陳 彬，李 虹

(國網寧德公司 信通公司，福建 寧德 352000)

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電力通信系統(tǒng)服務安全與風險評估技術研究

陳 彬，李 虹

(國網寧德公司 信通公司，福建 寧德 352000)

針對電力系統(tǒng)中通信運行服務的安全和風險評估問題，文中提出了RBD(可靠性框圖)和PRA(概率風險評估)方法。并將風險分為顯性風險和隱性風險，且考慮電力系統(tǒng)通信服務的重要程度，通過將通信網絡的可靠性、電力系統(tǒng)運行分類、電力系統(tǒng)運行重要程度相結合，計算出電力系統(tǒng)通信服務的風險值。根據采用文中所述方法計算的結果，證實了文中方法具有良好的可靠性和實用性；還可適用于電力系統(tǒng)通信網絡的安全和風險評估，以及應用于電力系統(tǒng)服務信道的優(yōu)化。

安全和風險評估；可靠性框圖；概率風險評估

電力系統(tǒng)的安全性和可靠性取決于電信網絡的支持。隨著電力系統(tǒng)和電信網絡的快速建設，電信網絡的結構變得越來越復雜[1-5]。在這種條件下，科學地優(yōu)化電信網絡結構以及布置電力系統(tǒng)服務，對于電力系統(tǒng)電信部門而言是一項緊迫的研究課題。

為了解決這一問題，需要評估電力系統(tǒng)電信網絡的安全性和可靠性條件以及電力系統(tǒng)服務的風險，這有助于根據評估結果制定優(yōu)化計劃[6-9]。

在本文中，執(zhí)行了基于RBD(可靠性框圖)的可靠性評估方法和基于PRA(概率風險評估)的服務風險評估方法，解決了相應的可靠性和風險評估問題。

1 電信服務分類和重要程度

服務安全分類和安全水平確定是電信網絡可靠性和服務風險評估的基礎。

1.1 服務安全分類

根據在電信服務出錯時由電信服務造成的有害影響，電力系統(tǒng)運行服務可分為如下3類：I類運行服務是指安全區(qū)I中的運行服務，I類運行服務是直接監(jiān)控電力系統(tǒng)最為重要的服務，其是電力生產和運行的保證；II類運行服務是指安全區(qū)II中的運行服務，該運行服務是在線運行的無控制功能的電力系統(tǒng)的重要服務，其是電力系統(tǒng)與運行的必要部分；III類運行服務是指安全區(qū)III中的運行服務，該類運行服務包括不在安全區(qū)I和II中的電力企業(yè)管理的全部服務。

1.2 服務重要程度

運行服務重要程度是指電信運行服務中斷或發(fā)生故障時，對電力系統(tǒng)安全和穩(wěn)定的有害影響程度，反映電信服務對電力系統(tǒng)影響的運行服務重要程度是電信服務風險評估的最重要指標。

對于中繼保護服務[10-12]，存在如下幾個因素：包括影響服務重要程度指數的中繼保護數、傳輸模式和信道數。中繼保護服務輸電線路的數目越多，每個中繼保護服務的重要程度越低。若一個中繼保護服務具有更多的傳輸信道，則該中繼保護服務的每個信道將具有相應較小的重要程度值。通常，PLC信道具有比光纖信道更低的運行服務重要程度。無論使用哪種中繼保護服務通道，例如，兩個光纖通道、一個光纖一個PLC、一個光纖或一個PLC，則每個中繼保護的運行服務重要程度對于某一特定電線是相同的。如上所述，中繼保護服務的運行服務重要程度值，如表1和表2所示[13-16]。

