现代电力通信网可靠性研究

第４０卷第５期

２０１３年１０月２５日数　字　通　信

ＤｉｇｉｔａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＶｏｌ４０，Ｎｏ．５

Ｏｃｔ．２５　２０１３

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ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３８２４．２０１３．０５．００８

现代电力通信网可靠性研究

梁　柯，邓雪波，温永怡，李秉毅

（国家电网重庆市电力公司，重庆４０００１５）

摘　要：电力通信网可靠性在电力系统安全稳定运行中起着至关重要的作用。通过从网络自身和网络运行２个方面对电力通信网可靠性影响因素、评价指标等内容做了分析，归纳出了可靠度、平均故障间隔时间、平均修复时间探讨了电力通信网的可靠性研究方法，为今后电力通信和生存性４个可靠性参数并分别给出了计算公式。最后，网的发展研究奠定了一定的基础。

关键词：电力通信网；可靠性；影响因素；评价指标中图分类号：ＴＮ９１５．８５　　　　　　　　文献标识码：Ａ

文章编号：１００５３８２４（２０１３）０５００３１０３

０　引　言

随着现代通信技术的发展，电力系统越来越依赖于通信网络。电力通信网是现代电力系统的重要组成部分，是一个以数字载波为主，电力线载波通信为辅，包含了光传输网、微波传输网、程控交换网、调度数据网、综合数据网和通信监测网等多种网络的

１］

复杂系统［。电力通信网的故障会对电力系统造

通信设备周边的自然条件，比如温度、湿度、防震和防尘等；不可控制因素是指通信设备周边的突发外部事件，比如自然灾害、人为故障和突发事件等。内部因素是指通信设备可靠性、网络的拓扑结构和网络的组织和维护管理等，内部因素主要受通信技术发展的影响，随着通信技术的快速发展，不断地会有新设备和新技术投入使用，从而对电力通信网的可靠性产生影响。一方面，新设备和新技术的使用可以提高网络运行和管理维护的效率，对电力通信网可靠性产生积极的影响；另一方面，新设备和新技术会提高网络的复杂度，随着网络规模不断扩大，必定会给网络的维护和管理带来一定困难，一旦发生故障，造成的后果会非常严重。

从网络运行的角度可以将可靠性影响因素分为固有因素和性能因素。固有因素主要取决于通信设备可靠性和网络拓扑可靠性，不论网络本身多么复杂，网络单元（节点和链路）发生故障是造成电力通信网性能下降的根本原因，网络单元故障往往是因为设备本身老化（偶发故障）和设备运行环境的变化（异常故障），设备寿命的概率分布可以通过根据统计学原理研究得到，设备由于运行环境变化导致的故障往往原因复杂，缺乏基础数据，难以建立对应的数学模型，一般采用定性描述；网络拓扑结构也是影响电力通信网可靠性的重要因素，只有当网络拓扑可靠性足够高时，通信网络中任意２点通信的可靠性才能够高于通信设备可靠性决定的单链路通信可靠性，比如网状或者环形的拓扑结构能够有效提高网络整体的可靠性。性能因素主要体现在网络维护有效性和用户需求２个方面，高效的网络维护管理体系可以减少网络故障发生次数和故障持续时间，提高网络运行的效率，从而满足用户对于通信业务的需求。

成非常严重的影响，因此，电力通信网的可靠性对于整个电力系统实现安全运行、平稳调度和综合管理具有极其重要的意义。

目前，国内外学者针对通信网可靠性已经进行了大量的探索研究，提出了一系列可靠性评价方法，但是电力通信网可靠性与公共通信网相比，有一定的相似性，但也存在很多特殊的要求，电力通信网主要是为电力系统提供控制、调度、管理信息的传输服务，公共通信网的可靠性参数、评价指标并不适合电力通信网的要求，在建立电力通信网评价体系时需要充分考虑其实际运行状况，因此，必须重视对电力通信网可靠性的研究。

１　电力通信网可靠性影响因素

电力通信网是一个复杂的、开放的通信系统，影响其可靠性的因素有很多。从网络本身的角度可以将可靠性影响因素分为外部因素和内部因素。外部因素是指通信设备和网络周围的环境，外部因素又能够进一步分为可控制因素和不可控制因素。可控制因素是指

收稿日期：２０１２１１２２　修回日期：２０１２１２０９

现代电力通信网可靠性研究

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数　字　通　信　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４０卷　

从上述分析可以看出，影响电力通信网可靠性的因素有很多，一个高可靠性的电力通信网需要有符合技术标准的通信设备、光缆线路和电源系统，要有合理的、具有自愈能力的网络拓扑结构，在此基础上，全面完善的网络维护管理也是必不可少的，只单纯提高通信设备和网络技术的可靠性，难以保证网络可靠运行，还需要对通信设备和通信线路进行定期的故障检测和排查，在网络出现故障后，能够及时准确地对故障进行定位和修复，提高网络运行的可靠性水平和满足用户需求的能力，进而实现电力通信网的建设以及运行目标。

