電力通信系統(tǒng)服務(wù)安全與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)研究

陳 彬，李 虹

(國網(wǎng)寧德公司 信通公司，福建 寧德 352000)

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電力通信系統(tǒng)服務(wù)安全與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)研究

陳 彬，李 虹

(國網(wǎng)寧德公司 信通公司，福建 寧德 352000)

針對(duì)電力系統(tǒng)中通信運(yùn)行服務(wù)的安全和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問題，文中提出了RBD(可靠性框圖)和PRA(概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估)方法。并將風(fēng)險(xiǎn)分為顯性風(fēng)險(xiǎn)和隱性風(fēng)險(xiǎn)，且考慮電力系統(tǒng)通信服務(wù)的重要程度，通過將通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性、電力系統(tǒng)運(yùn)行分類、電力系統(tǒng)運(yùn)行重要程度相結(jié)合，計(jì)算出電力系統(tǒng)通信服務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)值。根據(jù)采用文中所述方法計(jì)算的結(jié)果，證實(shí)了文中方法具有良好的可靠性和實(shí)用性；還可適用于電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的安全和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以及應(yīng)用于電力系統(tǒng)服務(wù)信道的優(yōu)化。

安全和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；可靠性框圖；概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

電力系統(tǒng)的安全性和可靠性取決于電信網(wǎng)絡(luò)的支持。隨著電力系統(tǒng)和電信網(wǎng)絡(luò)的快速建設(shè)，電信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜[1-5]。在這種條件下，科學(xué)地優(yōu)化電信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及布置電力系統(tǒng)服務(wù)，對(duì)于電力系統(tǒng)電信部門而言是一項(xiàng)緊迫的研究課題。

為了解決這一問題，需要評(píng)估電力系統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性條件以及電力系統(tǒng)服務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)，這有助于根據(jù)評(píng)估結(jié)果制定優(yōu)化計(jì)劃[6-9]。

在本文中，執(zhí)行了基于RBD(可靠性框圖)的可靠性評(píng)估方法和基于PRA(概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估)的服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，解決了相應(yīng)的可靠性和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問題。

1 電信服務(wù)分類和重要程度

服務(wù)安全分類和安全水平確定是電信網(wǎng)絡(luò)可靠性和服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)。

1.1 服務(wù)安全分類

根據(jù)在電信服務(wù)出錯(cuò)時(shí)由電信服務(wù)造成的有害影響，電力系統(tǒng)運(yùn)行服務(wù)可分為如下3類：I類運(yùn)行服務(wù)是指安全區(qū)I中的運(yùn)行服務(wù)，I類運(yùn)行服務(wù)是直接監(jiān)控電力系統(tǒng)最為重要的服務(wù)，其是電力生產(chǎn)和運(yùn)行的保證；II類運(yùn)行服務(wù)是指安全區(qū)II中的運(yùn)行服務(wù)，該運(yùn)行服務(wù)是在線運(yùn)行的無控制功能的電力系統(tǒng)的重要服務(wù)，其是電力系統(tǒng)與運(yùn)行的必要部分；III類運(yùn)行服務(wù)是指安全區(qū)III中的運(yùn)行服務(wù)，該類運(yùn)行服務(wù)包括不在安全區(qū)I和II中的電力企業(yè)管理的全部服務(wù)。

1.2 服務(wù)重要程度

運(yùn)行服務(wù)重要程度是指電信運(yùn)行服務(wù)中斷或發(fā)生故障時(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)安全和穩(wěn)定的有害影響程度，反映電信服務(wù)對(duì)電力系統(tǒng)影響的運(yùn)行服務(wù)重要程度是電信服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的最重要指標(biāo)。

