地市級電力光傳輸網優化分析

夏 帥張 軍李政均王善義譚 夢

(國網湖北省電力有限公司十堰供電公司,湖北 十堰 442000)

地市骨干傳輸網是電力通信網的重要組成部分,為支撐電力生產調度和管理經營發揮著重要作用[1]。

伴隨著新型電力系統的建設,業務需求呈現新能源、新業務大規模接入、控制由局部向全域拓展、由骨干向末梢延伸、信息采集爆發式增長等特點,地市骨干傳輸網面臨著巨大挑戰。十堰地區骨干傳輸網在不同時期逐步建成,雖已實現全面網絡覆蓋,但整體性不強,存在網架結構不合理問題。因此,需要調整網絡拓撲、組網方式,優化光傳輸網性能,提升骨干傳輸網的業務承載能力,全面實現業務協同。

1 光傳輸網現狀

十堰地區骨干光傳輸網采用華為Optix 系列光傳輸設備部署,應用多業務傳送平臺(Multi-Service Transfer Platform,MSTP)/同步數字體系(Synchronous Digital Hierarchy,SDH)技術體制,核心層傳輸容量為10 Gbit/s,匯聚層容量僅僅為622 Mbit/s。目前,光傳輸網覆蓋了地調中心站、220 k V 變電站、110 k V 變電站、35 k V 變電站、縣調中心站,二級單位以及部分用戶廠站,承載著電力生產控制和經營管理多項業務,主要包括繼電保護、安全穩定控制、自動化、調度電話以及行政電話、營銷繳費、綜合數據網、動力環境監控、生產管理信息系統(Management Information System,MIS)等重要業務[2]。十堰地區骨干傳輸網現狀嚴重制約了業務擴展,難以適應新型電力系統的建設需求,存在主要問題如下。

(1)現有地區骨干網、縣域網獨立建設,不能滿足地縣一體化發展要求。

隨著公司地縣一體化建設的持續推進,縣域通信網與地市骨干通信網的一體化整合要求不斷增強。縣調不再配置調度自動化主站,采用地調主站延伸終端的方式;縣域調度數據網完全接入到地市調度數據網接入網;縣公司數據通信網要求采用GE 通道接入地市公司匯聚節點;縣域通信設備與地市通信設備需要納入統一監視管理。十堰公司現有地市骨干通信網與縣域通信網分別獨立建設,雖然縣域設備與骨干網設備品牌基本統一,因屬不同期設計和建設,沒有考慮設備的統一監視和管理、業務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化整合。

(2)現有網絡結構不合理,無法提升網絡整體性和可靠性。

現有網絡中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,應納入核心層網絡。隨著DJ至YX 第2光纜路由的建設、以及規劃的220 k V TGY 變電站的建設,可將DJ公司和220 k V JZ 變多路由接入核心層。北部網絡隨著DY變電站的建設,可優化成小環網結構。部分縣接入網均采用背靠背方式接入核心網,此結構不適應網絡的發展。

(3)現有網絡容量瓶頸、帶寬不夠,不適應新增業務的需求。

預計“十四五”末期,通信網核心層斷面業務流量將達到30.5 G。目前縣域網以622 M 鏈路接入10 G 環網,上聯帶寬瓶頸較為凸顯,現有網絡無法滿足調度數據網第二平面、配電自動化等業務發展需求?？h域內多為622 M 小環網和622 M/155 M 單鏈路,接入帶寬容量小,不能滿足新增業務需求。因此迫切需要提升縣域網帶寬,提高網絡傳輸能力。

(4)網絡效率偏低。

網管系統的ECC缺少統籌規劃,使網絡管理信息、告警信息、開銷字節的傳送速度欠佳,管理時效性低。電路的通道規劃缺乏對電路等級的分級管理考慮,通道使用缺少整體規劃而造成的電路運行混亂,致使電路調配日益復雜、局端上下電路難度增加、交叉矩陣浪費嚴重且使用不均衡、電路運行的清晰度低;線路纖芯的規劃分配不合理,限制了設備組網的靈活性,存在大范圍纖芯迂回的現象;管理不到位,纖芯使用混亂。

