探討電力通信網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點辨識方法

楊有霞

摘 要：電力企業(yè)是我國社會發(fā)展中的重要支柱型產(chǎn)業(yè)。電力通信網(wǎng)絡(luò)是國家電網(wǎng)二次系統(tǒng)中的重要構(gòu)成，既為電力系統(tǒng)的運行提供專業(yè)的通信服務，又為電力系統(tǒng)的生產(chǎn)、調(diào)度、經(jīng)營、管理工作的正常運行發(fā)揮重要功能。近年來，我國加強了智能電網(wǎng)的建設(shè)，業(yè)務量逐漸上升。加強電力通信網(wǎng)中關(guān)鍵節(jié)點的精準地辨識尤為關(guān)鍵。本文闡述了節(jié)點重要度的衡量標準，分析了電力通信網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點的辨識方法以及算法的驗證，以供參考。

關(guān)鍵詞：電力通信系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；辨識方法

現(xiàn)階段，我國電力通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)十分復雜。據(jù)調(diào)查，當無標度網(wǎng)5%的關(guān)鍵節(jié)點遭到攻擊而失去效果時，會讓整體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。所以，相關(guān)工作者對通信網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點進行有效辨識成為共同探討的課題。先對電力通信網(wǎng)內(nèi)部的節(jié)點重要度加以排序，保護關(guān)鍵的節(jié)點，可以強化通信網(wǎng)的抵御性能，最大化地控制電網(wǎng)運行的風險，使得電力系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

一、節(jié)點重要度的衡量標準

（一）靜態(tài)重要度。把電力通信網(wǎng)進行抽象，變成無向連通圖，則能按照網(wǎng)絡(luò)拓撲的節(jié)點其收縮情況對節(jié)點的凝聚度進行判斷。同時，經(jīng)過收縮的網(wǎng)絡(luò)，如果凝聚性越強，那么表明節(jié)點越關(guān)鍵。所以，可通過凝聚度對節(jié)點的靜態(tài)重要性進行判斷。依據(jù)電力主要網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)圖，對此無向連通圖的鏈路值進行初始化處理，可得到相對的加權(quán)鄰接矩陣。通過加權(quán)鄰接矩陣，結(jié)合經(jīng)典的Dijkstra算法進行計算，可得出節(jié)點對的最短路徑，再算出最短路徑通過鏈路的數(shù)目，以確定全網(wǎng)中各節(jié)點對最短路徑距離的平均值。

（二）業(yè)務重要度。靜態(tài)重要度在衡量節(jié)點重要度的時候，一般從網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的位置與連接狀況而開展。但是，在分析具體電力通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)時，節(jié)點通常擔負與電網(wǎng)安全性相關(guān)的諸多業(yè)務，例如：調(diào)度自動化、線路的繼電保護、變電站的視頻監(jiān)控等。而節(jié)點負責的業(yè)務不同，則其對通信網(wǎng)的安全性能帶來的影響也會存在差異。節(jié)點業(yè)務的重要度指的是某一項業(yè)務突然中斷，或存在不足時對電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行造成的影響。節(jié)點業(yè)務重要度和影響程度具有直接聯(lián)系，換句話說，影響越嚴重，代表相應的業(yè)務重要度就越高。所以，節(jié)點的業(yè)務重要度是衡量電力通信網(wǎng)的節(jié)點重要度的一項主要標準。

二、電力通信網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點的辨識方法

電力通信網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點辨識程序圖如下：

第一，結(jié)合電力通信網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，對其進行抽象處理，變?yōu)榧訖?quán)網(wǎng)絡(luò)的模型；第二，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)的拓撲結(jié)構(gòu)其自身的屬性，以及每個節(jié)點經(jīng)過收縮以后的凝聚度情況，獲得節(jié)點的靜態(tài)重要度。第三，按照節(jié)點、節(jié)點所在鏈路擔負業(yè)務量及其類型，對節(jié)點的業(yè)務重要度加以確定，利用三標度層次分析方式判斷兩個重要度評價標準的權(quán)重；第四，參考節(jié)點的靜態(tài)重要度、業(yè)務重要度及相應的權(quán)重，計算得到每個節(jié)點的重要度。重要度的數(shù)值越大，表明此節(jié)點越重要。最后，將得到的節(jié)點重要度從大到小排列。此時，電力通信網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點的辨識完成。

三、計算方法的有效驗證

為了確定本次關(guān)鍵節(jié)點的辨識方法是否精確，需要對相關(guān)的算法進行有效地驗證。以某區(qū)域的電力通信網(wǎng)為例，建立相應的網(wǎng)絡(luò)模型。參見下圖：

如圖所示：網(wǎng)絡(luò)模型中含有10個節(jié)點，13條鏈路。鏈路序號后的數(shù)字代表節(jié)點之間的加權(quán)路徑距離，5號節(jié)點是地區(qū)的中調(diào)，10號是220kV變電站。其他節(jié)點皆是500kV變電站。各個鏈路擔負的業(yè)務量及其類型不同。通過觀察相關(guān)的鏈路業(yè)務分布圖表，結(jié)合圖1、圖2，計算節(jié)點的重要度，從抽象獲得的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)以及相關(guān)公式，可以算出每個節(jié)點的靜態(tài)重要度、重要度向量。最后算出每個節(jié)點的綜合重要度，再從大到小進行排列，對重要節(jié)點進行辨識，然后，對比節(jié)點的收縮法，結(jié)果參見下表：

分析以上的比較結(jié)果了解到，兩種算法均可表現(xiàn)節(jié)點5是中調(diào)，其重要度是最高的，同時，也與實際擔負的業(yè)務量及其在網(wǎng)絡(luò)中的位置一致。因為1、2兩個節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中處于同一個拓撲位置，根據(jù)節(jié)點收縮法得到的節(jié)點重要度皆為0.118，不能有效地辨別對應的重要度序號。而節(jié)點2所在的鏈路擔負業(yè)務量要多一些，根據(jù)本文提出的算法，可以得到節(jié)點2的重要度較高，彌補了單純依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)對節(jié)點重要性進行評價的不足。4、10兩個節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中均處在邊緣，根據(jù)節(jié)點收縮法可得到節(jié)點10的重要度在節(jié)點4以前，只是因節(jié)點10變電站的電壓級別偏低，加之其擔負的業(yè)務量不多，根據(jù)本文的算法，得到的重要度偏低，這與電力通信網(wǎng)的運行狀況相符。可見，本文提供的算法中，突出了節(jié)點擔負的業(yè)務量對關(guān)鍵節(jié)點重要度的影響，可以對網(wǎng)絡(luò)中相同位置節(jié)點的重要度進行準確地辨別。

結(jié)束語：總之，在辨析電力通信網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點的差異時，既要合理分析網(wǎng)絡(luò)固有的靜態(tài)拓撲結(jié)構(gòu)，又要分析節(jié)點擔負的業(yè)務量及其類型。本文依托于網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)拓撲結(jié)構(gòu)與節(jié)點業(yè)務量的關(guān)鍵節(jié)點辨識法，可以對電力系統(tǒng)通信網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點作出準確地辨識，有利于區(qū)分網(wǎng)絡(luò)中相同或相近位置節(jié)點的重要度，對常規(guī)算法僅根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲性的評價標準進行辨別是一種良好的補充。此算法結(jié)合了各個節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的位置及擔負的業(yè)務情況，將電力通信復雜網(wǎng)絡(luò)的特性反映出來，在辨識關(guān)鍵節(jié)點方面取得良好效果。

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