基于智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)的規(guī)劃與演進(jìn)的研究

劉曉麗

國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司張家口供電公司

為了適應(yīng)智能電網(wǎng)信息通信配用電業(yè)務(wù)的發(fā)展，以現(xiàn)有數(shù)據(jù)及預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提出了電力通信接入網(wǎng)與傳送網(wǎng)的規(guī)劃與演進(jìn)原則。在配電接入網(wǎng)中，根據(jù)不同供電區(qū)域分別對(duì)10kV 通信接入網(wǎng)和0.4kV 通信接入網(wǎng)制定通信策略。在傳送網(wǎng)中，分別對(duì)干線承載網(wǎng)和本地承載網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，從帶寬利用率和網(wǎng)絡(luò)生存性兩方面論述該網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的合理性，并提出其演進(jìn)方案。

引言

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)和電網(wǎng)公司“三集五大”體系的推進(jìn)，通信不僅是傳統(tǒng)意義上電網(wǎng)安全生產(chǎn)和企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的重要技術(shù)支撐，也是智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化、互動(dòng)化的基礎(chǔ)。電力數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)一直是通信網(wǎng)與信息網(wǎng)分開(kāi)運(yùn)行，傳統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)需要依賴多個(gè)分離系統(tǒng)、并且只能提供部分通信與信息服務(wù)，這種分而治之的網(wǎng)絡(luò)格局逐漸暴露出帶寬有限、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)能力不強(qiáng)等問(wèn)題。因此，實(shí)現(xiàn)電力信息與電力通信的融合，利用統(tǒng)一的設(shè)備來(lái)傳輸和處理不同的應(yīng)用成為大勢(shì)所趨。構(gòu)建信息和通信的融合網(wǎng)絡(luò)也成為電網(wǎng)企業(yè)發(fā)展的一種戰(zhàn)略性選擇。

當(dāng)前，各省、地市公司對(duì)基于智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)做了不同程度的規(guī)劃與探索。但是，各地的通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展程度、通信需求各不相同，通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與演進(jìn)方案無(wú)法復(fù)制。本文以省級(jí)電力通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)為例，結(jié)合智能電網(wǎng)信息通信配用電業(yè)務(wù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)及預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，提出電力通信接入網(wǎng)與傳送網(wǎng)的規(guī)劃與演進(jìn)原則，以構(gòu)建信息和通信的融合網(wǎng)絡(luò)。在接入網(wǎng)中，根據(jù)不同供電區(qū)域分別對(duì)10kV 通信接入網(wǎng)和0.4kV 通信接入網(wǎng)制定通信策略。在傳送網(wǎng)中，對(duì)干線承載網(wǎng)和本地承載網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，選擇合適的通信技術(shù)，并從帶寬利用率和網(wǎng)絡(luò)生存性兩方面論述該網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的合理性。

智能電網(wǎng)配用電通信業(yè)務(wù)分析

智能電網(wǎng)的配用電業(yè)務(wù)根據(jù)業(yè)務(wù)開(kāi)展情況分為基本業(yè)務(wù)、智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)和未來(lái)新業(yè)務(wù)三大類，如表1 所示。

終端通信接入網(wǎng)規(guī)劃

終端通信接入網(wǎng)存在的問(wèn)題

終端通信接入網(wǎng)通信是配用電系統(tǒng)的重要支撐部分，具有通信終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量大、通信節(jié)點(diǎn)分散、通信距離短、節(jié)點(diǎn)通信數(shù)據(jù)量小、受配電網(wǎng)擴(kuò)容和城建影響大等特點(diǎn)。當(dāng)前，配用電通信接入網(wǎng)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，各部分根據(jù)自身需要分散建設(shè)，沒(méi)有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和規(guī)模化發(fā)展，電力通信基礎(chǔ)資源不能得到有效利用。同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)大量業(yè)務(wù)應(yīng)用依賴于公網(wǎng)通信，信息安全存在風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)無(wú)法滿足未來(lái)配用電業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。

表1 智能電網(wǎng)配用電業(yè)務(wù)

終端通信接入網(wǎng)通信策略

根據(jù)年負(fù)荷密度、行政級(jí)別、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度、用電水平等因素，將終端通信接入網(wǎng)規(guī)劃區(qū)域劃分為A+、A、B、C、D、E 六類。

