萬(wàn)兆多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)度中的應(yīng)用

張曉斌

（中國(guó)平煤神馬集團(tuán)計(jì)算機(jī)通訊分公司 河南 平頂山 467000）

0 背景

電力調(diào)度是保障安全、經(jīng)濟(jì)地發(fā)供電和合理分配電能不可缺少的重要手段。調(diào)度自動(dòng)化主站與各個(gè)分站之間的數(shù)據(jù)傳輸離不開(kāi)電力通信，電力通信通道的好與壞直接影響著電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化業(yè)務(wù)的性能與可靠性。

電力通信網(wǎng)承載著電力系統(tǒng)的行政辦公、電視電話會(huì)議、生產(chǎn)調(diào)度、自動(dòng)化數(shù)據(jù)、安全穩(wěn)定控制、通信網(wǎng)監(jiān)控、電能計(jì)量、電力服務(wù)和營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)等業(yè)務(wù)，是電力系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)，也是電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的支柱。要實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)必須建設(shè)一個(gè)可靠、高速的電力通信網(wǎng)。

1 中國(guó)平煤神馬集團(tuán)電力調(diào)度網(wǎng)現(xiàn)狀

中國(guó)平煤神馬集團(tuán)礦區(qū)工業(yè)網(wǎng)擁有35kV變電站20座，110kV變電站5座，主變?nèi)萘?1.61萬(wàn)kVA。2010年負(fù)荷約273MW，用電量18.84億kWh。整個(gè)工業(yè)網(wǎng)地域分布廣闊，負(fù)荷大，相當(dāng)于一個(gè)中型城市的電網(wǎng)規(guī)模，且服務(wù)于特別重要的一類(lèi)負(fù)荷，對(duì)供電可靠性、連續(xù)性要求有極高的保證措施。

目前電調(diào)調(diào)度端設(shè)備已完成軟硬件升級(jí)改造工程，即將投入運(yùn)行。各站點(diǎn)的通信設(shè)備還未完成，為了各站點(diǎn)通信設(shè)備的統(tǒng)一配置，進(jìn)行礦區(qū)工業(yè)網(wǎng)通信專(zhuān)網(wǎng)方案設(shè)計(jì)。

礦區(qū)電力調(diào)度專(zhuān)網(wǎng)，作為中國(guó)平煤神馬工業(yè)網(wǎng)的主要安全設(shè)施之一，必須保證通信專(zhuān)網(wǎng)的“同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)建設(shè)、同時(shí)投入使用”，以確保礦區(qū)工業(yè)網(wǎng)網(wǎng)安全、高效運(yùn)行。

2 萬(wàn)兆多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1 目標(biāo)與定位

載網(wǎng)絡(luò)按照MPLS城域網(wǎng)技術(shù)搭建，整合現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的資源，進(jìn)行整體網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。

新網(wǎng)絡(luò)核心的建設(shè)采用高可靠性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，合理設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可靠的網(wǎng)絡(luò)備份策略，保證網(wǎng)絡(luò)具有故障自愈的能力，最大限度地支持多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。充分考慮到電力調(diào)度承載網(wǎng)絡(luò)目前的現(xiàn)狀以及未來(lái)技術(shù)和業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì),必須保障網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備的高吞吐能力，保證各種業(yè)務(wù)的高質(zhì)量傳輸，才能使網(wǎng)絡(luò)不成為電力調(diào)度承載網(wǎng)絡(luò)總體業(yè)務(wù)開(kāi)展的瓶頸。根據(jù)未來(lái)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)和變化，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可以平滑地?cái)U(kuò)充和升級(jí)，最大程度的減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和現(xiàn)有設(shè)備的調(diào)整。支持大型的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，支持策略路由功能，保證與其它網(wǎng)絡(luò))之間的平滑連接。

