电力通信系统服务安全与风险评估技术研究

电力通信系统服务安全与风险评估技术研究
陈彬;李虹
【摘要】In this paper, RBD (Reliability Block Diagram) and PRA (Probabilistic Risk Assessment) methods are proposed to solve the security and risk assessment of communication service in power system.In this paper, the risks are divided into explicit and implicit risks, and by considering the important degree of communication services in power system, combining the reliability of communication network, the classification of power system operation and the importance degree of power system operation, power system service risk valuecan be calculated.According to the results of the method described in this paper, it is proved that the proposed method has very good reliability and practicability.The method proposed in this paper can be applied to the security and risk assessment of power system communication network, and can be used in the optimization of power system service channel.%针对电力系统中通信运行服务的安全和风险评估问题,文中提出了RBD(可靠性框图)和PRA(概率风险评估)方法.并将风险分为显性风险和隐性风险,且考虑电力系统通信服务的重要程度,通过将通信网络的可靠性、电力系统运行分类、电力系统运行重要程度相结合,计算出电力系统通信服务的风险值.根据采用文中所述方法计算的结果,证实了文中方法具有良好的可靠性和实用性;还可适用于电力系统通信网络的安全和风险评估,以及应用于电力系统服务信道的优化.
【期刊名称】《电子科技》
【年(卷),期】2016(029)012
【总页数】4页(P126-129)
【关键词】安全和风险评估;可靠性框图;概率风险评估
【作者】陈彬;李虹
【作者单位】国网宁德公司信通公司,福建宁德 352000;国网宁德公司信通公司,福建宁德 352000
【正文语种】中文
【中图分类】TN256
电力系统的安全性和可靠性取决于电信网络的支持。

随着电力系统和电信网络的快速建设，电信网络的结构变得越来越复杂[1-5]。

在这种条件下，科学地优化电信网络结构以及布置电力系统服务，对于电力系统电信部门而言是一项紧迫的研究课题。

为了解决这一问题，需要评估电力系统电信网络的安全性和可靠性条件以及电力系统服务的风险，这有助于根据评估结果制定优化计划[6-9]。

在本文中，执行了基于RBD(可靠性框图)的可靠性评估方法和基于PRA(概率风险评估)的服务风险评估方法，解决了相应的可靠性和风险评估问题。

服务安全分类和安全水平确定是电信网络可靠性和服务风险评估的基础。

1.1 服务安全分类
根据在电信服务出错时由电信服务造成的有害影响，电力系统运行服务可分为如下3类：I类运行服务是指安全区I中的运行服务，I类运行服务是直接监控电力系统最为重要的服务，其是电力生产和运行的保证；II类运行服务是指安全区II中的运
行服务，该运行服务是在线运行的无控制功能的电力系统的重要服务，其是电力系统与运行的必要部分；III类运行服务是指安全区III中的运行服务，该类运行服务包括不在安全区I和II中的电力企业管理的全部服务。

1.2 服务重要程度
运行服务重要程度是指电信运行服务中断或发生故障时，对电力系统安全和稳定的有害影响程度，反映电信服务对电力系统影响的运行服务重要程度是电信服务风险评估的最重要指标。

