探讨电力通信网关键节点辨识方法

杨有霞

摘 要：电力企业是我国社会发展中的重要支柱型产业。电力通信网络是国家电网二次系统中的重要构成，既为电力系统的运行提供专业的通信服务，又为电力系统的生产、调度、经营、管理工作的正常运行发挥重要功能。近年来，我国加强了智能电网的建设，业务量逐渐上升。加强电力通信网中关键节点的精准地辨识尤为关键。本文阐述了节点重要度的衡量标准，分析了电力通信网关键节点的辨识方法以及算法的验证，以供参考。

关键词：电力通信系统；网络节点；辨识方法

现阶段，我国电力通信网的结构十分复杂。据调查，当无标度网5%的关键节点遭到攻击而失去效果时，会让整体网络系统处于瘫痪状态。所以，相关工作者对通信网的关键节点进行有效辨识成为共同探讨的课题。先对电力通信网内部的节点重要度加以排序，保护关键的节点，可以强化通信网的抵御性能，最大化地控制电网运行的风险，使得电力系统更加稳定。

一、节点重要度的衡量标准

（一）静态重要度。把电力通信网进行抽象，变成无向连通图，则能按照网络拓扑的节点其收缩情况对节点的凝聚度进行判断。同时，经过收缩的网络，如果凝聚性越强，那么表明节点越关键。所以，可通过凝聚度对节点的静态重要性进行判断。依据电力主要网络的拓扑结构图，对此无向连通图的链路值进行初始化处理，可得到相对的加权邻接矩阵。通过加权邻接矩阵，结合经典的Dijkstra算法进行计算，可得出节点对的最短路径，再算出最短路径通过链路的数目，以确定全网中各节点对最短路径距离的平均值。

（二）业务重要度。静态重要度在衡量节点重要度的时候，一般从网络中节点的位置与连接状况而开展。但是，在分析具体电力通信网的结构时，节点通常担负与电网安全性相关的诸多业务，例如：调度自动化、线路的继电保护、变电站的视频监控等。而节点负责的业务不同，则其对通信网的安全性能带来的影响也会存在差异。节点业务的重要度指的是某一项业务突然中断，或存在不足时对电网系统的安全运行造成的影响。节点业务重要度和影响程度具有直接联系，换句话说，影响越严重，代表相应的业务重要度就越高。所以，节点的业务重要度是衡量电力通信网的节点重要度的一项主要标准。

二、电力通信网关键节点的辨识方法

电力通信网的关键节点辨识程序图如下：

第一，结合电力通信网的拓扑结构，对其进行抽象处理，变为加权网络的模型；第二，依据网络静态的拓扑结构其自身的属性，以及每个节点经过收缩以后的凝聚度情况，获得节点的静态重要度。第三，按照节点、节点所在链路担负业务量及其类型，对节点的业务重要度加以确定，利用三标度层次分析方式判断两个重要度评价标准的权重；第四，参考节点的静态重要度、业务重要度及相应的权重，计算得到每个节点的重要度。重要度的数值越大，表明此节点越重要。最后，将得到的节点重要度从大到小排列。此时，电力通信网关键节点的辨识完成。

三、计算方法的有效验证

为了确定本次关键节点的辨识方法是否精确，需要对相关的算法进行有效地验证。以某区域的电力通信网为例，建立相应的网络模型。参见下图：

如图所示：网络模型中含有10个节点，13条链路。链路序号后的数字代表节点之间的加权路径距离，5号节点是地区的中调，10号是220kV变电站。其他节点皆是500kV变电站。各个链路担负的业务量及其类型不同。通过观察相关的链路业务分布图表，结合图1、图2，计算节点的重要度，从抽象获得的网络拓扑结构以及相关公式，可以算出每个节点的静态重要度、重要度向量。最后算出每个节点的综合重要度，再从大到小进行排列，对重要节点进行辨识，然后，对比节点的收缩法，结果参见下表：

分析以上的比较结果了解到，两种算法均可表现节点5是中调，其重要度是最高的，同时，也与实际担负的业务量及其在网络中的位置一致。因为1、2两个节点在网络中处于同一个拓扑位置，根据节点收缩法得到的节点重要度皆为0.118，不能有效地辨别对应的重要度序号。而节点2所在的链路担负业务量要多一些，根据本文提出的算法，可以得到节点2的重要度较高，弥补了单纯依据网络拓扑结构对节点重要性进行评价的不足。4、10两个节点在网络中均处在边缘，根据节点收缩法可得到节点10的重要度在节点4以前，只是因节点10变电站的电压级别偏低，加之其担负的业务量不多，根据本文的算法，得到的重要度偏低，这与电力通信网的运行状况相符。可见，本文提供的算法中，突出了节点担负的业务量对关键节点重要度的影响，可以对网络中相同位置节点的重要度进行准确地辨别。

结束语：总之，在辨析电力通信网关键节点的差异时，既要合理分析网络固有的静态拓扑结构，又要分析节点担负的业务量及其类型。本文依托于网络静态拓扑结构与节点业务量的关键节点辨识法，可以对电力系统通信网的关键节点作出准确地辨识，有利于区分网络中相同或相近位置节点的重要度，对常规算法仅根据网络拓扑性的评价标准进行辨别是一种良好的补充。此算法结合了各个节点在网络中的位置及担负的业务情况，将电力通信复杂网络的特性反映出来，在辨识关键节点方面取得良好效果。

参考文献：

[1] 李莉，朱正甲，宋欣桐，彭柏，樊冰，吴润泽.基于业务的电力通信网重要节点辨识[J].电力信息与通信技术，2018，16（06）：62-66.

[2] 王汪兵，王先培，尤泽樟，茹文凯.电力通信网关键节点辨识方法研究[J].电力系统保护与控制，2018，46（01）：44-49.

[3] 耿子惠，崔力民，舒勤，张玮.基于TOPSIS算法的电力通信网关键节点识别[J].电力系统保护与控制，2018，46（01）：78-86.

[4] 崔力民，耿子惠，舒勤，王鑫.考虑电网关聯度的电力通信网关键环节识别[J].电力建设，2017，38（05）：124-132.