一種電力通信網規劃成效評價方法

周 靜，劉國軍

（國家電網公司智能電網研究院 北京 102200）

1 引言

電力通信網作為公司的第二張實體網絡，承載著電網運行和企業管理的核心業務，是電網安全、穩定、經濟運行的重要保障。“十二五”期間，公司通信網已邁入全程全網服務型網絡發展階段，建成了世界上規模最大的企業通信專網，其中公司大容量骨干光傳輸網、數據通信骨干網、一體化電視電話會議系統等工程取得了跨越式發展，為智能電網和“三集五大”建設提供了堅強支撐。

截至目前，國家電網公司通信網“十二五”規劃主要是從投資完成情況、資產及網絡規模變化情況、網絡運行情況等方面對規劃執行情況以及執行效果進行描述分析。其中，建設規模是分析通信網規劃合理性、可行性和科學性的一個重要判據[1]。骨干網由于規劃建設較為成熟，其建設規模不難把握，但是地區接入網建設規模和地區配電網建設一樣，受地區環境、地域經濟和技術體制等多種因素影響，其建設規模難以把握。如何科學評價地區電力通信網建設的規模，進而指導資金合理部署，促進通信網與電網、通信網各網絡層級的協調發展，發揮電力通信網建設的最大綜合投資效益，是目前通信規劃管理部門面臨的一個重要課題。

規劃評估方法很多[2～8]，比如層次分析法、模糊綜合評價方法、專家評估方法等，這些方法可以從不同方面反映電力通信網的某些發展狀況，但是也存在很多問題，比如對電力通信網規劃缺乏整體性認識，致使評判結果不全面；對規劃方案優劣沒有明確的量化標準，評估結果存在偏差；評價方法側重于對現狀電力通信網評價，使評價結果落后于實際發展需求等。本文提出一種評價電力通信網與電網發展適應性的量化評估方法，該方法以年度通信網和電網的歷年統計數據為基礎，采用灰色關聯度分析方法，系統分析各地區通信網建設規模指標（規模因子）與電網發展水平指標（影響因子）之間的相互作用關系，從而得出通信網與電網發展的內在關聯規律，為系統化、差異化分析各地區電力通信網建設水平提供量化依據。

2 電力通信網規劃評價指標現狀

電力通信網由骨干通信網、終端通信接入網組成。其中，骨干通信網包含省際骨干通信網、省級骨干通信網、地市骨干通信網3個層級，涵蓋35 kV及以上電網廠站以及公司系統各類生產辦公場所。終端通信接入網由10 kV通信接入網和0.4kV通信接入兩部分組成，涵蓋10（20、6）kV和0.4kV電網。

電力通信網規劃設計的總體目標是全面覆蓋公司各級廠站、各類辦公場所，滿足電網安全生產和公司經營管理各類業務對通信連接需求以及可靠性的要求，支撐電網智能化發展以及企業信息化、現代化。因此，當前電力通信網規劃指標主要分為覆蓋率和可靠性兩大類，如圖1所示。

當前，電力通信網規劃成效評價方式還是以定性描述為主，缺少定量評價指標。此外，通信網建設發展水平應該綜合考慮地區電網建設發展水平、經濟性等因素，而不僅僅依據“覆蓋率”等單一指標來評價通信網的發展現狀。電力通信網建設規模的大小及發展的影響因素（主要考慮電網的影響），以及二者之間的關系不能憑主觀臆測，需要用科學的方法予以量化分析。

3 要解決的問題及基本分析思路

圖1 電力通信網規劃指標現狀

電力通信網是電網發展的重要支撐平臺，電力通信網的發展速度與電網發展水平密切相關。本文定義ΔC為電力通信網發展裕度指標，v1表示電力通信網實際發展速度，v2表示電力通信網理論發展速度，且滿足如下關系：

ΔC可用于綜合反映各階段、各地區、各層級通信網的綜合發展水平。不同地區的電力通信網發展裕度評估結果可以直接反映通信網發展水平的差異以及滿足電網發展需求的程度。如果ΔC為負，則說明該地區通信網支撐電網發展存在一定的壓力，通信網對電網發展的適應性較差，其通信網建設必須加強；反之則可以說明其建設規模過度，存在一定的投資浪費。

基本分析思路是：v1可以通過參考文獻[1]提供的計算方法，由歷史數據直接求得；需要建立能夠直接反映電力通信網發展水平的指標體系（規模因子S）和電網對通信網發展水平產生影響的指標體系（影響因子F）；通過建立灰色關聯度分析模型，科學地揭示各相關指標之間的內在客觀關聯規律，從而推導出電力通信網發展速度的理論值v2；通過計算裕度指標ΔC評估各地區通信網綜合發展建設水平。

