电力通信网的关键节点辨识

电力通信网的关键节点辨识

梁发亮

内蒙古电力（集团）有限责任公司乌海超高压供电分公司内蒙古乌海市016000

摘要：电力通信网作为具体的复杂网络，具有明显的行业特征，复杂网络的关键节点辨识方法不能够全面、有效地反映出电力通信网节点在网络中的重要性，具有一定的局限性。因此，在评价电力通信网的节点重要度时，需要考虑实际网络中各节点的具体位置以及承担的业务量情况。

关键词：电力通信网；关键节点；辨识

前言

电力通信网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，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[1-5]。近年来，随着智能电网建设的不断推进，电力通信网的网络结构日趋复杂，同时承载的业务数量以及种类也日益增多。相关研究表明，在无标度网络中5%的关键节点受到攻击失效后，就可以使整个网络系统崩溃进而瘫痪[10-11]。因此，对电力通信网关键节点的辨识研究已成为一个重要课题。

1电力业务

随着电网复杂程度的不断加大，电力通信网的业务具有复杂、多样和覆盖面积大等特点，涉及电网的输电、变电、发电和调度等多个部分。因此，电力业务有很多种分类方式，具体如下：1）按照属性可大致分为生产业务和管理业务。2）按照电网二次系统安全管理体系可划分为四大安全区域业务。3）按照业务的实时性可划分为实时性和非实时性业务。4）按照分布情况可分为集中型、分层集中型、分散型和相邻型业务。

1.1电力业务对电力通信网络的要求

电力业务对通信网络的要求主要体现在网络的服务质量和安全性两个方面。具体如下：1）网络服务质量。（1）控制类业务。控制业务由专用网传输，其包括继保业务、调度自动化业务和安稳业务等，是电力系统实现智能控制的关键，对通信通道的时延、可靠性及安全性要求非常高，直接影响着电力网络的安全运行。（2）生产运行信息类业务。生产运行信息业务包括保护管理信息、广域相量测量系统、计量自动化、调度管理、安稳管理信息系统、保护管理信息和生产技术信息等。其对时延的要求不是太高，一般允许几百毫秒，但对信道的可靠性和准确性要求很高。（3）管理信息类业务。管理信息业务是电力运行和管理的支撑系统，对可靠性和安全性要求非常高，但对时延要求不是很高。其主要分为财务管理、市场营销、生产计划管理、人力资源管理和信息支持系统等。（4）管理办公类业务。管理办公类业务主要由通信业务和信息业务组成，对通信的可靠性和安全性要求较高。2）业务对通信网络的安全要求。依据《电力二次系统安全防护总体方案》，实现电力二次网络安全性防护的总体原则是：安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证。从业务的隔离与加密方式上的差异体现出业务对通信网的安全性要求。依据具体的业务采用不同的网络传输方式实现网络的专用，并依据业务的实时性与非实时性对同一网络划分不同的通信传输通道，满足业务对通信信道的安全性要求。

1.2电力业务对电网影响

电力通信网作为电力网络的专用网络，承载着不同的电力业务，用于实现电力网络的安全运行。因此，电力业务不仅对通信网络有要求，也影响着电力网络，主要表现在以下三个方面：1）业务中断对电网功能的影响。依据《中国南方电网有限责任公司电力事故（事件）调查规程》，电力事故（事件）分为电力人身伤亡事故（事件）、设备事故（事件）和电力安全事故（事件）三类。事故（事件）的等级划分标准非常明确，因此，可以通过引发事件（事故）的等级区分业务对电网功能的影响。2）业务中断对电网的影响范围。《中国南方电网有限责任公司电力事故（事件）调查规程》规定500kV、220kV和110kV等级的电压作为电力通信业务的服务对象，以省、市和县为单位划分行政等级。业务所处电压等级或行政等级不同，对电网的影响也不同。依据我国电网的现状，规定500kV电压等级和中调为同一个等级电网，220kV与地调视为相同的电压等级，110kV与县调视为相同的电压等级。但是属于安全区IV的业务对企业内部办公影响较大，而对电网的影响很小。3）不同安全区的业务对电网的影响。电力业务处于4个不同的安全区，导致业务对电网的影响程度存在差异。安全区I包含的电力业务对电网的影响最大，这是由于处于安全区I的业务为实时控制业务，主要负责对电力一次系统的实时监控，如果中断将带来巨大损失。非控制业务处于安全区II，主要负责对电力二次系统信息的采集和监控，如果中断会失去对其的监视。信息的管理业务一般分布在安全区III和安全区IV，由于安全区III的业务主要负责对系统信息的存储、管理与处理，如果中断工作人员将无法获得系统的运行信息，进而给电力系统的运行造成一定的影响。安全区IV的业务主要负责电网企业的日常办公，如果中断工作人员将会无法完成办公，间接影响电网的正常运行。

2基于多指标的关键节点辨识

在辨识关键节点时，评价指标包括节点拓扑重要度和业务重要度以及电力通信网节点所处电网站点的电网影响重要度3个指标。节点的拓扑重要度越大，即节点所处网络的位置越关键；节点承担的业务种类和数量越多，以及相应的业务越重要，节点故障，对网络业务重要度损失也越大；从电网影响来看，各个站点之间的差异也反映了各通信网节点之间的差异。因此将上述3个指标作为辨识电力通信网的关键节点具有合理性。为了合理确定各指标的权重，采用主观赋权法中的层次分析法和客观赋权法中的熵权法相结合的方法，确定各指标的综合权重。

2.1层次分析法

为了区别于一般的复杂网络，凸显电力通信网的行业背景，认为节点的业务重要度和电网影响重要度同等重要且重要性大于节点的拓扑重要度。层次分析法的步骤为：首先通过构造比较矩阵C，再经过相应变换得到判断矩阵R，经检验，满足一致性后得到各指标的主观权重。

2.2熵权法

熵权法是一种通过各指标的信息量来反映指标权重的客观赋权法。利用信息熵确定各指标的熵权，并用熵权法得到的权重对主观权重进行修正，得到客观的综合权重。节点承担的通信业务对节点的重要度影响大于其他两个指标。通过综合赋权法实现了主观决策与客观数据的良好结合，使得到的结果较客观准确。最后结合各指标下节点的重要度和对应权重得到节点的综合重要度，并排序辨识出网络中的关键节点。

结束语

本文在辨识电力通信网的关键节点时，结合网络的独特行业背景，综合考虑电力通信网的拓扑结构、节点承担的通信业务以及节点在电网中的位置及影响，构建了多指标评价体系，分别得到各节点在各指标下的重要度。结合主观层次分析法和客观熵权法，得到各指标的综合权重值，达到客观信息与主观决策的良好结合。最后，结合各节点的各指标重要度及其权重，计算得到各个节点的综合重要度，并对其排序辨识关键节点，能够较好地区分某一指标下具有相同重要度节点的重要性。可以运用本文方法将评价指标进行细化，来辨识更复杂网络的关键节点。本文方法对于识别电力通信网的关键节点具有较好的应用价值，为电力通信网关键节点保护提供参考依据，实现保护资源的合理分配来提高网络的可靠性。

参考文献：

[1]胡娟,李智欢,段献忠.电力调度数据网结构特性分析[J].中国电机工程学报,2009,29(4):53-59.

[2]邢宁哲.电力光纤通信网的复杂网络特性实证分析[J].光通信技术,2014(3):1-4