0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,為滿(mǎn)足各行各業(yè)對(duì)能源的需求,電力通信專(zhuān)業(yè)作為智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ),做好對(duì)各類(lèi)應(yīng)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(luò)來(lái)承載和傳輸電力調(diào)度電話、繼電保護(hù)遠(yuǎn)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(wù)^[1-3],但由于不同區(qū)域SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)多是分批次建設(shè)完成的,存在一些區(qū)域間無(wú)法互聯(lián)、區(qū)域過(guò)小不能連成片或環(huán)、下掛單個(gè)站點(diǎn)較多、無(wú)法形成自愈保護(hù)、業(yè)務(wù)趨勢(shì)差異、端口或者帶寬存在明顯不足等問(wèn)題^[4-5]。

近年來(lái),隨著“大云物移”技術(shù)的發(fā)展,變電站內(nèi)的信息量也越來(lái)越大,傳統(tǒng)變電站逐漸向智能變電站演進(jìn)^[6-8],同時(shí)帶來(lái)了大量的相關(guān)信息采集、信息傳送以及信息處理等需求,業(yè)務(wù)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(hù)用電量較大,多數(shù)站點(diǎn)尤其是匯聚站點(diǎn)業(yè)務(wù)較多,導(dǎo)致業(yè)務(wù)密集區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有的2.5 G設(shè)備資源已不能滿(mǎn)足實(shí)際需求,而邊遠(yuǎn)區(qū)域設(shè)備過(guò)多則可能會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)。因此,有必要持續(xù)開(kāi)展電力通信骨干網(wǎng)優(yōu)化,進(jìn)行資源整合和重組,以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的信息通信業(yè)務(wù)需求^[9]。

 1 集約化網(wǎng)絡(luò)

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

1.1 承載的業(yè)務(wù)

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

1.2 集約化網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

集約化網(wǎng)絡(luò)具有站點(diǎn)間距短、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、業(yè)務(wù)種類(lèi)多、通信流量大、優(yōu)化困難、運(yùn)維壓力大等特點(diǎn),因此需要對(duì)未來(lái)通信業(yè)務(wù)流量進(jìn)行提前規(guī)劃與預(yù)測(cè),對(duì)部分重要站點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化,對(duì)部分小區(qū)域進(jìn)行光纜、設(shè)備自愈保護(hù)等方面的調(diào)整^[12]。

隨著通信業(yè)務(wù)的不斷增加,部分核心通信站點(diǎn)不斷升級(jí)和優(yōu)化,造成局部地區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞浅?fù)雜,甚至有些站點(diǎn)的通信資源已接近飽和狀態(tài),且業(yè)務(wù)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(gè)層面。集約化網(wǎng)絡(luò)容易產(chǎn)生通道瓶頸,在業(yè)務(wù)需求需要考慮冗余的要求下,可通過(guò)兩種方案來(lái)解決通道瓶頸問(wèn)題：一是在給定業(yè)務(wù)需求的情況下,最小化所需的通信傳輸帶寬資源和業(yè)務(wù)接口資源,資源不足的面臨設(shè)備升級(jí)和擴(kuò)容問(wèn)題^[13-14];二是在給定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞那闆r下,盡量擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)吞吐量,將業(yè)務(wù)需求引導(dǎo)至合適的通信站點(diǎn)內(nèi),通過(guò)人為優(yōu)化達(dá)到資源的合理利用,但匯聚站點(diǎn)過(guò)多會(huì)給運(yùn)維帶來(lái)一定困難,匯聚站點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致相關(guān)站點(diǎn)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)同時(shí)丟失^[15]。

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

1）集約化網(wǎng)絡(luò)要更多地考慮通信站點(diǎn)的動(dòng)環(huán)資源;

2）集約化網(wǎng)絡(luò)在基于動(dòng)環(huán)資源的基礎(chǔ)上,要更多地考慮通信光纜進(jìn)站的形式和光纜方向;

3）集約化網(wǎng)絡(luò)需更多地考慮傳輸設(shè)備的長(zhǎng)期規(guī)劃,以及與動(dòng)環(huán)資源、光纜資源規(guī)劃的綜合考慮;

4）集約化網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行有序引導(dǎo),并提前預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)需求的發(fā)展方向;

5）動(dòng)環(huán)資源、光纜資源、設(shè)備布局、業(yè)務(wù)引導(dǎo)等4個(gè)要素為開(kāi)展集約化網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的重點(diǎn)方向,存在相互牽制、滾動(dòng)推進(jìn)的關(guān)系。

 2 電力通信骨干網(wǎng)評(píng)價(jià)方式

在參考上海電力通信網(wǎng)絡(luò)安全可靠性評(píng)估方法的基礎(chǔ)上,建立了一種針對(duì)電力通信骨干網(wǎng)的評(píng)價(jià)方式,評(píng)價(jià)電力通信骨干網(wǎng)的指標(biāo)參數(shù),并利用數(shù)據(jù)處理工具對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算。

