基于負載均衡的電力傳輸網構建

楊安坤

(中國電建集團河南省電力勘測設計院有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

某省省網同步數字體系 (synchronous digital hierarchy，SDH)網絡(以下簡稱“省網”)始建于2006年，在網運行多年，設備老化加重，總體故障率呈增長趨勢，部分在網設備型號停產，亟需進行改造。某省下轄18個地市，各地區傳輸網僅有1張SDH網絡(以下簡稱“地網”)，承載了地區2張調度數據專網及其他生產業務網絡，網絡重載，安全可靠性有待提升。省網接入網總體輕載，與地網帶寬共享、工作協同、均衡負載的作用有待提高。

1 某省傳輸網現況

1.1 省網現況及問題分析

省網核心層配置雙套設備，覆蓋省調、18地市地調和500 kV以上變電站，接入層配置單套設備，覆蓋18地市220 kV變電站，形成南北2張網絡，分別采用依賽和華為品牌設備組網，核心層帶寬10Gbps，接入層帶寬2.5Gbps。省網承載了調度數據專網骨干雙平面、調度數據專網省調接入網等省級重要生產控制類業務網絡。

圖1 省網設備分布示意圖

省網主要存在兩方面問題：一是非自主可控設備占比較高。依賽設備為進口合資品牌，華為OSN7500/3500等主流在網設備型號停產。二是設備超期服役現象普遍存在。截止2022年底，10年以上省網SDH設備占比54%，近3年，省網共發生設備故障300余起，并呈現逐年增長趨勢。

1.2 地網現況及問題分析

某省18個地市公司均建設有覆蓋地區35 kV以上站點的SDH傳輸網絡，采用環形網絡結構，核心帶寬10Gbps/2.5Gbps，接入層帶寬622Mbps/155Mbps，主要承載電網Ⅰ、Ⅱ區生產控制類業務。

地網存在的主要問題是各地區僅有1張SDH網絡，但承載了2張地區調度數據專網及其他生產控制類業務網絡，不具備冗余承載網，網絡重載，業務承載的安全可靠性仍有待提升。雖然各地區有省網接入網覆蓋220 kV站點，但僅定位于承載省網業務接入層，未用于地網業務承載。

2 帶寬測算與分析

根據某省電力業務承載網定位，SDH網絡主要承載電網Ⅰ、Ⅱ區生產控制類業務，分組傳送網（packet transport network，PTN）網絡主要承載電網Ⅲ、Ⅳ區管理信息類業務，光傳輸網絡(optical transport network，OTN)主要承載省-地綜合數據網業務。本文根據各業務承載要求、當前省地SDH傳輸網應用模式以及國家電網印發的帶寬測算方法，參考2030水平年對省地傳輸網帶寬需求進行測算，結果見表1所列。其中省網接入網和地區網絡以中大型(6個縣)核心位置地市為例。

根據表1測算結果可知：

1)省干傳輸網

2030年某省省干SDH網絡斷面業務流量達107.863Gbps，省調SDH下聯出口帶寬需求達到44.783Gbps，承載了調度數據網骨干雙平面等重要生產業務網絡，因此省干核心網建成雙平面10Gbps網絡，實現冗余承載、業務分擔仍十分必要，同時應合理規劃省、備調出口網絡結構，地調上聯出口應采用10Gbps帶寬。

2)地區傳輸網

以中大型(6個縣)核心位置地市為例，2030年地網SDH網絡斷面業務流量達49.551Gbps，地調SDH下聯出口帶寬需求達16.139Gbps，上聯帶寬需求達5.477Gbps，由1張SDH網絡承載了地區調度數據網雙平面等重要生產業務網絡。地網1張10G SDH網絡在合理網絡規劃、安全可靠運行的前提下才可滿足業務承載需求，同時縣調出口帶寬應至少2.5Gbps帶寬，地調備調出口帶寬應為10Gbps帶寬。

3)省網接入網

以中大型(6個縣)核心位置地市為例，參考當前省網接入網應用模式，2030年省網接入網SDH網絡斷面業務流量達9.523Gbps，接入網上聯核心網總帶寬8.254Gbps，下聯接入層總帶寬9.523Gbps，主要承載調度數據網骨干雙平面上聯/互聯業務、調度數據專網省調接入網地區匯聚層及接入層、繼電保護等生產控制類業務。除地調出口帶寬需求較大外，網絡其他區段總體輕載。因此，省網接入網地調出口帶寬應為10Gbps帶寬或多個2.5Gbps帶寬上聯至核心層。

綜上，省干傳輸網、省網接入網、地區傳輸網網絡狀況對比見表2所列。

表3 方案對比表

3 省地傳輸網構建方案

綜合考慮當前國網技術政策和傳輸技術發展水平，省網SDH傳輸網改造仍應采用成熟可靠的SDH技術體制。根據省地傳輸網存在的問題和帶寬需求預測，充分結合省地傳輸網運維管理體制，同時考慮省網傳輸網改造和地區傳輸網重載治理，提出以下3種省地傳輸網構建方案。

3.1 方案一

3.1.1 設計原則

1)運維管理體制不變。即省網核心網和省網接入網運行方式權限歸屬省公司，地區傳輸網運行方式權限歸屬地市公司。

2)建網標準不變。即省網核心層站點采用雙設備配置，寬帶為10Gbps，接入層單設備配置，寬帶為2.5Gbps。地區傳輸網保持不變，仍采用現有10Gbps/2.5Gbps網絡。

