曾偉忠， 袁詠詩

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東 東莞 523413)

0 引 言

電力通信網(wǎng)是電力系統(tǒng)生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，支撐著電力系統(tǒng)安全可靠運行。路由器作為電力通信網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)節(jié)點，不同的配置模式將改變電網(wǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳輸方式，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳輸效率和電網(wǎng)輸變電設(shè)備可靠運行均產(chǎn)生影響[1-2]。

文獻(xiàn)[3]提出了一種基于非一致性業(yè)務(wù)均衡的網(wǎng)絡(luò)路由分配方法，其優(yōu)化目標(biāo)在于所有業(yè)務(wù)通道的承載量均衡。文獻(xiàn)[4]提出了基于拓?fù)浞治龅碾娏νㄐ啪W(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其目標(biāo)在于通信網(wǎng)路由設(shè)備的承載量盡可能均衡。文獻(xiàn)[5]分析了電力系統(tǒng)通信網(wǎng)的通道優(yōu)化機(jī)制，以提升通信網(wǎng)故障后恢復(fù)速率。文獻(xiàn)[6]提出了基于熵的業(yè)務(wù)資源均衡分配法。文獻(xiàn)[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(fù)方面的差異，據(jù)此提出了面向快速恢復(fù)的運行方式優(yōu)化方法。

實際上在分析電力通信網(wǎng)的可靠性問題時，不僅需要考慮通信網(wǎng)本身的可靠性，還需要考慮通信網(wǎng)對一次設(shè)備運行的影響,不僅需要考慮輸變電設(shè)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(wǎng)運行方式對電力系統(tǒng)輸變電設(shè)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(wǎng)評價指標(biāo)。引入雷達(dá)圖方法，提出一種兼顧可靠性與通信效率的電力通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，用于評價不同運行方案下電力通信網(wǎng)運行方式的優(yōu)劣。最后基于某地區(qū)電網(wǎng)實際數(shù)據(jù)構(gòu)造算例，驗證了本文所提出方法的有效性。

1 電力通信網(wǎng)絡(luò)運行評價指標(biāo)

1.1 可靠性評價指標(biāo)

本文所述的電力通信網(wǎng)可靠性主要是用于評價電力通信網(wǎng)運行模式對電力系統(tǒng)輸變電設(shè)備運行的影響，重點評價單通道或單路由故障后對設(shè)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(shè)備根據(jù)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(wǎng)中考慮到輸變電設(shè)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(wǎng)中，對于多通道業(yè)務(wù)，單一通道故障僅會導(dǎo)致業(yè)務(wù)可靠性下降、風(fēng)險增加。而路由器作為通道的中轉(zhuǎn)站，將同時承載多個通信業(yè)務(wù)，單個路由器故障可能導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷、輸變電設(shè)備停運的情況發(fā)生。

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

(1)

1.2 通信效率評價指標(biāo)

本文所述的通信效率評價是指不同的電力通信網(wǎng)運行方式下，業(yè)務(wù)通道信息流轉(zhuǎn)的效率。主要涉及兩個方面的評價內(nèi)容：①從整體出發(fā)，不同的業(yè)務(wù)通道在通信過程中所需要流經(jīng)的通道數(shù)量；②從每個輸變電設(shè)備出發(fā)，其不同的業(yè)務(wù)通道流經(jīng)通道數(shù)量的均衡度。業(yè)務(wù)通道在通信過程中流經(jīng)的通道數(shù)量越多，代表傳遞效率越低；而同一輸變電設(shè)備的不同業(yè)務(wù)通道均衡度越低，表明其雙通道或三通道流經(jīng)的通道數(shù)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(wǎng)通信業(yè)務(wù)平均通道數(shù)和設(shè)備業(yè)務(wù)通道均衡度兩個指標(biāo),分別評價上述兩個方面的運行效率。這兩個指標(biāo)可表示如下：

(2)

(3)

