電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)解決方案

王衛(wèi)華

（安徽繼遠(yuǎn)軟件有限公司，合肥 230088）

電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)解決方案

王衛(wèi)華

（安徽繼遠(yuǎn)軟件有限公司，合肥 230088）

針對調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求及功能特點，文章提出了一種基于IP over SDH技術(shù)體制、采用MPLS/VPN技術(shù)組網(wǎng)的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)解決方案，運(yùn)用MPLS QoS技術(shù)提供差分化服務(wù)，保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實時傳達(dá)。此方案已在部分省市調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)投入使用，取得了較好的效果。

電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)；MPLS/VPN；MPLS QoS

1 引言

電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)是電力調(diào)度系統(tǒng)各業(yè)務(wù)運(yùn)行的數(shù)據(jù)傳輸平臺，網(wǎng)絡(luò)傳輸電網(wǎng)自動化信息、調(diào)度指令、繼電保護(hù)與安全自動裝置控制信息等，是電力安全生產(chǎn)指揮和調(diào)度自動化的重要基礎(chǔ)，在協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)發(fā)、送、變、配、用電等各環(huán)節(jié)及保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行方面發(fā)揮關(guān)鍵的作用[1]。電力調(diào)度系統(tǒng)的發(fā)展指導(dǎo)思想是“安全第一、預(yù)防為主，確保電網(wǎng)安全”，其根本職責(zé)是保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的首要要求，一是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自身運(yùn)行的安全可靠，二是要能夠保證調(diào)度自動化系統(tǒng)對電網(wǎng)的準(zhǔn)確監(jiān)控，確保電網(wǎng)的不間斷運(yùn)行。

2 方案概述

電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)基于IP over SDH的技術(shù)體制，采用MPLS/VPN[2]技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)，按安全等級劃分VPN，實現(xiàn)傳輸業(yè)務(wù)的邏輯分區(qū)，將電力生產(chǎn)的實時控制區(qū)與非控制生產(chǎn)區(qū)進(jìn)行安全隔離；采用分層PE技術(shù)，有效的解決MPLS L3VPN平面化模式和通信網(wǎng)絡(luò)層次化結(jié)構(gòu)之間的矛盾；采用MPLS QoS[3,4]技術(shù)提供了差分化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，確保了關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳送的實時性。

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計

電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)從功能上可以分為兩大部分，一部分是骨干網(wǎng)絡(luò)，另一部分是各級接入網(wǎng)絡(luò)[5-6]。電力調(diào)度網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)由第一平面和第二平面組成，又稱為骨干網(wǎng)A平面和骨干網(wǎng)B平面，兩個平面的拓?fù)浜凸?jié)點設(shè)置一致，互為備份。電力調(diào)度網(wǎng)絡(luò)骨干網(wǎng)分為四級，第一級為國家調(diào)度中心、第二級為區(qū)級電網(wǎng)調(diào)度中心、第三級為省級調(diào)度中心和省備調(diào)，第四級為地市調(diào)度中心。骨干網(wǎng)的功能主要是將各級電網(wǎng)調(diào)度中心與各級電力調(diào)度接入網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)。各級接入網(wǎng)的主要功能是接入和匯聚各級變電站和直調(diào)電廠，歸屬不同調(diào)度中心的變電站和直調(diào)電廠由不同的電力調(diào)度接入網(wǎng)進(jìn)行接入。一個變電站一般接入到兩張接入網(wǎng)中，實現(xiàn)上行鏈路的冗余備份。省調(diào)接入網(wǎng)主要用于接入歸屬省級電力公司調(diào)度的500kV/220kV變電站，而地調(diào)接入網(wǎng)則用于匯聚歸屬市級電力調(diào)度中心調(diào)度的110kV以下變電站。如圖1所示。

圖1 電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

2.2 網(wǎng)絡(luò)可靠性設(shè)計

（1）節(jié)點可靠性：網(wǎng)絡(luò)核心和骨干節(jié)點采用穩(wěn)定可靠的路由及交換產(chǎn)品，配置雙引擎、雙電源，保證設(shè)備的不間斷運(yùn)行。此外網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點采用雙機(jī)部署模式，避免單點設(shè)備故障問題發(fā)生。

（2）鏈路可靠性：組網(wǎng)拓?fù)湫枰罁?jù)電力通信傳輸資源，在設(shè)計上充分考慮線路冗余，網(wǎng)絡(luò)核心層與匯聚層設(shè)備之間互聯(lián)采用環(huán)網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)接入層與匯聚層設(shè)備互連采用雙上行鏈路，以確保網(wǎng)絡(luò)健壯性。如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)可靠性設(shè)計示意圖

2.3 多業(yè)務(wù)承載與安全隔離

業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不斷發(fā)展對調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)提出更高要求，多個關(guān)鍵系統(tǒng)在同一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)承載，保證不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的有效隔離、保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)的安全，是調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)建設(shè)的重要要求。在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)中采用MPLS VPN技術(shù)可實現(xiàn)多業(yè)務(wù)間的強(qiáng)邏輯隔離，不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行在不同的虛擬專用網(wǎng)中，保證了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的安全和可靠運(yùn)行[7,8]。一般情況下，按照電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)的要求，在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)中區(qū)分實時業(yè)務(wù)、非實時業(yè)務(wù)及應(yīng)急業(yè)務(wù)即可滿足業(yè)務(wù)需求。如圖3所示。

