智能電網(wǎng)中通信網(wǎng)絡(luò)可靠性保障技術(shù)的研究.pdf

1、在構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)的背景下，電力通信網(wǎng)作為承載智能電網(wǎng)和未來能源信息交互的基礎(chǔ)設(shè)施，對可靠性的要求越來越高。智能電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)、業(yè)務(wù)特性和信息流向分布，決定了電力通信網(wǎng)的形成和資源配置;而電力通信網(wǎng)的可靠性程度，直接影響了智能電網(wǎng)發(fā)展和運(yùn)營的水平。電力通信網(wǎng)的可靠性需要在物理拓?fù)洹⒕W(wǎng)絡(luò)性能、業(yè)務(wù)部署等方面進(jìn)行規(guī)劃和優(yōu)化來保障。因此，面向智能電網(wǎng)開展通信網(wǎng)絡(luò)可靠性保障關(guān)鍵技術(shù)的研究，具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。
　　通信網(wǎng)可靠性

2、研究可分為可靠性分析評估和可靠性保障提升兩個環(huán)節(jié)，當(dāng)前研究集中在可靠性分析評估方面，缺少可靠性保障提升方面的研究成果。本文分析了智能電網(wǎng)中通信網(wǎng)絡(luò)可靠性在物理層、網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務(wù)層所呈現(xiàn)的不同特征，從經(jīng)濟(jì)成本控制、網(wǎng)絡(luò)資源利用、業(yè)務(wù)風(fēng)險分布和級聯(lián)故障影響等四方面深入研究了智能電網(wǎng)中通信網(wǎng)絡(luò)可靠性保障關(guān)鍵技術(shù)，提出了面向電力通信網(wǎng)物理層、網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務(wù)層等不同層面的可靠性保障方法和機(jī)制。本文的主要工作和貢獻(xiàn)包括如下:
　　(1)在物理層可

3、靠性保障方面，針對當(dāng)前快速發(fā)展的智能配電網(wǎng)大量利用光纖通信組網(wǎng)時，存在的拓?fù)淇煽啃员Ｕ闲枨笈c經(jīng)濟(jì)成本控制之間的矛盾，提出了一種計及拓?fù)淇煽啃郧乙猿杀究刂茷槟繕?biāo)的光纖組網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化方法。該方法在基于未來規(guī)劃站點位置的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，綜合考慮網(wǎng)絡(luò)建設(shè)經(jīng)濟(jì)成本、拓?fù)淇煽啃?、業(yè)務(wù)分布等因素，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，并采用粒子群算法確定最佳的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)規(guī)劃和優(yōu)化方案。最后分別結(jié)合模擬環(huán)境、某地市實際光傳輸網(wǎng)這兩種環(huán)境下進(jìn)行仿真，從成環(huán)

4、率、經(jīng)濟(jì)成本等因素對規(guī)劃優(yōu)化方案進(jìn)行對比分析，驗證了所提出方法能較好的兼顧經(jīng)濟(jì)性和可靠性，在不同可靠性保障要求下能夠做到經(jīng)濟(jì)成本最優(yōu)化控制。
　　(2)在網(wǎng)絡(luò)層可靠性保障方面，針對智能配用電網(wǎng)中由于存在無線、PLC等多種異構(gòu)通信方式，導(dǎo)致的實時業(yè)務(wù)可靠性保障需求與網(wǎng)絡(luò)資源利用率低之間的矛盾，提出了一種面向可靠性和吞吐量的配用電通信網(wǎng)異構(gòu)資源優(yōu)化分配方法。在該方法中，基于無線Mesh和PLC兩種異構(gòu)通信資源，首先提出了將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理

5、服務(wù)映射到無線Mesh和PLC網(wǎng)絡(luò)的配用電通信虛擬化場景，再通過分析業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)間的承載映射關(guān)系，設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)虛擬映射模型，以實時業(yè)務(wù)可靠性需求下最大化業(yè)務(wù)吞吐量為目標(biāo)函數(shù)，以網(wǎng)絡(luò)資源映射關(guān)系為約束條件，建立了優(yōu)化問題模型，最后采用遺傳算法與啟發(fā)式算法確定虛擬網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化分配方案。通過仿真實驗，驗證了該方法能較好的兼顧網(wǎng)絡(luò)資源利用率和實時業(yè)務(wù)可靠性，在保障實時業(yè)務(wù)可靠性的前提下，能夠提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量及資源利用率。
　　(3)在業(yè)務(wù)層可

6、靠性保障方面，針對電力通信網(wǎng)中運(yùn)行著大量生產(chǎn)控制類和管理信息類業(yè)務(wù)，存在著重要業(yè)務(wù)通道可靠性保障需求與業(yè)務(wù)運(yùn)行風(fēng)險分布不均衡的問題，提出了一種面向業(yè)務(wù)可靠性的負(fù)載均衡路由優(yōu)化機(jī)制。在該機(jī)制中，在分析業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)的承載風(fēng)險關(guān)系的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了通道路由負(fù)載優(yōu)化問題模型，提出了基于相對熵的TOPSIS改進(jìn)法來確定業(yè)務(wù)重要度。以全網(wǎng)風(fēng)險均衡度為優(yōu)化目標(biāo)，兼顧全業(yè)務(wù)風(fēng)險度、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險度和負(fù)載均衡度，基于業(yè)務(wù)重要度提出了負(fù)載風(fēng)險均衡的業(yè)務(wù)路由選擇算法，

7、實現(xiàn)了新增業(yè)務(wù)路由的最優(yōu)化選擇。最后通過仿真實驗表明，無論針對單業(yè)務(wù)還是整體網(wǎng)絡(luò)，該機(jī)制均能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)整體的風(fēng)險，能夠較好地兼顧重要業(yè)務(wù)可靠性需求與全網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)行的整體風(fēng)險。
　　(4)在網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)跨層保障方面，針對電力通信網(wǎng)與智能微電網(wǎng)之間設(shè)備供電和信息交互的相互依賴關(guān)系，存在著一方發(fā)生故障后可能形成級聯(lián)故障和故障傳播的風(fēng)險問題，提出了一種基于相依耦合模型的通信網(wǎng)-電網(wǎng)級聯(lián)故障抑制機(jī)制。在該機(jī)制中，首先結(jié)合電力通信網(wǎng)與電

8、網(wǎng)之間業(yè)務(wù)承載與供電依賴關(guān)系，構(gòu)建了面向電力通信網(wǎng)/電網(wǎng)的相依耦合網(wǎng)絡(luò)模型。針對電網(wǎng)節(jié)點故障后可能造成的級聯(lián)故障，基于相依耦合網(wǎng)絡(luò)模型，設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)耦合級聯(lián)故障抑制算法，用來控制電力相關(guān)線路、節(jié)點電流變化范圍以及信息通道或通信節(jié)點失效數(shù)量，避免或減少發(fā)生次生故障，進(jìn)而抑制級聯(lián)故障發(fā)生和故障傳播。最后通過仿真實驗，從故障后電能變化、通信失效數(shù)量等角度驗證了該算法的有效性，說明該機(jī)制在一定程度上可以抑制通信網(wǎng)和電網(wǎng)之間的級聯(lián)故障，進(jìn)而可保障通