２　电力通信网可靠性参数

对于一般系统而言，ＧＢ３１８７—１９９４给出了可靠性定义：某一系统在规定条件和时间内完成其应有功能的能力。关于通信网可靠性目前还没有统一的定

义［

２３］

，比较科学的通信网可靠性定义是：在自然和人为的破坏作用下，通信网在规定条件和时间内实现用户正常通信需求的能力。对于电力通信网而言，其可靠性定义应该能够反映出电力系统的特殊要求，文献［

４］给出了电力通信网可靠性定义：电力通信网按照可接受的通信服务质量标准和通信业务需求，为电力系统提供持续性通信的能力。根据电力通信网的可靠性定义，可以归纳出电力通信网的可靠性参数如下。

１）可靠度。

可靠度是指系统在具体规定的条件和时间内完成预期功能的概率

［５］

，通常用Ｒ（ｔ）来表示。根据可

靠度定义，用公式（

１）表示Ｒ（ｔ）为Ｒ（ｔ）＝Ｐ（Ｔ＞ｔ）　ｔ≥０

（１）

式（１）中：Ｔ是指系统的寿命，它是一个随机变量；Ｐ

是指系统寿命大于ｔ的概率。

２）平均故障间隔时间ＭＴＢＦ。

在电力通信网中，通信设备包括传输设备（如ＳＤＨ、ＭＳＴＰ、ＰＤＨ）、交换设备（如路由器）以及接入设备（如ＰＣＭ）等。信道包括电力线载波、光纤电缆等。在计算可靠性时，通常将平均故障间隔时间ＭＴＢＦ作为系统无故障指标，它可以反映通信设备的质量和在特定时间内保持应有功能的能力。平均故障间隔时间ＭＴＢＦ是指２次相邻故障之间的平均间隔时间，用公式（

２）表示为ＭＴＢＦ＝

∫

∞

０Ｒ（ｔ）ｄｔ。（２）

　　因为电力通信网是一个具有可修复的系统，我们假设其设备的故障率是一个常数，则平均故障间隔时间Ｍ

ＴＢＦ可以用公式（３）表示为ＭＴＢＦ＝

１

λ

（３）

式（３）中：λ是设备故障率。

如果对电力通信网进行可靠性测试的检测时间为ＴＲ，在这段时间内发生故障的频率为ｆ，则平均故障间隔时间Ｍ

ＴＢＦ可以用公式（４）表示为ＭＴＢＦ＝

ＴＲ

１ｆ＝λ

。（４）

３）平均修复时间ＭＴＴＲ。

平均修复时间ＭＴＴＲ是指系统完成故障修复的

平均时间［

６］

，主要由故障定位时间和故障修复时间组成。我们设系统的故障修复率为η，则平均修复

时间ＭＴＴＲ可以用公式（５）表示为ＭＴＴＲ＝

１

η

。（５）　　如果对电力通信网进行可靠性测试的检测时间

为ＴＲ，在这段时间内发生故障的频率为ｆ，每一次故障的修复时间为ｔ１，ｔ２，…，ｔｆ，则平均修复时间ＭＴＴＲ可以用公式（６）表示为

ｆ

ＭＴＴＲ＝

∑ｔｉ

ｉ＝１

ｆ

。（６）

４）生存性。

电力通信网是一个可修复的系统，它反复经历

一个正常工作—发生故障—修复故障的过程［

７］

，如图１所示。系统在运行时无故障时间的比例越高，系统的生存性就越高。系统生存性是指系统在任何随机事件点都处于正常运行状态的概率，用Ａ（ｔ）来表示。系统生存性可以用公式（

７）表示为Ａ（ｔ）＝

ηλ＋η＝λ－λ＋η

）ｔλ＋η

ｅ（。

（７

）

图１　电力通信网生存性模型

３　电力通信网可靠性研究方法

传统的单一系统可靠性具有明确的定义，并且有准确的数学模型，但是电力通信网包含了传输网、交换网、数据网和管理网等各种网络，是一个复杂的系统，各个子网之间的关系复杂，网络设备多种多样，同时由于用户分布的不确定性，网络拓扑也具有很强的随机性，因此在研究电力通信网可靠性问题时，需要从整体和宏观去把握可靠性的影响因素，对电力通信网的可靠性做出全面准确的评估，从各个方面采取有效措施来保证电力通信网安全、稳定、可

现代电力通信网可靠性研究

　第５期　　　　　　　　　　　　梁　柯等：现代电力通信网可靠性研究

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靠、高效的运行，最大限度地满足电力系统的通信需求。为了实现这一目标，我们在对电力通信网进行可靠性评估时应当遵循自顶向下、从整体到局部的原则，采用逐层分析对电力通信网的可靠性进行研究。

