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特高壓交直流電網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)通信專網(wǎng)頂層設(shè)計(jì)方案研究

2018-08-02 09:39:46 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力通信專委會(huì)  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
十三五期間,隨著大容量遠(yuǎn)距離特高壓直流輸電技術(shù)的快速發(fā)展,風(fēng)電和光伏等新能源大量并網(wǎng),國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)資源優(yōu)化配置能力、跨區(qū)輸電能

“十三五”期間,隨著大容量遠(yuǎn)距離特高壓直流輸電技術(shù)的快速發(fā)展,風(fēng)電和光伏等新能源大量并網(wǎng),國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)資源優(yōu)化配置能力、跨區(qū)輸電能力顯著提高,電力一次系統(tǒng)正經(jīng)歷從純交流電網(wǎng)向交直流混聯(lián)、電力電子化電網(wǎng)轉(zhuǎn)換的歷史性變革。

作者:張媛 劉廣旭

隨著交直流混聯(lián)電網(wǎng)格局與電源結(jié)構(gòu)的深刻變化,系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題由局部、孤立向全局、連鎖方向演化。面對(duì)新形勢(shì)下的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題、運(yùn)維繁瑣和業(yè)務(wù)需求的的復(fù)雜多樣問(wèn)題,為確保大電網(wǎng)的安全、可靠,公司開拓創(chuàng)新,推動(dòng)構(gòu)建大電網(wǎng)安全綜合防御體系,即“系統(tǒng)保護(hù)”。系統(tǒng)保護(hù)是以有效控制大電網(wǎng)安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo),構(gòu)建多目標(biāo)控制、多資源統(tǒng)籌和多時(shí)間尺度協(xié)調(diào)的高可靠性、高安全性大電網(wǎng)安全綜合防御體系。

系統(tǒng)保護(hù)的廣域信息采集、多元協(xié)調(diào)精準(zhǔn)控制等功能對(duì)通信專網(wǎng)的覆蓋范圍、傳輸速率、信號(hào)質(zhì)量和安全性能等提出全新要求,因此,亟需構(gòu)建一張以現(xiàn)網(wǎng)資源為基礎(chǔ),以光通信為主、綜合多種傳輸技術(shù)并采用先進(jìn)、成熟技術(shù)裝備和設(shè)施的區(qū)域互聯(lián)、分層分區(qū)的高安全性專用業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò),為系統(tǒng)保護(hù)所覆蓋的源、網(wǎng)、荷相關(guān)站點(diǎn)的運(yùn)行信息采集和系統(tǒng)控制提供更大范圍、更優(yōu)性能、更短延時(shí)、更高安全的通信保障。

總體建設(shè)方案

(一)建設(shè)思路

為更好地落實(shí)系統(tǒng)保護(hù)通信專網(wǎng)建設(shè)原則,建設(shè)思路是:

1、兩個(gè)整合,即資源整合與業(yè)務(wù)整合。

資源整合是立足現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),合理分配資源,使系統(tǒng)保護(hù)通信專網(wǎng)在資源使用上相對(duì)獨(dú)立并提升安全可靠性。業(yè)務(wù)整合是將生產(chǎn)類業(yè)務(wù)與管理類業(yè)務(wù)在承載網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)分離。如下圖所示:

2、新建、改造并舉。

充分利用現(xiàn)網(wǎng)資源,新建一個(gè)獨(dú)立承載系統(tǒng)保護(hù)業(yè)務(wù)的承載網(wǎng),將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造、補(bǔ)強(qiáng)作為系統(tǒng)保護(hù)業(yè)務(wù)承載第二平面。即:

(1)新建一張SDH/MSTP傳輸網(wǎng),覆蓋系統(tǒng)保護(hù)協(xié)控主站、控制主站及各采集站、控制站,作為第一通道承載系統(tǒng)保護(hù)各類業(yè)務(wù)。解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中跨省、跨區(qū)業(yè)務(wù)多管理層級(jí)、多設(shè)備品牌、多節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接的問(wèn)題。

(2)改造現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡(luò),對(duì)運(yùn)行不穩(wěn)定、服務(wù)支撐不到位、容量不滿足要求的設(shè)備進(jìn)行更換改造,對(duì)系統(tǒng)中的非生產(chǎn)業(yè)務(wù)進(jìn)行騰退。作為第二、三通道承載系統(tǒng)保護(hù)各類業(yè)務(wù)。

(3)新建傳輸系統(tǒng)與現(xiàn)有SDH傳輸系統(tǒng)共同構(gòu)成系統(tǒng)保護(hù)通信骨干傳輸網(wǎng),承載生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)。