表1 具有3個信道的中繼保護服務的運行重要程度值

表2 具有兩個信道的中繼保護服務的運行重要程度值

如表1和表2所示，括號中的值是指具有一個光纖信道和一個PLC信道的中繼保護服務重要程度值。括號外的值是指具有兩個光纖信道的中繼保護重要程度值。

根據評估規(guī)則，每個配置模式的每個中繼保護服務信道的重要程度值的總和是相同的，且每個中繼保護服務也是相同的。

安全穩(wěn)定系統(tǒng)由通過電廠的電信設備連接的兩個或多個安全穩(wěn)定的控制裝置組成。通常，安全穩(wěn)定系統(tǒng)可分為不同的站，例如，主控站、變電站和執(zhí)行站。上述不同站之間的電信對電力系統(tǒng)具有不同的影響，因此應考慮其開始和結束的信道來確定服務重要程度值。

綜上所述，安全穩(wěn)定服務的運行服務重要程度值如表3所示。

表3 安全穩(wěn)定服務的運行重要程度值

直流控制運行服務是電力系統(tǒng)最重要的服務之一。在考慮N-1和N-2的情況下，該服務將具有不同的重要程度。在考慮N-2的情況下，將具有比N-1的情況大的重要程度。

如上所述，直流控制服務的運行服務重要程度值如表4所示。

表4 直流控制服務的運行服務重要程度值

1.3 電信服務風險的分類

顯性風險是指在電信信道中斷時直接影響電力系統(tǒng)的風險。運行服務顯性風險值是指當服務出現故障時的電力系統(tǒng)運行和生產風險的評估值。

隱性風險是指當電信服務信道出現故障而運行服務未中斷時，間接影響電力系統(tǒng)的風險。運行服務隱性風險值是指當電信服務信道出現故障而運行服務未中斷時，電力系統(tǒng)運行和生產風險的評估值。

2 RBD算法

2.1 RBD的概念

RBD算法是使用從電信網絡抽象的可靠性框圖，且根據每個電信節(jié)點的可靠性指數值來從端到端評估電信網絡和服務信道的可靠性的方法。

2.2 RBD工作流程

基于路徑追蹤算法，RBD的工作流程如下：

步驟1 首先根據拓撲圖搜索兩點之間的所有可用路徑；

步驟2 然后為所有或部分可用路徑集合創(chuàng)建可靠性表達數組；

步驟3 根據預設的可靠性表達數組和可靠性指標值計算可靠性值；

步驟4 根據計算結果，結合電信網絡拓撲，分析整個網絡的可靠性。

2.3 RBD的應用范圍

RBD算法是可以從端到端計算服務信道的可靠性評估方法之一。使用歷史可靠性統(tǒng)計值，結合電信網絡拓撲，可通過電信點和鏈路搜索采用RBD算法來計算每個服務信道的可靠性。RBD算法可用于電信網絡拓撲可靠性評估，可幫助找到所評估網絡的弱點，并有助于加強對弱點的維護。根據評估結果，其可為電信部門如何優(yōu)化網絡提供科學建議。此外，通過對當前網絡優(yōu)化方案和運行服務布置計劃的評估，可幫助電信部門決定方案是否合理、科學，這將有力地支持網絡的變更和運行服務布置。

3 PRA算法

3.1 PRA的概念

PRA(概率風險評估)算法是一種結合運行服務信道的故障概率和信道承載的運行服務重要程度的風險評估方法。對于每個運行服務，若將運行服務重要程度值和故障概率值相結合時，可以獲得單個運行服務的風險值。當總結信道上承載的所有單個運行服務風險時，將得到信道上承載的所有運行服務的顯性風險和隱性風險。

PRA的主要思想可表示如下

(1)

其中，R為在信道上承載的所有運行服務的風險評估值；i為運行服務i；N為信道上承載的運行服務數；IDi為運行服務i的重要程度值；FPi為運行服務i的故障概率值。

在上述的等式中，IDi和FPi是PRA算法的重要指標。

3.2 PRA工作流程

顯然，當通信信道發(fā)生故障時，通信信道上所承載的運行服務會受到影響。在受影響的運行服務中，有些運行服務中斷，其他運行服務的可靠性會降低。

基于上述PRA的思想，PRA算法可表示為

R=R1+R2

(2)

