電力通信網(wǎng)中最優(yōu)化資源保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

張海生

(國網(wǎng)陜西省電力有限公司 榆林供電分公司， 陜西 榆林 719000)

0 引 言

當(dāng)前配電網(wǎng)的發(fā)展逐漸向著智能化的方向轉(zhuǎn)型，并且隨著分布式電源的不斷引入，電力通信網(wǎng)中各項(xiàng)業(yè)務(wù)的增加使得其承載能力逐漸提升，新型業(yè)務(wù)也逐漸向更高層次匯聚，占據(jù)著更多的電力通信帶寬資源。此外，當(dāng)前國家電網(wǎng)在大力推動(dòng)企業(yè)化運(yùn)作以及集約化的發(fā)展模式，使得大量集約型的分布式部署系統(tǒng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，進(jìn)而導(dǎo)致電力通信業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出向中心不斷聚集的現(xiàn)象，因此該領(lǐng)域中的企業(yè)急需電力通信網(wǎng)具備更大的帶寬承載能力[1]。但目前傳統(tǒng)電力通信網(wǎng)的帶寬十分有限，考慮到電力業(yè)務(wù)的獨(dú)特性以及過高的運(yùn)營經(jīng)濟(jì)支出，需要在對(duì)電力通信網(wǎng)不進(jìn)行大規(guī)模變動(dòng)的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)其資源的高效利用，從而進(jìn)一步降低冗余度，保證電力通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)運(yùn)行[2]。最優(yōu)化資源保護(hù)技術(shù)是近幾年針對(duì)電力通信網(wǎng)產(chǎn)生的全新保護(hù)技術(shù)，能夠同時(shí)提供類似環(huán)網(wǎng)的恢復(fù)速度，提高電力通信網(wǎng)中的各項(xiàng)資源利用率，越老越受到該領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。因此將結(jié)合最優(yōu)化資源保護(hù)技術(shù)，開展電力通信網(wǎng)中最優(yōu)化資源保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用研究。

1 生成電力通信網(wǎng)業(yè)務(wù)矩陣

考慮到電力通信網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行過程中的復(fù)雜性，為了進(jìn)一步維護(hù)各項(xiàng)通信模式的高效性，電力企業(yè)通常采用將低速的業(yè)務(wù)單獨(dú)占用高速通道，導(dǎo)致故障保護(hù)倒換速度較低[3]。因此，為了保護(hù)電力通信網(wǎng)中的有利資源，結(jié)合最優(yōu)化資源保護(hù)技術(shù)，提高資源的利用率。圖1為常規(guī)220 kV電力通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 常規(guī)220 kV電力通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Topology diagram of conventional 220 kV power communication network

由圖1可知，在電力通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，共包含多個(gè)變電站，每個(gè)變電站之間由鏈路、纖芯組成，并且兩個(gè)變電站之間的物理距離各不相同。根據(jù)電力通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，生成電力通信網(wǎng)業(yè)務(wù)矩陣，矩陣當(dāng)中包含了結(jié)構(gòu)中與節(jié)點(diǎn)相鄰的鏈路集合、端節(jié)點(diǎn)集合以及鏈路兩端節(jié)點(diǎn)不在同一鏈路的鏈路集合[4]。電力通信網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)相鄰鏈路集合為

A={Sj|x≤Sj≤xz}

(1)

式中:A表示為節(jié)點(diǎn)相鄰鏈路集合；Sj表示為動(dòng)態(tài)索引j的跨界鏈路；x和xz均表示為網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點(diǎn)。

電力通信網(wǎng)終端節(jié)點(diǎn)集合為

D={m|x≤m≤xz}

(2)

式中:D表示為電力通信網(wǎng)終端節(jié)點(diǎn)集合；m表示為網(wǎng)絡(luò)中某一鏈路[1]。

電力通信網(wǎng)中鏈路兩端節(jié)點(diǎn)不在同一鏈路的鏈路集合為

F={s|xi≤s≤xj,xi∈N}

(3)

式中:s表示為一個(gè)端節(jié)點(diǎn)屬于N而另一個(gè)端節(jié)點(diǎn)不屬于N的鏈路集合；xi表示為屬于N的端節(jié)點(diǎn)；xj表示為不屬于N的端節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)上述各式計(jì)算出電力通信網(wǎng)業(yè)務(wù)矩陣M為

(4)

根據(jù)不同電力企業(yè)中電力通信網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過上式(1)～(3)計(jì)算，均可得出如公式(4)所示的電力通信網(wǎng)業(yè)務(wù)矩陣。通過矩陣的建立，為下文中基于最優(yōu)化資源保護(hù)技術(shù)的業(yè)務(wù)矩陣路由提供便利條件。

2 基于最優(yōu)化資源保護(hù)技術(shù)的矩陣路由及配置保護(hù)

根據(jù)上述電力通信網(wǎng)業(yè)務(wù)矩陣，集合最優(yōu)化資源保護(hù)技術(shù)對(duì)從原始目的地分組決定端與端路徑的網(wǎng)絡(luò)范圍確定，即路由[2]。在路由的過程中利用最優(yōu)化資源保護(hù)技術(shù)中的Dijkstca算法，當(dāng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的某一鏈路n已經(jīng)占用了通道鏈路，并且總倒數(shù)大于電力通信網(wǎng)中的業(yè)務(wù)均衡因子數(shù)值時(shí)，應(yīng)選擇除該鏈路以外的其他鏈路進(jìn)行路由，從而避免形成瓶頸節(jié)點(diǎn)，提高資源的有效利用。