2 光傳輸網優化原則

光傳輸網優化的總體原則是“網絡分層,業務分類”,調整部分業務的運行方式,確保不會造成設備或線路重載現象[3]。

地市級光傳輸網采用核心層、匯聚層、接入層3層網絡結構。核心層站點選擇應充分考慮光纜網架結構及光纜可靠性,要求拓撲相對穩定,規劃期內電網結構無重大調整的情況下,地市骨干傳輸網核心層不應調整。匯聚層主要考慮各子網內光纜路由較多的高電壓等級變電站以及各縣級調度機構。接入層為各子網支線變電站。對于傳輸網承載的業務,按照屬性和等級,劃分為生產控制類業務和管理信息類業務。在資源分配時,優先保障生產控制類業務的帶寬、時延、通道冗余性的需求。

核心層骨干網以現有城網為基礎,以220 k V OPGW 光纜為依托,形成10 G 環網,地市公司以2*10 G 接入骨干網。核心層主要承載調度數據網、通信數據網、配電自動化、公司內網等大顆粒業務,以及匯聚層至核心層的業務匯聚,同時核心層負責220 k V 線路繼電保護、安全穩定控制等實時業務傳輸。

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。匯聚層節點以2點、2.5 G速率接入骨干網。實現縣域覆蓋范圍內的35 k V、110 k V 變電站信息內網、動力環境監控等小顆粒業務匯聚。

接入層網絡以現有縣域網絡為基礎,形成以縣公司和縣公司第二匯聚點為核心的622 M 環網,各支線110 k V 變電站、35 k V 變電站以622 M/15 5M 速率接入環網。為了節省投資,在不影響主干環網拓撲的情況下,現有設備利用已有板卡接入。

3 光傳輸網優化分析

3.1 優化網絡拓撲結構

根據光纜資源的實際,骨干網主環優先使用可靠性較高的OPGW 光纜。合理規劃網元之間的拓撲鏈接,優先采用光纖自愈環的網絡結構,對于光纜資源有限的接入節點輔以相切環的網絡結構,逐步將現網中星型結構改為環網結構。局部相切環組網時,可在兩環相切的節點上配置雙環網元設備交叉保護,克服雙環相切時節點保護可靠性差的問題。對于有條件的樞紐節點,可適當采用相交環方式組網,能夠實現對單相交節點失效時的業務保護。

對于接入層較長的環網結構改造。據行業經驗,當一個環網節點多于8個,網絡風險點顯著增多,故障發生率增大,網絡安全穩定性級別較低,環內業務保護容量降低[4]。

結合網絡實際情況,對有條件的縣域接入環予以裂環拆環。例如,圖1中環上網元數量較多,將該接入環拆環,如圖2所示,線路資源將增加一倍,可以有效緩解該環線路資源緊張的情況,并能提高網絡的安全性。針對圖3中環內資源緊張、擴容困難的節點,進行加環擴容,實現雙環運行,如圖4所示。

圖1 縣域接入環優化前網絡結構

圖2 縣域接入環優化后網絡結構

圖3 加環擴容前的網絡結構

圖4 加環擴容后的網絡結構

對于網絡拓撲中鏈型組網的節點,通過新建部分光纜,將能成環的鏈路盡量成環,不能成環的鏈路盡量控制在3~4個以內,保持網絡的穩定性。

3.2 增加節點交叉能力

對存在帶寬瓶頸的樞紐節點,通過增加光板容量、設備升級,提升骨干通信網傳輸能力[5]。依據設備的槽位分配原則,對骨干通信網全網設備的線路板、以太網板所占用的板位進行調整,預留10 G 槽位,以太網板盡量占用支路槽位。對不具備條件的老舊設備升級更換,重要節點或匯聚節點優先考慮10 G 光傳輸設備,提升時分交叉容量。同時,對于部分樞紐站點適當考慮增加擴展子架,實現擴容。對于樞紐節點的容量升級,應根據業務流量預測分析,保持通道容量有一定的余量,以滿足新增業務的需要。