4 基本方法與應用步驟

（1）建立電力通信網規模因子集

公司電力通信網由骨干通信網、終端通信接入網組成。骨干通信網的建設投資主要取決于光纜線路（OPGW、ADSS）、傳輸設備（SDH、OTN、PTN 等）、業務網設備（路由器、交換機、會議電視系統、軟交換系統）。終端通信接入網的建設投資又分為10 kV通信接入網和0.4 kV通信接入網兩部分。通信接入網建設投資取決于接入網光纜線路（ADSS、溝道光纜、光纖復合低壓電纜等）、接入網光通信設備（EPON、工業以太網交換機）等。本文列出了12項通信網規模因子（S），見表 1。

表1 電力通信網規模因子

（2）建立電網對通信網發展水平的影響因素集

電力通信網建設的根本目的是滿足電網安全生產和公司經營管理的業務需求，并保持適度超前。因此，電網的建設發展直接影響通信網的建設發展水平。其中，變電站數量、輸電線路長度和營業網點數量將直接影響通信網建設規模，而公司售電量、營業收入、供電可靠性等指標作為電網影響通信網發展的經濟因素和可靠性因素。本文列出了13項電網對通信網發展水平的影響因子（F），見表2。

表2 電網發展對通信網建設規模的影響因素及關聯層次

在表2中，骨干網光纜長度指10 kV以上的所有光纜的總長度；接入網光纜長度指10 kV光纜的總長度。骨干網站點具體包含：1 000/800 kV變電站、750/500 kV變電站、330/220 kV變電站、110 kV變電站、66 kV變電站、35 kV變電站、地（市）供電公司、縣級供電公司、直屬單位、營業網點和本級直調電廠。接入網站點是指20/10 kV站點（包括開閉站、環網柜、箱式變電站、桿上變壓器、柱上開關等）。“√”表示某一影響因子指標直接或者間接地對骨干網或者接入網的規模因子有影響。如35kV及以上變電站數(F1)和110 kV及以上高壓線路長度（F12）是直接影響骨干網建設規模的主要因素；而 20/10 kV站點數（F2）和10 kV線路長度（F13）是直接影響接入網建設規模的主要因素。

（3）影響因子與規模因子的灰色關聯分析模型

本文以2011年、2012年、2013年的通信網和電網的基礎數據為依據，具體步驟和分析方法如下。

第1步 數據規范化處理。

tk表示 2011 年、2012 年、2013 年，Fi(tk)、Sj(tk) 表示影響因子集和規模因子集。

第2步 計算各個規模因子與影響因子的關聯系數矩陣。

各個規模因子受影響因子集影響，所以關聯系數矩陣是由每個規模因子與影響因子集組成的關聯系數矩陣，計算過程如下：

ρ為分辨系數，ρ∈[0，1],引入它是為了減少極值對計算的影響。

第3步 計算關聯度。

由關聯系數矩陣可以計算出影響因子與對應規模因子的灰色關聯度。計算式如下：

第4步 計算平均發展速度。

采用綜合法[3]分別計算影響因子集和規模因子集中各個指標的平均發展速度。

第5步 計算規模裕度。

v1指電力通信網實際綜合平均發展速度，v2指電力通信網理論綜合平均發展速度，計算式如下：

其中：

gj為各因子的發展速度對綜合平均發展速度的權重系數，在此gj=1；qij是影響因子對規模因子的影響權重，計算式如下：

其中M是影響因子的數量，pij是影響因子的關聯度排序，取值為正整數，范圍為 1～10。將式（11）、式（12）代入式（1），即可求出電力通信網平均發展裕度指標ΔC。

5 實例計算與結果分析

以某省公司為例，以下說明通信網與電網發展適應性的量化評估方法。

首先由《國家電網公司“十二五”通信網規劃執行月報》中提取2011-2013年的通信網建設規模基礎數據，建立通信網規模因子集S={S1,S2,S3,…,S12}，以國家電網公司近3年的社會責任報告中提取電網的發展數據，建立電網影響因素集合F={F1,F2,…,F11}，詳見表3。