不同規(guī)劃區(qū)域的接入網(wǎng)通信策略如表2 所示。

傳送網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與演進(jìn)

基于智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的傳送網(wǎng)絡(luò)

智能電網(wǎng)下的傳送網(wǎng)絡(luò)是承載電力所有業(yè)務(wù)的傳送平臺(tái)，主要承載繼電保護(hù)為代表的安全等級(jí)、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)倒換時(shí)延要求最高的業(yè)務(wù)和視頻監(jiān)控等安全等級(jí)、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)倒換時(shí)延要求相對(duì)低的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

傳送網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)及可行性分析

傳送網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)

表2 終端通信接入網(wǎng)分區(qū)域規(guī)劃策略表

電力多業(yè)務(wù)一體化傳送網(wǎng)分為干線承載網(wǎng)和本地承載網(wǎng)，干線承載網(wǎng)采用MSTP+OTN 的技術(shù)形式，本地承載網(wǎng)將采用PTN 網(wǎng)絡(luò)。干線承載網(wǎng)從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上分析是指220kV 變電所及以上節(jié)點(diǎn)所承載的傳送網(wǎng)絡(luò)，從業(yè)務(wù)承載節(jié)點(diǎn)分析是指市分公司的主要業(yè)務(wù)的出口局所需承載的傳送網(wǎng)絡(luò)。本地承載網(wǎng)從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上分析是指110kV變電所以下（包括110kV 變電所）、營(yíng)業(yè)廳等節(jié)點(diǎn)所承載的傳送網(wǎng)絡(luò)，從業(yè)務(wù)承載節(jié)點(diǎn)分析是指本地網(wǎng)內(nèi)所有接入節(jié)點(diǎn)的綜合業(yè)務(wù)到縣、市分公司的承載網(wǎng)絡(luò)。組織架構(gòu)如圖1 所示。

傳送網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率分析

帶寬利用率的計(jì)算公式為：

根據(jù)配用電業(yè)務(wù)模型及對(duì)今后變電站規(guī)模和配用電業(yè)務(wù)流量預(yù)測(cè)，一個(gè)110KV 變電站流量為83.9Mbit/s，下一級(jí)變電站流量按上一級(jí)流量的80%計(jì)算。用電業(yè)務(wù)流量將達(dá)到142.35Gbit/s，假設(shè)用電信息最終接入35kV變電站再往上傳，平均每個(gè)35KV 變電站匯聚的用電信息為250.2Mbit/s，而單個(gè)35kV 變電站自身產(chǎn)生的流量為67.12Mbit/s，因此，一個(gè)35kV 變電站自身監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)流量與匯聚的用電信息數(shù)據(jù)流量之和為317.32Mbit/s。

環(huán)路5 為110kV 及以下變電站利用PTN 技術(shù)組成的GE 環(huán)。若F 為35kV 變電站，則帶寬利用率為31.7%；若F 為110kV 變電站，帶寬利用率為8.39%。環(huán)路4 為PTN 骨干環(huán)，2017 年，平均每個(gè)220kV 變電 站 有4.38 條110kV 出 線，1.68 條35kV 出 線，220kV 變電站流量為1005.5Mbit/s，該環(huán)路帶寬利用率為10.05%。環(huán)路3 將220KV 變電站及其接入點(diǎn)組成MSTP 622M 環(huán)，市220kV 變電站流量為104.9Mbit/s，帶寬利用率為16.9%。環(huán)路2 為10G/2.5GMSTP環(huán)，平均每個(gè)500kV 變電站有6.90 條220kV 出線，一個(gè)500kV 變電站流量為7069.1Mbit/s，帶寬利用率為70.7%。環(huán)路1 為整個(gè)電力通信網(wǎng)的核心層，調(diào)度的主要顆粒在Gb/s 及以上，采用適合大顆粒寬帶業(yè)務(wù)傳送的OTN 技術(shù)構(gòu)建。

