“十三五”期間，隨著大容量遠距離特高壓直流輸電技術的快速發(fā)展，風電和光伏等新能源大量并網(wǎng)，國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)資源優(yōu)化配置能力、跨區(qū)輸電能力顯著提高，電力一次系統(tǒng)正經(jīng)歷從純交流電網(wǎng)向交直流混聯(lián)、電力電子化電網(wǎng)轉換的歷史性變革。

作者：張媛 劉廣旭

隨著交直流混聯(lián)電網(wǎng)格局與電源結構的深刻變化，系統(tǒng)穩(wěn)定問題由局部、孤立向全局、連鎖方向演化。面對新形勢下的網(wǎng)絡安全問題、運維繁瑣和業(yè)務需求的的復雜多樣問題，為確保大電網(wǎng)的安全、可靠，公司開拓創(chuàng)新，推動構建大電網(wǎng)安全綜合防御體系，即“系統(tǒng)保護”。系統(tǒng)保護是以有效控制大電網(wǎng)安全運行風險為目標，構建多目標控制、多資源統(tǒng)籌和多時間尺度協(xié)調(diào)的高可靠性、高安全性大電網(wǎng)安全綜合防御體系。

系統(tǒng)保護的廣域信息采集、多元協(xié)調(diào)精準控制等功能對通信專網(wǎng)的覆蓋范圍、傳輸速率、信號質(zhì)量和安全性能等提出全新要求，因此，亟需構建一張以現(xiàn)網(wǎng)資源為基礎，以光通信為主、綜合多種傳輸技術并采用先進、成熟技術裝備和設施的區(qū)域互聯(lián)、分層分區(qū)的高安全性專用業(yè)務網(wǎng)絡，為系統(tǒng)保護所覆蓋的源、網(wǎng)、荷相關站點的運行信息采集和系統(tǒng)控制提供更大范圍、更優(yōu)性能、更短延時、更高安全的通信保障。

總體建設方案

(一)建設思路

為更好地落實系統(tǒng)保護通信專網(wǎng)建設原則，建設思路是：

1、兩個整合，即資源整合與業(yè)務整合。

資源整合是立足現(xiàn)有網(wǎng)絡資源，優(yōu)化網(wǎng)絡結構，合理分配資源，使系統(tǒng)保護通信專網(wǎng)在資源使用上相對獨立并提升安全可靠性。業(yè)務整合是將生產(chǎn)類業(yè)務與管理類業(yè)務在承載網(wǎng)絡上實現(xiàn)分離。如下圖所示：

2、新建、改造并舉。

充分利用現(xiàn)網(wǎng)資源，新建一個獨立承載系統(tǒng)保護業(yè)務的承載網(wǎng)，將現(xiàn)有網(wǎng)絡進行改造、補強作為系統(tǒng)保護業(yè)務承載第二平面。即：

(1)新建一張SDH/MSTP傳輸網(wǎng)，覆蓋系統(tǒng)保護協(xié)控主站、控制主站及各采集站、控制站，作為第一通道承載系統(tǒng)保護各類業(yè)務。解決現(xiàn)有網(wǎng)絡中跨省、跨區(qū)業(yè)務多管理層級、多設備品牌、多節(jié)點轉接的問題。

(2)改造現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡，對運行不穩(wěn)定、服務支撐不到位、容量不滿足要求的設備進行更換改造，對系統(tǒng)中的非生產(chǎn)業(yè)務進行騰退。作為第二、三通道承載系統(tǒng)保護各類業(yè)務。

(3)新建傳輸系統(tǒng)與現(xiàn)有SDH傳輸系統(tǒng)共同構成系統(tǒng)保護通信骨干傳輸網(wǎng)，承載生產(chǎn)控制類業(yè)務。

(4)新建系統(tǒng)保護數(shù)據(jù)專網(wǎng)，覆蓋系統(tǒng)保護協(xié)控主站、控制主站及各采集站、控制站，承載系統(tǒng)保護采集類數(shù)據(jù)業(yè)務。系統(tǒng)保護數(shù)據(jù)專網(wǎng)與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)間采用單向隔離裝置互聯(lián)。

