0 引言

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展,為滿足各行各業(yè)對能源的需求,電力通信專業(yè)作為智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎,做好對各類應用的支撐顯得尤為重要。電力通信骨干網(wǎng)主要以SDH傳輸網(wǎng)絡來承載和傳輸電力調(diào)度電話、繼電保護遠程終端單元（Remote Terminal Unit,RTU）、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)以及數(shù)據(jù)信息等業(yè)務^[1-3],但由于不同區(qū)域SDH傳輸網(wǎng)絡多是分批次建設完成的,存在一些區(qū)域間無法互聯(lián)、區(qū)域過小不能連成片或環(huán)、下掛單個站點較多、無法形成自愈保護、業(yè)務趨勢差異、端口或者帶寬存在明顯不足等問題^[4-5]。

近年來,隨著“大云物移”技術的發(fā)展,變電站內(nèi)的信息量也越來越大,傳統(tǒng)變電站逐漸向智能變電站演進^[6-8],同時帶來了大量的相關信息采集、信息傳送以及信息處理等需求,業(yè)務數(shù)據(jù)流量的傳輸方向也發(fā)生了新的變化。上海地區(qū)用戶用電量較大,多數(shù)站點尤其是匯聚站點業(yè)務較多,導致業(yè)務密集區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有的2.5 G設備資源已不能滿足實際需求,而邊遠區(qū)域設備過多則可能會導致資源浪費。因此,有必要持續(xù)開展電力通信骨干網(wǎng)優(yōu)化,進行資源整合和重組,以滿足日益增長的信息通信業(yè)務需求^[9]。

 1 集約化網(wǎng)絡

本文所定義的集約化網(wǎng)絡,是指大城市電網(wǎng)中具有通信站點間隔距離短、各類通信機房空間狹小以及光纜線路敷設條件差等特性的通信網(wǎng)絡。

1.1 承載的業(yè)務

電力通信作為支撐專業(yè),主要為電力系統(tǒng)提供信息采集、傳輸、處理等業(yè)務,不僅包括傳統(tǒng)的電力調(diào)度電話業(yè)務,也包含隨著終端通信接入網(wǎng)發(fā)展衍生的業(yè)務^[10-11]。

1.2 集約化網(wǎng)絡的特點

集約化網(wǎng)絡具有站點間距短、拓撲結(jié)構(gòu)復雜、業(yè)務種類多、通信流量大、優(yōu)化困難、運維壓力大等特點,因此需要對未來通信業(yè)務流量進行提前規(guī)劃與預測,對部分重要站點設備進行升級優(yōu)化,對部分小區(qū)域進行光纜、設備自愈保護等方面的調(diào)整^[12]。

隨著通信業(yè)務的不斷增加,部分核心通信站點不斷升級和優(yōu)化,造成局部地區(qū)網(wǎng)絡拓撲非常復雜,甚至有些站點的通信資源已接近飽和狀態(tài),且業(yè)務流向也不再局限于變電站—供電公司、變電站—變電站、供電公司—電力公司等幾個層面。集約化網(wǎng)絡容易產(chǎn)生通道瓶頸,在業(yè)務需求需要考慮冗余的要求下,可通過兩種方案來解決通道瓶頸問題：一是在給定業(yè)務需求的情況下,最小化所需的通信傳輸帶寬資源和業(yè)務接口資源,資源不足的面臨設備升級和擴容問題^[13-14];二是在給定網(wǎng)絡拓撲的情況下,盡量擴大網(wǎng)絡承載的業(yè)務吞吐量,將業(yè)務需求引導至合適的通信站點內(nèi),通過人為優(yōu)化達到資源的合理利用,但匯聚站點過多會給運維帶來一定困難,匯聚站點出現(xiàn)問題時可能會導致相關站點的業(yè)務數(shù)據(jù)同時丟失^[15]。

綜合考慮,集約化網(wǎng)絡和非集約化網(wǎng)絡的主要區(qū)別如下：

1）集約化網(wǎng)絡要更多地考慮通信站點的動環(huán)資源;

2）集約化網(wǎng)絡在基于動環(huán)資源的基礎上,要更多地考慮通信光纜進站的形式和光纜方向;

