電力通信網(wǎng)脆弱性分析

王淋漓

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對電力的需求量逐年猛增，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其管理與維護(hù)工作日趨復(fù)雜，因此電力系統(tǒng)越來越需要信息通信等系統(tǒng)來實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化運行。電力通信網(wǎng)作為智能電網(wǎng)的運行基礎(chǔ)，其可靠的運行對于我國電網(wǎng)的正常工作至關(guān)重要，因此對于電力通信網(wǎng)的脆弱性分析，制定相應(yīng)的措施提高電力通信網(wǎng)的可靠性具有重大意義。

關(guān)鍵詞：電力；通信網(wǎng)；脆弱性

隨著經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，我國的電網(wǎng)規(guī)模得以不斷擴(kuò)大，但傳統(tǒng)的電網(wǎng)運營系統(tǒng)已難以及時全面地處理日益復(fù)雜的電網(wǎng)運行工作。2005年9月，海南由于遭受臺風(fēng)襲擊而導(dǎo)致全市電網(wǎng)大停電事故引起了大眾對于我國電網(wǎng)脆弱性的思考，海南電網(wǎng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，二次回路設(shè)計的脆弱性較高等問題是我國電網(wǎng)的一個縮影，因此，為降低電網(wǎng)系統(tǒng)故障造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響，可靠性和安全性更高的智能電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)運而生，而作為智能電網(wǎng)的運行基礎(chǔ)——電力通信網(wǎng)，也由此進(jìn)行大眾的視野，電力通信網(wǎng)的脆弱性分析近年來也成為專家學(xué)者的廣泛研究的課題。

1 電力通信網(wǎng)脆弱性的產(chǎn)生原因

電力通信網(wǎng)脆弱性指由于各種原因?qū)е码娏νㄐ畔到y(tǒng)失效后，電網(wǎng)功能受影響的程度，其的產(chǎn)生主要來自于外界自然環(huán)境因素的影響和電力通信網(wǎng)自身的結(jié)構(gòu)和設(shè)計隱患。由于外界自然環(huán)境存在較大的人工不可控特點，因此，目前主要通過對電力通信網(wǎng)自身的結(jié)構(gòu)和設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，來降低電力通信網(wǎng)的脆弱性，其脆弱性產(chǎn)生的原因主要有以下幾個方面：

（1）電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電源結(jié)構(gòu)規(guī)劃不合理。這類問題主要有兩種表現(xiàn)形式：一種是由于分區(qū)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線薄弱或是電網(wǎng)主通道負(fù)載能力較小，從而產(chǎn)生部分線路過載導(dǎo)致負(fù)載轉(zhuǎn)移至其他線路，最終引起連鎖跳閘的故障；另一種是由于供電與用電距離較遠(yuǎn)而采用的遠(yuǎn)距離大容量輸電方式，用電端嚴(yán)重依賴供電端電力輸送通道，一旦負(fù)荷中心沒有按分層分區(qū)的原則進(jìn)行設(shè)計，電力輸送通道等穩(wěn)定性在遭到外界環(huán)境影響時會變得極差，嚴(yán)重影響用電端的正常用電。2005年海南電網(wǎng)大停電、2008年我國南方冰災(zāi)大停電的原因就屬于這類原因?qū)е碌摹?/p>

（2）電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)、運行監(jiān)控技術(shù)存在漏洞。繼電保護(hù)系統(tǒng)是保證電網(wǎng)正常工作的第一道安全屏障，而電網(wǎng)的運行監(jiān)控則是保證繼電保護(hù)系統(tǒng)正常工作的前提，但由于繼電裝置本身的質(zhì)量問題以及部分人工監(jiān)控和維護(hù)不及時等因素的影響，由于繼電裝置引起的停電現(xiàn)象在全球都時有發(fā)生，比如2006年河南電網(wǎng)雙回線保護(hù)誤動作、2003年美國加利福尼亞州大停電等。

（3）電力系統(tǒng)管理方面存在漏洞。這方面的漏洞主要表現(xiàn)在電網(wǎng)的保護(hù)設(shè)備設(shè)定值管理、電網(wǎng)維護(hù)人員對緊急事故的處理以及各級部門對緊急事故的協(xié)調(diào)工作等問題上。我國部分地區(qū)電力系統(tǒng)的基層管理極為混亂，存在嚴(yán)重的職責(zé)不明，對緊急事故的應(yīng)急培訓(xùn)也落實不到位。比如2006年河南電網(wǎng)大停電和2008年我國南方冰災(zāi)大停電都是由于對緊急事故的應(yīng)急處理不到位所引起的。

