CN114629779A - 一种极端故障下电力通信骨干网主动恢复策略 - Google Patents

Abstract

本发明提供给了一种面向电力通信网极端故障的主动恢复策略，本发明针对在极端故障后电力通信网故障修复工作需要大量人力、物力、时间，网络恢复工作需要快速展开，但是恢复资源受到时间和地理位置的影响，可用需求修复资源往往较为有限的问题。本发明建立以最小化恢复资源为目标的电力通信网极端故障后快速恢复模型，并提出一种基于故障链路性价比算法来求解所建数学模型。本方案时间开销小，能够实现在有限资源条件下充分的恢复通信网络挤出设施使其能够支持更多的电力相关服务，实现在有限时间内恢复网络连通，以确保电力通信网中电路业务存活。

Description

一种极端故障下电力通信骨干网主动恢复策略

技术领域

本发明涉及电力通信电网故障恢复技术领域，尤其涉及一种极端故障下电力通信骨干网主动恢复策略。

背景技术

电力通信是保障电力系统运行的重要基础，承担着电力系统生产指挥等重要任务，当电力通信网发生故障后，供网络恢复的资源往往无法一次性完全提供，导致网络的恢复工作无法全面展开，所以在短时间内有效利用有限的恢复资源，充分的恢复通信网络挤出设施使其能够支持更多的电力相关服务已成为灾害管理场景所面临的一个巨大挑战。现有技术中提出叠加网络技术，通过一种积极恢复策略预先根据网络情况计算处多个路由配置，并将这些配置共享到全局网络；现有技术中针对电力通信网光缆和光纤的多样性，提出了一种适用于多故障恢复的混合整数线性规划算法；现有技术中基于ILP建立求解模型，设计了一种基于通道保护的最优化资源配置方法，通过限定P-Cycle长度降低倒换延迟。

然而电力通信网在自然灾害中发生极端故障后，往往伴随大面积通信线路和挤出设施的毁坏，极易导致各变电站与调度中心失去联系，而预先准备的备份树大部分或全部失效，此时难以通过调度中心去回复网络中受损的业务，因此，想要有效减小电力通信网的损失，还需要调度中心需要在短时间内利用有限的回复资源回复网络连通，这样才能保证电力通信网中电路业务存活，然而现有极端故障后电力通信网故障修复工作需要大量人力、物力、时间，网络恢复工作需要快速展开，但是恢复资源受到时间和地理位置的影响，可用需求修复资源往往较为有限的问题。

例如，一种在中国专利文献上公开的“极端灾害后配电网电力与通信协调恢复方法及系统”，其公告号CN111799785A，是一种极端灾害后配电网电力与通信协调恢复方法及系统，建立配电网通信网络与电力网络双网融合模型；确定必要通信恢复；判断必要通信恢复时长的长短；响应于必要通信恢复时长短，则执行固定优先级顺序恢复配电网；响应于必要通信恢复时长长，则对配电网通信网络与电力网络双网融合模型进行分区，对各个分区的通信故障和传统电力故障进行逐一恢复。此方案按照必要通信恢复时间长短来制定恢复顺序的优先级，没有考虑到资源调度与资源配置等其他因素，因此方案仍然存在缺陷。

发明内容

本发明主要解决现有极端故障后电力通信网故障修复工作需要大量人力、物力、时间，网络恢复工作需要快速展开，但是恢复资源受到时间和地理位置的影响，可用需求修复资源往往较为有限的问题；现有技术中普遍按照传统的方法直接求解模型，导致时间开销大，不能在电力通信骨干网发生极端故障后短时间内向救援工队提供最优方案；而本发明结合单阶段故障恢复方法提供一种恢复策略，根据性链路性价比公式计算各故障链路的性价比值，待得到各故障链路的性价比值后，在恢复资源约束和受损业务恢复数量等约束条件下，以此为标准选择部分链路进行恢复。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明包括：根据故障链路恢复性价比公式计算得到各故障链路的性价比值，并将链路按照比值大小进行排列；设定受损链路性价比计算方法，利用受损链路对网络业务恢复的整体隐藏影响，计算受损链路性价比，并通过性价比合理分配资源；建立0-1整数规划问题，根据故障链路性价比为标准选择部分受损链路进行恢复；电力通信网控制中心向救援施工队提供骨干网主动恢复策略。

作为优选，在电力通信网发生极端故障，且通信光缆发生损毁后，电力通信网控制中心根据所有链路故障情况，按照链路恢复性价比公式计算得到各故障链路的恢复性价比，所述链路恢复性价比公式如下：

δ_ij＝η_ij*(c_ij-s_ij)/r_ij

其中δ_ij代表链路恢复性价比，η_ij代表各故障路的性价比值，c_ij代表链路(i，j)的原始容量，s_ij代表网络故障发生后，链路(i，j)的容量，r_ij代表修复故障链路(i，j)所消耗的恢复资源；计算性价比后将所有的链路按照恢复性价比按照由大到小的顺序排列。