(4)新建系統(tǒng)保護(hù)數(shù)據(jù)專網(wǎng),覆蓋系統(tǒng)保護(hù)協(xié)控主站、控制主站及各采集站、控制站,承載系統(tǒng)保護(hù)采集類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。系統(tǒng)保護(hù)數(shù)據(jù)專網(wǎng)與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)間采用單向隔離裝置互聯(lián)。

3、分層分區(qū)建設(shè)。

根據(jù)系統(tǒng)保護(hù)架構(gòu)特征,統(tǒng)一設(shè)計(jì),統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),按照“1+6+n”模式,統(tǒng)一組織、分級(jí)建設(shè)、分步實(shí)施,建設(shè)模式如圖4所示。

“1” 為覆蓋六個(gè)分部的主、備協(xié)控主站及國(guó)調(diào)中心、分部調(diào)控分中心的系統(tǒng)保護(hù)跨區(qū)核心層;“6” 為各區(qū)域內(nèi)覆蓋區(qū)域主、備協(xié)控主站,區(qū)域直流控制主站、精準(zhǔn)負(fù)控主站、抽蓄控制主站、切機(jī)主站、解列控制主站及各采集站和控制站的系統(tǒng)保護(hù)區(qū)域骨干層;跨區(qū)核心層與區(qū)域骨干層之間在區(qū)域主、備協(xié)控主站進(jìn)行雙點(diǎn)連接,任意節(jié)點(diǎn)故障不影響業(yè)務(wù)傳輸。“n” 為由各省公司分頭建設(shè)的,覆蓋負(fù)控系統(tǒng)主站、控制子站、市縣公司、環(huán)網(wǎng)核心變電站、用戶接入變電站、用戶負(fù)控終端等節(jié)點(diǎn)的省內(nèi)負(fù)荷控制層。

4、安全可靠。

在路由組織,通道/設(shè)備冗余,信息安全、運(yùn)維保障、網(wǎng)絡(luò)管控上采取高標(biāo)準(zhǔn)安全策略和措施,確保系統(tǒng)安全可靠。

(二)建設(shè)原則

1、總原則

(1)緊跟需求,統(tǒng)一規(guī)劃。

準(zhǔn)確把握系統(tǒng)保護(hù)總體架構(gòu)和業(yè)務(wù)通信需求,以需求為導(dǎo)向,堅(jiān)持統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),保障安全裕度和容量空間,各級(jí)網(wǎng)絡(luò)遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),保持技術(shù)政策、技術(shù)架構(gòu)和運(yùn)維體系統(tǒng)一。

(2)安全可靠,責(zé)任明晰。

以安全為核心,構(gòu)建承載獨(dú)立、能控在控、運(yùn)維高效的通信專網(wǎng),優(yōu)化完善現(xiàn)網(wǎng)資源配置和業(yè)務(wù)運(yùn)行方式,顯著提升多級(jí)資源統(tǒng)一調(diào)控、分級(jí)運(yùn)維的技術(shù)支撐能力,強(qiáng)化與保護(hù)專業(yè)溝通協(xié)調(diào),明確安全責(zé)任界面。

(3)經(jīng)濟(jì)高效,融合創(chuàng)新。

立足公司通信網(wǎng)絡(luò)資源,依托“十三五”通信網(wǎng)規(guī)劃統(tǒng)籌開展網(wǎng)絡(luò)建設(shè)改造,以滿足系統(tǒng)保護(hù)全景狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)智能決策、一體協(xié)同控制功能需求,深化通信技術(shù)創(chuàng)新研究,推動(dòng)技術(shù)體制、組網(wǎng)技術(shù)、安全策略、仿真測(cè)試和網(wǎng)管技術(shù)的升級(jí)演進(jìn)。

(4)頂層設(shè)計(jì),分級(jí)實(shí)施。

按照頂層設(shè)計(jì)、試點(diǎn)先行、逐步拓展的原則,總分部、省公司遵循統(tǒng)一設(shè)計(jì),保持與系統(tǒng)保護(hù)建設(shè)步調(diào)協(xié)調(diào)一致,按照“1+6+n”模式統(tǒng)一組織、分級(jí)建設(shè)、分步實(shí)施。

2、傳輸網(wǎng)組網(wǎng)原則

(1)按照特高壓控制保護(hù)業(yè)務(wù)的安全性等級(jí),區(qū)域間系統(tǒng)保護(hù)信息應(yīng)具備3條獨(dú)立通信通道,區(qū)域協(xié)控主站與分控制站端間應(yīng)具備3條獨(dú)立通信通道,各執(zhí)行站、采集站到上級(jí)站點(diǎn)(分系統(tǒng)主站或協(xié)控主站)間應(yīng)具備2條獨(dú)立通信通道。

