劉俊毅，何明甫，范 超，鐘一俊，朱 株，王彥波

（國網(wǎng)浙江省電力公司信息通信分公司，杭州 310007）

基于業(yè)務(wù)可用性的電力通信網(wǎng)可靠性量化評估方法

劉俊毅，何明甫，范 超，鐘一俊，朱 株，王彥波

（國網(wǎng)浙江省電力公司信息通信分公司，杭州 310007）

針對電力通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)與分布，基于業(yè)務(wù)重要度與業(yè)務(wù)路由狀態(tài)，提出了一種新的網(wǎng)絡(luò)可靠性量化評估指標(biāo)，可有效反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)可用性狀況，從而反映網(wǎng)絡(luò)健康狀況?；谠撝笜?biāo)，進(jìn)一步對電力通信網(wǎng)的光路與站點(diǎn)進(jìn)行故障仿真分析，根據(jù)指標(biāo)的變化情況，獲得全網(wǎng)光路與站點(diǎn)的重要性評估結(jié)果。以該評估方法為基礎(chǔ)，開發(fā)完成電力通信網(wǎng)可靠性量化評估軟件，以浙江省骨干光傳輸網(wǎng)絡(luò)為例，讀取廠商網(wǎng)管數(shù)據(jù)，進(jìn)行全網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量量化評估，并完成全網(wǎng)光路與站點(diǎn)的重要性區(qū)域化分析，為電力通信網(wǎng)的智能化運(yùn)維與設(shè)備升級改造提供支撐。

電力通信網(wǎng)；業(yè)務(wù)可用性；可靠性；量化評估；故障仿真分析

0 引言

電力通信網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其運(yùn)行承載著電網(wǎng)各類業(yè)務(wù)，為保障電力生產(chǎn)有序展開和信息化服務(wù)穩(wěn)定運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量及可靠性尤為重要。關(guān)于電力通信網(wǎng)絡(luò)可靠性研究，一方面，學(xué)者們在通信網(wǎng)可靠性上的研究成果[1-2]可以為電力通信網(wǎng)所借鑒，而另一方面，電力通信網(wǎng)所處的電力系統(tǒng)又有極強(qiáng)的行業(yè)特殊性，一種能夠有效服務(wù)于電力通信網(wǎng)的可靠性評估方法正成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。

對通信網(wǎng)的可靠性評估可以分為不同層面，文獻(xiàn)[3]將通信網(wǎng)的可靠性劃分成6個(gè)不同的層面，即基礎(chǔ)層、設(shè)備層、系統(tǒng)層、網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務(wù)層與管理層。而在實(shí)際研究的開展中，文獻(xiàn)[4]根據(jù)元件的故障率、修復(fù)率等參數(shù)評估電力通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中各組成部件的可靠性，進(jìn)而結(jié)合系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評價(jià)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可靠性水平。文獻(xiàn)[5]通過建立電力通信網(wǎng)絡(luò)效能模型，對網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)元效能進(jìn)行模擬，反映網(wǎng)絡(luò)效能的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)可靠性的有效評估。文獻(xiàn)[6]對電力通信網(wǎng)進(jìn)行拓?fù)浣?，依?jù)度數(shù)與介數(shù)指標(biāo)，將業(yè)務(wù)連通性約束加入網(wǎng)絡(luò)效能函數(shù)，確定網(wǎng)絡(luò)脆弱點(diǎn)。文獻(xiàn)[7]根據(jù)預(yù)期業(yè)務(wù)損失與業(yè)務(wù)潛在風(fēng)險(xiǎn)，提出了失效業(yè)務(wù)比和影響業(yè)務(wù)比2個(gè)評價(jià)指標(biāo)，來對電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行量化評估。文獻(xiàn)[8]以業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)均衡度為測度來衡量電力通信網(wǎng)可靠性。文獻(xiàn)[9]針對文獻(xiàn)[8]提出的方法在業(yè)務(wù)路由優(yōu)化分配上的局限性，同時(shí)考慮業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)均衡度和業(yè)務(wù)平均風(fēng)險(xiǎn)度2個(gè)指標(biāo)，應(yīng)用多目標(biāo)優(yōu)化算法得到了更合適的路由分配結(jié)果。

當(dāng)前電力通信網(wǎng)的可靠性研究在從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)角度對網(wǎng)絡(luò)可靠性進(jìn)行分析的同時(shí)[10，11]，也在逐漸關(guān)注業(yè)務(wù)層面的可靠性分析。本文以電力通信網(wǎng)可靠性需求為依托，基于業(yè)務(wù)可用性提出了一種新的網(wǎng)絡(luò)可靠性量化評估指標(biāo)，該指標(biāo)有效結(jié)合了業(yè)務(wù)重要度與業(yè)務(wù)路由狀態(tài)，能夠準(zhǔn)確表征當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的健康狀況。

