郗登輝

（山東鳳祥股份有限公司，山東 聊城 252000）

0 引 言

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力通信網(wǎng)絡(luò)作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。然而，在復(fù)雜多變的電力環(huán)境中，電力通信網(wǎng)絡(luò)往往面臨著諸多挑戰(zhàn)，如拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致的性能下降和各種干擾源對(duì)通信質(zhì)量的影響。因此，對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，并提升抗干擾性能具有重要意義。

1 電力通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化

1.1 智能電網(wǎng)的電力通信網(wǎng)絡(luò)

智能電網(wǎng)的電力通信網(wǎng)絡(luò)主要由站端自動(dòng)化系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)通信信道及主站自動(dòng)化系統(tǒng)3 個(gè)部分組成，如圖1 所示。在站端自動(dòng)化系統(tǒng)中，各個(gè)站點(diǎn)之間通常采用混合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換。遠(yuǎn)動(dòng)通信信道的布局和配置是關(guān)鍵，包括通信信道的建設(shè)、傳輸介質(zhì)的選擇、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等，以確保數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸和可靠通信。主站自動(dòng)化系統(tǒng)的分布和布置也至關(guān)重要，通常采用集中式或分布式結(jié)構(gòu)，主站之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總、分析及處理[1]。

圖1 智能電網(wǎng)的電力通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.2 基于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

基于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法的電力通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化方法旨在通過(guò)合理設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以提高通信系統(tǒng)的性能和效率。因此需要先定義一個(gè)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，通常包括最小化總成本、最大化網(wǎng)絡(luò)容量及最小化延遲等指標(biāo)，其中常見(jiàn)的一種目標(biāo)函數(shù)形式可表示為

式中：g(x)為目標(biāo)函數(shù)；N為優(yōu)化目標(biāo)數(shù)量；wi為各個(gè)目標(biāo)的權(quán)重；fi(x)為與目標(biāo)相關(guān)的函數(shù)；x為優(yōu)化變量。通常情況下，fi(x)可以是網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量、通信鏈路的長(zhǎng)度或帶寬等。利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法來(lái)求解目標(biāo)函數(shù)，常見(jiàn)的算法包括遺傳算法、模擬退火算法及粒子群優(yōu)化算法等[2]。這些算法可以在給定約束條件下，尋找到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以滿足設(shè)計(jì)要求和優(yōu)化目標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中，需要考慮電力通信網(wǎng)絡(luò)的特殊性，如抗干擾性和可靠性等。在設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)時(shí)，需要考慮網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性能[3]?？梢詫⒖垢蓴_性能作為一個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，通過(guò)引入與干擾相關(guān)的指標(biāo)來(lái)體現(xiàn)。例如，可以考慮最小化干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響或最大化網(wǎng)絡(luò)在受干擾情況下的穩(wěn)定性。

2 電力通信網(wǎng)絡(luò)抗干擾性能提升

2.1 干擾源與干擾類(lèi)型分析

電力通信網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際運(yùn)行中往往會(huì)受到多種干擾源的影響，這些干擾源可能來(lái)自內(nèi)部系統(tǒng)組件、外部環(huán)境因素以及人為干擾等多個(gè)方面，如圖2 所示。

圖2 干擾源類(lèi)型

內(nèi)部系統(tǒng)組件可能成為電力通信網(wǎng)絡(luò)的干擾源之一。例如，由于設(shè)備老化、故障或不良連接而產(chǎn)生的電磁干擾、電磁輻射等。這種干擾源通常會(huì)導(dǎo)致通信信號(hào)失真、丟失或延遲，從而影響網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。外部環(huán)境因素也可能成為電力通信網(wǎng)絡(luò)的干擾源。例如，天氣變化、電磁場(chǎng)變化及雷電等自然因素都可能對(duì)通信信號(hào)產(chǎn)生干擾。特別是在惡劣天氣條件下，電力通信網(wǎng)絡(luò)更容易受到外界電磁輻射的影響，從而導(dǎo)致通信信號(hào)的衰減、干擾甚至中斷。人為干擾也是電力通信網(wǎng)絡(luò)面臨的重要問(wèn)題之一。人為干擾包括惡意干擾和無(wú)意干擾等，如無(wú)線電干擾、電磁干擾等[4]。這些干擾源可能來(lái)自無(wú)線電設(shè)備、電子設(shè)備及電磁場(chǎng)等，對(duì)電力通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成不利影響。