圖3 MPLS VPN多業(yè)務(wù)承載示意圖

由于MPLS L3VPN是平面結(jié)構(gòu)，PE設(shè)備無論處于網(wǎng)絡(luò)的哪個層次，對其性能要求是相同的。MPLS L3VPN網(wǎng)絡(luò)不能實現(xiàn)分層和分級，使業(yè)務(wù)的覆蓋能力受到限制，運(yùn)營成本無法降低，因此影響了MPLS L3VPN的大規(guī)模部署。

為實現(xiàn)MPLS L3VPN的大規(guī)模部署并降低運(yùn)營成本，電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)采用PE分層體系架構(gòu)，將PE的功能分布到多個PE設(shè)備上，多個PE承擔(dān)不同的角色，并形成層次結(jié)構(gòu)，共同完成一個PE的功能。分層體系架構(gòu)對處于較高層次設(shè)備的路由能力和轉(zhuǎn)發(fā)性能要求較高，而對處于較低層次設(shè)備的相應(yīng)要求降低，符合典型的分層網(wǎng)絡(luò)模型，有效解決MPLS L3VPN平面化模型和通信網(wǎng)絡(luò)層次化結(jié)構(gòu)之間的矛盾。

2.4 QoS服務(wù)質(zhì)量

為了滿足電網(wǎng)的實時監(jiān)視控制和電力市場實時業(yè)務(wù)需求，電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)必須是一個高實時性網(wǎng)絡(luò)，提供有保證的端到端延時。MPLS QoS是部署QoS業(yè)務(wù)的重要組成部分，在實際的MPLS組網(wǎng)方案中往往通過差分服務(wù)模型來實施QoS。MPLS QoS根據(jù)EXP的值來區(qū)分不同的數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)差分服務(wù)（帶寬保證、優(yōu)先級調(diào)度），保證網(wǎng)絡(luò)的高利用率[9]。通常在MPLS網(wǎng)絡(luò)邊緣的PE設(shè)備上，通過CAR等技術(shù)對用戶數(shù)據(jù)流進(jìn)行限制，確保VPN數(shù)據(jù)流符合帶寬約定，同時根據(jù)策略將IP報文標(biāo)記為不同的優(yōu)先級，然后將IP的TOS映射到MPLS標(biāo)簽的EXP域中，在進(jìn)行MPLS標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)時，根據(jù)標(biāo)簽中EXP進(jìn)行各種隊列調(diào)度，從而保證高優(yōu)先級的報文獲得更好的服務(wù)。如圖4所示。

圖4 MPLS QoS部署示意圖

電力調(diào)度網(wǎng)中的實時業(yè)務(wù)對時延、抖動、丟包率都有嚴(yán)格要求，所以必須將其分配到最高優(yōu)先級，對于非實時業(yè)務(wù)一般使用缺省隊列，分配一定的帶寬，其帶寬可被其余隊列擠占。

2.5 分級網(wǎng)絡(luò)管理

電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理采用帶內(nèi)網(wǎng)管方式。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)應(yīng)具備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾?、故障管理、配置管理、安全管理、流量分析、定制報表等功能。此外，還要求網(wǎng)管系統(tǒng)支持VPN業(yè)務(wù)的管理功能，能夠提供便捷的VPN業(yè)務(wù)部署。

調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)按照“統(tǒng)一調(diào)度、分級管理”原則運(yùn)行和管理，電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)中的網(wǎng)管系統(tǒng)一般采用分級部署模式。這種部署方式將整個網(wǎng)管系統(tǒng)分為上、下級兩層甚至多層，同一分級的多個物理區(qū)域，其管理區(qū)域之間是獨立的，各網(wǎng)管系統(tǒng)也是相互獨立的。在每一級調(diào)度主站部署一套網(wǎng)管系統(tǒng)，可通過上級網(wǎng)管直接對下級網(wǎng)管本身及某些重要設(shè)備直接進(jìn)行管理，各級調(diào)度主站可管理本地區(qū)范圍內(nèi)的設(shè)備。

3 方案特點

電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)主要用于傳輸電網(wǎng)自動化信息、調(diào)度指令、繼電保護(hù)與安全自動裝置控制信息等。根據(jù)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求及功能特點，本方案具有如下特點。

（1）高可靠：組網(wǎng)設(shè)備具有的高穩(wěn)定性和豐富的業(yè)務(wù)接口，滿足安全可靠的組網(wǎng)要求；組網(wǎng)拓?fù)湓O(shè)計依據(jù)電力傳輸資源使用情況，充分考慮線路冗余，確保網(wǎng)絡(luò)的健壯性。

（2）高安全：采用MPLS VPN技術(shù)架構(gòu)實現(xiàn)了電力生產(chǎn)多業(yè)務(wù)接入的安全隔離，同時嚴(yán)格按照電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)要求進(jìn)行安全布控，確保網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)安全性。

（3）實時性：通過MPLS QoS技術(shù)的部署，為不同業(yè)務(wù)提供差分化服務(wù)，對實時性要求高的業(yè)務(wù)預(yù)留網(wǎng)絡(luò)帶寬，確保數(shù)據(jù)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，滿足電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)對關(guān)鍵性業(yè)務(wù)實時傳送的要求。

（4）易管理：網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)端到端VPN業(yè)務(wù)的支撐及運(yùn)營能力，采用網(wǎng)管部署模式符合電力調(diào)度層級管理需求，同時也降低了網(wǎng)絡(luò)管理的難度。

4 結(jié)束語

此方案目前已在部分省市調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)投入使用，取得了較好的效果。由于各省市級度數(shù)據(jù)網(wǎng)的拓?fù)?、通信網(wǎng)絡(luò)資源現(xiàn)狀及業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)不盡相同，建議各省市可參照本方案并結(jié)合實際情況制定滿足應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)解決方案。

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10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.09.004

TM7文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2017）09-0010-03