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1、华北电力大学（保定） 硕士学位论文 电力通信传输网业务可靠性分析方法研究 姓名：金鑫 申请学位级别：硕士 专业：工科；通信与信息系统 指导教师：高会生 2011-03 华北电力大学硕士学位论文 I 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。为了保证电力系统 稳定安全运行，电力系统和电力通信系统的可靠性和安全性需要统一考虑。传统 的可靠性分析方法不能从宏观上研究整个通信网络的可靠性， 缺少对业务重要度 的评估，不能全面指导运行人员进行系统
2、维护。 本文以电力通信可靠性的概念为基础， 研究了基于业务重要度可靠性分析方 法， 该研究方法具有针对性强和实用性强的特点。 本文对电力通信业务进行分类， 根据影响业务性能的因素建立电力通信业务重要度评估指标体系， 采用模糊层次 分析法进行评估，采用均值法得到业务重要度。在多态网络系统可靠性的理论的 基础上，得出了基于最小路集的可靠性分析模型，进一步确定了电力通信网可靠 性的概念。然后，结合业务重要度数，建立了基于业务重要度的网络可靠性分析 方法的数学模型,得到了分析流程。最后分别以 8 点端对端网络和电力通信主干 光纤网为例，进行可靠性分析，得出了网络业务可靠性和阈值的关系。与传统的 RBD
3、 方法对比， 基于业务重要度的可靠性分析方法客观灵活、 分析结果清晰简单、 具有实用性强的优点。 关键词：电力通信；传输网；业务重要度；可靠性 华北电力大学硕士学位论文 II Abstract According to requirements of smart grid, the reliability analysis of communication transmission network is very important to power system. Transmission network as the core communication network in power
4、system, carries many services of production and management. It is the insurance of the service operations. Power system safety and operation stability are directly affected by the reliability level of power communication network. To ensure that the power system operations are in safety and stability
5、, reliability of the power system and power communication system is achieved by a unified consideration. By using the traditional analysis method of reliability, the whole network performance could not be weighed up on the macro level, and service performance evaluation is lacked. So the former meth
6、od cant guide the operating personnel to carry out system maintenance. In this paper, we study the network reliability analysis method based on service importance, concerning the concept of the reliability of electric power communication. This method has targeted and practical features. The power co
7、mmunication services are classified. The stratified index system of service importance is evaluated, according to the factors that influence the service performance. Use fuzzy AHP to assess and use mean method to obtain the service importance. With the reliability analysis methods of the multi-state
8、 network, we can obtain the reliability analysis models based on minimal path sets. Further define the concept of the power communication network reliability. Additionally, combined with the services importance, the mathematical model and analysis process of network reliability based on the services
9、 importance is elaborated. Finally, an eight points end-to-end network and a power communication backbone fiber network are used as examples to anylyze and calculate the network reliability. Conclute the relationship bwteen network reliability and the threshold. Contrast with the traditional method
10、of RBD, the reliability analysis method based on services importance is objective, flexible and practical used, and the analysis results are clear and simple. Keywords: Electric power communication ； Transmission network ； Service importance；Reliability 华北电力大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电力通信传输网业务
11、可靠性分 析方法研究 ，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进 行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发 表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 华北电力大学硕士学位论文使用授权书 电力通信传输网业务可靠性分析方法研究系本人在华北电力大学攻读硕 士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。 本论文的研究成果归华北电力大 学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力 大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学
12、校保留并向有关部门送交论文的复 印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影 印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于（请在以下相应方框内打“” ） ： 保密，在 年解密后适用本授权书 不保密 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 华北电力大学硕士学位论文 - 1 - 第 1 章 绪 论 1.1 课题背景及研究意义 电力通信是现代电力系统的重要组成部分。电力生产“发、供、用”同时完 成的特点，决定了必须要有一个能够提供特殊保障服务的通信系统做支持。优 质可靠的通信手段是电网安全稳定的基础。 电力通信网是电
13、力系统的通信专网，它主要包括传输网、交换网、数据网和 管理网四大类网络1。传输网是电力通信网的基础，它承载着大量的生产和管理 业务。随着这些业务依赖性越来越强，电力通信传输网可靠运行也就显得越来越 重要。为了保证电力系统稳定安全运行，电力系统和电力通信系统的可靠性和安 全性需要统一考虑。智能电网具有自愈、互动、兼容、优化和集成的特点，需要 建立一个具有高速、双向、实时、集成特点的通信系统来完成智能电网的功能特 征2-5。智能电网获取数据和控制保护需要通信系统的支持，建立符合要求的通 信系统是非常重要的。一个可靠的通信系统使智能电网成为一个动态的、实时信 息和电力交换互动的大型的基础设施， 它可
14、以提高电网的供电可靠性和资产的利 用率，繁荣电力市场，抵御电网受到的攻击，从而提高电网价值。 通信网在运行过程中，往往会因为自然灾害、操作失误、偶然事件和人为破 坏等原因造成通信网服务质量 QoS（Quality Of Service， QoS）下降，甚至导致 整个通信网瘫痪，难以满足社会的正常通信需求。通信网可靠性研究的根本目的 就是提高通信网满足社会和用户在各种条件下的业务需求的能力6。分析通信网 的可靠性不仅要研究由节点、链路组成的网络拓扑结构，而且应该结合业务性能 将网络划分成多种状态，对网络可靠性进行全面综合的分析。 理论上计算通信网络可靠性是一项十分困难的工作， 其计算复杂度大多数
15、属 于 NP-hard 问题7。如何综合考虑业务影响和网络特性，如何降低计算复杂度， 如何求出一个符合实际的近似解，是可靠性分析方法研究的难点。 采用基于业务重要度电力通信传输网可靠性分析方法有如下几个方面意义： （1）传统的电力通信可靠性评估建立在逻辑层上，没有结合业务层的影响。 （2）本文采用基于业务重要度的可靠性分析法。该方法能够针对不同业务 失效对网络的影响计算可靠性，全面的反应网络的性能。相比传统的可靠性框图 法，该方法能够解决多端可靠性分析问题，评价结果简洁，具有较好的实用性。 华北电力大学硕士学位论文 - 2 - 1.2 国内外研究现状 1.2.1 可靠性分析方法分类 网络可靠性
16、的研究最早出现在上个世纪 60 年代，至今已经发展形成出了一 套成熟的可靠性理论体系。通信网可靠性呈现三种发展趋势：首先，由单纯通过 研究节点或链路可靠性逐渐转变为结合业务性能的通信网的业务相关的可靠性 8。其次，从网络本身的视角逐渐转变为从用户的视角来研究用户可感知到的可 靠性9,10。最后，由通信网可靠性二态（仅有正常、故障两种网络状态）的研究 方法向多状态研究方法转变11。 通信网可靠性主要分析方法是从图论的角度来分析通信网络的拓扑结构对 整个网络可靠性的影响。但是随着科学进步以及计算机技术的发展，越来越多 的研究者将通信业务性能参数、网络元件故障状态以及对网络的维修能力和保 障能力一同进行考虑。网络可靠性分析主要分以下三类问题：两端可靠性、K 端可靠性和全端可靠性。K 端可靠性可以看成是最一般化问题，而两端和全端 可以看成是 K 端的特例。通信网可靠性分析方法主要有解析法和模拟法。解析 法分为基于概率图法、基于加权概率图论法和组合法；
