基于負載均衡的電力傳輸網(wǎng)構(gòu)建

楊安坤

(中國電建集團河南省電力勘測設計院有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

某省省網(wǎng)同步數(shù)字體系 (synchronous digital hierarchy，SDH)網(wǎng)絡(以下簡稱“省網(wǎng)”)始建于2006年，在網(wǎng)運行多年，設備老化加重，總體故障率呈增長趨勢，部分在網(wǎng)設備型號停產(chǎn)，亟需進行改造。某省下轄18個地市，各地區(qū)傳輸網(wǎng)僅有1張SDH網(wǎng)絡(以下簡稱“地網(wǎng)”)，承載了地區(qū)2張調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)及其他生產(chǎn)業(yè)務網(wǎng)絡，網(wǎng)絡重載，安全可靠性有待提升。省網(wǎng)接入網(wǎng)總體輕載，與地網(wǎng)帶寬共享、工作協(xié)同、均衡負載的作用有待提高。

1 某省傳輸網(wǎng)現(xiàn)況

1.1 省網(wǎng)現(xiàn)況及問題分析

省網(wǎng)核心層配置雙套設備，覆蓋省調(diào)、18地市地調(diào)和500 kV以上變電站，接入層配置單套設備，覆蓋18地市220 kV變電站，形成南北2張網(wǎng)絡，分別采用依賽和華為品牌設備組網(wǎng)，核心層帶寬10Gbps，接入層帶寬2.5Gbps。省網(wǎng)承載了調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)骨干雙平面、調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)省調(diào)接入網(wǎng)等省級重要生產(chǎn)控制類業(yè)務網(wǎng)絡。

圖1 省網(wǎng)設備分布示意圖

省網(wǎng)主要存在兩方面問題：一是非自主可控設備占比較高。依賽設備為進口合資品牌，華為OSN7500/3500等主流在網(wǎng)設備型號停產(chǎn)。二是設備超期服役現(xiàn)象普遍存在。截止2022年底，10年以上省網(wǎng)SDH設備占比54%，近3年，省網(wǎng)共發(fā)生設備故障300余起，并呈現(xiàn)逐年增長趨勢。

1.2 地網(wǎng)現(xiàn)況及問題分析

某省18個地市公司均建設有覆蓋地區(qū)35 kV以上站點的SDH傳輸網(wǎng)絡，采用環(huán)形網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，核心帶寬10Gbps/2.5Gbps，接入層帶寬622Mbps/155Mbps，主要承載電網(wǎng)Ⅰ、Ⅱ區(qū)生產(chǎn)控制類業(yè)務。

地網(wǎng)存在的主要問題是各地區(qū)僅有1張SDH網(wǎng)絡，但承載了2張地區(qū)調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)及其他生產(chǎn)控制類業(yè)務網(wǎng)絡，不具備冗余承載網(wǎng)，網(wǎng)絡重載，業(yè)務承載的安全可靠性仍有待提升。雖然各地區(qū)有省網(wǎng)接入網(wǎng)覆蓋220 kV站點，但僅定位于承載省網(wǎng)業(yè)務接入層，未用于地網(wǎng)業(yè)務承載。

2 帶寬測算與分析

根據(jù)某省電力業(yè)務承載網(wǎng)定位，SDH網(wǎng)絡主要承載電網(wǎng)Ⅰ、Ⅱ區(qū)生產(chǎn)控制類業(yè)務，分組傳送網(wǎng)（packet transport network，PTN）網(wǎng)絡主要承載電網(wǎng)Ⅲ、Ⅳ區(qū)管理信息類業(yè)務，光傳輸網(wǎng)絡(optical transport network，OTN)主要承載省-地綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務。本文根據(jù)各業(yè)務承載要求、當前省地SDH傳輸網(wǎng)應用模式以及國家電網(wǎng)印發(fā)的帶寬測算方法，參考2030水平年對省地傳輸網(wǎng)帶寬需求進行測算，結(jié)果見表1所列。其中省網(wǎng)接入網(wǎng)和地區(qū)網(wǎng)絡以中大型(6個縣)核心位置地市為例。

