曾偉忠， 袁詠詩

(廣東電網有限責任公司東莞供電局，廣東 東莞 523413)

0 引 言

電力通信網是電力系統(tǒng)生產運行數據傳輸的通道，支撐著電力系統(tǒng)安全可靠運行。路由器作為電力通信網的聯(lián)絡節(jié)點，不同的配置模式將改變電網生產數據的傳輸方式，對生產數據的傳輸效率和電網輸變電設備可靠運行均產生影響[1-2]。

文獻[3]提出了一種基于非一致性業(yè)務均衡的網絡路由分配方法，其優(yōu)化目標在于所有業(yè)務通道的承載量均衡。文獻[4]提出了基于拓撲分析的電力通信網結構優(yōu)化方法，其目標在于通信網路由設備的承載量盡可能均衡。文獻[5]分析了電力系統(tǒng)通信網的通道優(yōu)化機制，以提升通信網故障后恢復速率。文獻[6]提出了基于熵的業(yè)務資源均衡分配法。文獻[7]重點分析了通信不同運行方式下發(fā)生通道故障在快速恢復方面的差異，據此提出了面向快速恢復的運行方式優(yōu)化方法。

實際上在分析電力通信網的可靠性問題時，不僅需要考慮通信網本身的可靠性，還需要考慮通信網對一次設備運行的影響,不僅需要考慮輸變電設備可靠性，還需要顧及通信效率。為此，本文將分析電力通信網運行方式對電力系統(tǒng)輸變電設備的影響，從可靠性和通信效率兩個方面出發(fā)提出電力通信網評價指標。引入雷達圖方法，提出一種兼顧可靠性與通信效率的電力通信網絡協(xié)調優(yōu)化方法，用于評價不同運行方案下電力通信網運行方式的優(yōu)劣。最后基于某地區(qū)電網實際數據構造算例，驗證了本文所提出方法的有效性。

1 電力通信網絡運行評價指標

1.1 可靠性評價指標

本文所述的電力通信網可靠性主要是用于評價電力通信網運行模式對電力系統(tǒng)輸變電設備運行的影響，重點評價單通道或單路由故障后對設備正常運行造成的影響。電力系統(tǒng)中的線路、變壓器等輸變電設備根據其重要程度會采用單通道，雙通道甚至三通道等不同的通信模式，而在輸電網中考慮到輸變電設備的重要性較高，雙通道已成為主流通信模式[8]。因此在輸電網中，對于多通道業(yè)務，單一通道故障僅會導致業(yè)務可靠性下降、風險增加。而路由器作為通道的中轉站，將同時承載多個通信業(yè)務，單個路由器故障可能導致業(yè)務中斷、輸變電設備停運的情況發(fā)生。

根據上述分析結果，為量化電力通信網不同運行方式下電力系統(tǒng)運行可靠性水平，本文設計了路由故障設備平均停運率和通道故障業(yè)務平均保障率兩個指標，分別評價路由器故障和通道故障對通信業(yè)務的影響程度。上述兩個指標的計算公式可表示如下：

(1)

1.2 通信效率評價指標

本文所述的通信效率評價是指不同的電力通信網運行方式下，業(yè)務通道信息流轉的效率。主要涉及兩個方面的評價內容：①從整體出發(fā)，不同的業(yè)務通道在通信過程中所需要流經的通道數量；②從每個輸變電設備出發(fā)，其不同的業(yè)務通道流經通道數量的均衡度。業(yè)務通道在通信過程中流經的通道數量越多，代表傳遞效率越低；而同一輸變電設備的不同業(yè)務通道均衡度越低，表明其雙通道或三通道流經的通道數差別較大，可能造成雙通道誤碼的概率也較大。

為此，本文特別提出全網通信業(yè)務平均通道數和設備業(yè)務通道均衡度兩個指標,分別評價上述兩個方面的運行效率。這兩個指標可表示如下：

(2)

(3)

2 電力通信網協(xié)調優(yōu)化方法

2.1 實施流程

圖1 實施流程

電力通信網的路由器配置由于涉及大量混合整數規(guī)劃，難以直接建模優(yōu)化，當前協(xié)調優(yōu)化過程中主要采用人工編制后智能評價校驗的方式實現[9-10]。在該模式基礎上，本文結合上述可靠性與通信效率評價指標，所設計的電力通信網協(xié)調優(yōu)化方法實施流程如圖1所示。