１）细化研究对象，明确研究问题。

电力通信网包含了多种网络，每一种网络都可能具有不同的拓扑结构、不同的工作环境、不同的操作要求、不同的维护等级以及承载不同的通信数据，这些因素必然使得各个子网具有不同的可靠性要求，因此在对电力通信网可靠性进行整体把握的前提下，还需要对各个子网进行进一步的可靠性分析。我们可以将电力通信网可靠性的研究问题归结为：人为或环境因素造成破坏的发生原因和规律、如何保证电力通信网的运行质量、如何提高网络在异常情况下的自愈能力。

２）建立评价指标，确定指标权重。

通过上述对可靠性影响因素的分析和归纳，可以得到各种相应的评价指标，这是完成从定性评价到定量评价的关键环节，根据被评价目标可靠性影响因素的不同，需要将评价指标进行重要度的划分，也就是为各个评价指标确定权重，首先完成各个单一评价指标的评估，得到电力通信网的相对可靠性，然后按照权重值将各个评价指标综合起来，得到综合的可靠性评估结果。

３）收集相关数据，得出评价结果。

以上步骤都是理论分析的过程，在确立了上述分析方法之后，在实际的可靠性评估过程中需要有大量的实测数据来得到准确的评估结果，这些数据包括：网络运行数据和故障报告、运营商发布的统计数据，以及通信设备厂家提供的产品手册等，在收集数据时需要注意避免出现由于网络随机问题导致的研究数据不准确、小样本、基本信息缺失等问题。将这些实际的系统数据代入到评价指标计算中，从而完成对目标的定量描述，得到全面准确的可靠性评估结果。

４　结束语

随着电力系统的发展，电力信息化的进程也在不断加快，电力通信网能否安全稳定的完成通信任务直接关系到电力系统的安全运行，电力通信网能否具有高可靠性，也直接关系到电力系统的现代化建设目标能否实现。在可靠性评价过程中，明确评价指标是进行可靠性研究和评估工作的前提和根本，电力通信网的特点决定了其可靠性研究不能照搬公共通信网现有的研究成果，而是应当从实际情况和需求出发，针对电力通信网的网络结构和业务特点，对其进行分层、分类的深入研究，从而实现电力通信网高效可靠的运行。参考文献：

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Ｊ］．电力系统通信，２００２（８）：３１０．［

［２］　张学渊，梁雄健．关于通信网可靠性定义的探讨［Ｊ］．

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计算机系统，２０００，２１（１０）：１０７３１０７４．［４］　黄邵远，王斌，田森平．电力通信网可靠性工程的测度

指标研究［Ｊ］．电力系统通信，２００８，２９（１０）：６１６７．［５］　ＪＩＮＸｉｎｇ，ＨＯＮＧＹａｎｊｉ．Ｍｅｔｈｏｄｓｏｆｓｙｓｔｅｍｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ

ａｎｄａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＮａｔｉｏｎａｌＤｅｆｅｎｓｅＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ，２００７．［６］　邓雪波，王小强，陈曦，等．基于效能模型的电力通信

Ｊ］．重庆邮电大学学报：自然科学版，网可靠性研究［

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Ｊ］．光通信研究，２００７，３３（３）：２３２７．网生存性［作者简介：

梁　柯（１９７９），男，重庆人，工程师，主要从事电力系统通信工作；邓雪波（１９７５），男，重庆人，工程师，主要研究方向为电力系统通信技术；温永怡（１９７２），女，四川成都人，高级工程师，从事电力系统通信工作；李秉毅（１９７８），男，重庆人，工程师，主要研究方向为电力系统通信技术。基金项目：重庆市电力公司项目（渝电通调ＫＪ（２０１１）３４１号）。

Ｍｏｄｅｒｎｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ

ＬＩＡＮＧＫｅ，ＤＥＮＧＸｕｅｂｏ，ＷＥＮＹｏｎｇｙｉ，ＬＩＢｉｎｇｙｉ

（ＳｔａｔｅＧｒｉｄＣｈｏｎｇｑｉｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００１５，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｏｄｅｒｎｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ

ｐｌａｙｓａｖｉｔａｌｒｏｌｅｉｎｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅａｆｆｅｃｔｉｎｇｆａｃｔｏｒｓａｎｄｅｖａｌｕａｔｅｉｎｄｅｘａｂｏｕｔｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ，ｗｅｓｕｍｍｅｄｕｐ４ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ（ｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｍｅａｎｔｉｍｅｂｅｔｗｅｅｎｆａｉｌｕｒｅ，ｍｅａｎｔｉｍｅｔｏｒｅｐａｉｒａｎｄｓｕｒｖｉｖａｌ）ａｎｄｇｉｖｅｓｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａ，ｔｈｅｎｄｉｓｃｕｓｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｓａｂｏｕｔｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｗｈｉｃｈｃａｎｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ａｆｆｅｃｔｉｎｇｆａｃｔｏｒｓ，ｅｖａｌｕａｔｅｉｎｄｅｘ

（责任编辑　迟　蕾）