地市級電力光傳輸網(wǎng)優(yōu)化分析

夏 帥張 軍李政均王善義譚 夢

(國網(wǎng)湖北省電力有限公司十堰供電公司,湖北 十堰 442000)

地市骨干傳輸網(wǎng)是電力通信網(wǎng)的重要組成部分,為支撐電力生產(chǎn)調(diào)度和管理經(jīng)營發(fā)揮著重要作用[1]。

伴隨著新型電力系統(tǒng)的建設(shè),業(yè)務(wù)需求呈現(xiàn)新能源、新業(yè)務(wù)大規(guī)模接入、控制由局部向全域拓展、由骨干向末梢延伸、信息采集爆發(fā)式增長等特點,地市骨干傳輸網(wǎng)面臨著巨大挑戰(zhàn)。十堰地區(qū)骨干傳輸網(wǎng)在不同時期逐步建成,雖已實現(xiàn)全面網(wǎng)絡(luò)覆蓋,但整體性不強,存在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不合理問題。因此,需要調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓撲、組網(wǎng)方式,優(yōu)化光傳輸網(wǎng)性能,提升骨干傳輸網(wǎng)的業(yè)務(wù)承載能力,全面實現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)同。

1 光傳輸網(wǎng)現(xiàn)狀

十堰地區(qū)骨干光傳輸網(wǎng)采用華為Optix 系列光傳輸設(shè)備部署,應(yīng)用多業(yè)務(wù)傳送平臺(Multi-Service Transfer Platform,MSTP)/同步數(shù)字體系(Synchronous Digital Hierarchy,SDH)技術(shù)體制,核心層傳輸容量為10 Gbit/s,匯聚層容量僅僅為622 Mbit/s。目前,光傳輸網(wǎng)覆蓋了地調(diào)中心站、220 k V 變電站、110 k V 變電站、35 k V 變電站、縣調(diào)中心站,二級單位以及部分用戶廠站,承載著電力生產(chǎn)控制和經(jīng)營管理多項業(yè)務(wù),主要包括繼電保護、安全穩(wěn)定控制、自動化、調(diào)度電話以及行政電話、營銷繳費、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)、動力環(huán)境監(jiān)控、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)(Management Information System,MIS)等重要業(yè)務(wù)[2]。十堰地區(qū)骨干傳輸網(wǎng)現(xiàn)狀嚴(yán)重制約了業(yè)務(wù)擴展,難以適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的建設(shè)需求,存在主要問題如下。

(1)現(xiàn)有地區(qū)骨干網(wǎng)、縣域網(wǎng)獨立建設(shè),不能滿足地縣一體化發(fā)展要求。

隨著公司地縣一體化建設(shè)的持續(xù)推進,縣域通信網(wǎng)與地市骨干通信網(wǎng)的一體化整合要求不斷增強?？h調(diào)不再配置調(diào)度自動化主站,采用地調(diào)主站延伸終端的方式;縣域調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)完全接入到地市調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入網(wǎng);縣公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)要求采用GE 通道接入地市公司匯聚節(jié)點;縣域通信設(shè)備與地市通信設(shè)備需要納入統(tǒng)一監(jiān)視管理。十堰公司現(xiàn)有地市骨干通信網(wǎng)與縣域通信網(wǎng)分別獨立建設(shè),雖然縣域設(shè)備與骨干網(wǎng)設(shè)備品牌基本統(tǒng)一,因?qū)俨煌谠O(shè)計和建設(shè),沒有考慮設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)視和管理、業(yè)務(wù)的縱向貫通以及新建變電站的接入,迫切需要進行一體化優(yōu)化整合。

(2)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理,無法提升網(wǎng)絡(luò)整體性和可靠性。

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中220 k V SJD、110 k V ZS(ZS公司第二匯聚點)、LZ(FX 公司第二匯聚點),這3 個站點作為南三縣的接入點,應(yīng)納入核心層網(wǎng)絡(luò)。隨著DJ至YX 第2光纜路由的建設(shè)、以及規(guī)劃的220 k V TGY 變電站的建設(shè),可將DJ公司和220 k V JZ 變多路由接入核心層。北部網(wǎng)絡(luò)隨著DY變電站的建設(shè),可優(yōu)化成小環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。部分縣接入網(wǎng)均采用背靠背方式接入核心網(wǎng),此結(jié)構(gòu)不適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

(3)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)容量瓶頸、帶寬不夠,不適應(yīng)新增業(yè)務(wù)的需求。