作为优选，电力通信网控制中心通过智能算法求出链路恢复优化算法，链路恢复优化算法结合所述链路恢复性价比公式得出骨干网主动恢复策略；其中链路优化算法包含六个运行阶段，分别为：分段阶段、分段修复阶段、迭代阶段、前取中阶段、后取中阶段、计算阶段和完成阶段；为了便于理解，将链路优化算法的运行过程进行分段描述。

作为优选，所述的取中阶段包含以下内容：按照链路恢复优化算法选取K条故障链路，从中选出按性价比排序后的中间一条故障链路，记为第K^t条故障链路。

作为优选，所述的分段修复阶段包含以下内容：将第1条至第K^t条故障链路所组成的故障链路集合作为预恢复故障链路集合L；按集合L中的故障链路修复受损网络，并检验所有受损电力业务是否恢复通信；若所有受损电力业务均恢复通信，转入迭代阶段，否则转入前取中阶段。

作为优选，所述的迭代阶段包含以下内容：将第1条至第K^t-1条故障链路所组成的故障链路集合记为L′，按照集合L中的故障链路修复受损网络，并检验所有受损电力业务是否恢复通信，若是，则转入前取中阶段，否则转入计算阶段。

作为优选，所述的前取中阶段包含以下内容：取第1至第K^t条故障链路中间一条故障链路，标记为第K^t条故障链路，并转入迭代阶段。

作为优选，所述的后取中阶段包含以下内容：取第K^t至第K条故障链路中间一条故障链路，标记为第K^t条故障链路，并转入迭代阶段。

作为优选，所述的计算阶段包含以下内容：将第1条至第K^t条故障链路所组成的集合作为所选结果并计算目标函数值，并进入完成阶段，结束链路优化算法的运行。

本发明的有益效果是：

1.本方案能够实现在有限资源条件下充分的恢复通信网络挤出设施使其能够支持更多的电力相关服务；

2.本方案能够在有限时间内恢复网络连通，以确保电力通信网中电路业务存活。

附图说明

图1为本发明提供的一种面向电力通信骨干网极端故障的主动恢复策略方法流程图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例的一种极端故障下电力通信骨干网主动恢复策略，如图1所示，为了更好描述本专利中极端故障后的恢复问题，做如下假设：

将现实中的电力通信网抽象为一个有向网络G(N，E)，其中N代表节点，在电力通信网中映射为控制中心或各级别变电站；E代表链路，链路(i，j)在电力通信网中映射为通信光缆，其负载能力设为C_ii；当电力通信网发生故障，通信光缆发生损毁后，其负载能力会由此受到影响，变为S_ij(0＜S_ij＜C_ij)。通信光缆负载能力发生变化后，无法满足原来在链路(i，j)上传输的业务θ的宽带需求b^θ，因此业务θ可能发生中断。

为恢复因电力通信网发生故障而导致的相关电力业务中断，需要修复受损的故障链路，若选择修复故障链路(i，j)，则其负载能力也将恢复至未受损状态，即由S_ij变为C_ij。同时，当电力通信网络发生极端故障后，网络的恢复工作需要快速展开，恢复资源需分阶段到达施工现场，因此在整合恢复进程中，每个恢复阶段都会对恢复资源进行限制。

假设电力通信网中受损毁的业务合集为A(θ)，共有M条业务，其中某条业务流θ的初始节点为S(θ)，S(θ)∈N；目的节点为t(θ)，t(θ)∈N。根据图论中的寻路原理，一个完整的业务流θ由S(θ)作为起点，t(θ)作为终点，在网络拓扑中途径的链路所组成的集合即为此业务流的路径，由此可以约束业务流的完整性。若在部分故障链路修复后，受损业务流θ寻径时为一个完整的业务流，则说明修复的故障链路可以恢复受损业务流θ，相关变量及参数如下设置：

R：恢复资源量；

C_ij：链路(i，j)的原始容量；

S_ij：网络发生故障后，链路(i，j)的容量；

r_ij：修复故障链路(i，j)所消耗的恢复资源；

S(θ)：业务流θ的源节点；

t(θ)：业务流θ的目的节点；

b^θ：传输业务流θ所需要的带宽；

f^θ：表示业务θ是否被恢复，f^θ∈{0，1}，若f^θ＝1，表示业务θ被完全恢复，若f^θ＝0表示业务θ未被恢复；

表示业务θ是否占用链路(i，j)，

表示占用，

表示不占用；

q_ij：表示故障链路(i，j)是否被修复，q_ij∈{0，1}，q_ij＝1表示被完全修复，q_ij＝0表示未被修复。

对于该问题的目标函数如下：

同时提出约束条件如下：

针对网络中业务的完整性约束如下式所示：

针对链路负载能力的约束如下：

其中，

针对恢复资源约束如下：

针对受损业务整体约束如下：

针对受损业务恢复约束如下：

在本专利中为了更合理的评估业务流量对各个链路的影响δ_ij，引入业务隐藏影响η_ij。业务隐藏影响η_ij指的是S_ij每增加1，对业务恢复的贡献。当链路完成修复后，其链路容量会从S_ij提升到C_ij，而在这个修复过程中需要用资源r_ij，因此可以采用这一方式作为各个链路权重的评判标准，其中δ_ij表示链路的恢复性价比，故障链路性价比公式如下：