新建網(wǎng)絡(luò)的定位主要面向全電網(wǎng)多業(yè)務(wù)的高可靠性服務(wù):網(wǎng)絡(luò)核心的建設(shè)滿足全網(wǎng)用戶的高穩(wěn)定應(yīng)用需求；滿足多業(yè)務(wù)獨(dú)立VPN通道的安全應(yīng)用需求；內(nèi)部應(yīng)用服務(wù)的高可靠性部署

2.2 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)原則

網(wǎng)絡(luò)的新建網(wǎng)絡(luò)骨干是全網(wǎng)數(shù)據(jù)交互的中心，應(yīng)具備十分豐富的帶寬資源、安全可靠的機(jī)房設(shè)施、高水平的網(wǎng)絡(luò)管理、高可靠性的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。根據(jù)專(zhuān)網(wǎng)具體特點(diǎn)及建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，提出以下設(shè)計(jì)原則:

可靠性:高可靠性是專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵，也是專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)的基本原則。針對(duì)專(zhuān)用網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)方案，其可靠性設(shè)計(jì)包括:鏈路冗余、關(guān)鍵設(shè)備冗余和重要業(yè)務(wù)模塊冗余。

可擴(kuò)展性:專(zhuān)網(wǎng)網(wǎng)方案設(shè)計(jì)中，每個(gè)層次的設(shè)計(jì)所采用的設(shè)備本身都應(yīng)具有極高的端口密度，為網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展奠定基礎(chǔ)。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層都采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)行靈活擴(kuò)展。功能的可擴(kuò)展性是隨著規(guī)模的擴(kuò)大、業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)提供多應(yīng)用的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)、MPLS VPN、VLAN等功能的靈活部署，為企業(yè)的多業(yè)務(wù)的擴(kuò)展提供基礎(chǔ)。通過(guò)模塊化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模塊化的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，能為用戶的網(wǎng)絡(luò)提供很強(qiáng)的擴(kuò)展和升級(jí)能力。

可用性:關(guān)鍵設(shè)備均采用電信級(jí)全冗余設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)單板熱拔插、冗余的控制模塊設(shè)計(jì)、冗余電源設(shè)計(jì)。采用冗余網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，核心層采用多機(jī)環(huán)形結(jié)構(gòu)方式，層次與層次之間采用全冗余連接。提供多種冗余技術(shù)，采用高效、負(fù)載均衡的備份，接入層面采用星型雙歸屬技術(shù)。

安全性:安全性是企業(yè)用戶最為關(guān)注的問(wèn)題，也是專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)中的關(guān)鍵，它包括物理空間的安全控制及網(wǎng)絡(luò)的安全控制。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有完整的安全策略和MPLSVPN控制體系以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶安全控制。保證數(shù)據(jù)安全保密，防止非法竊聽(tīng)和惡意破壞。

2.3 實(shí)施方案

萬(wàn)兆電力調(diào)度多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)建設(shè)采用環(huán)形結(jié)構(gòu)核心承載，星形雙歸屬接入。

萬(wàn)兆電力調(diào)度多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)采用分層思想、模塊化的設(shè)計(jì)方案，具體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1。

圖1

根據(jù)以上核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思想及其應(yīng)用需求，鑒于業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的特殊安全性要求，在總體建設(shè)上采用業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)分層構(gòu)建、逐層保護(hù)的指導(dǎo)原則，在邏輯層次及業(yè)務(wù)上，網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建實(shí)施如下分配:

2.3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為二層:核心網(wǎng)城域網(wǎng)骨干層用戶接入層。

2.3.2 核心網(wǎng)城域網(wǎng)將節(jié)點(diǎn)連接為一個(gè)支撐整體，設(shè)計(jì)思路為以中心局為核心骨干節(jié)點(diǎn)結(jié)合地理分布的特點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)采用10GE鏈路相連形成相切的兩個(gè)環(huán)形冗余組網(wǎng)以提高可靠性、承載能力和擴(kuò)展空間，選用10GE光纖線路承載完全滿足高帶寬、高擴(kuò)展性的傳輸技術(shù)要求。