3、分層分區(qū)建設。

根據(jù)系統(tǒng)保護架構特征，統(tǒng)一設計，統(tǒng)一標準，按照“1+6+n”模式，統(tǒng)一組織、分級建設、分步實施，建設模式如圖4所示。

“1” 為覆蓋六個分部的主、備協(xié)控主站及國調(diào)中心、分部調(diào)控分中心的系統(tǒng)保護跨區(qū)核心層;“6” 為各區(qū)域內(nèi)覆蓋區(qū)域主、備協(xié)控主站，區(qū)域直流控制主站、精準負控主站、抽蓄控制主站、切機主站、解列控制主站及各采集站和控制站的系統(tǒng)保護區(qū)域骨干層;跨區(qū)核心層與區(qū)域骨干層之間在區(qū)域主、備協(xié)控主站進行雙點連接，任意節(jié)點故障不影響業(yè)務傳輸。“n” 為由各省公司分頭建設的，覆蓋負控系統(tǒng)主站、控制子站、市縣公司、環(huán)網(wǎng)核心變電站、用戶接入變電站、用戶負控終端等節(jié)點的省內(nèi)負荷控制層。

4、安全可靠。

在路由組織，通道/設備冗余，信息安全、運維保障、網(wǎng)絡管控上采取高標準安全策略和措施，確保系統(tǒng)安全可靠。

(二)建設原則

1、總原則

(1)緊跟需求，統(tǒng)一規(guī)劃。

準確把握系統(tǒng)保護總體架構和業(yè)務通信需求，以需求為導向，堅持統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準，保障安全裕度和容量空間，各級網(wǎng)絡遵循統(tǒng)一標準，保持技術政策、技術架構和運維體系統(tǒng)一。

(2)安全可靠，責任明晰。

以安全為核心，構建承載獨立、能控在控、運維高效的通信專網(wǎng)，優(yōu)化完善現(xiàn)網(wǎng)資源配置和業(yè)務運行方式，顯著提升多級資源統(tǒng)一調(diào)控、分級運維的技術支撐能力，強化與保護專業(yè)溝通協(xié)調(diào)，明確安全責任界面。

(3)經(jīng)濟高效，融合創(chuàng)新。

立足公司通信網(wǎng)絡資源，依托“十三五”通信網(wǎng)規(guī)劃統(tǒng)籌開展網(wǎng)絡建設改造，以滿足系統(tǒng)保護全景狀態(tài)感知、實時智能決策、一體協(xié)同控制功能需求，深化通信技術創(chuàng)新研究，推動技術體制、組網(wǎng)技術、安全策略、仿真測試和網(wǎng)管技術的升級演進。

(4)頂層設計，分級實施。

按照頂層設計、試點先行、逐步拓展的原則，總分部、省公司遵循統(tǒng)一設計，保持與系統(tǒng)保護建設步調(diào)協(xié)調(diào)一致，按照“1+6+n”模式統(tǒng)一組織、分級建設、分步實施。

2、傳輸網(wǎng)組網(wǎng)原則

(1)按照特高壓控制保護業(yè)務的安全性等級，區(qū)域間系統(tǒng)保護信息應具備3條獨立通信通道，區(qū)域協(xié)控主站與分控制站端間應具備3條獨立通信通道，各執(zhí)行站、采集站到上級站點(分系統(tǒng)主站或協(xié)控主站)間應具備2條獨立通信通道。

(2)為滿足系統(tǒng)保護業(yè)務對時延的要求，在網(wǎng)絡設計及業(yè)務方式安排時，應通過優(yōu)化網(wǎng)絡結構、優(yōu)選直達路由、減少網(wǎng)絡轉發(fā)層級等方式降低通道傳輸時延。

(3)高度重視網(wǎng)絡與信息安全，控制類與采集類通信業(yè)務應適當分離，杜絕在通信專網(wǎng)中采集類通信與控制類通信直接或間接“短路”。系統(tǒng)保護專用承載網(wǎng)應嚴格落實專網(wǎng)專用、橫向隔離、縱向認證等安全管控要求，確保網(wǎng)絡安全及信息安全。

