电网数据网络可靠性保障方法研究

白煜　孙长虹　韩翔宇

【摘  要】随着电力市场化进程的加快，数据网络的可靠性越来越重要。本文介绍了电网数据网络可靠性的概念，从电网设计、技术、管理等方面探讨了电网数据网络可靠性的保障措施。

【关键词】电网数据;网络;可靠性

1、引言

随着电力系统计算机应用和信息化应用的普及，数据通信网络作为电力系统重要的数据交换载体，是电力系统信息化建设的重要内容。电网数据的可靠性直接关系到电力系统的稳性运行。随着电力市场化进程的加快，数据网络的可靠性设计越来越重要，从不同角度选择合适的可靠性保障机制，达到电信级承载网的数据安全要求，成为电力数据网络建设的必然趋势。

2、电网数据网络可靠性

电网数据网络可靠性是指網络在一定时间内、一定条件下无故障运行并可以进行正常数据传输和业务功能实现的可能性。电网数据网络的可靠性包含一些功能性指标和性能指标，功能性指标有数据完整性、数据交换准确性、网络传输速度等，性能指标有安全性、可用性、可靠性和可维护性等。实际运营商在电网数据网络的性能方面，更关注网络的可靠性、可用性和故障应急处理能力，这些都属于网络可靠性的研究范围。

由于电力系统的复杂性，对电网数据网络的可靠性分析分成几个技术等级，如设备级、节点级、网络级等，在分析可靠性时，可以从备份保护技术、数据冗余保障技术、数据完整性检测、故障检测等几个方面进行分析。

3、可靠性设计

3.1设备可靠性

网络设备可靠性是电力系统数据网络可靠性的基础，也是组成电力系统多业务IP承载网的基本节点。网络设备的关键部件有主控单元、高压组件、滤波器、电源系统、继电器、锂电池等，在可靠性设计上从最初的CPU设计备份到目前主流的NP+ASIC搭配，采用分立设计理念，将路由引擎和管理引擎相分离，提高分布式硬件线速转发技术，从根本上解决了设备板件级的性能和应用可靠性。冗余设备的应用技术主要在主控单元和电源设计上，当网络设备出现临时中断状况，数据包不能正常传输时，冗余设计将在数据存储和恢复方面发挥作用。

3.2节点可靠性

节点的可靠性设计思路主要是使用双设备进行冗余或互备，当节点上的部分设备出现故障不能进行正常功能实现时启动另一个互备设备，使节点保持正常工作流不间断，避免网络瘫痪。如为了更好地解决由于网关故障引起的网络中断问题，网络开发者提出了VRRP协议，这是一种路由容错协议，可以将多台路由设备组成一个VRRP备份组，逻辑上看作是一台虚拟的路由设备，在备份组中，一台路由设备作为主路由设备，其他作为备用路由设备。当主路由设备发生故障，VRRP则会从备用路由设备中选择一台成为新的主设备，接替故障设备工作，从而保障网络通信的连续性和可靠性。

3.3网络可靠性

网络可靠性是指当一定范围内的网络出现故障或不稳定时，整个网络的自愈能力。通过网络可靠性可以度量网络性能好坏，度量指标有耐久性、容错性和可维护性等。网络耐久性是指设备运行的无故障性或寿命，专业名称叫MTBF（Mean Time Between Failure），即平均无故障时间，它是描述整个系统可靠性的重要指标。对于一个网络系统来说，MTBF是指整个网络的各组件（链路、节点）不间断无故障连续运行的平均时间。容错性指系统平均恢复时间，是描述整个系统容错能力的指标。对于一个网络系统来说，MTTR是指当网络中的组件出现故障时，网络从故障状态恢复到正常状态所需的平均时间。可维护性有事后维护和预防维护，前者是当系统发生故障后，能够很快地定位问题并通过维护排除故障，后者是根据系统告警提前发现问题，通过更换设备或调整网络结构来规避可能出现的故障。可维护性需要管理人员来实施，体现了管理的水平，也反映了系统可靠性的高低。

根据每个节点的业务流量统计，考虑高宽带业务的发展需求，预留一定带宽冗余。综合数据网络核心环网最好采用10G以太链路进行建设，节点到数据中心的接入宽带不要小于2GB/s。网络结构采用分层设计理念，按照核心、汇集、接入三层结构进行组网，核心层使用网状结构，汇聚层使用双机组网方式，接入层可以根据实际情况选择双机异地联汇聚层，实现电网数据双向互动。

4、电网数据网络可靠性保障技术措施

4.1重视电网设计

电网设计包括发电、输电、变电、配电设计等，除了满足供电网络的需要，还要保证在各项业务功能实现的基础上软硬件系统配置具有最好的性价比。电网设计要保证数据的可靠性，随着信息化程度的增加，大量数据信息部署在数据中心，构建综合数据平台作为数据中心与用户之间沟通的桥梁，因此数据库中的数据要求完整、准确，使系统具有较好的纠错能力和处理突发事件的应对能力，不会因为某些故障而影响电力系统的正常运转。大机组的联网在大范围内可以进行自动发电控制，使电力供给能力更精确的对用户供电需求进行匹配。

4.2提高技术可靠性

在电网设计上还要注意系统的可扩展性，在接口设计上便于二次开发，扩展系统功能，更好的适应未来电力系统的发展。电网设计系统应具有兼容性和开放性，输入输出可以兼容不同格式的数据类型，支持数据格式转化，增加系统对各种数据的接收和转换能力。在安全方面，构建综合数据网络安全平台，重视网络入侵和安全监控，在控制区和非控制区之间以及调度数据网之间配置硬件防火墙，数据进行加强加密认证和访问控制。电力数据网络设备需要同时支持IPv4和IPv6协议，满足二者之间的互访需求，支持大规格和高性能的PNAT/NAT64，对IP地址进行合理分配和管理，保证电力数据网IP地址的规范性。

4.3强化管理

电力数据网络需要稳定运行以保证电力系统正常的业务运转，在运维保障和运维应急处理方面要加强管理。建立运维保障制度需要提前规划电力数据网方案，制定技术保障方案，使数据网有足够能力满足电力供需。运维应急处理主要是对系统故障和变更的处理措施，目的是维持电力系统的不间断稳定安全运行。建立抗灾机制，确保数据在灾害发生后可以在最短时间内恢复，重新投入运行。

5、结论

本文从设备、节点和网络几个方面介绍了电网数据网络可靠性的设计，从电网设计、技术、管理等方面探讨了电网数据网络可靠性的保障措施。在全面建设智能电网的大背景下，电力数据网络作为实现电力系统日常业务的重要部分，承担着举足轻重的作用，对数据网络统一融合、安全管理、服务质量也提出了更高要求。因此深入研究电力数据网络可靠性，不断加强数据通信技术，加快促进智能电网的发展。

参考文献：

[1]高雪生，陈冰等，如何提高电力调度数据网承载业务可靠性[J]，中国信息化（学术版），2013，6

[2]任峰，张国斌等，合理优化电网调度数据网建设探索[J]，产业与科技论坛，2015，14（24）

（作者单位：国网天津检修公司）