基于智能电网业务的通信网的规划与演进的研究

刘晓丽

国网冀北电力有限公司张家口供电公司

为了适应智能电网信息通信配用电业务的发展，以现有数据及预测数据为基础，提出了电力通信接入网与传送网的规划与演进原则。在配电接入网中，根据不同供电区域分别对10kV 通信接入网和0.4kV 通信接入网制定通信策略。在传送网中，分别对干线承载网和本地承载网进行网络规划，从带宽利用率和网络生存性两方面论述该网络规划的合理性，并提出其演进方案。

引言

随着智能电网建设和电网公司“三集五大”体系的推进，通信不仅是传统意义上电网安全生产和企业经营管理的重要技术支撑，也是智能电网实现自动化、信息化、互动化的基础。电力数据传输网一直是通信网与信息网分开运行，传统业务应用系统需要依赖多个分离系统、并且只能提供部分通信与信息服务，这种分而治之的网络格局逐渐暴露出带宽有限、网络协调能力不强等问题。因此，实现电力信息与电力通信的融合，利用统一的设备来传输和处理不同的应用成为大势所趋。构建信息和通信的融合网络也成为电网企业发展的一种战略性选择。

当前，各省、地市公司对基于智能电网业务的通信网络做了不同程度的规划与探索。但是，各地的通信网络发展程度、通信需求各不相同，通信网络的规划与演进方案无法复制。本文以省级电力通信网结构为例，结合智能电网信息通信配用电业务现有数据及预测数据，提出电力通信接入网与传送网的规划与演进原则，以构建信息和通信的融合网络。在接入网中，根据不同供电区域分别对10kV 通信接入网和0.4kV 通信接入网制定通信策略。在传送网中，对干线承载网和本地承载网进行网络规划，选择合适的通信技术，并从带宽利用率和网络生存性两方面论述该网络规划的合理性。

智能电网配用电通信业务分析

智能电网的配用电业务根据业务开展情况分为基本业务、智能电网业务和未来新业务三大类，如表1 所示。

终端通信接入网规划

终端通信接入网存在的问题

终端通信接入网通信是配用电系统的重要支撑部分，具有通信终端节点数量大、通信节点分散、通信距离短、节点通信数据量小、受配电网扩容和城建影响大等特点。当前，配用电通信接入网缺乏统一规划，各部分根据自身需要分散建设，没有统一的网络架构和规模化发展，电力通信基础资源不能得到有效利用。同时，系统内大量业务应用依赖于公网通信，信息安全存在风险的同时无法满足未来配用电业务的发展需求。

表1 智能电网配用电业务

终端通信接入网通信策略

根据年负荷密度、行政级别、经济发达程度、用电水平等因素，将终端通信接入网规划区域划分为A+、A、B、C、D、E 六类。

不同规划区域的接入网通信策略如表2 所示。

传送网络的规划与演进

基于智能电网业务的传送网络

智能电网下的传送网络是承载电力所有业务的传送平台，主要承载继电保护为代表的安全等级、网络保护倒换时延要求最高的业务和视频监控等安全等级、网络保护倒换时延要求相对低的数据业务。

传送网络组网架构及可行性分析

传送网络组网架构

表2 终端通信接入网分区域规划策略表

电力多业务一体化传送网分为干线承载网和本地承载网，干线承载网采用MSTP+OTN 的技术形式，本地承载网将采用PTN 网络。干线承载网从电网结构上分析是指220kV 变电所及以上节点所承载的传送网络，从业务承载节点分析是指市分公司的主要业务的出口局所需承载的传送网络。本地承载网从电网结构上分析是指110kV变电所以下（包括110kV 变电所）、营业厅等节点所承载的传送网络，从业务承载节点分析是指本地网内所有接入节点的综合业务到县、市分公司的承载网络。组织架构如图1 所示。

传送网络带宽利用率分析

带宽利用率的计算公式为：

根据配用电业务模型及对今后变电站规模和配用电业务流量预测，一个110KV 变电站流量为83.9Mbit/s，下一级变电站流量按上一级流量的80%计算。用电业务流量将达到142.35Gbit/s，假设用电信息最终接入35kV变电站再往上传，平均每个35KV 变电站汇聚的用电信息为250.2Mbit/s，而单个35kV 变电站自身产生的流量为67.12Mbit/s，因此，一个35kV 变电站自身监测数据流量与汇聚的用电信息数据流量之和为317.32Mbit/s。

环路5 为110kV 及以下变电站利用PTN 技术组成的GE 环。若F 为35kV 变电站，则带宽利用率为31.7%；若F 为110kV 变电站，带宽利用率为8.39%。环路4 为PTN 骨干环，2017 年，平均每个220kV 变电 站 有4.38 条110kV 出 线，1.68 条35kV 出 线，220kV 变电站流量为1005.5Mbit/s，该环路带宽利用率为10.05%。环路3 将220KV 变电站及其接入点组成MSTP 622M 环，市220kV 变电站流量为104.9Mbit/s，带宽利用率为16.9%。环路2 为10G/2.5GMSTP环，平均每个500kV 变电站有6.90 条220kV 出线，一个500kV 变电站流量为7069.1Mbit/s，带宽利用率为70.7%。环路1 为整个电力通信网的核心层，调度的主要颗粒在Gb/s 及以上，采用适合大颗粒宽带业务传送的OTN 技术构建。