預(yù)計“十四五”末期,通信網(wǎng)核心層斷面業(yè)務(wù)流量將達到30.5 G。目前縣域網(wǎng)以622 M 鏈路接入10 G 環(huán)網(wǎng),上聯(lián)帶寬瓶頸較為凸顯,現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)無法滿足調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)第二平面、配電自動化等業(yè)務(wù)發(fā)展需求。縣域內(nèi)多為622 M 小環(huán)網(wǎng)和622 M/155 M 單鏈路,接入帶寬容量小,不能滿足新增業(yè)務(wù)需求。因此迫切需要提升縣域網(wǎng)帶寬,提高網(wǎng)絡(luò)傳輸能力。

(4)網(wǎng)絡(luò)效率偏低。

網(wǎng)管系統(tǒng)的ECC缺少統(tǒng)籌規(guī)劃,使網(wǎng)絡(luò)管理信息、告警信息、開銷字節(jié)的傳送速度欠佳,管理時效性低。電路的通道規(guī)劃缺乏對電路等級的分級管理考慮,通道使用缺少整體規(guī)劃而造成的電路運行混亂,致使電路調(diào)配日益復(fù)雜、局端上下電路難度增加、交叉矩陣?yán)速M嚴(yán)重且使用不均衡、電路運行的清晰度低;線路纖芯的規(guī)劃分配不合理,限制了設(shè)備組網(wǎng)的靈活性,存在大范圍纖芯迂回的現(xiàn)象;管理不到位,纖芯使用混亂。

2 光傳輸網(wǎng)優(yōu)化原則

光傳輸網(wǎng)優(yōu)化的總體原則是“網(wǎng)絡(luò)分層,業(yè)務(wù)分類”,調(diào)整部分業(yè)務(wù)的運行方式,確保不會造成設(shè)備或線路重載現(xiàn)象[3]。

地市級光傳輸網(wǎng)采用核心層、匯聚層、接入層3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。核心層站點選擇應(yīng)充分考慮光纜網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及光纜可靠性,要求拓撲相對穩(wěn)定,規(guī)劃期內(nèi)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)無重大調(diào)整的情況下,地市骨干傳輸網(wǎng)核心層不應(yīng)調(diào)整。匯聚層主要考慮各子網(wǎng)內(nèi)光纜路由較多的高電壓等級變電站以及各縣級調(diào)度機構(gòu)。接入層為各子網(wǎng)支線變電站。對于傳輸網(wǎng)承載的業(yè)務(wù),按照屬性和等級,劃分為生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)和管理信息類業(yè)務(wù)。在資源分配時,優(yōu)先保障生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)的帶寬、時延、通道冗余性的需求。

核心層骨干網(wǎng)以現(xiàn)有城網(wǎng)為基礎(chǔ),以220 k V OPGW 光纜為依托,形成10 G 環(huán)網(wǎng),地市公司以2*10 G 接入骨干網(wǎng)。核心層主要承載調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、通信數(shù)據(jù)網(wǎng)、配電自動化、公司內(nèi)網(wǎng)等大顆粒業(yè)務(wù),以及匯聚層至核心層的業(yè)務(wù)匯聚,同時核心層負責(zé)220 k V 線路繼電保護、安全穩(wěn)定控制等實時業(yè)務(wù)傳輸。

匯聚層主要覆蓋縣公司、縣公司第二匯聚點、樞紐220 k V 變電站。匯聚層節(jié)點以2點、2.5 G速率接入骨干網(wǎng)。實現(xiàn)縣域覆蓋范圍內(nèi)的35 k V、110 k V 變電站信息內(nèi)網(wǎng)、動力環(huán)境監(jiān)控等小顆粒業(yè)務(wù)匯聚。

接入層網(wǎng)絡(luò)以現(xiàn)有縣域網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),形成以縣公司和縣公司第二匯聚點為核心的622 M 環(huán)網(wǎng),各支線110 k V 變電站、35 k V 變電站以622 M/15 5M 速率接入環(huán)網(wǎng)。為了節(jié)省投資,在不影響主干環(huán)網(wǎng)拓撲的情況下,現(xiàn)有設(shè)備利用已有板卡接入。