1 基于業(yè)務(wù)可用性的評估模型

1.1 電力通信網(wǎng)的組成

基于光纖搭建而成的電力通信網(wǎng)包括光纜網(wǎng)、光傳輸網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)與支撐網(wǎng)，其中光纜網(wǎng)提供了底層的物理傳輸線路；光傳輸網(wǎng)利用SDH（同步數(shù)字體系）與WDM（波分復(fù)用）完成信息的可靠傳輸；業(yè)務(wù)網(wǎng)直接面向用戶，利用光傳輸網(wǎng)提供的光路向用戶提供通信服務(wù)；支撐網(wǎng)為電力通信網(wǎng)提供電源、同步、監(jiān)控、網(wǎng)管等各方面的支撐。

1.2 電力通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)重要度

電力通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)可分為調(diào)度生產(chǎn)相關(guān)業(yè)務(wù)與生產(chǎn)管理相關(guān)業(yè)務(wù)，其中調(diào)度生產(chǎn)相關(guān)業(yè)務(wù)包含繼電保護(hù)、安穩(wěn)控制、自動(dòng)化業(yè)務(wù)和調(diào)度電話，而生產(chǎn)管理相關(guān)業(yè)務(wù)包含行政電話、電視電話會議、PCM、信息數(shù)據(jù)網(wǎng)等。針對電力通信網(wǎng)中各類業(yè)務(wù)的特點(diǎn)與現(xiàn)狀，不同業(yè)務(wù)的重要程度不同。

電力通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)重要度是指在該業(yè)務(wù)發(fā)生中斷或存在缺陷（業(yè)務(wù)通道可靠性降低）的情況下，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響程度。影響程度越大，業(yè)務(wù)重要度越高。該指標(biāo)是評估電力通信業(yè)務(wù)對電網(wǎng)影響的重要測度指標(biāo)[12]。為便于研究，將文獻(xiàn)[7]與文獻(xiàn)[12]中的業(yè)務(wù)重要度進(jìn)行總結(jié)簡化，如表1所示。

表1 電力通信業(yè)務(wù)重要度

1.3 業(yè)務(wù)狀態(tài)

電力通信網(wǎng)中的業(yè)務(wù)通常具備主備用雙路由（繼電保護(hù)、安穩(wěn)控制業(yè)務(wù)除外）。光傳輸網(wǎng)中可提供的保護(hù)方式包括SNCP（子網(wǎng)連接保護(hù)）、通道保護(hù)環(huán)、復(fù)用段保護(hù)環(huán)、復(fù)用段線性保護(hù)等，各種光傳輸網(wǎng)的保護(hù)方式有效減少了電力通信業(yè)務(wù)在遭遇設(shè)備或光纜故障時(shí)業(yè)務(wù)出現(xiàn)中斷的概率。通信網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，某一業(yè)務(wù)的情況可分類如下：

（1）正常。盡管遭遇通信網(wǎng)故障，某業(yè)務(wù)的主備用路由均未受到影響，能夠保證正常通信。

（2）影響。由于通信網(wǎng)故障，導(dǎo)致某業(yè)務(wù)的主備用路由中的一條失效，該業(yè)務(wù)的通信能力受到影響（但業(yè)務(wù)并未中斷），稱該業(yè)務(wù)為影響狀態(tài)。

（3）中斷。由于通信網(wǎng)故障，導(dǎo)致某業(yè)務(wù)的主備用路由均失效，該業(yè)務(wù)的通信能力喪失，稱該業(yè)務(wù)為中斷狀態(tài)。

以上3種狀態(tài)可以對光傳輸網(wǎng)的業(yè)務(wù)進(jìn)行完全歸類，光傳輸網(wǎng)的任何一條業(yè)務(wù)都可以歸屬于其中的一種。值得注意的是：由于在當(dāng)前浙江電力通信光傳輸系統(tǒng)中，繼電保護(hù)和安穩(wěn)控制業(yè)務(wù)均采用單路由的工作方式，并不采用任何光傳輸網(wǎng)層面的保護(hù)措施，因此這2類業(yè)務(wù)在通信網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，只有正常和中斷2種狀態(tài)。

1.4 評估模型

本文定義了一種新的網(wǎng)絡(luò)可靠性評估模型，其結(jié)合業(yè)務(wù)重要度與業(yè)務(wù)狀態(tài)對電力通信網(wǎng)的可靠性能量函數(shù)E進(jìn)行描述如下：

