电力系统广域通信网络可靠性分析及优化设计

摘要

电力系统越来越依赖于基于通信的信息交互。基于网络的信息高速公路已成为输配电系统的信息通信平台和技术支撑。通信网络与电力系统的可靠交互与有机融合是当今智能电网发展的关键。电力系统广域网对不同通信业务在通信的实时性、可靠性和安全性等方面都有着不同的通信需求,其中以广域保护系统和广域控制系统对通信系统的性能要求最为严格。
　　电力系统广域网在变电站内和变电站间进行信息交换,特定时期关键信息的传输需要安全、可靠的通信系统。变电站自动化通信系统和广域测量通信系统都是电力系统广域网的重要组成部分,前者属于局域网内部通信,而后者属于广域通信,二者应分别讨论。因此,有必要针对广域通信网络中相关的特定要求从多方面展开分析,包含与通信相关的软、硬件可靠性分析与评估,研究建立符合实际需求的网络模型,提出合适的模型求解算法,建立一整套性能指标,定量评估系统的可靠性和实时性,为电力系统工程项目实施提供参考。基于图论思想,从可靠性和实时性两方面对广域网通信系统的拓扑架构和路由选择方面进行了深入的研究。
　　首先,通过对通信介质、通信技术的对比分析,结合电力广域网通信系统的可靠性、实时性和安全性性能需求,从接入方式、承载模式和组网方式等方面提出适合当前性能需求的广域网通信系统。
　　其次,通信网络的性能是影响变电站自动化功能的重要因素。采用连通度和韧性度等指标定量评估了几种典型拓扑结构的变电站自动化通信网络的抗毁性及生存性。根据PRP、HSR和RSTP三种冗余协议的工作机理,建立基于PRP、HSR冗余协议的变电站通信网络系统的模型,着重考虑系统的可修复和冗余等动态特性,采用动态故障树方法对变电站保护系统建模并定量评估其动态可靠性。
　　第三,如何保证信息传输的可靠性和实时性是广域测量系统的核心。通信网络拓扑结构优化设计对信息的传输至关重要,影响着整个网络的性能。根据广域测量通信系统的流量状况,结合可靠性和实时性两方面的考虑,建立相应的度量指标及其约束条件,设计成本最小化的网络优化模型,并基于图论思想提出改进的饱和割集的算法对模型进行求解,实现广域测量通信架构的优化设计。
　　第四,研究并建立了基于MPLS流量工程并符合电力系统广域保护QoS要求的广域保护通信系统的传输路径选择模型。提出采用启发式遗传算法对模型进行求解,利用自然数编码方法,结合电力系统广域通信的延时特性来解决流量均衡的路由选择问题,提高了编码效率,并符合了电力系统的实时性要求。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.4本文的主要工作

1.5本章小结

第2章 电力系统广域网通信技术

2.1引言

2.2常用电力通信介质

2.3广域通信技术比较分析

2.4通信网络的组网方案

2.5广域通信系统的性能要求

2.6本章小结

第3章 基于抗毁性和生存性的变电站通信网络架构可靠性评估

3.1引言

3.2度量指标分析

3.3算例分析

3.4本章小结

第4章 基于动态故障树的变电站通信网络可靠性分析

4.1引言

4.2 PRP、HSR协议简介

4.3可靠性指标

4.4常用可靠性建模方法及应用

4.5变电站通信网络架构

4.6变电站通信网络可靠性模型

4.7 本章小结

第5章 基于改进饱和割集算法的广域测量系统通信拓扑优化设

5.1引言

5.2广域测量通信系统架构的数学模型设计及实现

5.3求解方法和步骤

5.4算例分析

5.5在广域保护应用中的延时分析

5.6本章小结

第6章 基于MPLS的广域通信系统路由策略研究

6.1引言

6.2 MPLS与流量工程

6.3路由选择模型及实施可靠性能需求

6.4模型的求解方法和步骤

6.5算例分析

6.6小结

第7章 结论与展望

7.1本章小结

7.2展望

参考文献

附录A 攻读博士学位期间发表的论文

附录B 攻读博士学位期间参加的科研项目情况

附录C 学术论文与学位论文相关章节的对应表

致谢