基于复杂网络的电力通信网拓扑分析与优化

基于复杂网络的电力通信网拓扑分析与优化

陶军

国网江西省电力有限公司赣东北供电分公司江西乐平333300

摘要：智能电网的其实就是一个强大以及广泛互联的能源互联网。信息和通信技术与智能电网的充分融合是智能电网发展的根本动力。随着电力通信网络信息化的深入，电力网络越来越依赖于电力通信网络的可靠运行。在此基础上，研究和分析电力通信网络的拓扑结构具有重要的现实意义。本文主要是基于复杂网络理论和方法，建立了某地区的电力通信网络的复杂网络模型，网络拓扑的统计分析表明[1]。该地区的五个城市具有小世界和无标度的特点，分析了节点和边缘的中心性，提出了通信网络中关键点的概念，分析了关键点的分布与实际电压水平之间的关系，总结出具体的优化方法。

关键词：复杂网络；拓扑分析；电力通信网；优化

引言

从网络拓扑角度对电力通信网络可靠性的研究主要集中在电力通信网络的复杂网络特性和结构脆弱性上。复杂网络特性的研究重点是识别网络的小世界特性和无标度特性。结构脆弱性研究主要采用模拟的方法来研究度中心性和介数中心性对网络效率的影响[2]。然而，电力通信网络拓扑分析研究将机房抽象为节点，将光缆抽象为边缘，结合机房和光缆本身的实际特性，相关研究很少，从省级管理的角度对市政电力通信网络进行比较的相关研究很少。基于复杂网络的相关理论，借鉴已经存在的电力通信网络分析方法，首先对电力通信网络进行建模，然后详细分析某地区电力通信网络的拓扑结构特征，判断网络结构属性，并从节点和边缘介电数中心性的角度，深入讨论与电压等级的关系，并给出优化建议以及对策。

1电力通信网拓扑网络模型

1.1电力通信网络模型

按照来自通信管理系统的相关数据，从建模的角度，做出了以下假设：

（1）将电力通信电缆层抽象为网络中的边缘。

（2）由两段光缆连接的站点被抽象为网络模型中的节点。

（3）在同一方向合并多根光缆，以消除多条边。

1.2拓扑统计性质

（1）节点数N：节点数（通信设备）。

（2）边数M：边数（通信电缆）。

（3）度D：节点连接的边数是节点的主要程度，网络平均值是<D>=2M/N。

（4）聚类系数C：描述节点与其相邻节点之间的互连程度。

（5）路径长度L：这是极限短路径的计算下，电力通信网内任意两节点间通信所必须的平均跳数。

1.3小世界特性、无标度特性

WaltWhitman和WilliamFaulkner提出了小世界网络作为常规网络和随机网络之间的网络模型。判断小世界网络特性的条件：

L≥Lrandom与C≥Crandom

其中Crandom是随机网络的聚类系数，而Lrandom是随机网络的平均路径长度，L网络的平均路径长度[3]。

1.4介数中心度

通过所有最短路径中的点或边的路径数占所有最短路径总数的比例。它用于评估站点存储和转发信息的能力，并可用于动态评估网络信息传输的重要性。网络中的节点介数中心度定义为网络中所有最短路径通过此点的次数与总最短路径的比率，而网络中的边缘介数中心度定义为网络中所有最短路径通过此边缘的次数与总最短路径的比率[4]。

2某地区电力通信网拓扑分析

参考以往对电力通信网络拓扑的研究，本文在分析某地区电力通信网络拓扑时，考虑到节点太少不能反映复杂网络的性质，为了控制研究规模，从某地区多个城市中选取节点数大于或等于100的市级单位，建立电力通信网络拓扑网络结构特征并科学的进行分析以及比较（如表1）。

在该地区所有A到E个城市都具有无标度网络特征，即大量低度节点和少量高度节点，该地区的五个城市都服从幂律分布，D市在五个城市中具有无标度尾部的特征。

3某地区电力通信网关键点识别与优化

从动态的角度进一步研究网络信息流，计算网络节点的中心和边缘的中心。边缘中心可用于评估节点或边缘在网络传输中的重要性。具有高介电中心的节点或边缘被称为电力通信网络拓扑的关键点，对于整个网络，如果关键节点被破坏，整个网络的通信效率电力通信网络的出现是为了确保电力系统的安全稳定运行。电力系统中的光缆和站对应于不同的电压电平，而网络中的节点和侧对应于不同的电压电平，为了探索实际应用场景中关键节点和关键侧之间的关系以及电压电平，本文通过通信管理系统调出节点和侧对应的电压电平，并分析关键点对应的电压电平条件。

研究结果从两个维度给出了电力通信网络的优化策略：

（1）提供关键点的计算方法，帮助管理者找到优化的关键点。

（2）找出不同电压等级的主要分布规律，为管理者提供管理方案，提高电力通信网络的可靠程度。关键点的可靠性改进策略主要包括电缆扩展、机房扩展和现场检查。

结束语

综上所述，本文基于复杂网络理论分析了某地区的电力市政通信网络的拓扑结构，分析了网络的小世界和无标度特性，确定了网络的关键点，研究了关键点与电压等级分布之间的关系，最后给出了拓扑网络的优化策略，基于复杂网络的电力通信网络拓扑分析与优化方法为电力通信网络管理提供了理论方法，对保证电力通信网络的可靠性也具有积极意义[5]。

参考文献：

[1]杨济海，彭汐单，巢玉坚.基于复杂网络的电力通信网拓扑分析与优化[J].计算机与数字工程，2018，46（11）：2319-2322+2328.

[2]汪洋，高晗星，周生平，王智慧，何玉钧.融合拓扑及业务特性的电力通信网关键节点识别[J/OL].中国电力：1-9[2018-12-21].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.3265.TM.20180906.1537.019.html.

[3]李周，许红升，叶彬，葛斐，荣秀婷，徐强.电力通信网结构优化及拓扑生成算法[J].电气自动化，2017，39（05）：20-23+101.

[4]越祖乾.电力通信网网络拓扑图形平台的设计与实现[D].内蒙古大学，2016.

[5]刘涤尘，冀星沛，王波，唐飞.基于复杂网络理论的电力通信网拓扑脆弱性分析及对策[J].电网技术，2015，39（12）：3615-3621.