对于中继保护服务[10-12]，存在如下几个因素：包括影响服务重要程度指数的中继保护数、传输模式和信道数。

中继保护服务输电线路的数目越多，每个中继保护服务的重要程度越低。

若一个中继保护服务具有更多的传输信道，则该中继保护服务的每个信道将具有相应较小的重要程度值。

通常，PLC信道具有比光纤信道更低的运行服务重要程度。

无论使用哪种中继保护服务通道，例如，两个光纤通道、一个光纤一个PLC、一个光纤或一个PLC，则每个中继保护的运行服务重要程度对于某一特定电线是相同的。

如上所述，中继保护服务的运行服务重要程度值，如表1和表2所示[13-16]。

如表1和表2所示，括号中的值是指具有一个光纤信道和一个PLC信道的中继保护服务重要程度值。

括号外的值是指具有两个光纤信道的中继保护重要程度值。

根据评估规则，每个配置模式的每个中继保护服务信道的重要程度值的总和是相同的，且每个中继保护服务也是相同的。

安全稳定系统由通过电厂的电信设备连接的两个或多个安全稳定的控制装置组成。

通常，安全稳定系统可分为不同的站，例如，主控站、变电站和执行站。

上述不同站之间的电信对电力系统具有不同的影响，因此应考虑其开始和结束的信道来确定服务重要程度值。

综上所述，安全稳定服务的运行服务重要程度值如表3所示。

直流控制运行服务是电力系统最重要的服务之一。

在考虑N-1和N-2的情况下，该服务将具有不同的重要程度。

在考虑N-2的情况下，将具有比N-1的情况大的重要程度。

如上所述，直流控制服务的运行服务重要程度值如表4所示。

1.3 电信服务风险的分类
显性风险是指在电信信道中断时直接影响电力系统的风险。

运行服务显性风险值是指当服务出现故障时的电力系统运行和生产风险的评估值。

隐性风险是指当电信服务信道出现故障而运行服务未中断时，间接影响电力系统的风险。

运行服务隐性风险值是指当电信服务信道出现故障而运行服务未中断时，电力系统运行和生产风险的评估值。

2.1 RBD的概念
RBD算法是使用从电信网络抽象的可靠性框图，且根据每个电信节点的可靠性指数值来从端到端评估电信网络和服务信道的可靠性的方法。

2.2 RBD工作流程
基于路径追踪算法，RBD的工作流程如下：
步骤1 首先根据拓扑图搜索两点之间的所有可用路径；
步骤2 然后为所有或部分可用路径集合创建可靠性表达数组；
步骤3 根据预设的可靠性表达数组和可靠性指标值计算可靠性值；
步骤4 根据计算结果，结合电信网络拓扑，分析整个网络的可靠性。

2.3 RBD的应用范围
RBD算法是可以从端到端计算服务信道的可靠性评估方法之一。

使用历史可靠性统计值，结合电信网络拓扑，可通过电信点和链路搜索采用RBD算法来计算每个服务信道的可靠性。

RBD算法可用于电信网络拓扑可靠性评估，可帮助找到所评估网络的弱点，并有助于加强对弱点的维护。

根据评估结果，其可为电信部门如何
优化网络提供科学建议。

此外，通过对当前网络优化方案和运行服务布置计划的评估，可帮助电信部门决定方案是否合理、科学，这将有力地支持网络的变更和运行服务布置。

3.1 PRA的概念
PRA(概率风险评估)算法是一种结合运行服务信道的故障概率和信道承载的运行服务重要程度的风险评估方法。

对于每个运行服务，若将运行服务重要程度值和故障概率值相结合时，可以获得单个运行服务的风险值。

当总结信道上承载的所有单个运行服务风险时，将得到信道上承载的所有运行服务的显性风险和隐性风险。

PRA的主要思想可表示如下
其中，R为在信道上承载的所有运行服务的风险评估值；i为运行服务i；N为信道上承载的运行服务数；IDi为运行服务i的重要程度值；FPi为运行服务i的故障概率值。

在上述的等式中，IDi和FPi是PRA算法的重要指标。

3.2 PRA工作流程
显然，当通信信道发生故障时，通信信道上所承载的运行服务会受到影响。

在受影响的运行服务中，有些运行服务中断，其他运行服务的可靠性会降低。

基于上述PRA的思想，PRA算法可表示为
其中，R为通信信道的整体风险值；R1为通信信道的显性风险值；R2为通信信道的隐性风险值。

通过下式计算显性风险
其中,为电力系统控制运行服务的显性风险值，计算公式如下
R″1为电力系统非控制运行服务的显性风险值，计算公式如下
其中，Fj为运行服务j的故障概率值；Zj为运行服务j的运行服务重要程度值；k1为被中断的运行服务数，k1≥1。

通过下式计算隐性风险
其中,为电力系统控制运行服务的隐性风险值，计算公式如下
R″2为电力系统非控制运行服务的隐性风险值，计算公式如下
其中，Fj为运行服务j的故障概率值；Zj为运行服务j的运行服务重要程度值；k2为可靠性低的运行服务数；k2≥1，Nj为运行服务j的可用路由数；nj为运行服务j的所有可用路由的故障数，nj<Nj。

PRA算法是主要计算传输线的风险等级和值的风险评估方法。

假设传输线故障，
可根据这些运行服务的数目和重要程度值，获得该传输线的风险评估值。

当计算风险值时，需要设置上述计算公式的每个指标值，然后得到传输线的风险值。

3.3 PRA的应用范围
虽然某些传输线的风险不能通过PRA算法和相应的工具来降低，但可得到电信网
络的整体风险分布。

根据风险评估结果，电信部门可以科学地调整运行服务的安排，从而降低风险值较高的传输线路的风险等级。

因此，当这些传输线具有故障时，将降低其对电力系统所带来的风险。

考虑以下电信网络的拓扑，如图1所示。

该电信网络承载的运行服务如下：在该拓扑结构中有两个逻辑链路，其是来自站A～E和来自站B～F的逻辑链路。

根据上述方程，风险评估值计算如下：
可靠性与风险评估技术是电力系统运行和生产的重要保证。

在文中进行了基于电信网络RBD的评估方法和基于电信服务PRA的风险评估方法。

利用这些可靠性评
估和风险评估技术，可帮助电信部门分析弱点或高风险值传输线，这将对运行服务信道布置和网络优化有较大益处。

电信网络的可靠性评估和风险评估应在电信网络的整个生命周期内实施。

此外，相应工具的研发也较为重要。

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