通信专网。与公网相比，电力通信网的业务和网络结构不同，但是分析可靠性采用的技术一样，可以用公网的方法分析解决电力通信可靠性问题。

在电力系统中，通信网肩负着监管安全生产，保障稳定运行，提高自动化水平的重要职责，是系统运行管理的基石。因此，电力通信网的可靠性至关重要，高可靠的通信网才能保证电力系统安全稳定。

造成电力通信网故障的因素有很多种：自然灾害的物理破坏，运行人员操作失误，偶然事件的发生以及人为的破坏。在2006年广东电网公司通信系统业务中断故障次数379次（其中发电企业42次），消缺次数1002次（其中发电企业125次），消缺及时率99.47%（发电企业100%）。通信传输网设备故障的主要原因集中在光缆（108次）和SDH通信设备（64次）。调度管理设备故障主要在调度交换机（5次）、调度台（16次）、行政交换机（19次）。其他设备故障集中在PCM设备（140次）、微波设备（23次）、载波设备（65次）附属设施（93次）、计费设备（1次）、网络设备（58次）、线缆设备（62次）。一般情况下，由于SDH传输网的自愈特性和备用保护，单一的设备故障不会造成重大的事故和经济损失，只会造成局部线路故障和瘫痪，平均维修时间比较短，可靠性水平相对较高。然而一旦发生事故或者多点故障，网络可靠性便会骤降，提供业务的能力也会大打折扣。由此可见，通信网传递和交换处理的信息量越大，电力系统对信息和通信的要求越高，通信故障对电力企业和社会造成的影响和损失就越大。

从通信网可靠性的思路出发，赋予电力系统的特征，得到电力通信可靠性的两种定义方式：

（1）电力通信系统可靠性是指电力通信系统在实际连续运行过程中，完成电力系统正常通信需求的能力。

（2）电力通信系统按可接受的通信服务质量标准和业务需求不间断地向电力系统提供通信连接能力的量度。

比较两个定义不难看出，（1）中的“实际连续运行”与定义（2）中的“不间断”含义一致；（1）中的“正常通信需求”和定义（2）的“按可接受的通信服务质量标准和业务需求”含义基本一致；（1）中的“完成电力系统正常通信需求的能力”即（2）中的“向电力系统提供通信连接能力的量度”。因此，无论从电力系统可靠性的定义思路出发，还是从通信网可靠性的定义思路出发，结果是一致的，可以沿用定义（1）进行探讨。分析根本原因，电力系统和通信系统都可以看成一个有效网络实体，并且同属于面向用户提供服务的范畴，只是服务内容不同。因此，从广义上来说，电力通信系统可靠性属于现代电力系统可靠性的一部分。在进行电力通信系统可靠性的研究过程中，必须围绕电力系统的各种通信需求进行可靠性设计和管理。

3.提高通信传输可靠性改进措施

为了提高供电局电力通信传输网络的可靠性，特提出以下改进措施：

1）加快光纤网规划和建设，将单光缆的厂站尽快建设成环，提高光纤网的可靠性。

2）部分投运时间比较长的光缆可用冗余度低的主要原因是这几年东莞电力通信网的快速发展，综合数据网、传输B网等一系列网络建设占用了大量的纤心资源。建议光缆建设前综合考虑各个部门的纤芯需求情况，光缆建设应考虑地区电力通信网未来的两三年的发展情况，保证纤芯有一定的可用冗余度。对于目前已经没有多少纤心可用的光缆，建议改造或扩容大心数光缆。

3）一些地区网络管控手段与分析方法落后，2011年已立项建设智能通信网全程管控系统，建议加快项目建设，尽快将系统应用起来，提高网络分析水平。

4）对于7条接入局大楼的光缆存在单沟共竖井的情况，建议尽快立项整改，至少多敷设一条不同沟不同竖井的光缆进入局大楼通信节点。

5）加快SDH光传输B网接入，传输B网接入后将解决小部分110kV厂站光传输设备没有双重化配置问题。

6）对于小部分110kV厂站SDH光设备关键部件没有冗余配置问题，建议在技改项目中增加关键部件的冗余配置，而新建的设备的关键部件应满足冗余配置才能投运。

7）SMA3系列设备投运已超10年，建议在设备退运的时候更换为新类型设备。

8）部分110kV厂站光传输没有成环，主要是一些110kV厂站是末端厂站，只有一条光缆进站，建议加快规划，将末端厂站光缆成环。

9）将部分传输A网承载的通信业务分担由传输B网承载，使传输A、B网均衡承载通信业务。

总结

随着智能电网建设不断加快，电力通信网的可靠性问题越来越得到重视，研究电力通信网可靠性的分析方法尤为重要。技术可以革命，网络只能演进。任何一种新技术的网络规模应用，都是一个逐步演进的过程，客观的看待技术更新和网络演进是变革时期电力通信人需要思考的问题之一。

参考文献

[1]周蓉.MSTP网络的通路组织规划思路[J].电信技术，2005

[2]刘普寅，张维明.通信网络可靠性研究中的数学问题[J].通信学报，2000

[3]赵子岩，陈希，刘建明.建立电力系统通信网可靠性管理体系相关问题的探讨[J].电力系统通信，2006