2.3.3 使用MPLS技術(shù)建設(shè)城域主干網(wǎng)絡(luò)，在骨干節(jié)點(diǎn)間使用MPLS VPN劃分隔離不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)或部門(mén)；MPLS VPN延伸城域網(wǎng)接入層，以獲得更好的網(wǎng)絡(luò)性能；用戶接入層使用VLAN劃分不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)或部門(mén)。VPN技術(shù)為以后的數(shù)據(jù)安全隔離、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量保證、多類(lèi)別服務(wù)提供了技術(shù)上的保證。

2.3.4 邏輯網(wǎng)絡(luò)連接上采用環(huán)帶鏈的組網(wǎng)拓?fù)浒l(fā)展。在將來(lái)的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中骨干城域網(wǎng)環(huán)形連接，其余接入層匯聚節(jié)點(diǎn)采用樹(shù)型千兆上行連接的組網(wǎng)方式，這樣既可以節(jié)省費(fèi)用，冗余性也得以保障?？稍诒ＷC網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能的情況下，又節(jié)省費(fèi)用。在核心個(gè)節(jié)點(diǎn)交換機(jī)上配置MPLS，劃分若干VPN，在每個(gè)VPN包含一個(gè)或若干Vlan，核心交換機(jī)不僅要支持VLAN等特性，還能擴(kuò)展支持MPLS VPN組

2.3.5 路由技術(shù)上采用 EBGP、OSPF、RIP、 靜態(tài)路由協(xié)議并加入MPLS，構(gòu)成MPLS VPN網(wǎng)絡(luò)。并劃分若干自治區(qū)域，便于管理和減少路由發(fā)布的數(shù)量和規(guī)模。同時(shí)每個(gè)區(qū)域的邊界交換機(jī)作為MPLS網(wǎng)絡(luò)的PE設(shè)備，并在上面劃分VPN，做到VPN間的信息嚴(yán)格隔離。

2.3.6 用戶匯聚接入層為接入用戶提供VLAN接口，以接入核心網(wǎng)上不同的應(yīng)用，如業(yè)務(wù)系統(tǒng)訪問(wèn)主機(jī)要位于一個(gè)單獨(dú)的VLAN里，以實(shí)現(xiàn)與其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)主機(jī)在第二層進(jìn)行隔離保證安全，這些VLAN由核心網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)管理者統(tǒng)一規(guī)劃實(shí)施。

為保證網(wǎng)絡(luò)的兼容及標(biāo)準(zhǔn)性，用戶接入層的交換機(jī)需要支持801.1Q協(xié)議，支持基于端口的VLAN劃分。

總之，萬(wàn)兆電力調(diào)度多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為二層:城域骨干層用戶接入層。設(shè)計(jì)思路為考慮城域骨干節(jié)點(diǎn)14個(gè)，用戶接入層匯聚節(jié)點(diǎn)30個(gè)。

2.4 路由協(xié)議選擇設(shè)計(jì)

當(dāng)前主要的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議有 RIP、IGRP、EIGRP以及OSPF。在工程實(shí)施中，選用OSPF協(xié)議，OSPF是基于Link_State的路由協(xié)議。在每個(gè)HOP上都定義了一個(gè)COST，OSPF認(rèn)為COST之和最小的路徑為最好。

電力調(diào)度網(wǎng)以信息中心為全網(wǎng)的系統(tǒng)中心，全網(wǎng)的14個(gè)核心節(jié)點(diǎn)通過(guò)10G鏈路與中心相連如圖2。