2.1 確定電力通信骨干網(wǎng)評(píng)價(jià)值

首先制定一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣（見(jiàn)表1）,通過(guò)MATLAB計(jì)算得到最大特征值對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化特征向量,即指標(biāo)權(quán)重。表1中參數(shù)根據(jù)目前網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的困難和重點(diǎn)方向設(shè)置,未來(lái)在開(kāi)展?jié)L動(dòng)持續(xù)優(yōu)化過(guò)程中可按固定周期（如2年）進(jìn)行調(diào)整。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)量化值Tab.1 Evaluation index quantification value

結(jié)合表1,可得到的相應(yīng)指標(biāo)權(quán)重為（初值）：動(dòng)環(huán)資源w₁=0.448 8,光纜資源w₂=0.234 6,設(shè)備布局w₃=0.234 6,業(yè)務(wù)引導(dǎo)w₄=0.081 9,則骨干網(wǎng)站點(diǎn)評(píng)價(jià)值w=動(dòng)環(huán)資源評(píng)價(jià)值w₁+光纜資源評(píng)價(jià)值w₂+設(shè)備布局評(píng)價(jià)值w₃+業(yè)務(wù)引導(dǎo)評(píng)價(jià)值w₄。

2.2 二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)

由于采用二級(jí)指標(biāo)作為站點(diǎn)之間的評(píng)價(jià)比較標(biāo)準(zhǔn),因此可直接采用客觀公式計(jì)算的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2.1 動(dòng)環(huán)資源評(píng)價(jià)

動(dòng)環(huán)資源評(píng)價(jià)項(xiàng)目包括：站點(diǎn)機(jī)房條件,主要為行政大樓和變電站、新老站點(diǎn)的區(qū)別、是否獨(dú)立機(jī)房、機(jī)房面積等;機(jī)房溫濕度;通信電源系統(tǒng);通信專(zhuān)業(yè)針對(duì)動(dòng)環(huán)情況的監(jiān)控系統(tǒng)。本文相應(yīng)權(quán)重參數(shù)設(shè)置為（0.3,0.3,0.3,0.1）,具體可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整,單項(xiàng)按5分制記,因此有：動(dòng)環(huán)資源評(píng)價(jià)值w₁=機(jī)房條件評(píng)價(jià)值×0.3+環(huán)境溫度評(píng)價(jià)值×0.3+通信電源可靠性評(píng)價(jià)值×0.3+動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)評(píng)價(jià)值×0.1。

2.2.2 光纜資源評(píng)價(jià)

光纜資源評(píng)價(jià)項(xiàng)目包括：光纜類(lèi)型,具體有OPGW、ADSS、普通光纜、鎧裝光纜等,其中OPGW光纜的評(píng)價(jià)值最高,鎧裝光纜次之,較少發(fā)生故障的普通光纜評(píng)價(jià)值為中位數(shù),上海地區(qū)ADSS光纜因故障率高導(dǎo)致分值最低;光纜敷設(shè)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(diǎn)評(píng)價(jià)值更高。相應(yīng)權(quán)重參數(shù)設(shè)置為（0.3,0.3,0.4）,該指標(biāo)主觀性較強(qiáng),參數(shù)可調(diào),但在各個(gè)區(qū)域內(nèi)權(quán)重應(yīng)較為固定,單項(xiàng)按5分制記,實(shí)際使用中可優(yōu)先在環(huán)網(wǎng)上預(yù)設(shè)一個(gè)供參考的中位數(shù)。因此有：光纜資源評(píng)價(jià)值w₂=光纜類(lèi)型評(píng)價(jià)值×0.3+敷設(shè)形式評(píng)價(jià)值×0.3+光方向數(shù)量評(píng)價(jià)值×0.4。

2.2.3 設(shè)備布局評(píng)價(jià)

設(shè)備布局評(píng)價(jià)項(xiàng)目包括：電力系統(tǒng)骨干傳輸網(wǎng)設(shè)備容量,按10 G/2.5 G/622 M/155 M來(lái)區(qū)分;設(shè)備板卡,設(shè)備板卡在配置光方向和業(yè)務(wù)接入方面差別較大;設(shè)備冗余情況,三級(jí)網(wǎng)內(nèi)多為設(shè)備冗余配置,四級(jí)網(wǎng)內(nèi)設(shè)備冗余情況差別較大。相應(yīng)權(quán)重參數(shù)設(shè)置為（0.5,0.25,0.25）,可微調(diào),單項(xiàng)按5分制記。在實(shí)際計(jì)算該評(píng)價(jià)值時(shí),配置2套10 G設(shè)備的站點(diǎn)和配置單個(gè)155 M設(shè)備的站點(diǎn)分值差異明顯。因此有：設(shè)備布局評(píng)價(jià)值w₃=設(shè)備容量評(píng)價(jià)值×0.5+設(shè)備板卡評(píng)價(jià)值×0.25+設(shè)備冗余評(píng)價(jià)值×0.25。

