智能電網中通信網絡可靠性保障技術的研究.pdf

1、在構建能源互聯網的背景下，電力通信網作為承載智能電網和未來能源信息交互的基礎設施，對可靠性的要求越來越高。智能電網的結構形態(tài)、業(yè)務特性和信息流向分布，決定了電力通信網的形成和資源配置;而電力通信網的可靠性程度，直接影響了智能電網發(fā)展和運營的水平。電力通信網的可靠性需要在物理拓撲、網絡性能、業(yè)務部署等方面進行規(guī)劃和優(yōu)化來保障。因此，面向智能電網開展通信網絡可靠性保障關鍵技術的研究，具有重要的理論意義和實際應用價值。
　　通信網可靠性

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中通信網絡可靠性在物理層、網絡層、業(yè)務層所呈現的不同特征，從經濟成本控制、網絡資源利用、業(yè)務風險分布和級聯故障影響等四方面深入研究了智能電網中通信網絡可靠性保障關鍵技術，提出了面向電力通信網物理層、網絡層、業(yè)務層等不同層面的可靠性保障方法和機制。本文的主要工作和貢獻包括如下:
　　(1)在物理層可

3、靠性保障方面，針對當前快速發(fā)展的智能配電網大量利用光纖通信組網時，存在的拓撲可靠性保障需求與經濟成本控制之間的矛盾，提出了一種計及拓撲可靠性且以成本控制為目標的光纖組網規(guī)劃優(yōu)化方法。該方法在基于未來規(guī)劃站點位置的基礎上，結合已有網絡拓撲結構，綜合考慮網絡建設經濟成本、拓撲可靠性、業(yè)務分布等因素，構建網絡結構優(yōu)化模型，并采用粒子群算法確定最佳的網絡拓撲結構規(guī)劃和優(yōu)化方案。最后分別結合模擬環(huán)境、某地市實際光傳輸網這兩種環(huán)境下進行仿真，從成環(huán)

4、率、經濟成本等因素對規(guī)劃優(yōu)化方案進行對比分析，驗證了所提出方法能較好的兼顧經濟性和可靠性，在不同可靠性保障要求下能夠做到經濟成本最優(yōu)化控制。
　　(2)在網絡層可靠性保障方面，針對智能配用電網中由于存在無線、PLC等多種異構通信方式，導致的實時業(yè)務可靠性保障需求與網絡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異構資源優(yōu)化分配方法。在該方法中，基于無線Mesh和PLC兩種異構通信資源，首先提出了將業(yè)務數據處理

5、服務映射到無線Mesh和PLC網絡的配用電通信虛擬化場景，再通過分析業(yè)務與網絡間的承載映射關系，設計了網絡虛擬映射模型，以實時業(yè)務可靠性需求下最大化業(yè)務吞吐量為目標函數，以網絡資源映射關系為約束條件，建立了優(yōu)化問題模型，最后采用遺傳算法與啟發(fā)式算法確定虛擬網絡資源的優(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絡資源利用率和實時業(yè)務可靠性，在保障實時業(yè)務可靠性的前提下，能夠提升網絡吞吐量及資源利用率。
　　(3)在業(yè)務層可

6、靠性保障方面，針對電力通信網中運行著大量生產控制類和管理信息類業(yè)務，存在著重要業(yè)務通道可靠性保障需求與業(yè)務運行風險分布不均衡的問題，提出了一種面向業(yè)務可靠性的負載均衡路由優(yōu)化機制。在該機制中，在分析業(yè)務與網絡的承載風險關系的基礎上，構建了通道路由負載優(yōu)化問題模型，提出了基于相對熵的TOPSIS改進法來確定業(yè)務重要度。以全網風險均衡度為優(yōu)化目標，兼顧全業(yè)務風險度、網絡風險度和負載均衡度，基于業(yè)務重要度提出了負載風險均衡的業(yè)務路由選擇算法，

7、實現了新增業(yè)務路由的最優(yōu)化選擇。最后通過仿真實驗表明，無論針對單業(yè)務還是整體網絡，該機制均能夠有效降低網絡和業(yè)務整體的風險，能夠較好地兼顧重要業(yè)務可靠性需求與全網業(yè)務運行的整體風險。
　　(4)在網絡與業(yè)務跨層保障方面，針對電力通信網與智能微電網之間設備供電和信息交互的相互依賴關系，存在著一方發(fā)生故障后可能形成級聯故障和故障傳播的風險問題，提出了一種基于相依耦合模型的通信網-電網級聯故障抑制機制。在該機制中，首先結合電力通信網與電

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