基于保底電網的通信網智能風險管理與動態控制技術研究*

劉新展，劉 鵬，張珮明

（1.廣東電網有限責任公司電力調度控制中心，廣東 廣州 510600；2.廣東電網有限責任公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

0 引言

在近年的臺風、冰災等重大自然災害和重大保供電期間期間，廣東電網通信專業在實際工作中發現，常規通信網運行風險分析手段和系統難以滿足通信網運行風險快速智能分析與動態控制管理要求。由于缺乏通信網運行風險智能分析和動態仿真的有效手段，廣東電網通信無法基于通信設備因災受損情況和通信網因災影響范圍，實時快速動態開展通信網基于問題的風險評估并制定風險控制措施，無法將通信網運行風險與保底電網運行風險實現有效聯動管理。此外，如何可靠實現保底電網的通信技術保障研究目前尚屬空白。

因此，廣東電網電力調度控制中心組織各供電局通信專業開展了基于保底電網的電力通信網規劃和建設，提出了保障城市中心城區和重要用戶負荷持續供電、保障地區電源送出的最小規模網架的保底電力通信網建設目標。

同時，通過研究通信網業務模型，研發了基于保底電網的電力通信網運行風險與動態控制的可量化分析的評估指標、數據以及系統等技術支撐手段，改變了現有依賴于人工經驗的通信安全評估管理模式，實現了快速精準開展基于保底電網的電力通信網承載業務、網絡架構、通信設備生存性的量化分析和風險評估，指導了廣東電網保底通信網規劃和建設，有效保障了廣東電網和對港澳保供電運行安全，為廣東電網智能電網特性研究奠定了理論和技術基礎。

1 基于保底電網的通信網風險因素分析

隨著智能電網建設規模的迅猛擴大，電力通信網在電力生產和電力調度中發揮的作用越來越重要，其安全性要求大幅提升，因此有必要對其進行風險評估。通過風險評估可以識別保底電力通信網系統存在的風險以及這些風險可能會給系統的應用帶來的影響。根據評估結果可以制定相應的風險控制措施，有效降低風險或避免風險，提高系統的安全性。基于保底電網的電力通信網是一個龐大的信息系統，基于國際標準和指標建立原則可以得到通信網風險評估的影響因素。

1.1 風險因素

1.1.1 自然因素

自然因素誘因常見的為臺風、雷電、冰災、山體滑坡、洪水以及火災等自然災害，和市政等工程施工、小動物啃咬等外力破壞，能夠導致通信設備損毀和連鎖性的通信網故障發生。通過分析廣東電力通信網歷年發生的緊急、重大和一般缺陷，結合廣東電網所處地理位置，其中引發廣東電力通信網事件的最大的自然因素為臺風，還有雷擊、市政等工程施工、山體滑坡以及小動物啃咬等。

首先，臺風和冰災自然因素是廣東電力通信網事件的最大誘因，特點是持續時間短，覆蓋范圍廣，災后搶修困難，對通信網安全運行影響嚴重。常見故障現象主要是臺風、冰災、洪水以及山體滑坡等導致線路塔傾倒、輸配電電纜走廊受損、ADSS光纜或OPGW光纜受損甚至故障中斷，呈現季節性且人力不可控。

其次，廣東電網所處地區是強雷區，常年雷電活動頻繁。經測定，雷電電流可達2×105A，二次感應電流可達1×104A，而對地感應電壓可達6 000 V。當雷擊發生時，強大的電流通常會通過各種途徑間接或直接對隨線路塔敷設的OPGW等光纜造成破壞。

再次，廣東電網尤其是珠三角電網地處經濟發達地區，輸配電線路或電纜沿線市政工程施工頻繁。由于系統外工程施工管理困難等，因市政施工導致的光纜非計劃中斷事件一直是難以改善的重要風險因素。

最后，小動物（包括老鼠、松鼠、白蟻等）啃咬破壞引起光纜線路纖芯中斷，尤其是變電站內外輸配電電纜溝內的管道光纜。此外，經桿塔下地的管道光纜也可能因為小動物啃咬而損傷嚴重，影響電力通信的安全。

1.1.2 設備因素

各種類型的通信設備由于設計水平、制造工藝以及材料質量等差異存在的設備固有缺陷，以及不同運行環境對設備MTBF的影響，這些內在因素稱為設備故障內在誘因。這類誘因在一定條件下將對通信通道產生不利影響，可能導致電網各種生產控制業務中斷，嚴重影響廣東電網和對港澳保供電運行安全。

下面以智能電網基礎通信平臺“光傳輸系統”為例，基于電力通信資源模型，從3個層面分析設備層故障內在誘因、網絡層故障內在誘因及業務層故障內在誘因，分別如表1、表2和表3所示。