其次，經過數據歸一化處理后，計算通信網規模因子和電網影響因子之間的關聯度，計算結果見表4。

由表4可以看出關聯度值均大于0.7，說明所選因子集間指標關聯度較大，所選指標比較合理。表中還可以看出，同一影響因子對不同規模因子的影響程度是不一樣的。

其次，根據關聯度排序可以得到關聯度權重，關聯度權重反映了影響因子對規模因子影響的程度。以骨干光纜長度（S1）指標為例，對湖南和北京兩個不同地區的骨干通信網光纜長度的影響因素的關聯程度不一。對于湖南省電力公司，變電站設備容量（F6）、售電量（F4）、資產總額（F8）是影響骨干網光纜規模的主要因素，而對于北京電力公司，35 kV 及以上變電站數量（F1）、線損率（F11）、資產總額（F8）和城市供電可靠率（F9）是影響骨干網光纜規模的主要因素。而公司資產總額（F8）和輸電線路長度（F5）對兩個地區的骨干網光纜建設規模的影響程度是一致的。

最后，通過計算發展裕度指標，反映電力通信網的整體發展狀況以及各個指標的協調發展情況，“＋”表示通信網建設規模超前電網發展水平；“－”表示通信網建設規模滯后于電網發展水平。如圖2所示，由于該省電力公司“十二五”期間大力建設終端通信接入網，因此，通信網絡接入光纖覆蓋站點數（S9）發展較為超前，其發展裕度值為1.9；此外會議電視覆蓋骨干網站點數（S5）和綜合數據網覆蓋骨干網站點數（S6）均較其他指標值超前發展，分別為0.38和0.29，這與該公司近幾年部署會議電視系統、加強綜合數據網覆蓋面的技術政策密切相關，因此計算結果符合當前電力通信網建設現狀。此外，還可以對各地區、各省公司綜合發展情況進行橫向比較，以指導公司總部掌握所轄各區域的網絡的差異化發展現狀，為通信網規劃決策提供指導依據。

表3 某省公司2011-2013年規模因子與影響因子相關數據

表4 通信網規模因子與電網影響因子之間的關聯度矩陣

圖2 某省公司電力通信網發展裕度計算結果

6 結束語

電力通信網規劃成效評價方法對提高國家電網公司通信網規劃工作的科學性、指導性和可操作性具有十分重要的現實意義，一方面通過引導建立指標數據庫，逐步積累覆蓋公司業務和管理的指標數據，能夠為電力通信網規劃提供條件；另一方面及時對規劃實施效果進行檢驗，能夠為電力通信網建設改造提供依據。

本文針對電力通信專網的特點，提出一種通信網與電網發展適應性的量化評價方法，該方法首先建立通信網發展規模指標體系和電網影響因素指標體系，然后通過建立灰色關聯度分析模型，提取兩者的關聯關系，進而求得發展裕度指標。通過計算發展裕度指標，管理部門可以系統掌握電力通信網的整體發展狀況以及各個指標的協調發展情況。最后，以某典型省公司近3年的基礎數據為例，說明了該方法的合理性和實用性。

1 李欣然，劉楊華，朱湘有等.高壓配電網建設規模的評估指標體系及其應用研究.中國電機工程學報,2006,26（17）：18～24

Li X R,Liu Y H,Zhu X Y,et al.Research on high-voltage distribution grid construction scale evaluation system and application.Proceedings of the CSEE,2006,26(17):18～24

2 杜棟，龐慶華，吳炎.現代綜合評價方法與案例精選.北京：清華大學出版社，2012

Du D,Pang Q H,Wu Y.Modern Comprehensive Evaluation Methods and Case Studies.Beijing:Tsinghua University Press,2012

3 林峰，葛新權.經濟統計分析方法.北京：社會科學文獻出版社，2003

Lin F,Ge X Q.Economic Statistical Analysis Methods.Beijing:Social Sciences Academic Press,2003

4 孟玲莉,陳寧寧,王江等.基于改進TOPSIS的配用電通信網性能評估方法.電信科學,2014,30(4):167～172

Meng L L,Chen N N,Wang J,et al.A performance evaluation method ofpowerdistribution and utilization communication network based on improved TOPSIS. Telecommunications Science,2014,30(4):167～172

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Zhang G J,Lv J D,Chen W X.Study on energy conservation and emission reduction’s evaluation index and methods about communication base station.Telecommunications Science,2011,27(3):48～51

6 李家姿，文濤.端到端業務質量指標體系建立及評測方法研究.電信科學，2012,28(11):21～25

Li J Z,Wen T.Research of end to end service quality indicator system establishing and evaluating method.Telecommunications Science,2012,28(11):21～25