2.2 基于信號(hào)處理與機(jī)器學(xué)習(xí)的抗干擾方法研究

基于信號(hào)處理與機(jī)器學(xué)習(xí)的抗干擾方法是通過(guò)智能化處理和學(xué)習(xí)干擾信號(hào)，提高電力通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性能。抗干擾方法結(jié)合了信號(hào)處理領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的優(yōu)勢(shì)，在識(shí)別和消除干擾信號(hào)方面具有很高的應(yīng)用潛力?；谛盘?hào)處理與機(jī)器學(xué)習(xí)的抗干擾流程如圖3 所示，抗干擾方法利用信號(hào)處理技術(shù)預(yù)處理接收到的通信信號(hào)。通過(guò)采用濾波、降噪及去混疊等信號(hào)處理技術(shù)，去除信號(hào)中的噪聲和干擾成分，提取有效的通信信號(hào)特征?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)的抗干擾方法利用已有的數(shù)據(jù)集進(jìn)行模型訓(xùn)練和學(xué)習(xí)。構(gòu)建一個(gè)包含不同干擾類(lèi)型和通信環(huán)境的數(shù)據(jù)集，并標(biāo)注和分類(lèi)數(shù)據(jù)集。然后，選用適當(dāng)?shù)臋C(jī)器學(xué)習(xí)算法，如支持向量機(jī)（Support Vector Machines，SVM）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neuronal Networks，ANN）及深度學(xué)習(xí)等，訓(xùn)練和優(yōu)化數(shù)據(jù)集，從而建立針對(duì)不同干擾情況的干擾信號(hào)識(shí)別模型。在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)干擾信號(hào)識(shí)別模型分類(lèi)和判別接收到的通信信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)中存在干擾時(shí)，模型可以自動(dòng)識(shí)別干擾類(lèi)型，并根據(jù)預(yù)設(shè)的抗干擾策略，采取相應(yīng)的干擾消除或抑制措施。例如，可以調(diào)整接收端的濾波器參數(shù)、動(dòng)態(tài)調(diào)整信道帶寬以及自適應(yīng)調(diào)整接收門(mén)限等，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力?？垢蓴_方法需要不斷優(yōu)化和更新模型，以適應(yīng)不同環(huán)境下的干擾情況變化[5]。通過(guò)引入在線學(xué)習(xí)和增量學(xué)習(xí)的機(jī)制，及時(shí)更新模型參數(shù)和優(yōu)化算法，保持模型的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

圖3 基于信號(hào)處理與機(jī)器學(xué)習(xí)的抗干擾流程

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

3.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與環(huán)境搭建

通過(guò)建立一個(gè)仿真環(huán)境，以模擬實(shí)際電力通信網(wǎng)絡(luò)中可能遇到的各種情況和干擾場(chǎng)景，主要包括構(gòu)建基于計(jì)算機(jī)的仿真平臺(tái)、選擇合適的仿真軟件、設(shè)置仿真參數(shù)和模型。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，將針對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋬?yōu)化和抗干擾性能提升展開(kāi)實(shí)驗(yàn)研究。為模擬真實(shí)的通信環(huán)境，需要考慮不同的干擾源、干擾類(lèi)型以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化。同時(shí)，設(shè)計(jì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，包括單一干擾源下的通信系統(tǒng)、多種干擾類(lèi)型的組合場(chǎng)景以及不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的通信系統(tǒng)等。在搭建環(huán)境時(shí)，需要選擇合適的硬件設(shè)備和軟件工具。在硬件方面，可能會(huì)使用專(zhuān)業(yè)的通信設(shè)備、傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。而在軟件方面，選擇適用于電力通信網(wǎng)絡(luò)仿真和實(shí)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)軟件，如MATLAB、OPNET 及NS-3 等。在環(huán)境搭建完成后，將按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)和條件，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和記錄。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理，可以評(píng)估不同方案在提升電力通信網(wǎng)絡(luò)性能方面的效果，并得出相應(yīng)的結(jié)論和建議。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與性能評(píng)估

根據(jù)設(shè)計(jì)方案和搭建的仿真環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。由表1 可知，在單一干擾源的場(chǎng)景中，盡管存在脈沖干擾，但由于信噪比相對(duì)較高，通信成功率仍達(dá)到了85%，表明系統(tǒng)對(duì)單一干擾源具有一定的抗干擾能力。然而，在多種干擾類(lèi)型組合的場(chǎng)景下，脈沖干擾和多徑衰落共同作用導(dǎo)致信噪比較低，通信成功率下降至78%，說(shuō)明系統(tǒng)在面對(duì)多種干擾類(lèi)型時(shí)性能下降較為顯著。在不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的場(chǎng)景中，采用了噪聲干擾并設(shè)置了較高的信噪比，通信成功率達(dá)到了90%，表明系統(tǒng)在此類(lèi)干擾環(huán)境下具備較好的抗干擾性能。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié) 論

在智能電網(wǎng)中，電力通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋬?yōu)化和抗干擾性能提升是保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行與通信可靠性的關(guān)鍵因素。通過(guò)分析和優(yōu)化電力通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以提高網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡和容錯(cuò)能力，從而提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，針對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)中存在的各種干擾源和干擾類(lèi)型，采用有效的抗干擾算法和技術(shù)，可以有效提升系統(tǒng)的抗干擾性能，保障通信信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。通過(guò)對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化和抗干擾性能提升的研究，有效提高了智能電網(wǎng)的通信效率和可靠性，推動(dòng)了智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。