完成業(yè)務(wù)矩陣路由后，在保證鏈路總長(zhǎng)度不變，總?cè)萘坎蛔兊那闆r下，對(duì)適用于該電力通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)均衡因子進(jìn)行比較，由于大多數(shù)電力通信網(wǎng)中的業(yè)務(wù)相對(duì)穩(wěn)定，因此在配置過程中只考慮靜態(tài)下的預(yù)置圈生成配置[5]。在電力通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，通常情況下，從每根纖芯當(dāng)中隨機(jī)選取5條通道，作為資源保護(hù)通道。以常見的包裹8根纖芯的光纜為例，根據(jù)上述論述，該光纜中每一根均包含了40個(gè)用于對(duì)資源進(jìn)行保護(hù)的通道。結(jié)合EOPT算法，生成針對(duì)該電力通信網(wǎng)的配置預(yù)置圈，以其中資源的冗余度作為保護(hù)通道利用率的衡量標(biāo)準(zhǔn)。

在電力通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)行過程中，由于業(yè)務(wù)分布情況與網(wǎng)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限制，造成P圈無法完全發(fā)揮出有效的保護(hù)作用，造成冗余度不斷增加。因此，根據(jù)這一現(xiàn)象，考慮到電力通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需要，對(duì)P圈的限制長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。P圈長(zhǎng)度不可超過9跳，在配置資源傳輸通道當(dāng)中應(yīng)當(dāng)盡可能使用跨連接鏈路降低冗余度。同時(shí)，利用最優(yōu)化資源保護(hù)技術(shù)還可以通過敷設(shè)光纜的形式，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的連通度，對(duì)于電力系統(tǒng)中資源的利用具有重要意義。

當(dāng)電力通信網(wǎng)中的業(yè)務(wù)較為分散，且數(shù)量較少時(shí)，單條鏈路當(dāng)中的業(yè)務(wù)量很難達(dá)到均衡因子的最小值狀態(tài)，因此，在調(diào)整均衡因子的取值過程中，預(yù)置圈的配置將不會(huì)產(chǎn)生影響。因此，在不同業(yè)務(wù)量條件下，通過建立EOPT算法模型結(jié)合解析器對(duì)其進(jìn)行求解，最終得到gap值，可作為業(yè)務(wù)均衡因子確定的主要參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。若gap值<0.05，則說明此時(shí)資源分配為最優(yōu)解，資源的利用率最高，保證資源的有效利用。在實(shí)際應(yīng)用過程中，對(duì)于不同的電力通信網(wǎng)業(yè)務(wù)范疇，業(yè)務(wù)均衡因子的取值會(huì)存在一定的差異，其主要受到不同電力通信企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及業(yè)務(wù)具體分布情況、鏈路數(shù)量等因素影響。因此，在實(shí)際應(yīng)用中還要根據(jù)具體問題進(jìn)行具體分析，從而找出最優(yōu)的資源利用方案。

3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

考慮到電力系統(tǒng)當(dāng)中業(yè)務(wù)內(nèi)容復(fù)雜程度較高，為驗(yàn)證此文的最優(yōu)化資源保護(hù)技術(shù)能否應(yīng)對(duì)當(dāng)前電力系統(tǒng)中的實(shí)際問題，對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。以某地區(qū)220 kV及以上變電站通信網(wǎng)絡(luò)作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，分別采用此文所提的技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)，對(duì)其內(nèi)部資源進(jìn)行保護(hù)，分別選擇100 MB、300 MB和500 MB業(yè)務(wù)量，對(duì)比兩種技術(shù)方法的冗余度，得到如表1所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表。

表1 兩種技術(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Table 1 Comparison of the experimental results of the two techniques

由表1中可以看出，此技術(shù)在對(duì)資源進(jìn)行保護(hù)時(shí),冗余度明顯低于傳統(tǒng)技術(shù)。由于冗余度越低，資源保護(hù)效果越好，因此通過實(shí)驗(yàn)證明，提出的最優(yōu)資源保護(hù)技術(shù)在應(yīng)對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)環(huán)境時(shí)的應(yīng)用效果較好，可有效提高電力通信資源的利用率。

4 結(jié) 語

針對(duì)最優(yōu)化資源保護(hù)技術(shù)在電力通信網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，通過實(shí)驗(yàn)得出，該技術(shù)在對(duì)電力通信網(wǎng)運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)各類資源的有效利用具有更高的應(yīng)用價(jià)值。最優(yōu)化資源保護(hù)技術(shù)在未來的電力通信網(wǎng)升級(jí)與規(guī)劃中，可有效增加網(wǎng)絡(luò)的連通度，降低冗余度。但目前該技術(shù)在針對(duì)突發(fā)性業(yè)務(wù)以及接入層的保護(hù)上仍存在不足，因此還需要進(jìn)行深入研究，找出更加靈活高效的動(dòng)態(tài)預(yù)置圈算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中資源的高效配置。