本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立、優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

電力信息通信作為供電企業(yè)重要的發(fā)展基礎(chǔ)，是實現(xiàn)企業(yè)管理現(xiàn)代化和電網(wǎng)調(diào)度自動化的重要技術(shù)手段，承擔(dān)著生產(chǎn)經(jīng)營等多方面業(yè)務(wù)的信息傳遞與交換，尤其是電力通信機房作為電力信息通信網(wǎng)的核心節(jié)點應(yīng)當(dāng)加強管理，確保電力通信的可靠運行。

目前電力信息通信機房網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)結(jié)構(gòu)多采用環(huán)形或星形拓撲結(jié)構(gòu)，采用基于SDH傳輸設(shè)備的多業(yè)務(wù)傳輸交換方式。隨著電力需求的增長和電網(wǎng)規(guī)模的擴大，臨近區(qū)域內(nèi)往往布設(shè)多個獨立的通信機房網(wǎng)絡(luò)，缺少不同網(wǎng)絡(luò)間的聯(lián)動機制，難以滿足未來智能電網(wǎng)互聯(lián)互通、調(diào)控一體化的發(fā)展要求。

同時，現(xiàn)有技術(shù)雖然大量對網(wǎng)絡(luò)通信進行魯棒性優(yōu)化的文獻，但是兼顧魯棒性及建設(shè)成本，且針對于電力信息通信機房網(wǎng)絡(luò)特性的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法仍未出現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了提供一種電力系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立、優(yōu)化方法，本發(fā)明基于上述魯棒性優(yōu)化方法，在考慮建設(shè)成本的基礎(chǔ)上，確定電力通信機房網(wǎng)絡(luò)的實際拓撲連接結(jié)構(gòu)，使其兼顧魯棒性及建設(shè)成本，有助于滿足未來智能電網(wǎng)互聯(lián)互通、調(diào)控一體化的發(fā)展要求。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種電力系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立、優(yōu)化方法，具體包括以下步驟：

(1)基于電力通信機房網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)矩陣，計算通信網(wǎng)絡(luò)的有效圖阻抗特性并將其作為衡量網(wǎng)絡(luò)魯棒性的標準；

(2)優(yōu)化單網(wǎng)魯棒性：在各獨立網(wǎng)絡(luò)中采用最優(yōu)化鏈接選擇機制，計算成對機房節(jié)點間的有效阻抗值，篩選出網(wǎng)絡(luò)中擁有最大有效阻抗值的尚未連接的節(jié)點對，并構(gòu)建鏈路，對有效圖阻抗特性進行改進；

(3)優(yōu)化網(wǎng)間魯棒性：在相鄰網(wǎng)絡(luò)間采用節(jié)點互聯(lián)機制，分別使用隨機幾何圖方法和相對鄰居圖方法確定網(wǎng)間矩陣，對有效圖阻抗特性進行改進；

(4)計算分別使用隨機幾何圖方法和相對鄰居圖方法確定網(wǎng)間矩陣時構(gòu)建的新建鏈路的成本，選取成本投入小的方法形成的網(wǎng)絡(luò)連接方式構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

所述步驟(1)中，確定臨近區(qū)域內(nèi)獨立網(wǎng)絡(luò)數(shù)量，基于各網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，獲得各網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點數(shù)量與鏈路數(shù)，利用圖表示每個網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，利用各網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點數(shù)量及鏈路數(shù)構(gòu)建鄰居矩陣以表征圖中兩兩節(jié)點的連接關(guān)系。

所述步驟(1)中，計算鄰居矩陣對應(yīng)的拉普拉斯矩陣，在獲得各個網(wǎng)絡(luò)圖的拉普拉斯矩陣計算對應(yīng)矩陣的各個特征值，所述特征值的個數(shù)與節(jié)點數(shù)量相符。

所述步驟(1)中，各通信機房圖的拉普拉斯矩陣標識網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點的連接特性，基于該矩陣的特征值計算各網(wǎng)絡(luò)的有效圖阻抗值，并用有效圖阻抗值衡量網(wǎng)絡(luò)魯棒性，評價原則為有效阻抗值越小，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)魯棒性越強。