式中：N為全網(wǎng)業(yè)務(wù)的數(shù)量；i為某條業(yè)務(wù)的序號；S（i）為對第i條業(yè)務(wù)的歸類；m為業(yè)務(wù)重要度矢量，可參照表1得到對應(yīng)的值；U（i）為業(yè)務(wù)在中斷狀態(tài)下的代價(jià)函數(shù)；A（i）為業(yè)務(wù)在影響狀態(tài)下的代價(jià)函數(shù)；λ為權(quán)重因子，用來權(quán)衡處于影響狀態(tài)下的業(yè)務(wù)對總能量函數(shù)的貢獻(xiàn)權(quán)值。

能量函數(shù)E對電力通信網(wǎng)在業(yè)務(wù)層面上進(jìn)行了可靠性評價(jià)，若E=0，代表當(dāng)前業(yè)務(wù)可靠性處于最佳狀態(tài)，E越大，代表當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)可靠性越差。根據(jù)式（1）可知，本評估模型根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際業(yè)務(wù)受害情況來對電力通信網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行測度?？紤]到E為能量函數(shù)，可采用公式（4）將網(wǎng)絡(luò)可靠性用百分比概率方式表示，其中σ是用以調(diào)整網(wǎng)絡(luò)可靠度差異大小的參數(shù)。

2 電力通信網(wǎng)可靠性軟件評估

在前文所述評估模型的基礎(chǔ)上，本部分將展示如何依托該模型對電力通信網(wǎng)進(jìn)行實(shí)際的可靠性評估。本文基于自主研發(fā)的智能光傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)核查系統(tǒng)進(jìn)行功能拓展，使其能夠?qū)鈧鬏斁W(wǎng)光路中斷、端口失效、節(jié)點(diǎn)失效等故障條件下的電力通信網(wǎng)可靠性能量函數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算。

某次檢修工作導(dǎo)致了浙江電力阿爾卡特光傳輸骨干網(wǎng)絡(luò)一環(huán)中的光傳輸節(jié)點(diǎn)萬象變電站AS94至甌海變電站AS15的光路中斷（如圖1所示），造成全網(wǎng)諸多業(yè)務(wù)受到影響。依托開發(fā)的可靠性評估軟件，獲得該檢修狀態(tài)下的中斷業(yè)務(wù)和影響業(yè)務(wù)。通過軟件分析可得：中斷業(yè)務(wù)10條，均為繼電保護(hù)業(yè)務(wù)；影響業(yè)務(wù)129條，檢修時(shí)均處在單路由工作狀態(tài)。根據(jù)式（1）計(jì)算可得E=0.144 1，其中全網(wǎng)業(yè)務(wù)共有1 080條，即N=1 080，λ取值0.1，業(yè)務(wù)重要度參照表1。

圖2展現(xiàn)了本文所使用的可靠性評估軟件對萬象至甌海之間阿爾卡特一環(huán)光路開斷時(shí)的分析結(jié)果，其頁面顯示了中斷的業(yè)務(wù)以及當(dāng)前全網(wǎng)的可靠性能量函數(shù)E。

針對圖1所示區(qū)域，對其中的各條光路進(jìn)行故障仿真分析，得到該區(qū)域各光路在故障情況下的網(wǎng)絡(luò)可靠度能量函數(shù)，并以該能量值來表征相應(yīng)光路的重要性。圖3展現(xiàn)了依據(jù)該方法得到的區(qū)域光路可靠度分布，可以發(fā)現(xiàn)處于主干環(huán)上的萬象變電站AS94至甌海變電站AS15以及甌海變電站AS15至四都變電站AS108重要度均較高，而蒼南電廠AS110至南雁變電站AS82的MSP1+ 1保護(hù)光路在均中斷的情況下，南雁變電站AS110的業(yè)務(wù)均處于中斷狀態(tài)，因此重要度也較高。

圖1 檢修狀態(tài)下開斷光路

圖2 電力通信網(wǎng)可靠性評估軟件分析結(jié)果頁面

圖3 區(qū)域內(nèi)光路重要性分析結(jié)果

基于該種分析方法，可以得到全網(wǎng)各光路的重要程度，重要程度越高即意味著整張電力通信網(wǎng)對該光路的可靠性要求越高，在運(yùn)維檢修、升級改造中需重點(diǎn)考慮。本文所開發(fā)的軟件除了支持對單光路的重要性分析，還可完成對多光路組成的區(qū)域重要性分析以及對設(shè)備板卡各端口的重要性分析。