3 光傳輸網(wǎng)優(yōu)化分析

3.1 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

根據(jù)光纜資源的實際,骨干網(wǎng)主環(huán)優(yōu)先使用可靠性較高的OPGW 光纜。合理規(guī)劃網(wǎng)元之間的拓撲鏈接,優(yōu)先采用光纖自愈環(huán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),對于光纜資源有限的接入節(jié)點輔以相切環(huán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),逐步將現(xiàn)網(wǎng)中星型結(jié)構(gòu)改為環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。局部相切環(huán)組網(wǎng)時,可在兩環(huán)相切的節(jié)點上配置雙環(huán)網(wǎng)元設(shè)備交叉保護,克服雙環(huán)相切時節(jié)點保護可靠性差的問題。對于有條件的樞紐節(jié)點,可適當(dāng)采用相交環(huán)方式組網(wǎng),能夠?qū)崿F(xiàn)對單相交節(jié)點失效時的業(yè)務(wù)保護。

對于接入層較長的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)改造。據(jù)行業(yè)經(jīng)驗,當(dāng)一個環(huán)網(wǎng)節(jié)點多于8個,網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險點顯著增多,故障發(fā)生率增大,網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定性級別較低,環(huán)內(nèi)業(yè)務(wù)保護容量降低[4]。

結(jié)合網(wǎng)絡(luò)實際情況,對有條件的縣域接入環(huán)予以裂環(huán)拆環(huán)。例如,圖1中環(huán)上網(wǎng)元數(shù)量較多,將該接入環(huán)拆環(huán),如圖2所示,線路資源將增加一倍,可以有效緩解該環(huán)線路資源緊張的情況,并能提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。針對圖3中環(huán)內(nèi)資源緊張、擴容困難的節(jié)點,進行加環(huán)擴容,實現(xiàn)雙環(huán)運行,如圖4所示。

圖1 縣域接入環(huán)優(yōu)化前網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖2 縣域接入環(huán)優(yōu)化后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖3 加環(huán)擴容前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖4 加環(huán)擴容后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

對于網(wǎng)絡(luò)拓撲中鏈型組網(wǎng)的節(jié)點,通過新建部分光纜,將能成環(huán)的鏈路盡量成環(huán),不能成環(huán)的鏈路盡量控制在3~4個以內(nèi),保持網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

3.2 增加節(jié)點交叉能力

對存在帶寬瓶頸的樞紐節(jié)點,通過增加光板容量、設(shè)備升級,提升骨干通信網(wǎng)傳輸能力[5]。依據(jù)設(shè)備的槽位分配原則,對骨干通信網(wǎng)全網(wǎng)設(shè)備的線路板、以太網(wǎng)板所占用的板位進行調(diào)整,預(yù)留10 G 槽位,以太網(wǎng)板盡量占用支路槽位。對不具備條件的老舊設(shè)備升級更換,重要節(jié)點或匯聚節(jié)點優(yōu)先考慮10 G 光傳輸設(shè)備,提升時分交叉容量。同時,對于部分樞紐站點適當(dāng)考慮增加擴展子架,實現(xiàn)擴容。對于樞紐節(jié)點的容量升級,應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)流量預(yù)測分析,保持通道容量有一定的余量,以滿足新增業(yè)務(wù)的需要。

3.3 統(tǒng)一資源分配

伴隨電網(wǎng)的發(fā)展和智能電網(wǎng)的建設(shè),電力通信網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)不再局限于傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度,而是發(fā)展成多種電力相關(guān)業(yè)務(wù)的綜合平臺。隨著新型電力系統(tǒng)的建設(shè),未來需要對電網(wǎng)進行大規(guī)模、全過程的監(jiān)視、控制、分析,電網(wǎng)計算將向動態(tài)、超實時的方向發(fā)展,大量的電網(wǎng)狀態(tài)信息將通過信息通信網(wǎng)實時傳輸與交換。網(wǎng)絡(luò)資源分配不合理、手動配置業(yè)務(wù)時,交叉時隙缺少規(guī)劃的弊端尤為凸顯,將嚴(yán)重制約光傳輸網(wǎng)的整體性能。因此,迫切需要對全網(wǎng)的時隙資源進行統(tǒng)籌分配、規(guī)劃,提升資源的利用率,適應(yīng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)的需求[6]。

資源的統(tǒng)一分配應(yīng)在梳理現(xiàn)網(wǎng)中時隙資源的使用情況及分析不同類型新增業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上,對本地區(qū)業(yè)務(wù)的流量、方向進行歸納,對遠期的時隙資源做出基本預(yù)測和規(guī)劃。目前地市級光傳輸網(wǎng)可按以下思路對全網(wǎng)時隙資源統(tǒng)籌規(guī)劃。

(1)業(yè)務(wù)配置時減少業(yè)務(wù)跨網(wǎng)、跨環(huán)轉(zhuǎn)接,避免時隙資源的浪費,同時增加潛在的故障節(jié)點。

