电力通信系统可靠性的研究

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1、第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 1 - - 1 - 电力通信系统可靠性的研究 邢宁哲 崔永杰 （华北电力调度局 北京 100053） 摘摘 要：要：可靠性问题在电力系统安全体系研究中是一个非常重要方面，作者对现 代电网控制系统的神经网络电力通信系统的可靠性问题进行了专门的研究。 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，是现代电力系统可靠性研究的一个重要部分。本文对电 力通信系统运行中影响其可靠性的因素进行了分析，从可靠性因果关系和网络 分层的角度提出了电力通信系统可靠性研究的思路和方法。并以

2、电力调度交换 网为例，对电力通信系统可靠性的指标体系的建立、评价模型的构造、评价方 法步骤和可靠性管理思路进行了探讨。 关键词：关键词：电力通信系统 可靠性 指标体系 评价方法 1 前言 近年来，在现代信息、通信技术的大力驱动下，电力系统逐步迈向“数字化”和“信 息化”的王国，在现代电力系统的整体构架里，电力系统与信息、通信系统已经融合成为 高度集成的混杂系统，电力系统的监测和控制越来越依赖于信息和通信系统的可靠运行。 信息与通信系统的故障将成为影响现代电力系统安全性的重要因素，一个关键通信部件发 生故障将会使整个电力系统陷于瘫痪，进而可能导致整个电网失去可控性和可监测性。也 就是说，电力系统

3、对通信网络的依赖越来越高，对电力通信系统可靠性的期望值越来越 高，因此，电力通信系统可靠性问题已经引起了调度机构和电力高层的高度重视。 电力系统可靠性的研究已经有了四十多年历史，已经有了成熟的理论和可靠性指标体 系和评价方法，可靠性管理达到了一定的水平，并在实际电网运行中发挥了重要作用。但 是随着通信网络在电力系统日益发挥着重要的作用，电力通信系统可靠性的研究和管理一 直是一个空白，与时代的发展相违背。从电力通信系统本身来说，在对系统设计、工程实 施和网络运行过程中，都对其可靠性措施进行了必要的考虑，但是整个电力通信网络的可 靠性水平如何，可靠性的发展如何，却没有一个综合评价电力通信系统可靠性

4、指标体系和 评价方法，不能对某个区域电力系统的通信系统可靠性进行有效评价。 2 电力通信系统可靠性概念的提出 在电力行业，电力系统可靠性已经有了成熟的理论和研究体系，电力行业标准 DL/T861-2004 中给出了电力系统可靠性定义，即：电力系统按可接受的质量标准和所需数 据不间断的向电力用户提供电力和电量的能力的量度。 电力系统可靠性包括充裕性和安全性两个方面。包括发电系统的可靠性、输电系统的 可靠性和供电系统的可靠性。对于大电网而言，重点指大电网的发输电系统可靠性。 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 2 - - 2 - 在以上电力系统可靠

5、性概念中，主要提到了发、输、供三个环节进行分析，而对电网 控制系统并没有提到，作为电网控制系统的神经网络通信系统的可靠性至关重要。 2.1 通信网可靠性的定义 通信网一般是由一定数量的节点和连接节点的传输链路有机结合在一起，实现两个或 多个规定点间信息传输的系统。通信网络的节点或链路有故障时，直接导致通信网络的连 通性变坏，导致网络的呼损、吞吐量等业务性能指标下降，使得通信网络的可靠性降低。 从目前的通信网可靠性的研究成果来看，较为科学的定义是：通信网可靠性是指通信 网在实际连续运行过程中，完成用户的正常通信需求的能力。在这一定义中包括了可靠性 的六大要素，即可靠性主体、规定条件、规定时间、规