3）集約化網(wǎng)絡需更多地考慮傳輸設備的長期規(guī)劃,以及與動環(huán)資源、光纜資源規(guī)劃的綜合考慮;

4）集約化網(wǎng)絡需要對業(yè)務需求進行有序引導,并提前預測業(yè)務需求的發(fā)展方向;

5）動環(huán)資源、光纜資源、設備布局、業(yè)務引導等4個要素為開展集約化網(wǎng)絡優(yōu)化的重點方向,存在相互牽制、滾動推進的關系。

 2 電力通信骨干網(wǎng)評價方式

在參考上海電力通信網(wǎng)絡安全可靠性評估方法的基礎上,建立了一種針對電力通信骨干網(wǎng)的評價方式,評價電力通信骨干網(wǎng)的指標參數(shù),并利用數(shù)據(jù)處理工具對其進行優(yōu)化運算。

2.1 確定電力通信骨干網(wǎng)評價值

首先制定一級指標判斷矩陣（見表1）,通過MATLAB計算得到最大特征值對應的標準化特征向量,即指標權重。表1中參數(shù)根據(jù)目前網(wǎng)絡優(yōu)化的困難和重點方向設置,未來在開展?jié)L動持續(xù)優(yōu)化過程中可按固定周期（如2年）進行調(diào)整。

表1 評價指標量化值Tab.1 Evaluation index quantification value

結(jié)合表1,可得到的相應指標權重為（初值）：動環(huán)資源w₁=0.448 8,光纜資源w₂=0.234 6,設備布局w₃=0.234 6,業(yè)務引導w₄=0.081 9,則骨干網(wǎng)站點評價值w=動環(huán)資源評價值w₁+光纜資源評價值w₂+設備布局評價值w₃+業(yè)務引導評價值w₄。

2.2 二級指標評價

由于采用二級指標作為站點之間的評價比較標準,因此可直接采用客觀公式計算的方法進行評價。

2.2.1 動環(huán)資源評價

動環(huán)資源評價項目包括：站點機房條件,主要為行政大樓和變電站、新老站點的區(qū)別、是否獨立機房、機房面積等;機房溫濕度;通信電源系統(tǒng);通信專業(yè)針對動環(huán)情況的監(jiān)控系統(tǒng)。本文相應權重參數(shù)設置為（0.3,0.3,0.3,0.1）,具體可根據(jù)實際情況調(diào)整,單項按5分制記,因此有：動環(huán)資源評價值w₁=機房條件評價值×0.3+環(huán)境溫度評價值×0.3+通信電源可靠性評價值×0.3+動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)評價值×0.1。

2.2.2 光纜資源評價

光纜資源評價項目包括：光纜類型,具體有OPGW、ADSS、普通光纜、鎧裝光纜等,其中OPGW光纜的評價值最高,鎧裝光纜次之,較少發(fā)生故障的普通光纜評價值為中位數(shù),上海地區(qū)ADSS光纜因故障率高導致分值最低;光纜敷設形式,包括架空和地埋,地下光纜因故障率低而分值較高;光方向數(shù)量,光方向數(shù)量較多的站點評價值更高。相應權重參數(shù)設置為（0.3,0.3,0.4）,該指標主觀性較強,參數(shù)可調(diào),但在各個區(qū)域內(nèi)權重應較為固定,單項按5分制記,實際使用中可優(yōu)先在環(huán)網(wǎng)上預設一個供參考的中位數(shù)。因此有：光纜資源評價值w₂=光纜類型評價值×0.3+敷設形式評價值×0.3+光方向數(shù)量評價值×0.4。

2.2.3 設備布局評價

設備布局評價項目包括：電力系統(tǒng)骨干傳輸網(wǎng)設備容量,按10 G/2.5 G/622 M/155 M來區(qū)分;設備板卡,設備板卡在配置光方向和業(yè)務接入方面差別較大;設備冗余情況,三級網(wǎng)內(nèi)多為設備冗余配置,四級網(wǎng)內(nèi)設備冗余情況差別較大。相應權重參數(shù)設置為（0.5,0.25,0.25）,可微調(diào),單項按5分制記。在實際計算該評價值時,配置2套10 G設備的站點和配置單個155 M設備的站點分值差異明顯。因此有：設備布局評價值w₃=設備容量評價值×0.5+設備板卡評價值×0.25+設備冗余評價值×0.25。

