智能电网中通信网络可靠性保障技术的研究

发布时间：2018-11-16 12:27

【摘要】：在构建能源互联网的背景下,电力通信网作为承载智能电网和未来能源信息交互的基础设施,对可靠性的要求越来越高。智能电网的结构形态、业务特性和信息流向分布,决定了电力通信网的形成和资源配置;而电力通信网的可靠性程度,直接影响了智能电网发展和运营的水平。电力通信网的可靠性需要在物理拓扑、网络性能、业务部署等方面进行规划和优化来保障。因此,面向智能电网开展通信网络可靠性保障关键技术的研究,具有重要的理论意义和实际应用价值。通信网可靠性研究可分为可靠性分析评估和可靠性保障提升两个环节,当前研究集中在可靠性分析评估方面,缺少可靠性保障提升方面的研究成果。本文分析了智能电网中通信网络可靠性在物理层、网络层、业务层所呈现的不同特征,从经济成本控制、网络资源利用、业务风险分布和级联故障影响等四方面深入研究了智能电网中通信网络可靠性保障关键技术,提出了面向电力通信网物理层、网络层、业务层等不同层面的可靠性保障方法和机制。本文的主要工作和贡献包括如下:(1)在物理层可靠性保障方面,针对当前快速发展的智能配电网大量利用光纤通信组网时,存在的拓扑可靠性保障需求与经济成本控制之间的矛盾,提出了一种计及拓扑可靠性且以成本控制为目标的光纤组网规划优化方法。该方法在基于未来规划站点位置的基础上,结合已有网络拓扑结构,综合考虑网络建设经济成本、拓扑可靠性、业务分布等因素,构建网络结构优化模型,并采用粒子群算法确定最佳的网络拓扑结构规划和优化方案。最后分别结合模拟环境、某地市实际光传输网这两种环境下进行仿真,从成环率、经济成本等因素对规划优化方案进行对比分析,验证了所提出方法能较好的兼顾经济性和可靠性,在不同可靠性保障要求下能够做到经济成本最优化控制。(2)在网络层可靠性保障方面,针对智能配用电网中由于存在无线、PLC等多种异构通信方式,导致的实时业务可靠性保障需求与网络资源利用率低之间的矛盾,提出了一种面向可靠性和吞吐量的配用电通信网异构资源优化分配方法。在该方法中,基于无线Mesh和PLC两种异构通信资源,首先提出了将业务数据处理服务映射到无线Mesh和PLC网络的配用电通信虚拟化场景,再通过分析业务与网络间的承载映射关系,设计了网络虚拟映射模型,以实时业务可靠性需求下最大化业务吞吐量为目标函数,以网络资源映射关系为约束条件,建立了优化问题模型,最后采用遗传算法与启发式算法确定虚拟网络资源的优化分配方案。通过仿真实验,验证了该方法能较好的兼顾网络资源利用率和实时业务可靠性,在保障实时业务可靠性的前提下,能够提升网络吞吐量及资源利用率。(3)在业务层可靠性保障方面,针对电力通信网中运行着大量生产控制类和管理信息类业务,存在着重要业务通道可靠性保障需求与业务运行风险分布不均衡的问题,提出了一种面向业务可靠性的负载均衡路由优化机制。在该机制中,在分析业务与网络的承载风险关系的基础上,构建了通道路由负载优化问题模型,提出了基于相对熵的TOPSIS改进法来确定业务重要度。以全网风险均衡度为优化目标,兼顾全业务风险度、网络风险度和负载均衡度,基于业务重要度提出了负载风险均衡的业务路由选择算法,实现了新增业务路由的最优化选择。最后通过仿真实验表明,无论针对单业务还是整体网络,该机制均能够有效降低网络和业务整体的风险,能够较好地兼顾重要业务可靠性需求与全网业务运行的整体风险。(4)在网络与业务跨层保障方面,针对电力通信网与智能微电网之间设备供电和信息交互的相互依赖关系,存在着一方发生故障后可能形成级联故障和故障传播的风险问题,提出了一种基于相依耦合模型的通信网-电网级联故障抑制机制。在该机制中,首先结合电力通信网与电网之间业务承载与供电依赖关系,构建了面向电力通信网/电网的相依耦合网络模型。针对电网节点故障后可能造成的级联故障,基于相依耦合网络模型,设计了网络耦合级联故障抑制算法,用来控制电力相关线路、节点电流变化范围以及信息通道或通信节点失效数量,避免或减少发生次生故障,进而抑制级联故障发生和故障传播。最后通过仿真实验,从故障后电能变化、通信失效数量等角度验证了该算法的有效性,说明该机制在一定程度上可以抑制通信网和电网之间的级联故障,进而可保障通信网-电网耦合网络运行的可靠性。
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【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM73;TM76

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