對(duì)于中繼保護(hù)服務(wù)[10-12]，存在如下幾個(gè)因素：包括影響服務(wù)重要程度指數(shù)的中繼保護(hù)數(shù)、傳輸模式和信道數(shù)。中繼保護(hù)服務(wù)輸電線路的數(shù)目越多，每個(gè)中繼保護(hù)服務(wù)的重要程度越低。若一個(gè)中繼保護(hù)服務(wù)具有更多的傳輸信道，則該中繼保護(hù)服務(wù)的每個(gè)信道將具有相應(yīng)較小的重要程度值。通常，PLC信道具有比光纖信道更低的運(yùn)行服務(wù)重要程度。無論使用哪種中繼保護(hù)服務(wù)通道，例如，兩個(gè)光纖通道、一個(gè)光纖一個(gè)PLC、一個(gè)光纖或一個(gè)PLC，則每個(gè)中繼保護(hù)的運(yùn)行服務(wù)重要程度對(duì)于某一特定電線是相同的。如上所述，中繼保護(hù)服務(wù)的運(yùn)行服務(wù)重要程度值，如表1和表2所示[13-16]。

表1 具有3個(gè)信道的中繼保護(hù)服務(wù)的運(yùn)行重要程度值

表2 具有兩個(gè)信道的中繼保護(hù)服務(wù)的運(yùn)行重要程度值

如表1和表2所示，括號(hào)中的值是指具有一個(gè)光纖信道和一個(gè)PLC信道的中繼保護(hù)服務(wù)重要程度值。括號(hào)外的值是指具有兩個(gè)光纖信道的中繼保護(hù)重要程度值。

根據(jù)評(píng)估規(guī)則，每個(gè)配置模式的每個(gè)中繼保護(hù)服務(wù)信道的重要程度值的總和是相同的，且每個(gè)中繼保護(hù)服務(wù)也是相同的。

安全穩(wěn)定系統(tǒng)由通過電廠的電信設(shè)備連接的兩個(gè)或多個(gè)安全穩(wěn)定的控制裝置組成。通常，安全穩(wěn)定系統(tǒng)可分為不同的站，例如，主控站、變電站和執(zhí)行站。上述不同站之間的電信對(duì)電力系統(tǒng)具有不同的影響，因此應(yīng)考慮其開始和結(jié)束的信道來確定服務(wù)重要程度值。

綜上所述，安全穩(wěn)定服務(wù)的運(yùn)行服務(wù)重要程度值如表3所示。

表3 安全穩(wěn)定服務(wù)的運(yùn)行重要程度值

直流控制運(yùn)行服務(wù)是電力系統(tǒng)最重要的服務(wù)之一。在考慮N-1和N-2的情況下，該服務(wù)將具有不同的重要程度。在考慮N-2的情況下，將具有比N-1的情況大的重要程度。

如上所述，直流控制服務(wù)的運(yùn)行服務(wù)重要程度值如表4所示。

表4 直流控制服務(wù)的運(yùn)行服務(wù)重要程度值

1.3 電信服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)的分類

顯性風(fēng)險(xiǎn)是指在電信信道中斷時(shí)直接影響電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)行服務(wù)顯性風(fēng)險(xiǎn)值是指當(dāng)服務(wù)出現(xiàn)故障時(shí)的電力系統(tǒng)運(yùn)行和生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估值。

隱性風(fēng)險(xiǎn)是指當(dāng)電信服務(wù)信道出現(xiàn)故障而運(yùn)行服務(wù)未中斷時(shí)，間接影響電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)行服務(wù)隱性風(fēng)險(xiǎn)值是指當(dāng)電信服務(wù)信道出現(xiàn)故障而運(yùn)行服務(wù)未中斷時(shí)，電力系統(tǒng)運(yùn)行和生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估值。

2 RBD算法

2.1 RBD的概念

RBD算法是使用從電信網(wǎng)絡(luò)抽象的可靠性框圖，且根據(jù)每個(gè)電信節(jié)點(diǎn)的可靠性指數(shù)值來從端到端評(píng)估電信網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)信道的可靠性的方法。