6、定功能、能力测度和故障等。这里 可靠性主体是通信网，规定条件是通信网运行中的各种破坏性因素，规定时间就是通信网 连续运行的过程，规定功能就是保证用户的通信需求能得到完成，“完成用户通信需求的 能力”是通过通信网可靠性测度来体现的，故障则是在影响通信网可靠性的行为。这一定 义体现了通信网“以用户为中心”的服务宗旨，它既包含了通信网络的生存能力和可用 性，也反映了通信网络对用户需求的适应能力。它是对整个通信网络运行过程的综合测 度。 2.2 电力通信系统可靠性概念的提出 由于电力通信系统是一个为满足电力生产、运营和管理需求而在电力系统内部建立的 专用通信体系，是具有电力系统和一般通信系统的双重特征

7、。但从电力通信系统的本身来 看，它属于通信系统的范畴，具有通信网的内涵和本质，而电力通信系统的服务对象是电 力系统，是在电力系统大环境下建立的通信网络，其外延特征又深深刻具有电力系统的烙 印。因此我们研究电力通信系统可靠性问题，就存在有两种出发点： （1）从通信网可靠性的思路出发，赋予电力系统的特征，即：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（定义 1）。 在这一定义中，用户特指电力系统，并指出电力通信系统的目标是为电力系统安全生产、 市场运营和现代化管理提供一个高可靠性的通信基础网络。 （2）由于电力系统属于电力网络的概念，也具有一般网络的特

8、征和研究方法。因此， 如果从电力系统可靠性的思路出发，把通信系统作为大电力系统整体的一部分，给出电力 通信系统可靠性的概念，则是：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 间断的向电力系统提供通信连接的能力的量度（定义 2）。 比较两个思路的定义，殊途同归，定义 1 中的“实际连续运行”与定义 2 中的“不间 断”含义一致，定义 1 中的“正常通信需求”和定义 2 中的“按可接受的通信服务质量标 准和业务需求”含义基本一致，定义 1 中的“完成电力系统用户 的能力”即定义 2 中的 “向电力系统用户提供 的能力的量度”。因此说，不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

9、的定义思路出发，结果是一致的，可以沿用定义 1 进行谈论。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，只是服务内容不同而已。 因此从广义上讲，电力通信系统可靠性属于现代电力系统可靠性一部分。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各种可靠性设计和 管理。 3 电力通信系统可靠性因素分析 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 3 - - 3 - 电力通信系统可靠性研究的根本目的是消除造成电力通信系统可靠性下降的各种故障 和拥塞，提高通信网络的运行服务质量，更好的

10、满足电力系统的通信需求，维护电网的安 全稳定运行。电力通信系统是一个整体的网络，随着运行时间的增长和运行环境的影响， 通信的节点和链路都不可避免的导致性能下降，尤其在电力通信系统遭受到恶意攻击或灾 害性破坏时更是如此，主要反映在网络节点和链路失效，业务中断或性能下降，网络的连 通率下降，呼损时延增大，数据网络拥塞等现象。 电力通信系统随电网调度机构、变电站和发电厂的分布遍布全国各地，是一个比较复 杂的网络，影响其可靠性的因素自然很多。以下图中，分别从通信网络本身的角度，网络 运行效果的角度和新技术发展对可靠性影响三个方面出发，对影响电力通信系统的可靠性 因素进行分析。 表一 电力通信系统可靠性

11、因素分析 外部 因素 ? 可控因素：电力通信设备的工作环境和条件，如温湿 度、防尘、电磁干扰等 ? 不可控因素：自然灾害、人为破坏、突发事件等 从网络本 身的角度 内部 因素 ? 设备可靠性、系统工程设计、系统网络的维护和管理等 固有可 靠性 ? 设备本身的可靠性，如 MTBF 指标 ? 系统网络设计结构的可靠性，如网络拓扑结构和合理性 网络运行 效果的角 度 工作可 靠性 ? 电网对业务性能的要求： 提供给电网安全服务质量和满 意程度 ? 系统网络维护、组织管理的有效性：设备分散设置、负 载分担、双路由等 有利 因素 ? 提高了设备和系统的可靠性，使网络组织管理更加有效 影 响 电 力 通