根据以上分析，干线承载网选用MSTP+OTN 技术，本地承载网选用PTN 技术来传输数据是可行的。环路5，4，3 的带宽利用率在31.7%及以下，属于优等网络，且具有较大冗余。环路2 的带宽利用率达到70%，但仍留有30%的冗余。

传送网络生存性分析

本地承载网和干线承载网构建了OTN 环，MSTP 环，PTN 骨干环及GE 环。设备成环率高，这些环路大大提高网络的连通性，保证电网通信的可靠性。

如图1，在本地承载网中，F1 和F2 为同级节点，F1 单独接入E1，F2 和其他同级设备及E1 组成GE 环，正常状态下，F1 和F2 的数据均通过E1 转发至D1。设每条链路的失效率为0.1（若节点发生故障，与之连接的链路均失效，不单独考虑节点失效率），则F1 到D1 的连通率为0.881，F2 到D1的连通率为0.956，当链路F1 到E1 出现故障时，F1 不可达D1，当链路F2 到E1 出现故障时，F2可通过环上节点F3，F4 将数据传送至E1。可见，环网提高了网络的连通性，当链路自身发生故障或遭到外界破坏时，表现出很好的生存性。

图1 传送网络组织架构

干线承载网

干线承载网结构

图2 干线传送网A/B 平面

图3 本地接入网演进方

干线承载网是传送网的重要部分，其业务包括继电保护业务、传统语音业务、视频监控、电视电话业务等。MSTP 网将各地市站点之间业务汇聚并转发至OTN 骨干节点，通过OTN 网络回传至省调节点，同时，MSTP 网作为继电保护业务重要的承载网络。干线承载网采用A/B 平面架构，以满足“双设备、双路由、双电源”的要求以保障其安全、稳定、可靠运行。其网络结构如图2 所示。

A/B 平面的可靠性分析

根据对图1 的分析，环网提高了网络的连通性，当链路自身发生故障或遭到外界破坏时，环网能表现出很好的生存性。即便如此，某些关键链路或节点的故障将导致其下连的信息无法传输至上级节点，如图2 中B4、B8 节点及其下连链路。因此，采用A/B 平面，当一平面无法实现连通时及时切换至另一平面，保证通信的可靠性。

如图2，设链路失效率为0.1，对于生产调度业务，其经622M/2.5G MSTP 网传送至省核心节点，若不采用双平面A/B 结构，当B9-B8 链路损坏时，B9 无法将生产调度数据传输至B1，采用双平面结构后，当B9-B8 链路损坏，B8 与B1 的连通率仍可达0.85。对于事物管理业务，其通过10GE 环路、OTN 网络上传到省公司节点，若不采用双平面结构，当B8-A6 链路损坏时，B8 与B1 无法连通，采用双平面结构后，及时切换至另一平面，仍保证0.79 的连通率。

传送网的演进原则

干线承载网演进原则

电力承载网络的业务承载需求分析以及投资滚动规划，电力干线承载网络可以考虑三期建设原则。

（1）近期网络：在MSTP 平面上建设一个OTN 平台。A、B平面分别采用DWDM+MSTP、OTN+MSTP 技术。

（2）中期网络：A、B 平面的承载技术不变，根据业务及流量发展情况对OTN 等网络进行扩容建设。

（3）远期网络：新传输技术平台来替换原有的DWDM 系统，A、B 平面分别采用新技术+MSTP、OTN+MSTP 技术。

本地承载网演进原则

（1）近期网络原则：汇聚层和接入层采用MSTP/SDH 技术组网。

（2）过渡网络原则：PTN网络和MSTP/SDH 网络共存。PTN 接入层和MSTP 接入层均以环状或链路形式接入其汇聚层，汇聚层设备连成环状，保证过渡网络的高网络连通性。新加入的PTN 网络与目标PTN 网络链路速率等级相同，并采用相同的组网形式。汇聚层PTN 网络将和MSTP/SDH 网络进行对接，满足部分接入层设备窄带业务和临时业务的端到端调度和使用。

（3）远期网络原则：MSTP/SDH 网络逐步退网，本地承载网络采用PTN 技术组网。

结语

构建基于智能电网业务的信息和通信融合网络，对现有电力通信网络进行升级和转型是智能电网建设的必然要求。本文以电力通信网一般结构为例，以智能电网信息通信配用电业务规划数据及预测数据为基础，提出电力通信接入网与传送网的规划与演进原则。在接入网中，根据不同供电区域分别对10kV 通信接入网和0.4kV 通信接入网制定通信原则。在传送网中，对干线承载网和本地承载网进行网络规划，从带宽利用率和网络生存性两方面论述该网络规划的合理性，并提出其演进方案。该规划方案不仅对该省电力信息通信网转型具有重要指导意义，对其他省、市电力信息通信网的建设也具有重要参考价值。