2 電力通信網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化方法

2.1 實施流程

圖1 實施流程

電力通信網(wǎng)的路由器配置由于涉及大量混合整數(shù)規(guī)劃，難以直接建模優(yōu)化，當(dāng)前協(xié)調(diào)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(xiàn)[9-10]。在該模式基礎(chǔ)上，本文結(jié)合上述可靠性與通信效率評價指標(biāo)，所設(shè)計的電力通信網(wǎng)協(xié)調(diào)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(biāo)計算參照上一節(jié)所述內(nèi)容,可根據(jù)編制好的方案直接統(tǒng)計得到。由于上述評價指標(biāo)的內(nèi)容不同，難以直接橫向?qū)Ρ?，本文特提出基于雷達(dá)圖綜合評價方法。

2.2 基于雷達(dá)圖的綜合評價

所謂基于雷達(dá)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(biāo)的協(xié)調(diào)問題。

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

1)基于歷史數(shù)據(jù)分析，確定各指標(biāo)分布區(qū)間

根據(jù)電力通信網(wǎng)歷史運行水平，統(tǒng)計各評價指標(biāo)的歷史分布情況，確定不同指標(biāo)的運行上下限。規(guī)定任意指標(biāo)歷史兩年范圍內(nèi)出現(xiàn)的最大值和最小值為該指標(biāo)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(jù)指標(biāo)數(shù)值與其評價內(nèi)容的關(guān)聯(lián)，確定指標(biāo)類型

根據(jù)指標(biāo)數(shù)值大小與其評價內(nèi)容優(yōu)劣的關(guān)聯(lián)，可將指標(biāo)分為極大型、極小型兩種類型。其中極大型指標(biāo)是指指標(biāo)的數(shù)值越大，代表其評價內(nèi)容越優(yōu)；極小型指標(biāo)是指指標(biāo)的數(shù)值越小，代表其評價內(nèi)容越優(yōu)。上述四個評價指標(biāo)中，路由故障設(shè)備平均停運率指標(biāo)λL、全網(wǎng)通信業(yè)務(wù)平均通道數(shù)λD和設(shè)備業(yè)務(wù)通道均衡度λE為極小型指標(biāo)；通道故障業(yè)務(wù)平均保障率指標(biāo)λT為極大型指標(biāo)。

3)繪制雷達(dá)圖

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

圖2 雷達(dá)圖評價示例

4)綜合評價

雷達(dá)圖中各指標(biāo)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(wǎng)連接圖

本文選取了某地區(qū)電網(wǎng)110 kV網(wǎng)架局部網(wǎng)架的電力通信網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上選取了實際運行中所采用的兩套電力通信網(wǎng)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(wǎng)的電力通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)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(wǎng)內(nèi)共包括通道業(yè)務(wù)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(wǎng)運行方案對比

根據(jù)本文所提出的可靠性與通信效率評價指標(biāo)，分別統(tǒng)計兩套方案對應(yīng)的4項評價指標(biāo)取值。通過該地區(qū)電網(wǎng)電力通信網(wǎng)歷史運行情況,分析上述指標(biāo)的變化情況，據(jù)此繪制雷達(dá)圖。如圖2所示，虛線圍成區(qū)域為運行方案1對應(yīng)的評價指標(biāo)雷達(dá)圖，實線圍成區(qū)域為運行方案2對應(yīng)的評價指標(biāo)雷達(dá)圖。根據(jù)雷達(dá)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(diào)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(dǎo)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(shè)備平均停運率、設(shè)備業(yè)務(wù)通道均衡度指標(biāo)相對較低，導(dǎo)致整體運行效益劣于運行方案2。

4 結(jié)束語

基于電力通信網(wǎng)運行方式對電網(wǎng)一次設(shè)備運行的影響機(jī)制，本文從可靠性和通信效率兩個維度出發(fā)，設(shè)計了電力通信網(wǎng)運行評價指標(biāo)，并將該指標(biāo)內(nèi)嵌于電力通信網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化方法中，基于雷達(dá)圖設(shè)計了兼顧可靠性與通信效率的綜合評價方法?；谀车貐^(qū)電網(wǎng)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(wǎng)一次系統(tǒng)運行效益。