圖2

電力調(diào)度內(nèi)網(wǎng)采用OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議。OSPF協(xié)議采用多區(qū)(AREA)模式，具有較好的擴(kuò)展性，而且區(qū)內(nèi)的錯(cuò)誤路由不會(huì)影響全網(wǎng)，大大增加了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。所有中心局交換機(jī)劃分到OSPF的Area0內(nèi)，與之相連的東部節(jié)點(diǎn)的設(shè)備劃為的OSPF Area1，東部節(jié)點(diǎn)的設(shè)備劃為的OSPF Area2，這將最大限度地利用OSPF的分區(qū)管理優(yōu)勢(shì)。

OSPF路由匯聚:充分考慮到路由匯聚，以便可以匯聚成一條路由信息向其他區(qū)域傳送。通過(guò)對(duì)OSPF的適當(dāng)配置，可以對(duì)路由信息進(jìn)行匯總。

各個(gè)節(jié)點(diǎn)到中心局的路由匯聚:在IP地址的規(guī)劃時(shí)已經(jīng)考慮到路由匯聚，以便可以匯聚成一條路由信息向其他區(qū)域傳送。通過(guò)對(duì)OSPF的適當(dāng)配置，可以對(duì)分核心的路由信息進(jìn)行匯總。各分核心節(jié)點(diǎn)的核心交換機(jī)作為區(qū)域邊界ABR，可以把進(jìn)入一個(gè)區(qū)域的各節(jié)點(diǎn)的多條路由減少到一條路由。

用戶接入的路由設(shè)置:分站單位采用靜態(tài)路由設(shè)置，專(zhuān)網(wǎng)高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)端配置靜態(tài)路由，并把用戶路由信息轉(zhuǎn)化到各核心節(jié)點(diǎn)的OSPF域中。這樣，可避免分站路由波動(dòng)對(duì)骨干路由造成影響。

3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

3.1 提出了采用IP技術(shù)城域網(wǎng)設(shè)計(jì)方法，按照主干網(wǎng)采用環(huán)形雙歸屬設(shè)計(jì)，保證了骨干層的網(wǎng)絡(luò)鏈路安全；用戶接入層采用雙鏈路或者多鏈路接入原則，保證用戶接入層鏈路的安全和內(nèi)外路由的正確性；

3.2 通過(guò)對(duì)IP地址的統(tǒng)一規(guī)劃，滿足現(xiàn)在業(yè)務(wù)的發(fā)展，為以后電力調(diào)度控制業(yè)務(wù)的快速發(fā)展鑒定了基礎(chǔ)；

3.3 通過(guò)統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了故障處理效率；

3.4 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和路由策略，保證了原有應(yīng)用系統(tǒng)的平穩(wěn)過(guò)渡；

3.5 整合了通信光纜和電力高壓光纜資源，大大節(jié)省了投資和維護(hù)成本。

4 總結(jié)

該項(xiàng)目在集團(tuán)電務(wù)廠得到了廣泛應(yīng)用，項(xiàng)目的實(shí)施保證了變電站各種業(yè)務(wù)的鏈路安全、帶寬冗余、系統(tǒng)穩(wěn)定、業(yè)務(wù)可擴(kuò)展性強(qiáng)，項(xiàng)目的實(shí)施為電務(wù)廠集控站的建設(shè)及無(wú)人值守站點(diǎn)的建設(shè)提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，加快了電力調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的步伐；滿足了集團(tuán)公司電力調(diào)度承載網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用的需求，達(dá)到了項(xiàng)目考核指標(biāo)，也為電力調(diào)度網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步擴(kuò)大推廣應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

［1］佩佩恩雅克(Ivan Pepelnjak)，吉查德(Jim Guichard)，田果， 劉丹寧.MPLS和VPN體系結(jié)構(gòu)[M].人民郵電出版社.

［2］HUAWEI NE40E/NE80E、S9300 技術(shù)資料[Z].

［3］劉繼春.電力調(diào)度優(yōu)化理論及其應(yīng)用[M].中國(guó)電力出版社.

［4］張永健.電網(wǎng)監(jiān)控與調(diào)度自動(dòng)化[M].3版.中國(guó)電力出版社.