根據(jù)以上分析，干線承載網(wǎng)選用MSTP+OTN 技術(shù)，本地承載網(wǎng)選用PTN 技術(shù)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)是可行的。環(huán)路5，4，3 的帶寬利用率在31.7%及以下，屬于優(yōu)等網(wǎng)絡(luò)，且具有較大冗余。環(huán)路2 的帶寬利用率達(dá)到70%，但仍留有30%的冗余。

傳送網(wǎng)絡(luò)生存性分析

本地承載網(wǎng)和干線承載網(wǎng)構(gòu)建了OTN 環(huán)，MSTP 環(huán)，PTN 骨干環(huán)及GE 環(huán)。設(shè)備成環(huán)率高，這些環(huán)路大大提高網(wǎng)絡(luò)的連通性，保證電網(wǎng)通信的可靠性。

如圖1，在本地承載網(wǎng)中，F(xiàn)1 和F2 為同級(jí)節(jié)點(diǎn)，F(xiàn)1 單獨(dú)接入E1，F(xiàn)2 和其他同級(jí)設(shè)備及E1 組成GE 環(huán)，正常狀態(tài)下，F(xiàn)1 和F2 的數(shù)據(jù)均通過(guò)E1 轉(zhuǎn)發(fā)至D1。設(shè)每條鏈路的失效率為0.1（若節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，與之連接的鏈路均失效，不單獨(dú)考慮節(jié)點(diǎn)失效率），則F1 到D1 的連通率為0.881，F(xiàn)2 到D1的連通率為0.956，當(dāng)鏈路F1 到E1 出現(xiàn)故障時(shí)，F(xiàn)1 不可達(dá)D1，當(dāng)鏈路F2 到E1 出現(xiàn)故障時(shí)，F(xiàn)2可通過(guò)環(huán)上節(jié)點(diǎn)F3，F(xiàn)4 將數(shù)據(jù)傳送至E1。可見(jiàn)，環(huán)網(wǎng)提高了網(wǎng)絡(luò)的連通性，當(dāng)鏈路自身發(fā)生故障或遭到外界破壞時(shí)，表現(xiàn)出很好的生存性。

圖1 傳送網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)

干線承載網(wǎng)

干線承載網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖2 干線傳送網(wǎng)A/B 平面

圖3 本地接入網(wǎng)演進(jìn)方

干線承載網(wǎng)是傳送網(wǎng)的重要部分，其業(yè)務(wù)包括繼電保護(hù)業(yè)務(wù)、傳統(tǒng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)、視頻監(jiān)控、電視電話業(yè)務(wù)等。MSTP 網(wǎng)將各地市站點(diǎn)之間業(yè)務(wù)匯聚并轉(zhuǎn)發(fā)至OTN 骨干節(jié)點(diǎn)，通過(guò)OTN 網(wǎng)絡(luò)回傳至省調(diào)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)，MSTP 網(wǎng)作為繼電保護(hù)業(yè)務(wù)重要的承載網(wǎng)絡(luò)。干線承載網(wǎng)采用A/B 平面架構(gòu)，以滿足“雙設(shè)備、雙路由、雙電源”的要求以保障其安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

A/B 平面的可靠性分析

根據(jù)對(duì)圖1 的分析，環(huán)網(wǎng)提高了網(wǎng)絡(luò)的連通性，當(dāng)鏈路自身發(fā)生故障或遭到外界破壞時(shí)，環(huán)網(wǎng)能表現(xiàn)出很好的生存性。即便如此，某些關(guān)鍵鏈路或節(jié)點(diǎn)的故障將導(dǎo)致其下連的信息無(wú)法傳輸至上級(jí)節(jié)點(diǎn)，如圖2 中B4、B8 節(jié)點(diǎn)及其下連鏈路。因此，采用A/B 平面，當(dāng)一平面無(wú)法實(shí)現(xiàn)連通時(shí)及時(shí)切換至另一平面，保證通信的可靠性。