根據(jù)表1測算結(jié)果可知：

1)省干傳輸網(wǎng)

2030年某省省干SDH網(wǎng)絡斷面業(yè)務流量達107.863Gbps，省調(diào)SDH下聯(lián)出口帶寬需求達到44.783Gbps，承載了調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)骨干雙平面等重要生產(chǎn)業(yè)務網(wǎng)絡，因此省干核心網(wǎng)建成雙平面10Gbps網(wǎng)絡，實現(xiàn)冗余承載、業(yè)務分擔仍十分必要，同時應合理規(guī)劃省、備調(diào)出口網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，地調(diào)上聯(lián)出口應采用10Gbps帶寬。

2)地區(qū)傳輸網(wǎng)

以中大型(6個縣)核心位置地市為例，2030年地網(wǎng)SDH網(wǎng)絡斷面業(yè)務流量達49.551Gbps，地調(diào)SDH下聯(lián)出口帶寬需求達16.139Gbps，上聯(lián)帶寬需求達5.477Gbps，由1張SDH網(wǎng)絡承載了地區(qū)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)雙平面等重要生產(chǎn)業(yè)務網(wǎng)絡。地網(wǎng)1張10G SDH網(wǎng)絡在合理網(wǎng)絡規(guī)劃、安全可靠運行的前提下才可滿足業(yè)務承載需求，同時縣調(diào)出口帶寬應至少2.5Gbps帶寬，地調(diào)備調(diào)出口帶寬應為10Gbps帶寬。

3)省網(wǎng)接入網(wǎng)

以中大型(6個縣)核心位置地市為例，參考當前省網(wǎng)接入網(wǎng)應用模式，2030年省網(wǎng)接入網(wǎng)SDH網(wǎng)絡斷面業(yè)務流量達9.523Gbps，接入網(wǎng)上聯(lián)核心網(wǎng)總帶寬8.254Gbps，下聯(lián)接入層總帶寬9.523Gbps，主要承載調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)骨干雙平面上聯(lián)/互聯(lián)業(yè)務、調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)省調(diào)接入網(wǎng)地區(qū)匯聚層及接入層、繼電保護等生產(chǎn)控制類業(yè)務。除地調(diào)出口帶寬需求較大外，網(wǎng)絡其他區(qū)段總體輕載。因此，省網(wǎng)接入網(wǎng)地調(diào)出口帶寬應為10Gbps帶寬或多個2.5Gbps帶寬上聯(lián)至核心層。

綜上，省干傳輸網(wǎng)、省網(wǎng)接入網(wǎng)、地區(qū)傳輸網(wǎng)網(wǎng)絡狀況對比見表2所列。

表3 方案對比表

3 省地傳輸網(wǎng)構(gòu)建方案

綜合考慮當前國網(wǎng)技術(shù)政策和傳輸技術(shù)發(fā)展水平，省網(wǎng)SDH傳輸網(wǎng)改造仍應采用成熟可靠的SDH技術(shù)體制。根據(jù)省地傳輸網(wǎng)存在的問題和帶寬需求預測，充分結(jié)合省地傳輸網(wǎng)運維管理體制，同時考慮省網(wǎng)傳輸網(wǎng)改造和地區(qū)傳輸網(wǎng)重載治理，提出以下3種省地傳輸網(wǎng)構(gòu)建方案。

3.1 方案一

3.1.1 設計原則

1)運維管理體制不變。即省網(wǎng)核心網(wǎng)和省網(wǎng)接入網(wǎng)運行方式權(quán)限歸屬省公司，地區(qū)傳輸網(wǎng)運行方式權(quán)限歸屬地市公司。

2)建網(wǎng)標準不變。即省網(wǎng)核心層站點采用雙設備配置，寬帶為10Gbps，接入層單設備配置，寬帶為2.5Gbps。地區(qū)傳輸網(wǎng)保持不變，仍采用現(xiàn)有10Gbps/2.5Gbps網(wǎng)絡。

