地市级电力光传输网优化分析

夏 帅张 军李政均王善义谭 梦

(国网湖北省电力有限公司十堰供电公司,湖北 十堰 442000)

地市骨干传输网是电力通信网的重要组成部分,为支撑电力生产调度和管理经营发挥着重要作用[1]。

伴随着新型电力系统的建设,业务需求呈现新能源、新业务大规模接入、控制由局部向全域拓展、由骨干向末梢延伸、信息采集爆发式增长等特点,地市骨干传输网面临着巨大挑战。十堰地区骨干传输网在不同时期逐步建成,虽已实现全面网络覆盖,但整体性不强,存在网架结构不合理问题。因此,需要调整网络拓扑、组网方式,优化光传输网性能,提升骨干传输网的业务承载能力,全面实现业务协同。

1 光传输网现状

十堰地区骨干光传输网采用华为Optix 系列光传输设备部署,应用多业务传送平台(Multi-Service Transfer Platform,MSTP)/同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy,SDH)技术体制,核心层传输容量为10 Gbit/s,汇聚层容量仅仅为622 Mbit/s。目前,光传输网覆盖了地调中心站、220 k V 变电站、110 k V 变电站、35 k V 变电站、县调中心站,二级单位以及部分用户厂站,承载着电力生产控制和经营管理多项业务,主要包括继电保护、安全稳定控制、自动化、调度电话以及行政电话、营销缴费、综合数据网、动力环境监控、生产管理信息系统(Management Information System,MIS)等重要业务[2]。十堰地区骨干传输网现状严重制约了业务扩展,难以适应新型电力系统的建设需求,存在主要问题如下。

(1)现有地区骨干网、县域网独立建设,不能满足地县一体化发展要求。

随着公司地县一体化建设的持续推进,县域通信网与地市骨干通信网的一体化整合要求不断增强。县调不再配置调度自动化主站,采用地调主站延伸终端的方式;县域调度数据网完全接入到地市调度数据网接入网;县公司数据通信网要求采用GE 通道接入地市公司汇聚节点;县域通信设备与地市通信设备需要纳入统一监视管理。十堰公司现有地市骨干通信网与县域通信网分别独立建设,虽然县域设备与骨干网设备品牌基本统一,因属不同期设计和建设,没有考虑设备的统一监视和管理、业务的纵向贯通以及新建变电站的接入,迫切需要进行一体化优化整合。

(2)现有网络结构不合理,无法提升网络整体性和可靠性。

现有网络中220 k V SJD、110 k V ZS(ZS公司第二汇聚点)、LZ(FX 公司第二汇聚点),这3 个站点作为南三县的接入点,应纳入核心层网络。随着DJ至YX 第2光缆路由的建设、以及规划的220 k V TGY 变电站的建设,可将DJ公司和220 k V JZ 变多路由接入核心层。北部网络随着DY变电站的建设,可优化成小环网结构。部分县接入网均采用背靠背方式接入核心网,此结构不适应网络的发展。

(3)现有网络容量瓶颈、带宽不够,不适应新增业务的需求。

预计“十四五”末期,通信网核心层断面业务流量将达到30.5 G。目前县域网以622 M 链路接入10 G 环网,上联带宽瓶颈较为凸显,现有网络无法满足调度数据网第二平面、配电自动化等业务发展需求。县域内多为622 M 小环网和622 M/155 M 单链路,接入带宽容量小,不能满足新增业务需求。因此迫切需要提升县域网带宽,提高网络传输能力。

(4)网络效率偏低。

网管系统的ECC缺少统筹规划,使网络管理信息、告警信息、开销字节的传送速度欠佳,管理时效性低。电路的通道规划缺乏对电路等级的分级管理考虑,通道使用缺少整体规划而造成的电路运行混乱,致使电路调配日益复杂、局端上下电路难度增加、交叉矩阵浪费严重且使用不均衡、电路运行的清晰度低;线路纤芯的规划分配不合理,限制了设备组网的灵活性,存在大范围纤芯迂回的现象;管理不到位,纤芯使用混乱。