2.2 RBD工作流程

基于路徑追蹤算法，RBD的工作流程如下：

步驟1 首先根據(jù)拓?fù)鋱D搜索兩點(diǎn)之間的所有可用路徑；

步驟2 然后為所有或部分可用路徑集合創(chuàng)建可靠性表達(dá)數(shù)組；

步驟3 根據(jù)預(yù)設(shè)的可靠性表達(dá)數(shù)組和可靠性指標(biāo)值計(jì)算可靠性值；

步驟4 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合電信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，分析整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

2.3 RBD的應(yīng)用范圍

RBD算法是可以從端到端計(jì)算服務(wù)信道的可靠性評(píng)估方法之一。使用歷史可靠性統(tǒng)計(jì)值，結(jié)合電信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌赏ㄟ^電信點(diǎn)和鏈路搜索采用RBD算法來計(jì)算每個(gè)服務(wù)信道的可靠性。RBD算法可用于電信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇煽啃栽u(píng)估，可幫助找到所評(píng)估網(wǎng)絡(luò)的弱點(diǎn)，并有助于加強(qiáng)對(duì)弱點(diǎn)的維護(hù)。根據(jù)評(píng)估結(jié)果，其可為電信部門如何優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)提供科學(xué)建議。此外，通過對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案和運(yùn)行服務(wù)布置計(jì)劃的評(píng)估，可幫助電信部門決定方案是否合理、科學(xué)，這將有力地支持網(wǎng)絡(luò)的變更和運(yùn)行服務(wù)布置。

3 PRA算法

3.1 PRA的概念

PRA(概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估)算法是一種結(jié)合運(yùn)行服務(wù)信道的故障概率和信道承載的運(yùn)行服務(wù)重要程度的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。對(duì)于每個(gè)運(yùn)行服務(wù)，若將運(yùn)行服務(wù)重要程度值和故障概率值相結(jié)合時(shí)，可以獲得單個(gè)運(yùn)行服務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)值。當(dāng)總結(jié)信道上承載的所有單個(gè)運(yùn)行服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，將得到信道上承載的所有運(yùn)行服務(wù)的顯性風(fēng)險(xiǎn)和隱性風(fēng)險(xiǎn)。

PRA的主要思想可表示如下

(1)

其中，R為在信道上承載的所有運(yùn)行服務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值；i為運(yùn)行服務(wù)i；N為信道上承載的運(yùn)行服務(wù)數(shù)；IDi為運(yùn)行服務(wù)i的重要程度值；FPi為運(yùn)行服務(wù)i的故障概率值。

在上述的等式中，IDi和FPi是PRA算法的重要指標(biāo)。

3.2 PRA工作流程

顯然，當(dāng)通信信道發(fā)生故障時(shí)，通信信道上所承載的運(yùn)行服務(wù)會(huì)受到影響。在受影響的運(yùn)行服務(wù)中，有些運(yùn)行服務(wù)中斷，其他運(yùn)行服務(wù)的可靠性會(huì)降低。

基于上述PRA的思想，PRA算法可表示為

R=R1+R2

(2)

其中，R為通信信道的整體風(fēng)險(xiǎn)值；R1為通信信道的顯性風(fēng)險(xiǎn)值；R2為通信信道的隱性風(fēng)險(xiǎn)值。通過下式計(jì)算顯性風(fēng)險(xiǎn)

(3)

(4)

R″1為電力系統(tǒng)非控制運(yùn)行服務(wù)的顯性風(fēng)險(xiǎn)值，計(jì)算公式如下

(5)

(6)

其中，F(xiàn)j為運(yùn)行服務(wù)j的故障概率值；Zj為運(yùn)行服務(wù)j的運(yùn)行服務(wù)重要程度值；k1為被中斷的運(yùn)行服務(wù)數(shù)，k1≥1。

通過下式計(jì)算隱性風(fēng)險(xiǎn)

(7)

(8)

R″2為電力系統(tǒng)非控制運(yùn)行服務(wù)的隱性風(fēng)險(xiǎn)值，計(jì)算公式如下

(5)