3)業(yè)務承載方式不變。即省網(wǎng)僅定位于承載省網(wǎng)業(yè)務，地網(wǎng)僅定位于承載地網(wǎng)業(yè)務。

3.1.2 設計方案

1)省網(wǎng)核心網(wǎng)

改造現(xiàn)有省網(wǎng)核心網(wǎng)，更換老舊停產(chǎn)設備，新建網(wǎng)絡覆蓋省調(diào)、備調(diào)、省檢、數(shù)據(jù)中心、18地市地調(diào)以及樞紐500 kV以上核心節(jié)點，采用雙設備配置，形成雙網(wǎng)，帶寬10Gbps。核心層雙網(wǎng)合理規(guī)劃網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、均衡分擔負載(主要為調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)骨干雙平面、調(diào)度交換網(wǎng)以及其他重要跨區(qū)業(yè)務)、相互冗余備份，宜采用不同品牌設備。

2)省網(wǎng)接入網(wǎng)

改造現(xiàn)有省網(wǎng)接入網(wǎng)，更換老舊停產(chǎn)設備，新建網(wǎng)絡覆蓋地市220 kV變電站，采用單設備配置，仍用于承載省網(wǎng)業(yè)務的接入層。

3)地區(qū)傳輸網(wǎng)

保持不變，不進行改造。

3.2 方案二

3.2.1 設計原則

1)運維管理體制不變。即省網(wǎng)核心網(wǎng)和省網(wǎng)接入網(wǎng)運行方式權(quán)限歸屬省公司，地區(qū)傳輸網(wǎng)運行方式權(quán)限歸屬地市公司。

2)省網(wǎng)建網(wǎng)標準不變，地市建設第二張SDH傳輸網(wǎng)。即省網(wǎng)核心層站點采用雙設備配置，寬帶為10Gbps/2.5Gbps，接入層單設備配置，寬帶為2.5Gbps。地區(qū)傳輸網(wǎng)建設第二張SDH網(wǎng)絡。

3)業(yè)務承載方式不變。即省網(wǎng)僅定位于承載省網(wǎng)業(yè)務，地網(wǎng)僅定位于承載地網(wǎng)業(yè)務。

3.2.2 設計方案

1)省網(wǎng)核心網(wǎng)

改造現(xiàn)有省網(wǎng)核心網(wǎng)，更換老舊停產(chǎn)設備，新建網(wǎng)絡覆蓋核心節(jié)點，同方案一。

2)省網(wǎng)接入網(wǎng)

改造現(xiàn)有省網(wǎng)接入網(wǎng)，更換老舊停產(chǎn)設備，新建網(wǎng)絡覆蓋地市220 kV變電站，同方案一。

3)地區(qū)傳輸網(wǎng)

地區(qū)傳輸網(wǎng)建設第二張SDH網(wǎng)絡，采用10Gbps/2.5Gbps寬帶，覆蓋地調(diào)、縣調(diào)、縣調(diào)第二匯聚點和220 kV站點，與現(xiàn)有地區(qū)傳輸網(wǎng)形成雙網(wǎng)，均衡分擔負載(主要為地區(qū)調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)雙平面)，相互冗余備份，宜采用不同品牌設備。

3.3 方案三

3.3.1 設計原則

1)優(yōu)化運維管理體制。省網(wǎng)核心網(wǎng)運行方式權(quán)限歸屬省公司，省網(wǎng)接入網(wǎng)運行方式權(quán)限部分或全部下放至地市公司，提高地市公司網(wǎng)絡應用自主權(quán)。地區(qū)傳輸網(wǎng)運行方式權(quán)限仍歸屬地市公司。

2)提升省接入網(wǎng)建網(wǎng)標準。省網(wǎng)核心層站點采用雙設備配置，寬帶為10Gbps，接入層單設備配置，寬帶提升至10Gbps/2.5Gbps，并優(yōu)化覆蓋至縣調(diào)和縣調(diào)第二匯聚點。地區(qū)傳輸網(wǎng)保持不變，仍采用現(xiàn)有10Gbps/2.5Gbps網(wǎng)絡。