2 光传输网优化原则

光传输网优化的总体原则是“网络分层,业务分类”,调整部分业务的运行方式,确保不会造成设备或线路重载现象[3]。

地市级光传输网采用核心层、汇聚层、接入层3层网络结构。核心层站点选择应充分考虑光缆网架结构及光缆可靠性,要求拓扑相对稳定,规划期内电网结构无重大调整的情况下,地市骨干传输网核心层不应调整。汇聚层主要考虑各子网内光缆路由较多的高电压等级变电站以及各县级调度机构。接入层为各子网支线变电站。对于传输网承载的业务,按照属性和等级,划分为生产控制类业务和管理信息类业务。在资源分配时,优先保障生产控制类业务的带宽、时延、通道冗余性的需求。

核心层骨干网以现有城网为基础,以220 k V OPGW 光缆为依托,形成10 G 环网,地市公司以2*10 G 接入骨干网。核心层主要承载调度数据网、通信数据网、配电自动化、公司内网等大颗粒业务,以及汇聚层至核心层的业务汇聚,同时核心层负责220 k V 线路继电保护、安全稳定控制等实时业务传输。

汇聚层主要覆盖县公司、县公司第二汇聚点、枢纽220 k V 变电站。汇聚层节点以2点、2.5 G速率接入骨干网。实现县域覆盖范围内的35 k V、110 k V 变电站信息内网、动力环境监控等小颗粒业务汇聚。

接入层网络以现有县域网络为基础,形成以县公司和县公司第二汇聚点为核心的622 M 环网,各支线110 k V 变电站、35 k V 变电站以622 M/15 5M 速率接入环网。为了节省投资,在不影响主干环网拓扑的情况下,现有设备利用已有板卡接入。

3 光传输网优化分析

3.1 优化网络拓扑结构

根据光缆资源的实际,骨干网主环优先使用可靠性较高的OPGW 光缆。合理规划网元之间的拓扑链接,优先采用光纤自愈环的网络结构,对于光缆资源有限的接入节点辅以相切环的网络结构,逐步将现网中星型结构改为环网结构。局部相切环组网时,可在两环相切的节点上配置双环网元设备交叉保护,克服双环相切时节点保护可靠性差的问题。对于有条件的枢纽节点,可适当采用相交环方式组网,能够实现对单相交节点失效时的业务保护。

对于接入层较长的环网结构改造。据行业经验,当一个环网节点多于8个,网络风险点显著增多,故障发生率增大,网络安全稳定性级别较低,环内业务保护容量降低[4]。

结合网络实际情况,对有条件的县域接入环予以裂环拆环。例如,图1中环上网元数量较多,将该接入环拆环,如图2所示,线路资源将增加一倍,可以有效缓解该环线路资源紧张的情况,并能提高网络的安全性。针对图3中环内资源紧张、扩容困难的节点,进行加环扩容,实现双环运行,如图4所示。

图1 县域接入环优化前网络结构

图2 县域接入环优化后网络结构

图3 加环扩容前的网络结构

图4 加环扩容后的网络结构

对于网络拓扑中链型组网的节点,通过新建部分光缆,将能成环的链路尽量成环,不能成环的链路尽量控制在3~4个以内,保持网络的稳定性。

3.2 增加节点交叉能力

对存在带宽瓶颈的枢纽节点,通过增加光板容量、设备升级,提升骨干通信网传输能力[5]。依据设备的槽位分配原则,对骨干通信网全网设备的线路板、以太网板所占用的板位进行调整,预留10 G 槽位,以太网板尽量占用支路槽位。对不具备条件的老旧设备升级更换,重要节点或汇聚节点优先考虑10 G 光传输设备,提升时分交叉容量。同时,对于部分枢纽站点适当考虑增加扩展子架,实现扩容。对于枢纽节点的容量升级,应根据业务流量预测分析,保持通道容量有一定的余量,以满足新增业务的需要。

