0 引言

隨著我國經濟的飛速發展,為滿足各行各業對能源的需求,電力通信專業作為智能電網和能源互聯網的基礎,做好對各類應用的支撐顯得尤為重要。電力通信骨干網主要以SDH傳輸網絡來承載和傳輸電力調度電話、繼電保護遠程終端單元（Remote Terminal Unit,RTU）、調度數據網以及數據信息等業務^[1-3],但由于不同區域SDH傳輸網絡多是分批次建設完成的,存在一些區域間無法互聯、區域過小不能連成片或環、下掛單個站點較多、無法形成自愈保護、業務趨勢差異、端口或者帶寬存在明顯不足等問題^[4-5]。

近年來,隨著“大云物移”技術的發展,變電站內的信息量也越來越大,傳統變電站逐漸向智能變電站演進^[6-8],同時帶來了大量的相關信息采集、信息傳送以及信息處理等需求,業務數據流量的傳輸方向也發生了新的變化。上海地區用戶用電量較大,多數站點尤其是匯聚站點業務較多,導致業務密集區域內現有的2.5 G設備資源已不能滿足實際需求,而邊遠區域設備過多則可能會導致資源浪費。因此,有必要持續開展電力通信骨干網優化,進行資源整合和重組,以滿足日益增長的信息通信業務需求^[9]。

 1 集約化網絡

本文所定義的集約化網絡,是指大城市電網中具有通信站點間隔距離短、各類通信機房空間狹小以及光纜線路敷設條件差等特性的通信網絡。

1.1 承載的業務

電力通信作為支撐專業,主要為電力系統提供信息采集、傳輸、處理等業務,不僅包括傳統的電力調度電話業務,也包含隨著終端通信接入網發展衍生的業務^[10-11]。

1.2 集約化網絡的特點

集約化網絡具有站點間距短、拓撲結構復雜、業務種類多、通信流量大、優化困難、運維壓力大等特點,因此需要對未來通信業務流量進行提前規劃與預測,對部分重要站點設備進行升級優化,對部分小區域進行光纜、設備自愈保護等方面的調整^[12]。

隨著通信業務的不斷增加,部分核心通信站點不斷升級和優化,造成局部地區網絡拓撲非常復雜,甚至有些站點的通信資源已接近飽和狀態,且業務流向也不再局限于變電站—供電公司、變電站—變電站、供電公司—電力公司等幾個層面。集約化網絡容易產生通道瓶頸,在業務需求需要考慮冗余的要求下,可通過兩種方案來解決通道瓶頸問題：一是在給定業務需求的情況下,最小化所需的通信傳輸帶寬資源和業務接口資源,資源不足的面臨設備升級和擴容問題^[13-14];二是在給定網絡拓撲的情況下,盡量擴大網絡承載的業務吞吐量,將業務需求引導至合適的通信站點內,通過人為優化達到資源的合理利用,但匯聚站點過多會給運維帶來一定困難,匯聚站點出現問題時可能會導致相關站點的業務數據同時丟失^[15]。

綜合考慮,集約化網絡和非集約化網絡的主要區別如下：

1）集約化網絡要更多地考慮通信站點的動環資源;

2）集約化網絡在基于動環資源的基礎上,要更多地考慮通信光纜進站的形式和光纜方向;

3）集約化網絡需更多地考慮傳輸設備的長期規劃,以及與動環資源、光纜資源規劃的綜合考慮;

4）集約化網絡需要對業務需求進行有序引導,并提前預測業務需求的發展方向;

5）動環資源、光纜資源、設備布局、業務引導等4個要素為開展集約化網絡優化的重點方向,存在相互牽制、滾動推進的關系。

 2 電力通信骨干網評價方式

在參考上海電力通信網絡安全可靠性評估方法的基礎上,建立了一種針對電力通信骨干網的評價方式,評價電力通信骨干網的指標參數,并利用數據處理工具對其進行優化運算。

2.1 確定電力通信骨干網評價值

首先制定一級指標判斷矩陣（見表1）,通過MATLAB計算得到最大特征值對應的標準化特征向量,即指標權重。表1中參數根據目前網絡優化的困難和重點方向設置,未來在開展滾動持續優化過程中可按固定周期（如2年）進行調整。

表1 評價指標量化值Tab.1 Evaluation index quantification value

結合表1,可得到的相應指標權重為（初值）：動環資源w₁=0.448 8,光纜資源w₂=0.234 6,設備布局w₃=0.234 6,業務引導w₄=0.081 9,則骨干網站點評價值w=動環資源評價值w₁+光纜資源評價值w₂+設備布局評價值w₃+業務引導評價值w₄。