(2)為滿足系統(tǒng)保護(hù)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延的要求,在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及業(yè)務(wù)方式安排時(shí),應(yīng)通過(guò)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、優(yōu)選直達(dá)路由、減少網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)層級(jí)等方式降低通道傳輸時(shí)延。

(3)高度重視網(wǎng)絡(luò)與信息安全,控制類與采集類通信業(yè)務(wù)應(yīng)適當(dāng)分離,杜絕在通信專網(wǎng)中采集類通信與控制類通信直接或間接“短路”。系統(tǒng)保護(hù)專用承載網(wǎng)應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)專網(wǎng)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證等安全管控要求,確保網(wǎng)絡(luò)安全信息安全。

(4)加強(qiáng)系統(tǒng)保護(hù)通信專網(wǎng)網(wǎng)管系統(tǒng)安全管理,嚴(yán)格落實(shí)安全管理各項(xiàng)人防、技防措施,網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中應(yīng)對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行用戶權(quán)限、操作口令、系統(tǒng)漏洞等方面的全面核查清理。網(wǎng)管系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)的端到端配置、監(jiān)視和管理,實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確反映網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài),對(duì)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)性能劣化進(jìn)行提前預(yù)警。

(5)重視系統(tǒng)保護(hù)通信專網(wǎng)輔助配套設(shè)施建設(shè),相關(guān)通信站的機(jī)房、電源、空調(diào)等設(shè)施應(yīng)嚴(yán)格按照公司相關(guān)制度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配備,不滿足要求的應(yīng)同步改造,確保滿足設(shè)備安全可靠運(yùn)行條件。

(6)根據(jù)各省(區(qū)、市)精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)建設(shè)實(shí)際情況,開展相應(yīng)通信系統(tǒng)建設(shè)及通道組織工作,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及帶寬應(yīng)滿足負(fù)控系統(tǒng)信息采集及控制需要,終端通信接入網(wǎng)建設(shè)要因地制宜,符合公司相關(guān)技術(shù)政策,在安全措施能夠滿足要求的情況下,可采用無(wú)線通信手段。

3、數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)原則

(1)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)適度超前,數(shù)據(jù)專網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間帶寬應(yīng)不小于100M。

(2)每個(gè)節(jié)點(diǎn)均采用雙設(shè)備,構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)雙平面,提高網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕研浴?/p>

(3)合理進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分層,協(xié)控主站作為核心節(jié)點(diǎn),控制主站作為匯聚節(jié)點(diǎn),原則上任意有互訪需求的兩點(diǎn)間應(yīng)小于10跳。

(4)采用MPLS技術(shù),提升網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)效率。

(5)全網(wǎng)按照節(jié)點(diǎn)屬性和傳輸距離進(jìn)行路由設(shè)計(jì),便于流量規(guī)劃、減少時(shí)延。

(6)利用MPLS TE、VPN FRR、BFD等技術(shù)提供多重保障機(jī)制,提升端到端保護(hù)和故障下快速恢復(fù)能力。

(7)數(shù)據(jù)專網(wǎng)與傳輸專網(wǎng)同期規(guī)劃。

(8)應(yīng)選擇集采分類高、中端設(shè)備中線速轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延小的設(shè)備,降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。

4、網(wǎng)管系統(tǒng)建設(shè)原則

(1)采用統(tǒng)一部署、分級(jí)管理的原則進(jìn)行建設(shè),具備分級(jí)、分區(qū)管理能力,實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、跨系統(tǒng)電路的端到端全過(guò)程透明管理。

(2)要盡可能地統(tǒng)一設(shè)備品牌,提高網(wǎng)管系統(tǒng)融合度,并優(yōu)化、改造現(xiàn)有網(wǎng)管網(wǎng),提升網(wǎng)管網(wǎng)的安全水平。

(3)建設(shè)融合傳輸網(wǎng)網(wǎng)管與數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)管的綜合網(wǎng)管系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)傳輸通道與業(yè)務(wù)的關(guān)聯(lián)分析,以及基于業(yè)務(wù)視圖的端對(duì)端監(jiān)控與管理,滿足運(yùn)維體系要求。

(三)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)保護(hù)裝置設(shè)置原則及控制、采集類業(yè)務(wù)流向,系統(tǒng)保護(hù)通信專網(wǎng)分為三層,按照“1+6+n”形式進(jìn)行構(gòu)建,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

負(fù)控通信網(wǎng)又可分為三層,分別為核心層、匯聚層、接入層,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖7所示。

(四)預(yù)期成效

通過(guò)專網(wǎng)建設(shè),使系統(tǒng)保護(hù)通道在設(shè)備可靠性、可管理性及相應(yīng)的運(yùn)行管理機(jī)制等方面能夠充分滿足系統(tǒng)保護(hù)的嚴(yán)格要求,有效支撐運(yùn)行狀態(tài)廣域數(shù)據(jù)采集、信號(hào)快速傳輸和多維度控制策略快速執(zhí)行的高安全性、高可靠性系統(tǒng)保護(hù)功能實(shí)施,并將在承載能力、安全保障、技術(shù)進(jìn)步、規(guī)劃發(fā)展、隊(duì)伍建設(shè)等方面得到較大的提升。