δ_ij＝η_ij·(C_ij-S_ij)/r_ij

本专利算法步骤如下：

输入：网络相关参数，如{C_ij}，{S_ij}，{b^θ}

输出：{q_ij}

步骤1：根据故障链路性价比公式计算得到各故障链路的恢复性价比值并按照由大到小的顺序排列；

步骤2：选取K条故障链路按性价排序后的中间一条故障链路，记为第K^*条故障链路；

步骤3：将第1条至第K^*条故障链路所组成的故障链路集合作为预恢复故障链路集合L；

步骤4：按集合L中的故障链路修复受损网络，并检验所有受损电力业务是否恢复通信；

步骤5：若所有受损电力业务均恢复通信，则转到步骤6，否则转到步骤8；

步骤6：将第1条至第K^*-1条故障链路所组成的故障链路集合记为L′，按照集合L′中的故障链路修复受损网络，并检验所有受损电力业务是否恢复通信，若是，则转到步骤7，否则转到步骤9；

步骤7：取第1至第K^*条故障链路中间一条故障链路，标记为第K^*条故障链路，并转到步骤3；

步骤8：取第K^*至第K条故障链路中间一条故障链路，标记为第K^*条故障链路，并转到步骤3；

步骤9：将第1条至第K^*条故障链路所组成的集合作为所选结果并计算目标函数值，并转到步骤10；

步骤10：结束。

应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种极端故障下电力通信骨干网主动恢复策略，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据故障链路恢复性价比公式计算得到各故障链路的性价比值，并将链路按照比值大小进行排列；

S2：设定受损链路性价比计算方法，利用受损链路对网络业务恢复的整体隐藏影响，计算受损链路性价比，并通过性价比合理分配资源；

S3：建立0-1整数规划问题，根据故障链路性价比为标准选择部分受损链路进行恢复；

S4：电力通信网控制中心向救援施工队提供骨干网主动恢复策略。

2.根据权利要求1所述的一种极端故障下电力通信骨干网主动恢复策略，其特征在于，包括如下内容：

在电力通信网发生极端故障，通信光缆发生损毁后，电力通信网控制中心根据所有链路故障情况，按照链路恢复性价比公式计算得到各故障链路的恢复性价比，所述链路恢复性价比公式如下：

δ_ij＝η_ij*(c_ij-s_ij)/r_ij

其中δ_ij代表链路恢复性价比，η_ij代表各故障路的性价比值，c_ij代表链路(i，j)的原始容量，s_ij代表网络故障发生后，链路(i，j)的容量，r_ij代表修复故障链路(i，j)所消耗的回复资源；计算性价比后将所有的链路按照恢复性价比按照由大到小的顺序排列。

3.根据权利要求2所述的一种极端故障下电力通信骨干网主动恢复策略，其特征在于，电力通信网控制中心通过智能算法求出链路恢复优化算法，链路恢复优化算法结合所述链路恢复性价比公式得出骨干网主动恢复策略；其中链路优化算法包含六个运行阶段，分别为：分段阶段、分段修复阶段、迭代阶段、前取中阶段、后取中阶段、计算阶段和完成阶段。

4.根据权利要求3所述的一种极端故障下电力通信骨干网主动恢复策略，其特征在于，所述取中阶段包含以下内容：按照链路恢复优化算法选取K条故障链路，从中选出按性价比排序后的中间一条故障链路，记为第K^t条故障链路。

5.根据权利要求4所述的一种极端故障下电力通信骨干网主动恢复策略，其特征在于，所述分段修复阶段包含以下内容：将第1条至第K^t条故障链路所组成的故障链路集合作为预恢复故障链路集合L；按集合L中的故障链路修复受损网络，并检验所有受损电力业务是否恢复通信；若所有受损电力业务均恢复通信，转入迭代阶段，否则转入前取中阶段。

6.根据权利要求3所述的一种极端故障下电力通信骨干网主动恢复策略，其特征在于，所述迭代阶段包含以下内容：将第1条至第K^t-1条故障链路所组成的故障链路集合记为L′，按照集合L中的故障链路修复受损网络，并检验所有受损电力业务是否恢复通信，若是，则转入前取中阶段，否则转入计算阶段。

7.根据权利要求3所述的一种极端故障下电力通信骨干网主动恢复策略，其特征在于，所述前取中阶段包含以下内容：取第1至第K^t条故障链路中间一条故障链路，标记为第K^t条故障链路，并转入迭代阶段。

8.根据权利要求3所述的一种极端故障下电力通信骨干网主动恢复策略，其特征在于，所述后取中阶段包含以下内容：取第K^t至第K条故障链路中间一条故障链路，标记为第K^t条故障链路，并转入迭代阶段。

9.根据权利要求3所述的一种极端故障下电力通信骨干网主动恢复策略，其特征在于，所述计算阶段包含以下内容：将第1条至第K^t条故障链路所组成的集合作为所选结果并计算目标函数值，并进入完成阶段。

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