1.2 電力通信網故障和誘因關聯分析方法

目前，對常規電力通信網故障形成的誘因和因素并未做有效歸納。在對誘因進行量化時，以誘因的次數為分析依據，量化結果不夠細化，對誘因可能直接導致的故障及其關聯方案也缺乏有效的研究。由于網絡、業務層的故障的根源都在設備故障，將電力通信網的故障歸納為自然因素、人為因素和設備因素3個方面進行量化和分析。因此，基于電力通信資源模型提出了一種保底電力通信網故障和誘因間關聯分析方法。該方法首先對可能導致電力通信網故障的各種誘因進行歸類。其次，依據各類誘因的特點量化各類誘因的發生概率。一方面依據故障和誘因之間的邏輯關聯，建立兼顧依賴度和誘因集合發生概率的故障發生概率模型。另一方面，針對此模型，結合實際對模型進行簡化修正。最后，通過實例驗證了該方法能夠有效分析已有誘因下的故障發生概率，并能夠確認各誘因的合理權重，進而有效指導電力通信網的運行維護，提前規避故障的發生。該方法結構圖如圖1所示。

表1 設備層故障及其誘因分析

表2 網絡層故障及其誘因分析

表3 業務層故障及其誘因分析

圖1 電力通信網故障和誘因間關聯分析方法結構

1.3 電力通信風險預警及防控技術

電力通信網風險預警是分析判斷即將發生的每個通信事件或事故的最高風險等級。風險預警的目標是針對可能發生的事故情況，確定風險等級來表示風險的大小。確定風險等級可通過預評估事故的嚴重程度和其發生的概率來進行。每個危險事件都有導致不同程度事故的可能。一般情況下，對于每種事故的嚴重程度只采用一個數據。因此，預警電力通信網風險時應考慮實際發生通信事故事件的嚴重程度，只選取最高風險的數據作為預警信息。

為解決電力通信網風險誘因嚴重程度分析和概率權重分配難點，需要創建預警評估模型，通過風險實時監控手段監測風險誘因量化數據的變化趨勢，預估通信事故事件發生概率，輸出精準風險防控措施，消除或降低運行風險，實現電力通信網風險預警及防控管理。

在電力通信網風險預警及防控管理過程中，可以對已采取控制措施的各類通信網運行風險持續進行跟蹤、監控，并將結果作為一類信息反饋至風險信息收集這一步，進入又一輪循環，直至該信息進入相對穩定狀態（如“風險已控”）或判定為“無風險信息”。通過對措施的結果進行反饋，進一步精準調整有關控制措施，以便更有效地預防特定通信網運行風險的發生，降低或消除通信網運行風險，保障電網運行安全。

1.4 風險防控措施

廣東電網通信專業以通信網基準和基于問題的隱患識別和風險評估為基礎，通過科學制定風險防范措施，降低風險造成后果的嚴重程度和風險發生的可能性，把通信網運行風險控制在可接受的程度。其中，風險控制措施包括技術措施和組織措施。技術風險控制措施根據通信網網絡層次特點劃分為設備層技術風險措施、網絡層技術風險控制措施和業務層風險控制措施，如設備板卡1:N保護、SNCP網絡保護、業務抗M-N多重失效保護等風險控制措施。根據技術風險控制措施的實時周期和方式，它又可分為工程建設、常態運行和臨時控制措施。

組織風險控制措施按照周期分為常態化組織風險控制措施和臨時性組織風險控制措施。

常態化組織風險控制措施通常包括：制定風險控制措施的相關管理制度、業務流程、管理機構和協調機構；明確單位、部門及班組的工作職責和要求；根據備品備件的需求及分布，合理部署備件的儲存地點、型號和數量等；對不同崗位的技術人員進行技術培訓及管理規定的宣貫；及時總結運行過程中的異常、故障、解決方案及效果，建立風險控制策略儲備庫；加強過程安全管理和安全檢查，完善電力通信網絡風險評估體系、事故預案和快速應急預案評審。

臨時性組織風險控制措施通常針對事故預案和快速應急機制，提高風險控制措施的有效性，進一步減小風險的威脅。它通常針對某一具體的檢修風險或事故風險確定任務負責人和成員，明確分工和要求。制定預控措施方案并優化工作方案、工作流程，提前做好準備工作。風險預警措施實施過程中既要考慮措施的適用性、可操作性和資源保障，又要考慮經濟型和控制措施可能帶來的新風險。例如，針對市政工程施工等電力光纜運行黑點，通過與輸配電專業風險聯動，實現一次電纜和光纜防外力破壞統一安全交底、一體化特維巡視和現場旁站監護等風險控制措施的精準實施，有效降低電力光纜運行風險。

2 基于保底電網的通信智能管理與動態仿真系統開發

廣東電網電力調度控制中心和試點地區局通過整合電網監控信息、通信管控平臺、臺賬系統、GIS系統、無線監測系統、氣象環境及輿情等數據，研發對保底通信網災前預警發布、災中情況統計、災中策略控制和災后重建支持4個目標支持，并根據動態的保底電網和通信網情況進行實時評估、推送和管理。

同時，以電力通信運維管理及外部氣象、環境、輿情等多源數據平臺為數據來源，通過開發通信網抗災能力評估功能、應急預案主動推送功能、運行風險可視化功能，實現根據動態的保底電網、通信網情況進行實時的評估、推送和展示，并將基于保底電網的通信網、業務風險分析結果等文字數據轉化為更形象直觀的圖形數據，為電網各級應急指揮中心應急決策制定提供直觀的展示效果。