所述步驟(2)中，在各獨立網(wǎng)絡(luò)中采用最優(yōu)化鏈接選擇機制，計算成對機房節(jié)點間的有效阻抗值，在擁有最大阻抗值的節(jié)點間建立鏈路，進而計算更新后的各網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間有效阻抗，改進有效圖阻抗特性以優(yōu)化單網(wǎng)魯棒性。

所述步驟(3)中，在相鄰網(wǎng)絡(luò)間采用節(jié)點互聯(lián)機制，選取區(qū)域內(nèi)地理位置相鄰的網(wǎng)絡(luò)，兩兩構(gòu)成互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)每個網(wǎng)絡(luò)自身的鄰居矩陣和網(wǎng)間矩陣，計算互聯(lián)后的網(wǎng)絡(luò)鄰居矩陣。

所述步驟(3)中，通過隨機幾何圖或相對鄰居圖算法確定網(wǎng)間矩陣。

進一步的，所述步驟(3)中，利用隨機幾何圖方法確定網(wǎng)間矩陣，設(shè)定閾值，若位于不同網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點距離小于該閾值時，認為兩點地理位置相近，在兩點間建立連接。

進一步的，所述步驟(3)中，利用相對鄰居圖方法確定網(wǎng)間矩陣，分別以不同網(wǎng)絡(luò)中的兩個節(jié)點為圓心，以兩點距離為半徑分別作圓，若兩圓重疊區(qū)域內(nèi)無其他節(jié)點時，認為兩點地理位置相近，在兩點間建立連接。

所述步驟(4)中，成本投入量為單位鏈路成本、平均鏈路長度和新建鏈路數(shù)量的乘積。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)利用網(wǎng)絡(luò)的有效圖阻抗特性作為網(wǎng)絡(luò)魯棒性的評價標準，計算量小、計算過程簡單；

(2)通過連接擁有最大有效阻抗值的節(jié)點有效地減小獨立網(wǎng)絡(luò)的有效圖阻抗值，進而改善了區(qū)域內(nèi)各網(wǎng)絡(luò)的魯棒性；

(3)利用隨機幾何圖和相對鄰居圖兩種方法，通過不同網(wǎng)絡(luò)間節(jié)點的連接一方面增強了網(wǎng)間互聯(lián)，同時由于新的連接介于地理位置較近的節(jié)點之間，也減小了鏈路建設(shè)開銷；

(4)區(qū)分獨立網(wǎng)絡(luò)及相鄰網(wǎng)絡(luò)兩種情況，分別采用網(wǎng)內(nèi)最優(yōu)化鏈接選擇機制和網(wǎng)間節(jié)點互聯(lián)機制實現(xiàn)并優(yōu)化網(wǎng)內(nèi)及網(wǎng)間的機房通信節(jié)點的互聯(lián)，最終實現(xiàn)電力通信機房網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，進而增強網(wǎng)絡(luò)的整體魯棒性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的工作原理圖。

圖2是隨機幾何圖節(jié)點連接機制示意圖。

圖3是相對鄰居圖節(jié)點連接機制示意圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

一種電力系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立、優(yōu)化方法，包括以下步驟：

S1，基于電力通信機房網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，獲得網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)矩陣，計算網(wǎng)絡(luò)的有效圖阻抗特性并將其作為衡量網(wǎng)絡(luò)魯棒性的標準。

設(shè)臨近區(qū)域內(nèi)獨立網(wǎng)絡(luò)數(shù)量為M，基于各網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，獲得各網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點數(shù)量N_k及鏈路數(shù)L_k，其中k∈(1,2,...,M)。以圖G_k(N_k,L_k)表示第k個網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，即第k個網(wǎng)絡(luò)中包含N_k個機房節(jié)點和L_k條鏈路。以N_k×N_k的鄰居矩陣A_k表示圖G_k(N_k,L_k)中兩兩節(jié)點的連接關(guān)系，當(dāng)兩節(jié)點間存在鏈路時，其元素a_ij＝1，否則a_ij＝0，i,j∈(1,2,...,N_k)。顯然A_k為對角線為0的對稱陣。