3)業務承載方式不變。即省網僅定位于承載省網業務，地網僅定位于承載地網業務。

3.1.2 設計方案

1)省網核心網

改造現有省網核心網，更換老舊停產設備，新建網絡覆蓋省調、備調、省檢、數據中心、18地市地調以及樞紐500 kV以上核心節點，采用雙設備配置，形成雙網，帶寬10Gbps。核心層雙網合理規劃網絡結構、均衡分擔負載(主要為調度數據專網骨干雙平面、調度交換網以及其他重要跨區業務)、相互冗余備份，宜采用不同品牌設備。

2)省網接入網

改造現有省網接入網，更換老舊停產設備，新建網絡覆蓋地市220 kV變電站，采用單設備配置，仍用于承載省網業務的接入層。

3)地區傳輸網

保持不變，不進行改造。

3.2 方案二

3.2.1 設計原則

1)運維管理體制不變。即省網核心網和省網接入網運行方式權限歸屬省公司，地區傳輸網運行方式權限歸屬地市公司。

2)省網建網標準不變，地市建設第二張SDH傳輸網。即省網核心層站點采用雙設備配置，寬帶為10Gbps/2.5Gbps，接入層單設備配置，寬帶為2.5Gbps。地區傳輸網建設第二張SDH網絡。

3)業務承載方式不變。即省網僅定位于承載省網業務，地網僅定位于承載地網業務。

3.2.2 設計方案

1)省網核心網

改造現有省網核心網，更換老舊停產設備，新建網絡覆蓋核心節點，同方案一。

2)省網接入網

改造現有省網接入網，更換老舊停產設備，新建網絡覆蓋地市220 kV變電站，同方案一。

3)地區傳輸網

地區傳輸網建設第二張SDH網絡，采用10Gbps/2.5Gbps寬帶，覆蓋地調、縣調、縣調第二匯聚點和220 kV站點，與現有地區傳輸網形成雙網，均衡分擔負載(主要為地區調度數據專網雙平面)，相互冗余備份，宜采用不同品牌設備。

3.3 方案三

3.3.1 設計原則

1)優化運維管理體制。省網核心網運行方式權限歸屬省公司，省網接入網運行方式權限部分或全部下放至地市公司，提高地市公司網絡應用自主權。地區傳輸網運行方式權限仍歸屬地市公司。

2)提升省接入網建網標準。省網核心層站點采用雙設備配置，寬帶為10Gbps，接入層單設備配置，寬帶提升至10Gbps/2.5Gbps，并優化覆蓋至縣調和縣調第二匯聚點。地區傳輸網保持不變，仍采用現有10Gbps/2.5Gbps網絡。

3)優化業務承載方式。省網接入網容量提升后，優先保證省網接入層業務承載，同時用于地網業務承載。

3.3.2 設計方案

1)省網核心網

改造現有省網核心網，更換老舊停產設備，新建網絡覆蓋核心節點，同方案一。

2)省網接入網

改造現有省網接入網，更換老舊停產設備，覆蓋地市220 kV變電站的同時延伸覆蓋至縣調及縣調第二匯聚點，新建網絡采用10Gbps/2.5Gbps。省網接入網與地區傳輸網形成均衡分擔負載(主要為地區調度數據專網雙平面)、相互冗余備份的網絡。

3)地區傳輸網

保持不變，不進行改造。將地區調度數據專網其中一個平面遷移至省網接入網。

3.4 方案比選

根據以上傳輸網構建方法，結合某省省電網規模，各方案對比如下：

根據以上分析，綜合考慮安全可靠性、經濟性和適用性，推薦采用方案三。

3.5 組網方式和負載均衡

省干傳輸網和接入網改造涉及省調和18地市公司，站點多、范圍廣。為便于后期運維管理，并盡量降低停供停服、廠商壟斷等風險，建議省網核心網和接入網采用2個品牌設備組網，如圖2所示。

圖2 省地SDH傳輸網構建示意圖

地區1張傳輸網承載了2張地區調度數據專網是造成地區傳輸網重載和安全可靠性不足的重要原因。根據本文提出的網絡構建方案，由省網接入網均衡地區網業務，將其中1張調度數據專網改由省網接入網承載，提高地區調度數據專網運行可靠性。

4 結語

本文提出的基于負載均衡的電力傳輸網構建方案，有效解決了省干傳輸網、省網接入網和地區傳輸網存在的問題，建設規模和投資規模適中。通過共建共享，結合運維管理模式優化，本文方案有利于形成結構清晰、層次分明、穩定高效、負載均衡的省地傳輸網，將有效支撐電網的安全穩定運行。

省網傳輸網改造的目標是建設安全可靠性高、經濟適用性強、擴展性好、可持續發展的傳輸網絡，以保障電網安全運行和各類業務的發展需求。但傳輸技術發展日新月異和各類業務發展難以準確預測，給網絡規劃帶來很大不確定性。因此省網傳輸網技術路線選擇應在充分考慮現有業務承載需求的同時，充分考慮新老業務及傳輸技術的發展趨勢，積極試點MSOTN、SPN、新型SDH等新技術新設備，合理進行技術體制選擇，充分預留發展空間，適當超前規劃，以保證升級改造后的省網傳輸網全生命周期內的適用性。