基于业务的电力通信网重要节点辨识

基于业务的电力通信网重要节点辨识

发表时间：2019-07-05T12:03:29.633Z 来源：《电力设备》2018年第36期作者：张云峰

[导读] 摘要：电力通信网作为电力系统的支撑网络，是电网二次系统不可或缺的组成部分，是专门服务于电力系统稳定运行的通信专网，负责传输维持电力系统稳定所需的业务信息，其安全稳定影响着电力系统运行的安全稳定。

(国网山西省电力公司太原供电公司山西太原 030012)

摘要：电力通信网作为电力系统的支撑网络，是电网二次系统不可或缺的组成部分，是专门服务于电力系统稳定运行的通信专网，负责传输维持电力系统稳定所需的业务信息，其安全稳定影响着电力系统运行的安全稳定。同时也为电力系统的调度、生产、经营和管理以及保障电力系统的安全运行起到了重要作用。随着经济的不断发展，电网规模的不断扩大，功能的不断增多，电力网络越来越依赖于信息通信系统对其进行监测控制，以保障其安全可靠运行。

关键词：电力通信网；重要节点；业务重要度

引言

电力通信网作为典型的复杂网络，具有复杂网络常见的无标度特性或小世界特性，当网络关键节点受到攻击时，网络鲁棒性将受到较大影响。因此，辨识电力通信网的重要节点并采取相应保护措施十分必要。由于电力通信网与电力网络的相互依存性，电力通信网的关键节点对整体电力网络的可靠性有较大影响。文章提出一种基于电力通信网节点业务重要度和传输能力的节点重要度衡量指标。通过构建电力通信网容量矩阵和网络业务联络矩阵计算节点各类业务流介数，将各类业务流介数与业务权重加权得到节点重要度评价指标。该指标可应用于电力通信网规划阶段，解决了该阶段业务流量未知的问题，能够更加准确地辨识关键节点。

1电力通信网络模型的建立

本文主要通过拓扑层面与承载业务2方面对电力通信网的重要节点进行辨识。因此，根据电力通信网连接模型构建合理的容量矩阵，根据节点间的业务往来构建合理业务分布矩阵是保证重要节点辨识有效性的前提。

1.1电力通信网链路容量矩阵

电力通信网节点类型包括设置在调度中心的调度中心节点，设置于变电站的变电站节点等。同类型的节点可按电压等级进行区分，电压等级越高的站点，其通信节点也就越重要，影响力也就越大，比如500kV变电站影响力就大于220kV变电站。因此不同类型的电力通信网节点，其所承载的业务种类不同，业务数量也就不同，与此节点相连的链路容量也就相对较大，因此在构建电力网连接模型时，应充分考虑其链路容量的不同，所构建的电力通信网。

1.2电力通信网业务分布矩阵

电力通信网承载着多种电力业务，不同类型电力节点所承载的电力业务种类不尽相同，每对电力节点间传输的电力业务也不相同。如中调节点承载广域测量、调度自动化、变电站视频监测等业务，其与变电站之间链路相应传输此类业务信息，但中调节点不承载继电保护业务，其与变电站节点之间没有继电保护业务的交换。而500kV变电站节点之间需要交换继电保护业务信息，500kV变电站节点之间链路上也因而会传输继电保护业务的信息。

2节点重要度衡量指标

电力通信网可以看成许多节点和链路的集合，根据电力通信网静态拓扑结构确定通信网对应的无向网络，确定网络中每个节点承担的负载业务信息，包括所执行业务的类型及数量。复杂网络可以用G(V,E)来表示，其中G表示一个无向连通图，V为复杂网络中所有节点的集合，E为所有边的集合。

2.1节点静态重要度

将电力通信网抽象为无向连通图，那么可以根据网络拓扑中的节点收缩程度判断节点的凝聚度，而收缩后网络凝聚程度越高的节点越重要，因此可以用凝聚度来判断节点的静态重要性。根据电力骨干网络的基本拓扑图，初始化该无向连通图的链路值，进而得到该无向连通图对应的加权邻接矩阵。采用加权邻接矩阵根据经典的Dijkstra算法[18]得到节点对之间的最短路径，计算得到最短路径经过的链路个数，进而得到全网中每个节点对之间的最短路径的平均距离。

2.2节点业务重要度

静态重要度对节点重要度的衡量是从节点在网络中的位置以及连接情况等方面进行的，然而在实际的电力通信网结构中，节点都承担着关系电网安全的各种业务，包括线路继电保护、调度自动化以及变电站视频监控系统等，节点所承担的业务类型不同，对于电力通信网的安全运行影响也不同。节点业务重要度是指某项业务发生中断或存在缺陷的情况对电网安全稳定运行的影响程度，业务重要度与影响程度成正相关，即影响程度越大，所对应的业务重要度越高。因此提出将节点的业务重要度作为电力通信网节点重要度的衡量指标。电力通信网节点以及节点所在链路所承担业务的功能各不相同，它们对通信通道的高可靠性和实时性要求也不一样，按照电力系统安全生产及需求特点，结合业务安全性以及传输实时可靠性的要求，需要综合评估业务运行对电力通信网节点重要度的影响，本文采用层次分析法计算不同业务的重要度。

2.3关键节点辨识方法

关键节点辨识方法的属性指标包含了节点的静态重要性以及业务重要性。在电力通信网中，某一节点与网络中的其他节点连接的紧密程度越高，即节点的凝聚度越高，说明这个节点属于关键节点；另一方面，节点所在链路承担的业务量种类越多以及业务的重要度值越高，说明该节点越重要。因此，将根据网络凝聚度得到的节点静态重要度、根据节点所承担的业务量种类以及数量所得到的节点业务重要度作为关键节点辨识的指标具有合理性。与传统的复杂网络不同，作为特殊的电力通信网，从主观上可以判断业务重要度的指标权重要大于静态重要度的指标权重。首先根据电力通信网的实际拓扑结构将其抽象为加权网络模型，再根据网络静态拓扑结构属性及各个节点收缩后凝聚度的变化得到节点的静态重要度，根据节点以及节点所在链路所承担业务的种类和数量确定节点的业务重要度，对于两个重要度评价指标的权重采用三标度层次分析法进行确定，最后根据节点的静态重要度和业务重要度及其对应的权重计算各节点的重要度。节点重要度的值越大说明该节点越重要，计算得到节点重要度的值按从大到小的顺序排序，即可完成电力通信网的关键节点的辨识。

3实例分析

本文选取局部电力通信网对网络节点的重要度进行评估，其网络模型如图1所示。其中1号节点为省级调度中心(中调)，13号节点为地