如圖2，設(shè)鏈路失效率為0.1，對(duì)于生產(chǎn)調(diào)度業(yè)務(wù)，其經(jīng)622M/2.5G MSTP 網(wǎng)傳送至省核心節(jié)點(diǎn)，若不采用雙平面A/B 結(jié)構(gòu)，當(dāng)B9-B8 鏈路損壞時(shí)，B9 無(wú)法將生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸至B1，采用雙平面結(jié)構(gòu)后，當(dāng)B9-B8 鏈路損壞，B8 與B1 的連通率仍可達(dá)0.85。對(duì)于事物管理業(yè)務(wù)，其通過(guò)10GE 環(huán)路、OTN 網(wǎng)絡(luò)上傳到省公司節(jié)點(diǎn)，若不采用雙平面結(jié)構(gòu)，當(dāng)B8-A6 鏈路損壞時(shí)，B8 與B1 無(wú)法連通，采用雙平面結(jié)構(gòu)后，及時(shí)切換至另一平面，仍保證0.79 的連通率。

傳送網(wǎng)的演進(jìn)原則

干線承載網(wǎng)演進(jìn)原則

電力承載網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)承載需求分析以及投資滾動(dòng)規(guī)劃，電力干線承載網(wǎng)絡(luò)可以考慮三期建設(shè)原則。

（1）近期網(wǎng)絡(luò)：在MSTP 平面上建設(shè)一個(gè)OTN 平臺(tái)。A、B平面分別采用DWDM+MSTP、OTN+MSTP 技術(shù)。

（2）中期網(wǎng)絡(luò)：A、B 平面的承載技術(shù)不變，根據(jù)業(yè)務(wù)及流量發(fā)展情況對(duì)OTN 等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容建設(shè)。

（3）遠(yuǎn)期網(wǎng)絡(luò)：新傳輸技術(shù)平臺(tái)來(lái)替換原有的DWDM 系統(tǒng)，A、B 平面分別采用新技術(shù)+MSTP、OTN+MSTP 技術(shù)。

本地承載網(wǎng)演進(jìn)原則

（1）近期網(wǎng)絡(luò)原則：匯聚層和接入層采用MSTP/SDH 技術(shù)組網(wǎng)。

（2）過(guò)渡網(wǎng)絡(luò)原則：PTN網(wǎng)絡(luò)和MSTP/SDH 網(wǎng)絡(luò)共存。PTN 接入層和MSTP 接入層均以環(huán)狀或鏈路形式接入其匯聚層，匯聚層設(shè)備連成環(huán)狀，保證過(guò)渡網(wǎng)絡(luò)的高網(wǎng)絡(luò)連通性。新加入的PTN 網(wǎng)絡(luò)與目標(biāo)PTN 網(wǎng)絡(luò)鏈路速率等級(jí)相同，并采用相同的組網(wǎng)形式。匯聚層PTN 網(wǎng)絡(luò)將和MSTP/SDH 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)接，滿足部分接入層設(shè)備窄帶業(yè)務(wù)和臨時(shí)業(yè)務(wù)的端到端調(diào)度和使用。

（3）遠(yuǎn)期網(wǎng)絡(luò)原則：MSTP/SDH 網(wǎng)絡(luò)逐步退網(wǎng)，本地承載網(wǎng)絡(luò)采用PTN 技術(shù)組網(wǎng)。

結(jié)語(yǔ)

構(gòu)建基于智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的信息和通信融合網(wǎng)絡(luò)，對(duì)現(xiàn)有電力通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)和轉(zhuǎn)型是智能電網(wǎng)建設(shè)的必然要求。本文以電力通信網(wǎng)一般結(jié)構(gòu)為例，以智能電網(wǎng)信息通信配用電業(yè)務(wù)規(guī)劃數(shù)據(jù)及預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提出電力通信接入網(wǎng)與傳送網(wǎng)的規(guī)劃與演進(jìn)原則。在接入網(wǎng)中，根據(jù)不同供電區(qū)域分別對(duì)10kV 通信接入網(wǎng)和0.4kV 通信接入網(wǎng)制定通信原則。在傳送網(wǎng)中，對(duì)干線承載網(wǎng)和本地承載網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，從帶寬利用率和網(wǎng)絡(luò)生存性兩方面論述該網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的合理性，并提出其演進(jìn)方案。該規(guī)劃方案不僅對(duì)該省電力信息通信網(wǎng)轉(zhuǎn)型具有重要指導(dǎo)意義，對(duì)其他省、市電力信息通信網(wǎng)的建設(shè)也具有重要參考價(jià)值。