3)優(yōu)化業(yè)務承載方式。省網(wǎng)接入網(wǎng)容量提升后，優(yōu)先保證省網(wǎng)接入層業(yè)務承載，同時用于地網(wǎng)業(yè)務承載。

3.3.2 設計方案

1)省網(wǎng)核心網(wǎng)

改造現(xiàn)有省網(wǎng)核心網(wǎng)，更換老舊停產(chǎn)設備，新建網(wǎng)絡覆蓋核心節(jié)點，同方案一。

2)省網(wǎng)接入網(wǎng)

改造現(xiàn)有省網(wǎng)接入網(wǎng)，更換老舊停產(chǎn)設備，覆蓋地市220 kV變電站的同時延伸覆蓋至縣調(diào)及縣調(diào)第二匯聚點，新建網(wǎng)絡采用10Gbps/2.5Gbps。省網(wǎng)接入網(wǎng)與地區(qū)傳輸網(wǎng)形成均衡分擔負載(主要為地區(qū)調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)雙平面)、相互冗余備份的網(wǎng)絡。

3)地區(qū)傳輸網(wǎng)

保持不變，不進行改造。將地區(qū)調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)其中一個平面遷移至省網(wǎng)接入網(wǎng)。

3.4 方案比選

根據(jù)以上傳輸網(wǎng)構(gòu)建方法，結(jié)合某省省電網(wǎng)規(guī)模，各方案對比如下：

根據(jù)以上分析，綜合考慮安全可靠性、經(jīng)濟性和適用性，推薦采用方案三。

3.5 組網(wǎng)方式和負載均衡

省干傳輸網(wǎng)和接入網(wǎng)改造涉及省調(diào)和18地市公司，站點多、范圍廣。為便于后期運維管理，并盡量降低停供停服、廠商壟斷等風險，建議省網(wǎng)核心網(wǎng)和接入網(wǎng)采用2個品牌設備組網(wǎng)，如圖2所示。

圖2 省地SDH傳輸網(wǎng)構(gòu)建示意圖

地區(qū)1張傳輸網(wǎng)承載了2張地區(qū)調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)是造成地區(qū)傳輸網(wǎng)重載和安全可靠性不足的重要原因。根據(jù)本文提出的網(wǎng)絡構(gòu)建方案，由省網(wǎng)接入網(wǎng)均衡地區(qū)網(wǎng)業(yè)務，將其中1張調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)改由省網(wǎng)接入網(wǎng)承載，提高地區(qū)調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)運行可靠性。

4 結(jié)語

本文提出的基于負載均衡的電力傳輸網(wǎng)構(gòu)建方案，有效解決了省干傳輸網(wǎng)、省網(wǎng)接入網(wǎng)和地區(qū)傳輸網(wǎng)存在的問題，建設規(guī)模和投資規(guī)模適中。通過共建共享，結(jié)合運維管理模式優(yōu)化，本文方案有利于形成結(jié)構(gòu)清晰、層次分明、穩(wěn)定高效、負載均衡的省地傳輸網(wǎng)，將有效支撐電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

省網(wǎng)傳輸網(wǎng)改造的目標是建設安全可靠性高、經(jīng)濟適用性強、擴展性好、可持續(xù)發(fā)展的傳輸網(wǎng)絡，以保障電網(wǎng)安全運行和各類業(yè)務的發(fā)展需求。但傳輸技術(shù)發(fā)展日新月異和各類業(yè)務發(fā)展難以準確預測，給網(wǎng)絡規(guī)劃帶來很大不確定性。因此省網(wǎng)傳輸網(wǎng)技術(shù)路線選擇應在充分考慮現(xiàn)有業(yè)務承載需求的同時，充分考慮新老業(yè)務及傳輸技術(shù)的發(fā)展趨勢，積極試點MSOTN、SPN、新型SDH等新技術(shù)新設備，合理進行技術(shù)體制選擇，充分預留發(fā)展空間，適當超前規(guī)劃，以保證升級改造后的省網(wǎng)傳輸網(wǎng)全生命周期內(nèi)的適用性。