2.2.4 業(yè)務引導評價

在本文闡述的骨干網(wǎng)優(yōu)化方法中,業(yè)務引導評價在傳統(tǒng)網(wǎng)絡優(yōu)化中較少提及,在上海電力最近的業(yè)務使用部門與通信部門交流的過程中,相互的溝通交流逐步增加,主要原因是高度集約化的骨干網(wǎng)站點情況復雜,無論是調(diào)度部門開展調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)建設,還是運檢部門開展配網(wǎng)技術中心建設,都充分考慮到了通信專業(yè)的實際困難。當業(yè)務需求部門征求通信專業(yè)部門意見時,就需要該指標反映實際網(wǎng)絡情況,最終體現(xiàn)在是選擇通信網(wǎng)絡進行優(yōu)化擴容,還是選擇建議業(yè)務部門把接入點布置在目前通信網(wǎng)絡條件較好的站點。

在業(yè)務引導評價中,將涉及國家電網(wǎng)公司的上級業(yè)務、重要保電通道站點的業(yè)務引導評價值設為最高;其次為調(diào)度電話、繼電保護、自動化通道等核心業(yè)務;再次為有系統(tǒng)性需求的大容量業(yè)務;最后為無系統(tǒng)性需求、無重要保電需求的普通業(yè)務。對應的指標權重值為（0.4,0.3,0.2,0.1）,單項按5分制記,以業(yè)務數(shù)量為主要評價標準。因此有：業(yè)務引導評價值w₄=涉及上級業(yè)務評價值×0.4+核心業(yè)務評價值×0.3+系統(tǒng)性需求評價值×0.2+普通業(yè)務評價值×0.1。

 3 典型的高度集約化電力通信骨干網(wǎng)優(yōu)化方法

通過電力通信骨干網(wǎng)評價方式進行指定骨干網(wǎng)的量化評價,判斷出不同典型區(qū)域骨干網(wǎng)內(nèi)各個站點的優(yōu)先級,然后匯總分析整個網(wǎng)絡優(yōu)化的重點方向,最后對目標網(wǎng)絡是否能順利完成優(yōu)化工作進行綜合評價。

以國網(wǎng)上海電力所轄的閔行—徐匯地區(qū)骨干網(wǎng)（四級網(wǎng)部分）為例進行分析,該區(qū)域處于上海市核心區(qū)域,尤其是在徐匯區(qū)范圍內(nèi),大多數(shù)站點為較老站點,骨干網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 骨干網(wǎng)架構(gòu)Fig.1 The backbone network architecture

3.1 骨干網(wǎng)現(xiàn)狀評估

1）市南供電公司和兩個供電公司所轄基地（欽江路基地、閔行基地）有2套SDH傳輸設備和多個光纜方向,以及大量調(diào)度電話、RTU、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和信息網(wǎng)業(yè)務,帶寬需求極大,業(yè)務持續(xù)發(fā)展預期最強。3個站點（市南供電公司、欽江路基地、閔行基地）分項評價為：動環(huán)資源評價值w₁分別為4.4、4.5、4.5,市南供電公司分值較低的原因為機房空間不足,兩個基地沒有動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng);光纜資源評價值w₂均為5,即3個站點多為排管進站,光纜方向多,故障率低;設備布局評價值w₃分別為5、4.25、4.25,市南供電公司屬于三、四級網(wǎng)共用站點,除配置了2套10 G傳輸設備以外,板塊冗余度高;業(yè)務引導評價值w₄分別為5、4、4,其中市南供電公司的業(yè)務引導值最高,屬于整個上海電力通信網(wǎng)最核心的站點之一,而供電公司所轄的基地業(yè)務需求隨供電公司業(yè)務變化較大,暫定為4。因此,市南供電公司評價值w=4.65,欽江路基地和閔行基地w=4.52。

2）220 kV長春變電站和港口變電站有2套SDH傳輸設備和多個光纜方向,以及大量調(diào)度電話、RTU、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務,帶寬需求一般,業(yè)