2.1 模型設計

通過基于保底電網的通信網風險因素的分析，結合保底網架通信資源分布、承載業務部署方式和外部災害影響因素，為保底電網通信風險智能動態評估和仿真提供數據支撐，需要從廣東電網通信元數據管理平臺通過接口方式，采集多維資源靜態數據、光纜層實時測量數據、網絡層實時運行狀態數據、外部環境氣象及輿情即時數據。因此，設計系統體系結構模型和數據交互模式，分別如圖2和圖3所示。

基于保底電網的通信網通信智能動態管理架構采用分層的實現方式，分為數據采集層、數據整合層、應用功能層和展現層4部分。

（1）采集適配層通過建立網絡管理系統、光纜監測系統、運行管控系統、GIS系統以及互聯網等系統接口實現數據交互。

（2）數據整合層通過對現有電力通信運維元數據平臺進行結構化和非結構化的數據采集、數據融合、數據治理，統一實現數據存儲與實時處理。同時，采用大數據分析計算的主流數據庫技術（關系型數據可直接存到Oracle或MySQL數據庫，文檔數據庫可以存到MongoDB數據庫，如果是消息型數據可以通過Kafka進行消息處理后再存到對應的數據庫，數據處理都采用批量的流式處理），在數據存儲層與大數據分析計算服務、機器深度學習服務實現協同處理，最終實現數據的融合、清洗與存儲。

跨入新時代，習近平總書記提出了“培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人”的根本任務，強調廣大教師要做“四有好老師”、“四個引路人”，堅持“四個相統一”，深刻闡釋了教育對提高人民綜合素質、促進人的全面發展、增強中華民族創新創造活力、實現中華民族偉大復興具有決定性意義。而今天教室里的學生，是全程參與實現“兩個一百年”奮斗目標、實現中華民族偉大復興中國夢的主力軍，他們的素養與成長，理應成為教育教學工作的主體、中心。

（3）應用功能層基于關鍵模型與算法實現各類定制化的應用。

（4）展現層通過B/S結構的方式為用戶提供可視化界面，采用REST、Web Service、Remote Object將數據傳遞到GUI界面方法，以實現該系統的應用展示與狀態分析展示。

2.2 功能開發

基于保底電網的通信智能動態管理與動態仿真系統開發實現了以下功能模塊。

圖2 體系結構

圖3 模型數據交互模式

（1）綜合展示模塊包括數據圖標、風險數據、天氣預報、風險預警、警示信息以及資源信息等功能；

（2）保底通信息網模塊包括站點與光纜段拓撲分布、傳輸網管理、調度數據網管理以及仿真分析等功能；

（3）網架可靠性評價模塊包括光攬網評價管理、傳輸網評價管理和業務評價管理；

（5）光纜在線監測模塊包括監測策略管理和監測查詢管理；

（6）環境氣象仿真模塊包括光纜監察仿真測試、市政工程仿真測試、雷電仿真測試、山火仿真測試、臺風仿真測試和覆冰仿真測試；

（7）市政等系統內外工程數據模塊包括市政工程管理，通過在地圖上圈定區域并填寫相應的信息進行管理；

（8）基礎數據管理模塊包括站點管理和光纜管理；

（9）系統管理模塊包括權限管理、動作管理、角色管理、用戶管理、菜單管理和圖標配置。

2.3 特性要求

基于保底電網的通信智能動態管理與動態仿真系統具有以下技術特性：

（1）系統架構覆蓋保底通信網多維資源靜態數據、光纜層實時測量數據、網絡層實時運行狀態數據和外部環境氣象及輿情即時數據等多種類信息的自動采集；

（2）系統通過不同的接口適配器與外部系統進行對接，通過采集技術獲取保底通信網多維資源靜態數據、光纜層實時測量數據、網絡層實時運行狀態數據和外部環境氣象及輿情即時數據等多種類數據，再通過批處理、流式計算等技術整合和存儲獲取的數據；

（3）系統基于微服務技術對整合后的數據進行處理和應用，為系統使用者提供數據服務能力，采用緩存、并發和異步調用等技術實現高并發下的快速系統響應，通過平臺管理提供系統安全、系統服務質量監控和微服務注冊和發現管理；

（4）系統采用UI組件技術提供數據可視化，為系統使用者提供直觀的數據可視化實體；

（5）系統采用B/S結構，支持在Windows、Linux、Mac等客戶終端運行。

3 結語

廣東電網通信專業通過開展基于保底電網的通信網風險誘因分析，提出了一種保底電力通信網故障和誘因間關聯分析方法，研發了保底電網通信智能管理與動態仿真系統平臺，實現了綜合展示模塊、保底通信息網模塊、網架可靠性評價模塊、風險與應急管理模塊、光纜在線監測模塊、環境氣象仿真模塊、市政工程數據模塊以及基礎數據管理模塊等功能，實現了保底電力通信網運行風險實時智能分析和動態精準控制，為廣東電網智能電網特性研究奠定了理論和技術基礎。