(6)

其中，F(xiàn)j為運(yùn)行服務(wù)j的故障概率值；Zj為運(yùn)行服務(wù)j的運(yùn)行服務(wù)重要程度值；k2為可靠性低的運(yùn)行服務(wù)數(shù)；k2≥1，Nj為運(yùn)行服務(wù)j的可用路由數(shù)；nj為運(yùn)行服務(wù)j的所有可用路由的故障數(shù)，nj

PRA算法是主要計(jì)算傳輸線的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和值的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。假設(shè)傳輸線故障，可根據(jù)這些運(yùn)行服務(wù)的數(shù)目和重要程度值，獲得該傳輸線的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值。當(dāng)計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)值時(shí)，需要設(shè)置上述計(jì)算公式的每個(gè)指標(biāo)值，然后得到傳輸線的風(fēng)險(xiǎn)值。

3.3 PRA的應(yīng)用范圍

雖然某些傳輸線的風(fēng)險(xiǎn)不能通過PRA算法和相應(yīng)的工具來降低，但可得到電信網(wǎng)絡(luò)的整體風(fēng)險(xiǎn)分布。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，電信部門可以科學(xué)地調(diào)整運(yùn)行服務(wù)的安排，從而降低風(fēng)險(xiǎn)值較高的傳輸線路的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。因此，當(dāng)這些傳輸線具有故障時(shí)，將降低其對(duì)電力系統(tǒng)所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

4 PRA的應(yīng)用

考慮以下電信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洌鐖D1所示。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的示例拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

開始節(jié)點(diǎn)結(jié)束節(jié)點(diǎn)服務(wù)數(shù)目可靠性指數(shù)站A站B50.998站B站D50.999站A站C50.997站D站E20.993站C站F80.930站C站D51.000站B站E80.950站E站F80.980

該電信網(wǎng)絡(luò)承載的運(yùn)行服務(wù)如下：在該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中有兩個(gè)邏輯鏈路，其是來自站A～E和來自站B～F的邏輯鏈路。

表6 服務(wù)及其路由路徑

根據(jù)上述方程，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值計(jì)算如下：

表7 物理鏈接風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估樣本

5 結(jié)束語

可靠性與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)是電力系統(tǒng)運(yùn)行和生產(chǎn)的重要保證。在文中進(jìn)行了基于電信網(wǎng)絡(luò)RBD的評(píng)估方法和基于電信服務(wù)PRA的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。利用這些可靠性評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)，可幫助電信部門分析弱點(diǎn)或高風(fēng)險(xiǎn)值傳輸線，這將對(duì)運(yùn)行服務(wù)信道布置和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化有較大益處。電信網(wǎng)絡(luò)的可靠性評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)在電信網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)生命周期內(nèi)實(shí)施。此外，相應(yīng)工具的研發(fā)也較為重要。

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Study of Safety and Risk Assessment for Communication Services in Power System

CHEN Bin，LI Hong

(State Grid ICT Companies the Power Company Ningde, Ningde 352000, China)

In this paper, RBD (Reliability Block Diagram) and PRA (Probabilistic Risk Assessment) methods are proposed to solve the security and risk assessment of communication service in power system. In this paper, the risks are divided into explicit and implicit risks, and by considering the important degree of communication services in power system, combining the reliability of communication network, the classification of power system operation and the importance degree of power system operation, power system service risk valuecan be calculated. According to the results of the method described in this paper, it is proved that the proposed method has very good reliability and practicability. The method proposed in this paper can be applied to the security and risk assessment of power system communication network, and can be used in the optimization of power system service channel.

safety and risk assessment; reliability block diagram; probabilistic risk assessment

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.12.035

2016- 11- 07

陳彬(1988-)，男，助理工程師。研究方向：電力系統(tǒng)通信。李虹(1985-)，女，工程師。研究方向：電力系統(tǒng)通信。

TN256

A

1007-7820(2016)12-126-04