2 電力通信網(wǎng)脆弱性的評價方法

電力通信網(wǎng)的脆弱性越高，電網(wǎng)運行就越難保證其安全性和可靠性，因此對電力通信網(wǎng)的脆弱性進(jìn)行及時和準(zhǔn)確的評價就顯得尤為重要。目前，國際上主要是通過綜合電力通信網(wǎng)設(shè)備、網(wǎng)管系統(tǒng)以及電力二次防護(hù)等多方面進(jìn)行全面地評價，指出其中可能會導(dǎo)致電網(wǎng)功能下降的隱患，進(jìn)而有利于對電力通信網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃和風(fēng)險預(yù)警等工作的開展，具體執(zhí)行時，基于不同情況有以下幾種評價方法：

（1）業(yè)務(wù)重要度評價方法。這類評價方式主要是基于電力業(yè)務(wù)不同需求來進(jìn)行評價的，比如體育賽事直播注重實效性，評價時影響電力通信網(wǎng)的時延的因素是重點的評價參考；再比如工業(yè)用電注重穩(wěn)定性，評價時影響電力通信網(wǎng)的安全性的因素是重點的評價參考。具體評價時一般采用歸一化函數(shù)和區(qū)間映射函數(shù)對重要值矩陣進(jìn)行計算，最終算出業(yè)務(wù)重要度，從而及時對風(fēng)險預(yù)警，降低電力通信網(wǎng)的脆弱性。

（2）狀態(tài)脆弱性評價方法。這種評價方法主要是通過對電網(wǎng)受到干擾或產(chǎn)生故障后電網(wǎng)狀態(tài)變量發(fā)生偏移的大小來衡量電網(wǎng)系統(tǒng)的抗干擾能力，簡單來說，電網(wǎng)的抗干擾能力越強(qiáng)則其脆弱性越低。具體評價時需要通過仿真軟件對電力通信網(wǎng)在過負(fù)荷和低電壓負(fù)荷等常見電力故障下，其節(jié)點電壓、頻率和功角等電網(wǎng)參數(shù)的變化，通過仿真軟件進(jìn)行模糊推理，計算出電壓風(fēng)險指標(biāo)變化率，最終得到電力通信網(wǎng)的歸一化電壓脆弱度。

（3）結(jié)構(gòu)脆弱性評價方法。這種評價方法通過仿真軟件模擬電力通信網(wǎng)中單一或多個運行單元停止運行，對電力通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的完整性和正常工作能力進(jìn)行評估，從而得到電力通信網(wǎng)的脆弱性指標(biāo)。具體評價時通過仿真軟件對電網(wǎng)系統(tǒng)在產(chǎn)生故障后的聚類系數(shù)、、節(jié)點度數(shù)、平均度數(shù)等電網(wǎng)基本特征參數(shù)進(jìn)行測量，然后進(jìn)行拓?fù)浣＃玫诫娋W(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷損失經(jīng)濟(jì)型后評估指標(biāo)，最終得到電力通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)脆弱度。

（4）綜合脆弱性評價方法。由于狀態(tài)脆弱性評價方法側(cè)重評價網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響，而結(jié)構(gòu)脆弱性評價方法側(cè)重評價電網(wǎng)元件運行的影響，故都存在一定缺陷，綜合脆弱性這種評價方法是將狀態(tài)脆弱性和結(jié)構(gòu)脆弱性兩種評估方法結(jié)合在一起的綜合評估方法，所以評價結(jié)果更加準(zhǔn)確。具體評價時通過仿真軟件將電網(wǎng)的拓?fù)鋮?shù)和運行狀態(tài)量進(jìn)行二維擬合，得到電網(wǎng)運行受到干擾后電網(wǎng)運行狀態(tài)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化之間的對應(yīng)關(guān)聯(lián)，從而得到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)元件運行對于電網(wǎng)脆弱性的影響結(jié)果。

3 總結(jié)

隨著智能電網(wǎng)的推廣，電力通信網(wǎng)的可靠運行至關(guān)重要。本文通過對電力通信網(wǎng)脆弱性的產(chǎn)生進(jìn)行分析，并簡單介紹了當(dāng)前對電力通信網(wǎng)脆弱性評價的四種方法，使人們能通過對電力通信網(wǎng)脆弱性的評價，及時了解電力通信網(wǎng)的可靠性，為促進(jìn)智能電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)展發(fā)揮著巨大作用。

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