3.3 统一资源分配

伴随电网的发展和智能电网的建设,电力通信网承载的业务不再局限于传统的电网调度,而是发展成多种电力相关业务的综合平台。随着新型电力系统的建设,未来需要对电网进行大规模、全过程的监视、控制、分析,电网计算将向动态、超实时的方向发展,大量的电网状态信息将通过信息通信网实时传输与交换。网络资源分配不合理、手动配置业务时,交叉时隙缺少规划的弊端尤为凸显,将严重制约光传输网的整体性能。因此,迫切需要对全网的时隙资源进行统筹分配、规划,提升资源的利用率,适应新型电力系统建设的需求[6]。

资源的统一分配应在梳理现网中时隙资源的使用情况及分析不同类型新增业务需求的基础上,对本地区业务的流量、方向进行归纳,对远期的时隙资源做出基本预测和规划。目前地市级光传输网可按以下思路对全网时隙资源统筹规划。

(1)业务配置时减少业务跨网、跨环转接,避免时隙资源的浪费,同时增加潜在的故障节点。

(2)小颗粒业务的汇聚尽量在网络的边缘(某几个选定的汇聚节点)进行,汇聚成大颗粒业务后,再进入核心层传送。

(3)根据业务的类型和本地时隙资源,对高阶通道进行分配。通过业务类型划分VC4资源,建立业务与时隙资源的映射关系,能够有效提升时隙使用效率,同时也给故障处理带来便利。

(4)对于小颗粒业务(VC12级别),规划同一类型业务应分配同一个VC4内的低阶时隙,原则上不能跨高阶时隙使用,减少非必要的交叉资源消耗。

3.4 网管系统优化

目前网络规模逐渐增大,一个网络内ECC 互通的网元数量高达200个,随着新型电力系统的建设,网元数量将更加庞大。而ECC 巨网在运行中存在诸多隐患。

部分网络结构发生变化,大量路由广播信息导致DCC 通道发生拥塞,引起ECC 收敛速度显著缓慢,网元信息丢失;ECC巨网可能导致通道堵塞致使告警丢失或延迟上报,影响网元业务的配置与下发;巨网ECC 路由表刷新频繁,导致主机产生异常复位;网络的拥塞最终导致部分网元脱网。

针对现网中ECC巨网问题,有效的优化方式是对现网进行分割,将一个大的网络划分为多个小的ECC子网,以确保路由信息和数据只在小网内传播,不会扩散到其它网络。参考业界做法,SDH 网络应限制网元数量,一般是32或者64个网元作为一个小的管理子网[7]。业界测试数据表明,当一个ECC子网内网元数量不超过64个时,能够获得较好的网络性能。

按照分层分域的思路,对现网划分ECC 子网,对于地区光传输网,可以考虑按县域划分子网,以汇聚节点为各ECC 子网的主备网关,在网络资源富余的条件下,可以考虑建设网管网专用数据承载网,避免大量网元的管理信息在全网带内通道传送,减轻骨干网网关的管理压力。同时,将各个ECC子网之间互通的STM-N 光/电接口的ECC关闭。一般而言,通过ECC 巨网分割,可以在很大程度上优化网络管理性能。另外,如果有多张成熟的光传输网络,可以考虑建立带外DCN 网络实现网元管理信息传送,并且带宽可以调节,同时还具备环网保护功能。

4 结束语

电力通信光传输网的优化是一个长久的过程,伴随着业务发展需求、电网建设以及技术的演进,需要不断优化调整,使得光传输网保持在一个健康稳定的运行状态。通过对光传输网扩容、环网的升级,提升了业务的承载能力,基于全网的时隙统筹管理,增强了节点资源调度的灵活性,合理拆分ECC 巨网,大幅减轻了单个网关的管理压力,通信网运行风险显著降低,有效保障了电力系统的安全。