(4)加強系統(tǒng)保護通信專網(wǎng)網(wǎng)管系統(tǒng)安全管理，嚴格落實安全管理各項人防、技防措施，網(wǎng)絡建設過程中應對現(xiàn)有網(wǎng)管系統(tǒng)進行用戶權限、操作口令、系統(tǒng)漏洞等方面的全面核查清理。網(wǎng)管系統(tǒng)能夠實現(xiàn)業(yè)務的端到端配置、監(jiān)視和管理，實時、準確反映網(wǎng)絡及業(yè)務運行狀態(tài)，對設備及網(wǎng)絡性能劣化進行提前預警。

(5)重視系統(tǒng)保護通信專網(wǎng)輔助配套設施建設，相關通信站的機房、電源、空調(diào)等設施應嚴格按照公司相關制度標準進行配備，不滿足要求的應同步改造，確保滿足設備安全可靠運行條件。

(6)根據(jù)各省(區(qū)、市)精準負荷控制系統(tǒng)建設實際情況，開展相應通信系統(tǒng)建設及通道組織工作，網(wǎng)絡結構及帶寬應滿足負控系統(tǒng)信息采集及控制需要，終端通信接入網(wǎng)建設要因地制宜，符合公司相關技術政策，在安全措施能夠滿足要求的情況下，可采用無線通信手段。

3、數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)原則

(1)網(wǎng)絡建設適度超前，數(shù)據(jù)專網(wǎng)節(jié)點間帶寬應不小于100M。

(2)每個節(jié)點均采用雙設備，構建網(wǎng)絡雙平面，提高網(wǎng)絡拓撲的健壯性。

(3)合理進行網(wǎng)絡分層，協(xié)控主站作為核心節(jié)點，控制主站作為匯聚節(jié)點，原則上任意有互訪需求的兩點間應小于10跳。

(4)采用MPLS技術，提升網(wǎng)絡的轉發(fā)效率。

(5)全網(wǎng)按照節(jié)點屬性和傳輸距離進行路由設計，便于流量規(guī)劃、減少時延。

(6)利用MPLS TE、VPN FRR、BFD等技術提供多重保障機制，提升端到端保護和故障下快速恢復能力。

(7)數(shù)據(jù)專網(wǎng)與傳輸專網(wǎng)同期規(guī)劃。

(8)應選擇集采分類高、中端設備中線速轉發(fā)時延小的設備，降低網(wǎng)絡時延。

4、網(wǎng)管系統(tǒng)建設原則

(1)采用統(tǒng)一部署、分級管理的原則進行建設，具備分級、分區(qū)管理能力，實現(xiàn)跨區(qū)域、跨系統(tǒng)電路的端到端全過程透明管理。

(2)要盡可能地統(tǒng)一設備品牌，提高網(wǎng)管系統(tǒng)融合度，并優(yōu)化、改造現(xiàn)有網(wǎng)管網(wǎng)，提升網(wǎng)管網(wǎng)的安全水平。

(3)建設融合傳輸網(wǎng)網(wǎng)管與數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)管的綜合網(wǎng)管系統(tǒng)，實現(xiàn)傳輸通道與業(yè)務的關聯(lián)分析，以及基于業(yè)務視圖的端對端監(jiān)控與管理，滿足運維體系要求。

(三)網(wǎng)絡結構

根據(jù)系統(tǒng)保護裝置設置原則及控制、采集類業(yè)務流向，系統(tǒng)保護通信專網(wǎng)分為三層，按照“1+6+n”形式進行構建，網(wǎng)絡結構如下圖所示。

負控通信網(wǎng)又可分為三層，分別為核心層、匯聚層、接入層，網(wǎng)絡結構如圖7所示。

(四)預期成效

通過專網(wǎng)建設，使系統(tǒng)保護通道在設備可靠性、可管理性及相應的運行管理機制等方面能夠充分滿足系統(tǒng)保護的嚴格要求，有效支撐運行狀態(tài)廣域數(shù)據(jù)采集、信號快速傳輸和多維度控制策略快速執(zhí)行的高安全性、高可靠性系統(tǒng)保護功能實施，并將在承載能力、安全保障、技術進步、規(guī)劃發(fā)展、隊伍建設等方面得到較大的提升。