3 結(jié)論

本文研究并提出了一種針對電力通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性評估方法。該方法從業(yè)務(wù)層面出發(fā)對全網(wǎng)業(yè)務(wù)可用性進(jìn)行評估，用以表征電力通信網(wǎng)的可靠度。該方法利用業(yè)務(wù)重要度與業(yè)務(wù)路由分布情況對全網(wǎng)的中斷業(yè)務(wù)和潛在中斷業(yè)務(wù)的能量代價(jià)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和，得到最終評估模型。該評估模型根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際業(yè)務(wù)受害情況來對電力通信網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行測度?；谠撃Ｐ停瑢?shí)際電力通信光傳輸網(wǎng)進(jìn)行分析，得到在某段光路或站點(diǎn)檢修狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)可靠度。通過開發(fā)智能分析軟件，實(shí)現(xiàn)對全網(wǎng)所有光路和站點(diǎn)的N-1故障仿真分析，進(jìn)而得到不同光路和站點(diǎn)在業(yè)務(wù)層面的重要度分布，其結(jié)果為整個(gè)電力通信網(wǎng)的升級改造提供了切實(shí)指導(dǎo)。

[1]丁開盛，張學(xué)淵，梁雄?。ㄐ啪W(wǎng)可靠性的定義及其綜合測度指標(biāo)[J]．通信學(xué)報(bào)，1999，20（10）∶75-78．

[2]江逸楠，李瑞瑩，黃寧，等.網(wǎng)絡(luò)可靠性評估方法綜述[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2012，39（5）∶9-13.

[3]張學(xué)淵，梁雄健.關(guān)于通信網(wǎng)可靠性的研究方法[J].通信學(xué)報(bào)，1997，18（4）∶54-58.

[4]熊小伏，田娟娟，周家啟，等.電力通信系統(tǒng)可靠性模型研究[J].繼電器，2007，35（14）∶28-32.

[5]鄧雪波，王小強(qiáng)，陳曦，等.基于效能模型的電力通信網(wǎng)可靠性研究[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（6）∶378-382.

[6]郭靜，王東蕊．基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的電力通信網(wǎng)脆弱性分析[J]．電力系統(tǒng)通信，2009，30（206）∶6-10．

[7]周靜，熊素琴，蘇斌，等．一種電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量量化評估方法及應(yīng)用[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（9）∶168-173．

[8]趙子巖，劉建明．基于業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)均衡度的電力通信網(wǎng)可靠性評估算法[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（10）∶209-213．

[9]蔡偉，楊洪，熊飛，等．考慮電力通信網(wǎng)可靠性的業(yè)務(wù)路由優(yōu)化分配方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，37（12）∶3541-3545.

[10]施繼紅，宗容，劉宇明．電力通信網(wǎng)的抗毀性和拓?fù)鋬?yōu)化研究[J]．電力系統(tǒng)通信，2009，30（203）∶11-14．

[11]饒育萍，林竟羽，候德亭．基于基于最短路徑數(shù)的網(wǎng)絡(luò)抗毀性評價(jià)方法[J]．通信學(xué)報(bào)，2009，30（4）∶113-117．

[12]趙子巖．復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在電力通信網(wǎng)評估與優(yōu)化中的應(yīng)用研究[D]．北京：中國電力科學(xué)研究院，2011．

（本文編輯：徐 晗）

Method for Power Communication Network Reliability Quantization and Evaluation Based on Service Availability

LIU Junyi，HE Mingfu，F(xiàn)AN Chao，ZHONG Yijun，ZHU Zhu，WANG Yanbo
（Information&Telecommunication Branch of State Grid Electric Power Company，Hangzhou 310007，China）

According to the service features and distribution of power communication networks，this paper proposes a new network reliability evaluation indicator based on service importance and service routing status. The new indicator can effectively reflect service availability of present communication network so as to reflect health condition of the networks.In accordance to the indicator，fault simulation on optical paths and stations of power communication networks is implemented；in line with the indicator change，importance of optical paths and stations in the whole networks is evaluated.On the basis of the evaluation method，the reliability quantization and evaluation software for power communication networks is developed；besides，regionalization analysis on importance of optical paths and stations in the whole communication networks is accomplished to support intelligent O&M and equipment upgrading of power communication networks.

power communication networks；service availability；reliability；quantitative evaluation；fault simulation analysis

TN915.853

B

1007-1881（2015）10-0040-04

2015-08-05

劉俊毅（1990），男，從事電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)管理與優(yōu)化工作。