2.2.4 業(yè)務(wù)引導(dǎo)評(píng)價(jià)

在本文闡述的骨干網(wǎng)優(yōu)化方法中,業(yè)務(wù)引導(dǎo)評(píng)價(jià)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中較少提及,在上海電力最近的業(yè)務(wù)使用部門(mén)與通信部門(mén)交流的過(guò)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(diǎn)情況復(fù)雜,無(wú)論是調(diào)度部門(mén)開(kāi)展調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)建設(shè),還是運(yùn)檢部門(mén)開(kāi)展配網(wǎng)技術(shù)中心建設(shè),都充分考慮到了通信專(zhuān)業(yè)的實(shí)際困難。當(dāng)業(yè)務(wù)需求部門(mén)征求通信專(zhuān)業(yè)部門(mén)意見(jiàn)時(shí),就需要該指標(biāo)反映實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況,最終體現(xiàn)在是選擇通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化擴(kuò)容,還是選擇建議業(yè)務(wù)部門(mén)把接入點(diǎn)布置在目前通信網(wǎng)絡(luò)條件較好的站點(diǎn)。

在業(yè)務(wù)引導(dǎo)評(píng)價(jià)中,將涉及國(guó)家電網(wǎng)公司的上級(jí)業(yè)務(wù)、重要保電通道站點(diǎn)的業(yè)務(wù)引導(dǎo)評(píng)價(jià)值設(shè)為最高;其次為調(diào)度電話、繼電保護(hù)、自動(dòng)化通道等核心業(yè)務(wù);再次為有系統(tǒng)性需求的大容量業(yè)務(wù);最后為無(wú)系統(tǒng)性需求、無(wú)重要保電需求的普通業(yè)務(wù)。對(duì)應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重值為（0.4,0.3,0.2,0.1）,單項(xiàng)按5分制記,以業(yè)務(wù)數(shù)量為主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。因此有：業(yè)務(wù)引導(dǎo)評(píng)價(jià)值w₄=涉及上級(jí)業(yè)務(wù)評(píng)價(jià)值×0.4+核心業(yè)務(wù)評(píng)價(jià)值×0.3+系統(tǒng)性需求評(píng)價(jià)值×0.2+普通業(yè)務(wù)評(píng)價(jià)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(guò)電力通信骨干網(wǎng)評(píng)價(jià)方式進(jìn)行指定骨干網(wǎng)的量化評(píng)價(jià),判斷出不同典型區(qū)域骨干網(wǎng)內(nèi)各個(gè)站點(diǎn)的優(yōu)先級(jí),然后匯總分析整個(gè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的重點(diǎn)方向,最后對(duì)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)是否能順利完成優(yōu)化工作進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

以國(guó)網(wǎng)上海電力所轄的閔行—徐匯地區(qū)骨干網(wǎng)（四級(jí)網(wǎng)部分）為例進(jìn)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(diǎn)為較老站點(diǎn),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(píng)估

1）市南供電公司和兩個(gè)供電公司所轄基地（欽江路基地、閔行基地）有2套SDH傳輸設(shè)備和多個(gè)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(wù),帶寬需求極大,業(yè)務(wù)持續(xù)發(fā)展預(yù)期最強(qiáng)。3個(gè)站點(diǎn)（市南供電公司、欽江路基地、閔行基地）分項(xiàng)評(píng)價(jià)為：動(dòng)環(huán)資源評(píng)價(jià)值w₁分別為4.4、4.5、4.5,市南供電公司分值較低的原因?yàn)闄C(jī)房空間不足,兩個(gè)基地沒(méi)有動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng);光纜資源評(píng)價(jià)值w₂均為5,即3個(gè)站點(diǎn)多為排管進(jìn)站,光纜方向多,故障率低;設(shè)備布局評(píng)價(jià)值w₃分別為5、4.25、4.25,市南供電公司屬于三、四級(jí)網(wǎng)共用站點(diǎn),除配置了2套10 G傳輸設(shè)備以外,板塊冗余度高;業(yè)務(wù)引導(dǎo)評(píng)價(jià)值w₄分別為5、4、4,其中市南供電公司的業(yè)務(wù)引導(dǎo)值最高,屬于整個(gè)上海電力通信網(wǎng)最核心的站點(diǎn)之一,而供電公司所轄的基地業(yè)務(wù)需求隨供電公司業(yè)務(wù)變化較大,暫定為4。因此,市南供電公司評(píng)價(jià)值w=4.65,欽江路基地和閔行基地w=4.52。

2）220 kV長(zhǎng)春變電站和港口變電站有2套SDH傳輸設(shè)備和多個(gè)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(wù),帶寬需求一般,業(yè)