3.3 統一資源分配

伴隨電網的發展和智能電網的建設,電力通信網承載的業務不再局限于傳統的電網調度,而是發展成多種電力相關業務的綜合平臺。隨著新型電力系統的建設,未來需要對電網進行大規模、全過程的監視、控制、分析,電網計算將向動態、超實時的方向發展,大量的電網狀態信息將通過信息通信網實時傳輸與交換。網絡資源分配不合理、手動配置業務時,交叉時隙缺少規劃的弊端尤為凸顯,將嚴重制約光傳輸網的整體性能。因此,迫切需要對全網的時隙資源進行統籌分配、規劃,提升資源的利用率,適應新型電力系統建設的需求[6]。

資源的統一分配應在梳理現網中時隙資源的使用情況及分析不同類型新增業務需求的基礎上,對本地區業務的流量、方向進行歸納,對遠期的時隙資源做出基本預測和規劃。目前地市級光傳輸網可按以下思路對全網時隙資源統籌規劃。

(1)業務配置時減少業務跨網、跨環轉接,避免時隙資源的浪費,同時增加潛在的故障節點。

(2)小顆粒業務的匯聚盡量在網絡的邊緣(某幾個選定的匯聚節點)進行,匯聚成大顆粒業務后,再進入核心層傳送。

(3)根據業務的類型和本地時隙資源,對高階通道進行分配。通過業務類型劃分VC4資源,建立業務與時隙資源的映射關系,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)對于小顆粒業務(VC12級別),規劃同一類型業務應分配同一個VC4內的低階時隙,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 網管系統優化

目前網絡規模逐漸增大,一個網絡內ECC 互通的網元數量高達200個,隨著新型電力系統的建設,網元數量將更加龐大。而ECC 巨網在運行中存在諸多隱患。

部分網絡結構發生變化,大量路由廣播信息導致DCC 通道發生擁塞,引起ECC 收斂速度顯著緩慢,網元信息丟失;ECC巨網可能導致通道堵塞致使告警丟失或延遲上報,影響網元業務的配置與下發;巨網ECC 路由表刷新頻繁,導致主機產生異常復位;網絡的擁塞最終導致部分網元脫網。

針對現網中ECC巨網問題,有效的優化方式是對現網進行分割,將一個大的網絡劃分為多個小的ECC子網,以確保路由信息和數據只在小網內傳播,不會擴散到其它網絡。參考業界做法,SDH 網絡應限制網元數量,一般是32或者64個網元作為一個小的管理子網[7]。業界測試數據表明,當一個ECC子網內網元數量不超過64個時,能夠獲得較好的網絡性能。

按照分層分域的思路,對現網劃分ECC 子網,對于地區光傳輸網,可以考慮按縣域劃分子網,以匯聚節點為各ECC 子網的主備網關,在網絡資源富余的條件下,可以考慮建設網管網專用數據承載網,避免大量網元的管理信息在全網帶內通道傳送,減輕骨干網網關的管理壓力。同時,將各個ECC子網之間互通的STM-N 光/電接口的ECC關閉。一般而言,通過ECC 巨網分割,可以在很大程度上優化網絡管理性能。另外,如果有多張成熟的光傳輸網絡,可以考慮建立帶外DCN 網絡實現網元管理信息傳送,并且帶寬可以調節,同時還具備環網保護功能。

4 結束語

電力通信光傳輸網的優化是一個長久的過程,伴隨著業務發展需求、電網建設以及技術的演進,需要不斷優化調整,使得光傳輸網保持在一個健康穩定的運行狀態。通過對光傳輸網擴容、環網的升級,提升了業務的承載能力,基于全網的時隙統籌管理,增強了節點資源調度的靈活性,合理拆分ECC 巨網,大幅減輕了單個網關的管理壓力,通信網運行風險顯著降低,有效保障了電力系統的安全。