12、信 系 统 可 靠 性 因 素 新技术的 发展的角 度 不利 因素 ? 设备和系统复杂度提高，依赖于软件，系统规模太大， 关键节点或链路故障影响面太大，运行管理难度增大 4 电力通信系统可靠性工程研究方法 电力通信系统可靠性工程是为提高电力通信系统的可靠性和运行服务质量而在前期规 划设计、工程实施和运行维护中所进行的各项工程和管理活动的总括。如下图，描述了电 力通信系统可靠性工程的因果关系，它反映了引起电力通信系统可靠性的内在原因和外延 原因。 图 1 电力通信系统可靠性工程的因果关系 电力通信系统可靠性工程的目标就是针对电力通信系统存在的问题及主要影响因素， 在可靠性工程的各阶段从各个方面采

13、取可行的措施来保证系统安全、可靠、经济、高效地 完成电网通信任务，最大限度地满足电力系统对通信的需求。因此，对电力通信系统可靠 性进行研究，仅从全网的角度对可靠性进行分析是远不够的，应当从电力通信系统可靠性 研究的需要出发，对电力通信系统进行网络分层，虽然不同的网络研究的侧重点和可靠性 系统设备 电力通信 系统可靠性 内部原因 网络拓扑 网络维护网络管理 投资条件 电网环境电网需求员工素质 外部原因 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 4 - - 4 - 的要求有所不同，但可以采取类似的层次划分。本文对电力通信系统的可靠性划分为六个 不同的层面

14、，即业务层、网络层、系统层、设备层、基础层和管理层，具体内容见表二。 表二 电力通信系统可靠性的研究层次及任务 研究层面 研 究 任 务 业务层 分析业务运行质量，对网络性能可靠性进行综合评价，研究相关技术措施 网络层 研究网络拓扑结构的可靠性，网络组织的要求和改进措施等 系统层 研究电力通信传输系统、调度交换系统和电源系统等设计要求和运行情况 设备层 对设备提出可靠性要求并对其运行中发生的问题进行分析 基础层 研究电网及设施环境对网络运行的影响和异常故障的规律 管理层 确定评价指标，研究系统维护和管理体制及提高维护和管理水平的措施等 其实，通信网可靠性工程的实施是一个螺旋式循环上升的过程。在

15、这个过程中，通过 不断提出、分析和解决问题而使通信系统的可靠性得以不断提高。对任一个细化后的具体 问题，其研究过程如图 3 所示。 图 2 可靠性问题的研究过程框图 5 电力通信系统可靠性指标体系和评价方法 5.1 电力通信系统可靠性综合评价的指标体系 电力通信系统可靠性不仅要研究系统设计方法、网络结构，而且要研究影响通信系统 网络运行可靠性的各个方面，也要通过对电力通信系统可靠性研究的目标进行分析，结合 电力系统对通信可靠性的要求，建立测定电力通信系统可靠性的指标体系和综合评价方 法，力图反映电力通信系统可靠性的整体情况。 一般的思路是寻找一种方法，利用各种运行统计指标进行综合分析而得到系统

16、网络的 可靠性水平，由此得到的是电力通信系统可靠性的实际水平。但从可用性角度对系统网络 每年的不可用时间（中断时间）进行统计分析，往往不能全面反映网络的运行情况。事实 上，研究可靠性的目的是希望不断提高电力通信系统的可靠性，满足电网对通信可靠性的 需求。因此，评价通信系统可靠性的增长水平比评价实际水平更有意义，可靠性增长是一 个动态指标，反映的是工作成效。因此，电力通信系统可靠性综合评价的基本思路：从电 力通信系统运行过程的有关统计指标出发，将对通信网可靠性的综合评价转化为对其增长 水平的评价。这样将使评价问题得以简化，评价的结果有利于掌握通信网可靠性增长变动 情况。 为了进行评价，就必须有相应的测度指标。为此，笔者提出“电力通信系统可靠性综 合指数”这一指标，并给出它的定义，它是由若干反映电力通信系统网络运行情况的指标 电网对通信系 统可靠性要求 对问题及原 因进行分析 提出解决办法 和整改措施 跟踪和评价 决策 设计 实施 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 5 - - 5 - 进行无量纲化后