2.2 二級指標評價

由于采用二級指標作為站點之間的評價比較標準,因此可直接采用客觀公式計算的方法進行評價。

2.2.1 動環資源評價

動環資源評價項目包括：站點機房條件,主要為行政大樓和變電站、新老站點的區別、是否獨立機房、機房面積等;機房溫濕度;通信電源系統;通信專業針對動環情況的監控系統。本文相應權重參數設置為（0.3,0.3,0.3,0.1）,具體可根據實際情況調整,單項按5分制記,因此有：動環資源評價值w₁=機房條件評價值×0.3+環境溫度評價值×0.3+通信電源可靠性評價值×0.3+動環監控系統評價值×0.1。

2.2.2 光纜資源評價

光纜資源評價項目包括：光纜類型,具體有OPGW、ADSS、普通光纜、鎧裝光纜等,其中OPGW光纜的評價值最高,鎧裝光纜次之,較少發生故障的普通光纜評價值為中位數,上海地區ADSS光纜因故障率高導致分值最低;光纜敷設形式,包括架空和地埋,地下光纜因故障率低而分值較高;光方向數量,光方向數量較多的站點評價值更高。相應權重參數設置為（0.3,0.3,0.4）,該指標主觀性較強,參數可調,但在各個區域內權重應較為固定,單項按5分制記,實際使用中可優先在環網上預設一個供參考的中位數。因此有：光纜資源評價值w₂=光纜類型評價值×0.3+敷設形式評價值×0.3+光方向數量評價值×0.4。

2.2.3 設備布局評價

設備布局評價項目包括：電力系統骨干傳輸網設備容量,按10 G/2.5 G/622 M/155 M來區分;設備板卡,設備板卡在配置光方向和業務接入方面差別較大;設備冗余情況,三級網內多為設備冗余配置,四級網內設備冗余情況差別較大。相應權重參數設置為（0.5,0.25,0.25）,可微調,單項按5分制記。在實際計算該評價值時,配置2套10 G設備的站點和配置單個155 M設備的站點分值差異明顯。因此有：設備布局評價值w₃=設備容量評價值×0.5+設備板卡評價值×0.25+設備冗余評價值×0.25。

2.2.4 業務引導評價

在本文闡述的骨干網優化方法中,業務引導評價在傳統網絡優化中較少提及,在上海電力最近的業務使用部門與通信部門交流的過程中,相互的溝通交流逐步增加,主要原因是高度集約化的骨干網站點情況復雜,無論是調度部門開展調度數據網建設,還是運檢部門開展配網技術中心建設,都充分考慮到了通信專業的實際困難。當業務需求部門征求通信專業部門意見時,就需要該指標反映實際網絡情況,最終體現在是選擇通信網絡進行優化擴容,還是選擇建議業務部門把接入點布置在目前通信網絡條件較好的站點。

在業務引導評價中,將涉及國家電網公司的上級業務、重要保電通道站點的業務引導評價值設為最高;其次為調度電話、繼電保護、自動化通道等核心業務;再次為有系統性需求的大容量業務;最后為無系統性需求、無重要保電需求的普通業務。對應的指標權重值為（0.4,0.3,0.2,0.1）,單項按5分制記,以業務數量為主要評價標準。因此有：業務引導評價值w₄=涉及上級業務評價值×0.4+核心業務評價值×0.3+系統性需求評價值×0.2+普通業務評價值×0.1。

 3 典型的高度集約化電力通信骨干網優化方法

通過電力通信骨干網評價方式進行指定骨干網的量化評價,判斷出不同典型區域骨干網內各個站點的優先級,然后匯總分析整個網絡優化的重點方向,最后對目標網絡是否能順利完成優化工作進行綜合評價。

以國網上海電力所轄的閔行—徐匯地區骨干網（四級網部分）為例進行分析,該區域處于上海市核心區域,尤其是在徐匯區范圍內,大多數站點為較老站點,骨干網架構如圖1所示。

圖1 骨干網架構Fig.1 The backbone network architecture

3.1 骨干網現狀評估

1）市南供電公司和兩個供電公司所轄基地（欽江路基地、閔行基地）有2套SDH傳輸設備和多個光纜方向,以及大量調度電話、RTU、調度數據網和信息網業務,帶寬需求極大,業務持續發展預期最強。3個站點（市南供電公司、欽江路基地、閔行基地）分項評價為：動環資源評價值w₁分別為4.4、4.5、4.5,市南供電公司分值較低的原因為機房空間不足,兩個基地沒有動環監控系統;光纜資源評價值w₂均為5,即3個站點多為排管進站,光纜方向多,故障率低;設備布局評價值w₃分別為5、4.25、4.25,市南供電公司屬于三、四級網共用站點,除配置了2套10 G傳輸設備以外,板塊冗余度高;業務引導評價值w₄分別為5、4、4,其中市南供電公司的業務引導值最高,屬于整個上海電力通信網最核心的站點之一,而供電公司所轄的基地業務需求隨供電公司業務變化較大,暫定為4。因此,市南供電公司評價值w=4.65,欽江路基地和閔行基地w=4.52。

2）220 kV長春變電站和港口變電站有2套SDH傳輸設備和多個光纜方向,以及大量調度電話、RTU、調度數據網業務,帶寬需求一般,業