其中人工編制步驟往往由電力通信運行人員完成，評價指標計算參照上一節(jié)所述內容,可根據編制好的方案直接統(tǒng)計得到。由于上述評價指標的內容不同，難以直接橫向對比，本文特提出基于雷達圖綜合評價方法。

2.2 基于雷達圖的綜合評價

所謂基于雷達圖的綜合評價方法是多維運行評價中常用的評價方法，主要解決不同類型評價目標的協(xié)調問題。

在本文所述的兼顧可靠性與通信效率的電力通信網通道協(xié)調優(yōu)化方法中，對人工編制的多套電力通信網運行方案，由于涉及2個維度4項評價指標，難以直接得到其整體效益評價結果。為此可采用基于雷達圖的綜合評價。其實施要點包括：

1)基于歷史數據分析，確定各指標分布區(qū)間

根據電力通信網歷史運行水平，統(tǒng)計各評價指標的歷史分布情況，確定不同指標的運行上下限。規(guī)定任意指標歷史兩年范圍內出現的最大值和最小值為該指標的取值范圍最大值、最小值。其中λL、λT、λD、λE的最大值和最小值依次記為λL,max、λL,min、λT,max、λT,min、λD,max、λD,min、λE,max、λE,min。

2)根據指標數值與其評價內容的關聯(lián)，確定指標類型

根據指標數值大小與其評價內容優(yōu)劣的關聯(lián)，可將指標分為極大型、極小型兩種類型。其中極大型指標是指指標的數值越大，代表其評價內容越優(yōu)；極小型指標是指指標的數值越小，代表其評價內容越優(yōu)。上述四個評價指標中，路由故障設備平均停運率指標λL、全網通信業(yè)務平均通道數λD和設備業(yè)務通道均衡度λE為極小型指標；通道故障業(yè)務平均保障率指標λT為極大型指標。

3)繪制雷達圖

所謂雷達圖是一種用于反映多維度指標協(xié)調關系的圖形。雷達圖中每個軸線代表每個指標的取值范圍，對于極大型指標，其軸線靠外為取值范圍上限，靠內為取值范圍下限,極小型指標與之相反。根據每個指標取值可將其在雷達圖軸線上為其確定位置，各指標所在位置連線即可確定該方案的雷達圖。圖2所示的雷達圖示例中包含了兩個待評價方案的雷達圖。

圖2 雷達圖評價示例

4)綜合評價

雷達圖中各指標位置所連接圍成的區(qū)域即反映了該方案的優(yōu)劣程度，所圍成區(qū)域面積越大，表明其整體效益越優(yōu)。圍成的面積計算公式如下：

(4)

3 算例分析

圖3 電力通信網連接圖

本文選取了某地區(qū)電網110 kV網架局部網架的電力通信網，在此基礎上選取了實際運行中所采用的兩套電力通信網運行方案,從可靠性和通信效率兩個維度評價其實際效益。該地區(qū)電網的電力通信網結構如圖3所示，圖中帶編號的方框為路由器節(jié)點，路由器之間的連接線為通信通道。

該地區(qū)電網內共包括通道業(yè)務5項，并由人工編制通信運行方案2套，具體信息如表1所示。

表1 電力通信網運行方案對比

根據本文所提出的可靠性與通信效率評價指標，分別統(tǒng)計兩套方案對應的4項評價指標取值。通過該地區(qū)電網電力通信網歷史運行情況,分析上述指標的變化情況，據此繪制雷達圖。如圖2所示，虛線圍成區(qū)域為運行方案1對應的評價指標雷達圖，實線圍成區(qū)域為運行方案2對應的評價指標雷達圖。根據雷達圖可以計算得到兩套運行方案的綜合評價面積如下：

(5)

由式(5)可以看出方案1的面積小于方案2，這也證明從可靠性與通信效率協(xié)調的角度出發(fā)，兩套方案中運行方案2在兼顧可靠性與通信效率方面更為突出。實際上，導致運行方案1的綜合評價效率較低的原因在于該方案下路由故障設備平均停運率、設備業(yè)務通道均衡度指標相對較低，導致整體運行效益劣于運行方案2。

4 結束語

基于電力通信網運行方式對電網一次設備運行的影響機制，本文從可靠性和通信效率兩個維度出發(fā)，設計了電力通信網運行評價指標，并將該指標內嵌于電力通信網協(xié)調優(yōu)化方法中，基于雷達圖設計了兼顧可靠性與通信效率的綜合評價方法。基于某地區(qū)電網的算例表明,該方法能夠全面地評價各通信運行方案在可靠性、通信效率方面的優(yōu)劣，提升電網一次系統(tǒng)運行效益。