技術體制

系統(tǒng)保護專用通信網(wǎng)主要承載控制類及采集類兩種業(yè)務，對時延及安全要求極高。采用何種組網(wǎng)技術體制，構建什么樣的網(wǎng)絡架構，是關系到系統(tǒng)保護需求能否實現(xiàn)的關鍵所在。目前成熟的承載網(wǎng)絡技術主要有五種：MSTP、PTN、OTN、ASON、IP路由器，其中，前四種屬于傳輸網(wǎng)技術，主要用于提供剛性的點對點通道，適用于組建底層骨干傳輸網(wǎng)，并可為保護、安控等需要物理隔離，同時對時延十分敏感的專線業(yè)務提供傳輸通道。IP路由技術屬于數(shù)據(jù)網(wǎng)技術，其在骨干網(wǎng)絡中需利用傳輸所提供的通道進行組網(wǎng)，通過廣播和尋址方式實現(xiàn)點到點、點到多點的數(shù)據(jù)通信，適用于多類型IP化業(yè)務的綜合承載。

在四種傳輸網(wǎng)技術中，PTN技術由于在傳輸性能和安全性方面存在不足，因此不建議采用其組建承載電網(wǎng)生產(chǎn)控制業(yè)務的系統(tǒng)保護通信專網(wǎng)。ASON 技術是疊加在MSTP、OTN 等傳輸網(wǎng)絡之上的，通過提供自動發(fā)現(xiàn)和動態(tài)建立連接等功能的分布式控制平面，在光傳送基礎網(wǎng)絡之上，可實現(xiàn)動態(tài)的、基于信令和策略驅動來自動控制的一種網(wǎng)絡機制。傳輸網(wǎng)中應用ASON技術，有利于提高網(wǎng)絡抗多點故障的能力，縮短業(yè)務中斷時間，提高網(wǎng)絡智能化水平，但是在現(xiàn)網(wǎng)中缺乏大規(guī)模商用的案例，特別對于承載重要生產(chǎn)業(yè)務的系統(tǒng)保護專用通信網(wǎng)中則更需深入論證及驗證測試。

對于MSTP技術和OTN技術，在網(wǎng)絡安全、運行維護、時延特性等方面基本類似，都可以作為承載控制類信號的通信技術體制，OTN技術更適用于大容量傳輸網(wǎng)的建設，MSTP技術在超長距傳輸方面更有優(yōu)勢。

綜上所述，根據(jù)系統(tǒng)保護通信專網(wǎng)的業(yè)務需求分析，綜合考慮控制業(yè)務接口帶寬、超長距傳輸能力、通道時延指標、運維人員熟悉程度等因素，在帶寬需求小于10G的情況下，可采用10G MSTP技術進行組網(wǎng);在區(qū)域核心層或部分區(qū)段帶寬需求預測大于10G的情況下，可采用OTN技術進行組網(wǎng)，在OTN網(wǎng)絡中配置SDH設備實現(xiàn)小顆粒業(yè)務接入。針對大顆粒的系統(tǒng)保護采集類業(yè)務，可采用IP路由器技術組建系統(tǒng)保護專用數(shù)據(jù)網(wǎng)進行承載，路由器可以承載在底層MSTP網(wǎng)絡或OTN網(wǎng)絡之上。

結語

系統(tǒng)保護是全新的大電網(wǎng)安全綜合防御體系，對系統(tǒng)保護的認識和理解是不斷深化、持續(xù)完善的過程，控制策略、功能需求、技術指標等各方面的具體內(nèi)涵在不斷豐富。同時，由于系統(tǒng)保護的復雜性和差異性，區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)保護通信專網(wǎng)的建設方案也有待于進一步完善。因此，系統(tǒng)保護通信專網(wǎng)的建設方案需要結合系統(tǒng)保護研究和試點的進展不斷滾動改進。