技術(shù)體制

系統(tǒng)保護(hù)專用通信網(wǎng)主要承載控制類及采集類兩種業(yè)務(wù),對(duì)時(shí)延及安全要求極高。采用何種組網(wǎng)技術(shù)體制,構(gòu)建什么樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),是關(guān)系到系統(tǒng)保護(hù)需求能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。目前成熟的承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有五種:MSTP、PTN、OTN、ASON、IP路由器,其中,前四種屬于傳輸網(wǎng)技術(shù),主要用于提供剛性的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通道,適用于組建底層骨干傳輸網(wǎng),并可為保護(hù)、安控等需要物理隔離,同時(shí)對(duì)時(shí)延十分敏感的專線業(yè)務(wù)提供傳輸通道。IP路由技術(shù)屬于數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù),其在骨干網(wǎng)絡(luò)中需利用傳輸所提供的通道進(jìn)行組網(wǎng),通過(guò)廣播和尋址方式實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信,適用于多類型IP化業(yè)務(wù)的綜合承載。

在四種傳輸網(wǎng)技術(shù)中,PTN技術(shù)由于在傳輸性能和安全性方面存在不足,因此不建議采用其組建承載電網(wǎng)生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)的系統(tǒng)保護(hù)通信專網(wǎng)。ASON 技術(shù)是疊加在MSTP、OTN 等傳輸網(wǎng)絡(luò)之上的,通過(guò)提供自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和動(dòng)態(tài)建立連接等功能的分布式控制平面,在光傳送基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)之上,可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的、基于信令和策略驅(qū)動(dòng)來(lái)自動(dòng)控制的一種網(wǎng)絡(luò)機(jī)制。傳輸網(wǎng)中應(yīng)用ASON技術(shù),有利于提高網(wǎng)絡(luò)抗多點(diǎn)故障的能力,縮短業(yè)務(wù)中斷時(shí)間,提高網(wǎng)絡(luò)智能化水平,但是在現(xiàn)網(wǎng)中缺乏大規(guī)模商用的案例,特別對(duì)于承載重要生產(chǎn)業(yè)務(wù)的系統(tǒng)保護(hù)專用通信網(wǎng)中則更需深入論證及驗(yàn)證測(cè)試。

對(duì)于MSTP技術(shù)和OTN技術(shù),在網(wǎng)絡(luò)安全、運(yùn)行維護(hù)、時(shí)延特性等方面基本類似,都可以作為承載控制類信號(hào)的通信技術(shù)體制,OTN技術(shù)更適用于大容量傳輸網(wǎng)的建設(shè),MSTP技術(shù)在超長(zhǎng)距傳輸方面更有優(yōu)勢(shì)。

綜上所述,根據(jù)系統(tǒng)保護(hù)通信專網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求分析,綜合考慮控制業(yè)務(wù)接口帶寬、超長(zhǎng)距傳輸能力、通道時(shí)延指標(biāo)、運(yùn)維人員熟悉程度等因素,在帶寬需求小于10G的情況下,可采用10G MSTP技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng);在區(qū)域核心層或部分區(qū)段帶寬需求預(yù)測(cè)大于10G的情況下,可采用OTN技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng),在OTN網(wǎng)絡(luò)中配置SDH設(shè)備實(shí)現(xiàn)小顆粒業(yè)務(wù)接入。針對(duì)大顆粒的系統(tǒng)保護(hù)采集類業(yè)務(wù),可采用IP路由器技術(shù)組建系統(tǒng)保護(hù)專用數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行承載,路由器可以承載在底層MSTP網(wǎng)絡(luò)或OTN網(wǎng)絡(luò)之上。

結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)保護(hù)是全新的大電網(wǎng)安全綜合防御體系,對(duì)系統(tǒng)保護(hù)的認(rèn)識(shí)和理解是不斷深化、持續(xù)完善的過(guò)程,控制策略、功能需求、技術(shù)指標(biāo)等各方面的具體內(nèi)涵在不斷豐富。同時(shí),由于系統(tǒng)保護(hù)的復(fù)雜性和差異性,區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)通信專網(wǎng)的建設(shè)方案也有待于進(jìn)一步完善。因此,系統(tǒng)保護(hù)通信專網(wǎng)的建設(shè)方案需要結(jié)合系統(tǒng)保護(hù)研究和試點(diǎn)的進(jìn)展不斷滾動(dòng)改進(jìn)。

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