其中，R為通信信道的整體風險值；R1為通信信道的顯性風險值；R2為通信信道的隱性風險值。通過下式計算顯性風險

(3)

(4)

R″1為電力系統(tǒng)非控制運行服務的顯性風險值，計算公式如下

(5)

(6)

其中，Fj為運行服務j的故障概率值；Zj為運行服務j的運行服務重要程度值；k1為被中斷的運行服務數，k1≥1。

通過下式計算隱性風險

(7)

(8)

R″2為電力系統(tǒng)非控制運行服務的隱性風險值，計算公式如下

(5)

(6)

其中，Fj為運行服務j的故障概率值；Zj為運行服務j的運行服務重要程度值；k2為可靠性低的運行服務數；k2≥1，Nj為運行服務j的可用路由數；nj為運行服務j的所有可用路由的故障數，nj

PRA算法是主要計算傳輸線的風險等級和值的風險評估方法。假設傳輸線故障，可根據這些運行服務的數目和重要程度值，獲得該傳輸線的風險評估值。當計算風險值時，需要設置上述計算公式的每個指標值，然后得到傳輸線的風險值。

3.3 PRA的應用范圍

雖然某些傳輸線的風險不能通過PRA算法和相應的工具來降低，但可得到電信網絡的整體風險分布。根據風險評估結果，電信部門可以科學地調整運行服務的安排，從而降低風險值較高的傳輸線路的風險等級。因此，當這些傳輸線具有故障時，將降低其對電力系統(tǒng)所帶來的風險。

4 PRA的應用

考慮以下電信網絡的拓撲，如圖1所示。

圖1 風險評估的示例拓撲結構

開始節(jié)點結束節(jié)點服務數目可靠性指數站A站B50.998站B站D50.999站A站C50.997站D站E20.993站C站F80.930站C站D51.000站B站E80.950站E站F80.980

該電信網絡承載的運行服務如下：在該拓撲結構中有兩個邏輯鏈路，其是來自站A～E和來自站B～F的邏輯鏈路。

表6 服務及其路由路徑

根據上述方程，風險評估值計算如下：

表7 物理鏈接風險評估樣本

5 結束語

可靠性與風險評估技術是電力系統(tǒng)運行和生產的重要保證。在文中進行了基于電信網絡RBD的評估方法和基于電信服務PRA的風險評估方法。利用這些可靠性評估和風險評估技術，可幫助電信部門分析弱點或高風險值傳輸線，這將對運行服務信道布置和網絡優(yōu)化有較大益處。電信網絡的可靠性評估和風險評估應在電信網絡的整個生命周期內實施。此外，相應工具的研發(fā)也較為重要。

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Study of Safety and Risk Assessment for Communication Services in Power System

CHEN Bin，LI Hong

(State Grid ICT Companies the Power Company Ningde, Ningde 352000, China)

In this paper, RBD (Reliability Block Diagram) and PRA (Probabilistic Risk Assessment) methods are proposed to solve the security and risk assessment of communication service in power system. In this paper, the risks are divided into explicit and implicit risks, and by considering the important degree of communication services in power system, combining the reliability of communication network, the classification of power system operation and the importance degree of power system operation, power system service risk valuecan be calculated. According to the results of the method described in this paper, it is proved that the proposed method has very good reliability and practicability. The method proposed in this paper can be applied to the security and risk assessment of power system communication network, and can be used in the optimization of power system service channel.

safety and risk assessment; reliability block diagram; probabilistic risk assessment

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.12.035

2016- 11- 07

陳彬(1988-)，男，助理工程師。研究方向：電力系統(tǒng)通信。李虹(1985-)，女，工程師。研究方向：電力系統(tǒng)通信。

TN256

A

1007-7820(2016)12-126-04