基于电网影响因子的电力通信网关键节点识别

孔维嘉

关键词：电力通信网；关键节点；电网影响因子

随着电力网的不断建设，在电力网大规模互联的趋势下，电力网的规模不断增大，电力通信网作为电力系统生产调度自动化和企业管理现代化的基础，其规模也在不断增大，网络结构也趋于复杂化。电力通信网具有明显的行业特点，在评价电力通信网节点重要度时，现有评价方法仅在通信网络层面考虑问题，很少从电力通信网与电网的特殊关系来分析节点的重要性，并未考虑网络节点自身地位和作用的区别，不能够全面、有效地反映出网络节点在拓扑层的重要性。在电力通信网中，各节点的地位及作用存在明显差别，某电力通信骨干网中的重要节点如省级调度中心和500 kV 变电站的地位及作用大于其他节点，通过图论评价节点重要性时，此类重要节点理应具有区别于其他次要节点的权重值。

一、电网影响因子

作为电力系统的通信专网，电力通信网具有较强的行业特点，通信网节点与电网站点高度重合。从通信网络角度来看，电网的各类站点如调度中心、变电站或电厂仅仅是通信节点，但实际上这些节点所处的电网站点在电网中的地位及作用存在较大区别。定义电网影响因子，用于分析电力通信网节点在电网所处地位和影响力。电力通信网络节点所在站点中有不同类别，如调度中心、变电站、电厂等，这些站点在电网中存在电压等级或管理等级以及规模大小的区别，其等级的高低能直接反映站点在电网的影响程度；另外，站点负荷因素，包括站点或其服务范围内的负荷等级和负荷大小，能间接衡量站点在电网的影响程度。因此从类别因素和负荷因素两个方面分析节点的电网影响因子，将电力通信网节点所处场所统称为“站点”，包括：调度中心、变电站和电厂等类型。

1、站点类别。电力通信网节点所在站点包括调度中心、变电站以及电厂等类型，同类站点还区分电压等级或管理等级，如500 kV 变电站比220 kV 变电站等级高，影响力大，500 kV 变电站属于网调(区域电网调度中心)管辖，220 kV 变电站则受中调(省级电网调度中心)管辖，站点等级是站点在电网中的地位的直接反映；另外，站点规模同样影响节点地位，如变电站以规模大小分为枢纽站、区域站与终端站，不同规模的变电站功能与作用不同，相应的地位也不同，同时，调度中心所管辖站点规模大小也能区分调度中心的影响程度。因此，从站点等级、站点规模两个因素评价节点所在站点类别因素。

2、站点负荷

（1）负荷等级。对于直接服务电力用户的变电站或者间接服务电力用户的调度节点、省级生产单位以及省直调电厂等节点，所服务的用户重要程度对于节点的影响力具有较大影响，因此根据电力负荷所服务的电力用户等级区分站点负荷等级。按照国家相关规定，电力用户分为重要电力用户和其他电力用户。根据供电可靠性的要求及中断供电危害程度，重要用户可以分为特级、一级、二级重要电力用户和临时性重要电力用户。特级重要用户是指在管理国家事务中具有特别重要作用， 中断供电将可能危害国家安全的电力用户：一级重要用户是指中断供电将可能产生重大影响或损失的电力用户；二级重要用户是指中断供电将可能产生较大影响及损失的电力用户：临时性重要电力用户，是指需要临时特殊供电保障的电力用户。

（2）负荷大小。站点负荷的大小是站点影响程度的重要参考指标。电网中站点的负荷大小并非固定值，其随着电网负荷变化而变化，但是站点在电网中的负荷相对大小则是相对稳定的， 因此利用站点在电网所占负荷比例评价站点负荷大小。站点或其管辖范围完全故障并对外停电将会产生电网减供负荷， 即电网在事故发生期间的实际负荷最大减少量。根据节点所在站点或其管辖范围完全故障并对外停电造成的电网减供负荷事故等级差别作为评价节点负荷大小因素的评价标准，综合负荷等级因素。

二、网络关键节点识别

在电力通信网中，重要节点与网络中的其他重要节点连接的紧密程度越高，网络拓扑结构越合理，网络相对越可靠。传统方法往往缺乏考虑网络应用背景，忽略节点自身在网络应用环境中的影响程度，如电力通信网节点所处的电网站点在电网中的地位及作用。

定义节点聚合系数，表示一个节点距离其他节点并考虑节点权重的加权平均最短距离。网络节点权重是描述节点脱离于网络环境的自身地位和作用属性的指标。考虑电力通信网的应用背景，将电网影响因子作为节点权重的评价指标。网络中节点之间的最短路径描述节点之间距离，网络平均最短距离反映网络节点之间的紧密程度，可用于衡量网络整体连接可靠性。但是，平均最短距离仅仅从拓扑角度考虑，忽略了节点之间的权重区别。聚合系数考虑节点之间的区别，能用于衡量节点与不同权重节点之间的平均距离，权重值大的重要节点在该节点周边的分布越密集，则该节点的聚合系数越高。聚合系数的性质在电力通信网中具有实际的应用价值，如调度中心承担着电力系统的监视与控制任务，需处理大量电力业务信息，重要节点在调度中心周边的分布越密集，电力通信网络拓扑相对越合理，网络可靠性越高，运行风险越低。因此，节点聚合系数为：

以节点vk 为中心，计算网络中其他节点与该节点之间的紧密度，同时考虑节点本身的权重，得到能反映该节点周边节点分布平均紧密程度的指标 ，即为节点聚合系数。节点聚合系数越大，重要节点在其周边的分布越密集，网络重心距离节点vk越近，相应地节点在网络拓扑结构上的地位越重要，该节点在网络中所处位置越关键。节点聚合系数描述了节点的重要性及其与重要节点的连接状况，能反映节点在网络拓扑中的地位。节点聚合系数能够结合网络应用背景识别网络的关键节点，并通过保护或者备份关键节点，提高电力通信网抵抗攻击的能力，增强网络抗毁性，加强网络防护能力，从而降低网络运行风险。

节点的重要性以及重要节点连接情况都可通过节点聚合系数进行直观体现，节点在网络拓扑中的地位也可借助节点聚合系数进行真实反映。节点聚合系数主要作为关键内容存在于网络应用背景的识别网络当中，并且实现对关键节点的最大限度保护与备份。电信网络抵抗攻击的能力会有所提升，主要是通过强化网络抗毁性的手段促使网络防护能力有所加强，将网络运行风险降至在最低范围之内。

在提出电网影响因子概念时我们必须提高率电力通信网行业背景的重视程度，并且客观分析电力通信网结所处的地位以及作用。在此基础上所定义的聚合系数指标可实现对重要节点分布密集状况的客观分析，直观体现出各个节点在网络拓普中的重要性。通过仿真我们可以发现，在区分网络拓扑中节点位置相似的节点重要性时，算法所起到的作用不可替代，并且促使其应用价值得到最大限度的发挥，指导网络实现对运行风险的有效规避。

参考文献：

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