電網數據網絡可靠性保障方法研究

白煜　孫長虹　韓翔宇

【摘? 要】隨著電力市場化進程的加快，數據網絡的可靠性越來越重要。本文介紹了電網數據網絡可靠性的概念，從電網設計、技術、管理等方面探討了電網數據網絡可靠性的保障措施。

【關鍵詞】電網數據;網絡;可靠性

1、引言

隨著電力系統計算機應用和信息化應用的普及，數據通信網絡作為電力系統重要的數據交換載體，是電力系統信息化建設的重要內容。電網數據的可靠性直接關系到電力系統的穩性運行。隨著電力市場化進程的加快，數據網絡的可靠性設計越來越重要，從不同角度選擇合適的可靠性保障機制，達到電信級承載網的數據安全要求，成為電力數據網絡建設的必然趨勢。

2、電網數據網絡可靠性

電網數據網絡可靠性是指網絡在一定時間內、一定條件下無故障運行并可以進行正常數據傳輸和業務功能實現的可能性。電網數據網絡的可靠性包含一些功能性指標和性能指標，功能性指標有數據完整性、數據交換準確性、網絡傳輸速度等，性能指標有安全性、可用性、可靠性和可維護性等。實際運營商在電網數據網絡的性能方面，更關注網絡的可靠性、可用性和故障應急處理能力，這些都屬于網絡可靠性的研究范圍。

由于電力系統的復雜性，對電網數據網絡的可靠性分析分成幾個技術等級，如設備級、節點級、網絡級等，在分析可靠性時，可以從備份保護技術、數據冗余保障技術、數據完整性檢測、故障檢測等幾個方面進行分析。

3、可靠性設計

3.1設備可靠性

網絡設備可靠性是電力系統數據網絡可靠性的基礎，也是組成電力系統多業務IP承載網的基本節點。網絡設備的關鍵部件有主控單元、高壓組件、濾波器、電源系統、繼電器、鋰電池等，在可靠性設計上從最初的CPU設計備份到目前主流的NP+ASIC搭配，采用分立設計理念，將路由引擎和管理引擎相分離，提高分布式硬件線速轉發技術，從根本上解決了設備板件級的性能和應用可靠性。冗余設備的應用技術主要在主控單元和電源設計上，當網絡設備出現臨時中斷狀況，數據包不能正常傳輸時，冗余設計將在數據存儲和恢復方面發揮作用。

3.2節點可靠性

節點的可靠性設計思路主要是使用雙設備進行冗余或互備，當節點上的部分設備出現故障不能進行正常功能實現時啟動另一個互備設備，使節點保持正常工作流不間斷，避免網絡癱瘓。如為了更好地解決由于網關故障引起的網絡中斷問題，網絡開發者提出了VRRP協議，這是一種路由容錯協議，可以將多臺路由設備組成一個VRRP備份組，邏輯上看作是一臺虛擬的路由設備，在備份組中，一臺路由設備作為主路由設備，其他作為備用路由設備。當主路由設備發生故障，VRRP則會從備用路由設備中選擇一臺成為新的主設備，接替故障設備工作，從而保障網絡通信的連續性和可靠性。

3.3網絡可靠性

網絡可靠性是指當一定范圍內的網絡出現故障或不穩定時，整個網絡的自愈能力。通過網絡可靠性可以度量網絡性能好壞，度量指標有耐久性、容錯性和可維護性等。網絡耐久性是指設備運行的無故障性或壽命，專業名稱叫MTBF（Mean Time Between Failure），即平均無故障時間，它是描述整個系統可靠性的重要指標。對于一個網絡系統來說，MTBF是指整個網絡的各組件（鏈路、節點）不間斷無故障連續運行的平均時間。容錯性指系統平均恢復時間，是描述整個系統容錯能力的指標。對于一個網絡系統來說，MTTR是指當網絡中的組件出現故障時，網絡從故障狀態恢復到正常狀態所需的平均時間。可維護性有事后維護和預防維護，前者是當系統發生故障后，能夠很快地定位問題并通過維護排除故障，后者是根據系統告警提前發現問題，通過更換設備或調整網絡結構來規避可能出現的故障。可維護性需要管理人員來實施，體現了管理的水平，也反映了系統可靠性的高低。

根據每個節點的業務流量統計，考慮高寬帶業務的發展需求，預留一定帶寬冗余。綜合數據網絡核心環網最好采用10G以太鏈路進行建設，節點到數據中心的接入寬帶不要小于2GB/s。網絡結構采用分層設計理念，按照核心、匯集、接入三層結構進行組網，核心層使用網狀結構，匯聚層使用雙機組網方式，接入層可以根據實際情況選擇雙機異地聯匯聚層，實現電網數據雙向互動。

4、電網數據網絡可靠性保障技術措施

4.1重視電網設計

電網設計包括發電、輸電、變電、配電設計等，除了滿足供電網絡的需要，還要保證在各項業務功能實現的基礎上軟硬件系統配置具有最好的性價比。電網設計要保證數據的可靠性，隨著信息化程度的增加，大量數據信息部署在數據中心，構建綜合數據平臺作為數據中心與用戶之間溝通的橋梁，因此數據庫中的數據要求完整、準確，使系統具有較好的糾錯能力和處理突發事件的應對能力，不會因為某些故障而影響電力系統的正常運轉。大機組的聯網在大范圍內可以進行自動發電控制，使電力供給能力更精確的對用戶供電需求進行匹配。

4.2提高技術可靠性

在電網設計上還要注意系統的可擴展性，在接口設計上便于二次開發，擴展系統功能，更好的適應未來電力系統的發展。電網設計系統應具有兼容性和開放性，輸入輸出可以兼容不同格式的數據類型，支持數據格式轉化，增加系統對各種數據的接收和轉換能力。在安全方面，構建綜合數據網絡安全平臺，重視網絡入侵和安全監控，在控制區和非控制區之間以及調度數據網之間配置硬件防火墻，數據進行加強加密認證和訪問控制。電力數據網絡設備需要同時支持IPv4和IPv6協議，滿足二者之間的互訪需求，支持大規格和高性能的PNAT/NAT64，對IP地址進行合理分配和管理，保證電力數據網IP地址的規范性。

4.3強化管理

電力數據網絡需要穩定運行以保證電力系統正常的業務運轉，在運維保障和運維應急處理方面要加強管理。建立運維保障制度需要提前規劃電力數據網方案，制定技術保障方案，使數據網有足夠能力滿足電力供需。運維應急處理主要是對系統故障和變更的處理措施，目的是維持電力系統的不間斷穩定安全運行。建立抗災機制，確保數據在災害發生后可以在最短時間內恢復，重新投入運行。

5、結論

本文從設備、節點和網絡幾個方面介紹了電網數據網絡可靠性的設計，從電網設計、技術、管理等方面探討了電網數據網絡可靠性的保障措施。在全面建設智能電網的大背景下，電力數據網絡作為實現電力系統日常業務的重要部分，承擔著舉足輕重的作用，對數據網絡統一融合、安全管理、服務質量也提出了更高要求。因此深入研究電力數據網絡可靠性，不斷加強數據通信技術，加快促進智能電網的發展。

參考文獻：

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[2]任峰，張國斌等，合理優化電網調度數據網建設探索[J]，產業與科技論壇，2015，14（24）

（作者單位：國網天津檢修公司）