計算A_k對應(yīng)的拉普拉斯矩陣Q_k＝Δ-A_k，Δ為對角陣，即Δ＝diag(d_i)，其中d_i為主對角線元素，且在獲得各個網(wǎng)絡(luò)圖的拉普拉斯矩陣Q_k后，計算對應(yīng)矩陣的N_k個特征值μ_ki。

各通信機房圖G_k(N_k,L_k)的拉普拉斯矩陣Q_k標識網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點的連接特性，基于該矩陣的特征值μ_ki計算各網(wǎng)絡(luò)的有效圖阻抗值并用該參數(shù)衡量網(wǎng)絡(luò)魯棒性，評價原則為有效阻抗值越小，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)魯棒性越強。

S2，在各獨立網(wǎng)絡(luò)中采用最優(yōu)化鏈接選擇機制，計算成對機房節(jié)點間的有效阻抗值，在擁有最大阻抗值的節(jié)點間建立鏈路，改進有效圖阻抗特性以優(yōu)化單網(wǎng)魯棒性。

最優(yōu)化鏈接選擇機制基于有效阻抗原則，篩選出網(wǎng)絡(luò)中擁有最大有效阻抗值的尚未連接的節(jié)點對。各網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間有效阻抗值其中為拉普拉斯矩陣Q_k的Moore-Penrose廣義逆矩陣。

通過連接擁有最大有效阻抗值的節(jié)點有效地減小獨立網(wǎng)絡(luò)的有效圖阻抗值，進而改善了區(qū)域內(nèi)各網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。

S3，在相鄰網(wǎng)絡(luò)間采用節(jié)點互聯(lián)機制，通過隨機幾何圖和相對鄰居圖兩種算法分別確定網(wǎng)間矩陣，改進有效圖阻抗特性以優(yōu)化網(wǎng)間魯棒性。

選取區(qū)域內(nèi)地理位置相鄰的網(wǎng)絡(luò)，以便兩兩構(gòu)成互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。設(shè)兩相鄰網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的拓撲圖分別為G_p(N_p,L_p)和G_q(N_q,L_q)，其鄰居矩陣分別為和設(shè)網(wǎng)間矩陣為則互聯(lián)之后的網(wǎng)絡(luò)鄰居矩陣顯然通過算法確定網(wǎng)間矩陣B_pq后，相鄰網(wǎng)絡(luò)的鄰居矩陣I隨即確定。

確定網(wǎng)間矩陣的B_pq的算法包括隨機幾何圖和相對鄰居圖兩種方法。在隨機幾何圖方法中，需設(shè)定閾值r，當(dāng)位于不同網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點距離小于該閾值時，認為兩點地理位置相近，在兩點間建立連接。在相對鄰居圖中，分別以不同網(wǎng)絡(luò)中的兩個節(jié)點為圓心，以兩點距離為半徑分別作圓，若兩圓重疊區(qū)域內(nèi)無其他節(jié)點時，認為兩點地理位置相近，在兩點間建立連接。從而確定了網(wǎng)間矩陣B_pq及相鄰網(wǎng)絡(luò)的鄰居矩陣I。兩種方法通過不同網(wǎng)絡(luò)間節(jié)點的連接一方面增強了網(wǎng)間互聯(lián)，同時由于新的連接介于地理位置較近的節(jié)點之間，也減小了鏈路建設(shè)開銷。

S4，通過以上步驟獲得兩種覆蓋全網(wǎng)的拓撲連接圖，在實際布線中進一步綜合鏈路成本因素，以便確定魯棒性強且建設(shè)成本低的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

設(shè)單位鏈路建設(shè)成本為α，由隨機幾何圖確定的新建鏈路數(shù)為l，鏈路平均長度為E_R，通過相對鄰居圖確定的新建鏈路數(shù)為m，鏈路平均長度為E_N，當(dāng)鏈路成本αE_Rl＜αE_Nm時，選取隨機幾何圖方法確定的網(wǎng)絡(luò)連接，反之選取相對鄰居圖確定的網(wǎng)絡(luò)連接。從而確定了兼顧魯棒性及建設(shè)成本的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。