(2)小顆粒業(yè)務(wù)的匯聚盡量在網(wǎng)絡(luò)的邊緣(某幾個選定的匯聚節(jié)點)進行,匯聚成大顆粒業(yè)務(wù)后,再進入核心層傳送。

(3)根據(jù)業(yè)務(wù)的類型和本地時隙資源,對高階通道進行分配。通過業(yè)務(wù)類型劃分VC4資源,建立業(yè)務(wù)與時隙資源的映射關(guān)系,能夠有效提升時隙使用效率,同時也給故障處理帶來便利。

(4)對于小顆粒業(yè)務(wù)(VC12級別),規(guī)劃同一類型業(yè)務(wù)應(yīng)分配同一個VC4內(nèi)的低階時隙,原則上不能跨高階時隙使用,減少非必要的交叉資源消耗。

3.4 網(wǎng)管系統(tǒng)優(yōu)化

目前網(wǎng)絡(luò)規(guī)模逐漸增大,一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)ECC 互通的網(wǎng)元數(shù)量高達200個,隨著新型電力系統(tǒng)的建設(shè),網(wǎng)元數(shù)量將更加龐大。而ECC 巨網(wǎng)在運行中存在諸多隱患。

部分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,大量路由廣播信息導(dǎo)致DCC 通道發(fā)生擁塞,引起ECC 收斂速度顯著緩慢,網(wǎng)元信息丟失;ECC巨網(wǎng)可能導(dǎo)致通道堵塞致使告警丟失或延遲上報,影響網(wǎng)元業(yè)務(wù)的配置與下發(fā);巨網(wǎng)ECC 路由表刷新頻繁,導(dǎo)致主機產(chǎn)生異常復(fù)位;網(wǎng)絡(luò)的擁塞最終導(dǎo)致部分網(wǎng)元脫網(wǎng)。

針對現(xiàn)網(wǎng)中ECC巨網(wǎng)問題,有效的優(yōu)化方式是對現(xiàn)網(wǎng)進行分割,將一個大的網(wǎng)絡(luò)劃分為多個小的ECC子網(wǎng),以確保路由信息和數(shù)據(jù)只在小網(wǎng)內(nèi)傳播,不會擴散到其它網(wǎng)絡(luò)。參考業(yè)界做法,SDH 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)限制網(wǎng)元數(shù)量,一般是32或者64個網(wǎng)元作為一個小的管理子網(wǎng)[7]。業(yè)界測試數(shù)據(jù)表明,當(dāng)一個ECC子網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)元數(shù)量不超過64個時,能夠獲得較好的網(wǎng)絡(luò)性能。

按照分層分域的思路,對現(xiàn)網(wǎng)劃分ECC 子網(wǎng),對于地區(qū)光傳輸網(wǎng),可以考慮按縣域劃分子網(wǎng),以匯聚節(jié)點為各ECC 子網(wǎng)的主備網(wǎng)關(guān),在網(wǎng)絡(luò)資源富余的條件下,可以考慮建設(shè)網(wǎng)管網(wǎng)專用數(shù)據(jù)承載網(wǎng),避免大量網(wǎng)元的管理信息在全網(wǎng)帶內(nèi)通道傳送,減輕骨干網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的管理壓力。同時,將各個ECC子網(wǎng)之間互通的STM-N 光/電接口的ECC關(guān)閉。一般而言,通過ECC 巨網(wǎng)分割,可以在很大程度上優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)管理性能。另外,如果有多張成熟的光傳輸網(wǎng)絡(luò),可以考慮建立帶外DCN 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)網(wǎng)元管理信息傳送,并且?guī)捒梢哉{(diào)節(jié),同時還具備環(huán)網(wǎng)保護功能。

4 結(jié)束語

電力通信光傳輸網(wǎng)的優(yōu)化是一個長久的過程,伴隨著業(yè)務(wù)發(fā)展需求、電網(wǎng)建設(shè)以及技術(shù)的演進,需要不斷優(yōu)化調(diào)整,使得光傳輸網(wǎng)保持在一個健康穩(wěn)定的運行狀態(tài)。通過對光傳輸網(wǎng)擴容、環(huán)網(wǎng)的升級,提升了業(yè)務(wù)的承載能力,基于全網(wǎng)的時隙統(tǒng)籌管理,增強了節(jié)點資源調(diào)度的靈活性,合理拆分ECC 巨網(wǎng),大幅減輕了單個網(wǎng)關(guān)的管理壓力,通信網(wǎng)運行風(fēng)險顯著降低,有效保障了電力系統(tǒng)的安全。