孫 濤，任 啟，袁 碩
?。▏W(wǎng)張家口供電公司，河北 張家口075000）
摘 要： 目前電網(wǎng)安全運行對通信網(wǎng)的依賴性不斷增強、對通信網(wǎng)安全可靠性要求不斷提高，但通信網(wǎng)的安全風險隨著網(wǎng)絡規(guī)模、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、業(yè)務增長的不斷變化也與日俱增，安全生產(chǎn)工作面臨前所未有的壓力和挑戰(zhàn)，開展通信網(wǎng)風險防范、做好預判預控工作勢在必行。通過建立電力通信設備運行風險綜合評估模型，搭建預警系統(tǒng)架構(gòu)，分析綜合指標體系，利用多層次模糊算法制定風險評估規(guī)則，得到較客觀的預警信號指示，并給出合理的解決措施方案。結(jié)果表明該方法的有效性和可行性，對電力綜合設備風險管理有一定的指導意義。
關(guān)鍵詞： 多層次、模糊、綜合網(wǎng)管、風險、預警
0 引言
電力通信網(wǎng)具有多技術(shù)、多層次的復雜網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，任何—個設備的故障，都會影響到通信系統(tǒng)的服務質(zhì)量，甚至還會對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行構(gòu)成嚴重威脅。雖然近年來系統(tǒng)內(nèi)外對電力通信網(wǎng)可靠性/風險分析方法的研究層出不窮，但并沒有找到全面系統(tǒng)及簡單易行同時兼顧的、能付諸實際使用的評價方法及風險預警系統(tǒng)，用來指導電力通信網(wǎng)日常運行管理工作的開展。研究一套全面的風險評估預警系統(tǒng)是保障電力通信安全運行的有效方法，目前國內(nèi)外風險評估預警的方法很多，主要有基于概率論的方法、基于可靠性理論的方法、基于模糊理論的方法和基于人工智能的方法等。近年來，基于層次分析模糊集方法為風險評估提供了新的思路，通過改進風險預警管理措施，有效地降低風險或避免風險，提高電力通信系統(tǒng)的安全性。
層次分析法AHP(Analytic Hierarchy Process)是數(shù)學家Thomas L Saaty首先提出的 ，該評價方法是一種多指標綜合評價方法，采取定性、定量相結(jié)合的方式，保證了模型的系統(tǒng)性和合理性。但對于電力通信系統(tǒng)指標評價體系來說，存在巡檢人員的主觀評價，引入三角模糊算法來判斷主觀信息，在一定程度上降低了主觀因素對評估帶來的影響，提高了的準確程度。層次分析模糊化處理方法綜合二者的優(yōu)勢，提高了評估結(jié)果的可信度，加強了預警系統(tǒng)的有效性和可行性。
1 多層次模糊算法介紹
多層次模糊算法模型如下：設U={U1,U2,U3,…,Um},V={V1,V2,V3,…,Vj}，U為指標集，V為評價集。設R為由m個指標構(gòu)成的總評價矩陣，R=(rij)mn，即：
2 電力綜合網(wǎng)管預警系統(tǒng)
2.1 風險評估
由于電力通信網(wǎng)分層、分級的管理特點，電力通信網(wǎng)的網(wǎng)管系統(tǒng)建設長期缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和指導，國網(wǎng)公司已建網(wǎng)管系統(tǒng)在建設水平、開發(fā)模式、實施方式、體系架構(gòu)、系統(tǒng)功能、管理范圍、管理能力等方面都存在較大差異，形成了眾多“信息孤島”，難以實現(xiàn)信息資源共享。公司電網(wǎng)跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)格局的逐漸形成，使得 各級網(wǎng)絡間的聯(lián)系日益緊密，為消除各層級網(wǎng)管系統(tǒng)“孤島”，規(guī)范各單位通信管理系統(tǒng)的建設與應用，建設具備實時監(jiān)視、資源管理、運行管理、專業(yè)管理四大業(yè)務應用，覆蓋各級電力通信骨干網(wǎng)和終端通信接入網(wǎng)，形成具有集約化、標準化、智能化特征的國家電網(wǎng)公司企業(yè)級通信管理平臺，為提升通信網(wǎng)絡運行維護能力和管理水平提供技術(shù)支撐。在電力通信設備綜合網(wǎng)管平臺建立的基礎上，通過采集的告警信息分析告警原因，提取有用的評價指標，制定分層評價體系，根據(jù)模糊FAHP算法制定指標權(quán)重，獲取風險系數(shù)，以風險系數(shù)為門限，制定預警管理平臺。
風險評估以風險值為指標，綜合考慮設備狀態(tài)評價結(jié)果、設備故障損失程度兩方面的因素，按以下公式計算獲得：
風險值（R） = 故障損失程度（C）×故障發(fā)生可能性（P）
式中：R為設備風險值，C為故障可能導致的損失程度，P為故障發(fā)生可能性（來自于狀態(tài)評價結(jié)果）。故障發(fā)生的可能性=故障發(fā)生風險分值/風險總分值（100）×自然災害系數(shù)×社會因素系數(shù)。用下標n表示風險事件未發(fā)生，用下標d表示風險事件發(fā)生，所以風險值：
R=1-PnCn=1-(1-Pd)(1-Cd)=Pd+Cd-PdCd
本文用多層次模糊算法方法對電力通信設備網(wǎng)進行風險評估。層次模型的構(gòu)造基于分解的思想，進行對象的系統(tǒng)分解，它的基本層次有三類：目標層、準則層、指標層。目的是基于系統(tǒng)基本特征建立系統(tǒng)的評估體系。其中目標層是最終的判定目標；準則層是判定依據(jù)的標準與規(guī)范，往往是多個準則的集合，準則層可以有多層；指標層則是在目標層和準則層約束下的各項具體指標。經(jīng)過系統(tǒng)分解，得到如圖1所示的電力通信綜合網(wǎng)管設備指標體系模型。
2.2 風險預警評判等級設置及對策
圖1為25個電力通信設備狀態(tài)典型指標，為了進一步得到風險系數(shù)，需要構(gòu)造判斷矩陣，利用上文描述的FAHP算法構(gòu)造判斷矩陣。判斷矩陣的作用是在上一層某一元素的約束條件下，對同一層次的判斷矩陣采用標準的1-9階標度的評價尺度進行專家評價，得到比較值rij,由于專家對給出的比較值rij信任程度不同，可以在比較值上加入各自的置信度。置信度可以分為5個等級，為“完全有把握、很有把握、較有把握、把握一般、沒有把握”，分別用數(shù)值“0，0.5，1，1.5，0”描述，同時又分為對比較值rij的置信度上限（f）和下限（k），可以構(gòu)成三角模糊數(shù)(lij=rij-fij,uij=rij+kij)，同時，第k個專家可以構(gòu)造判斷矩陣Rk(aij)aij=(lij,mij,uij),aji=(1/uij, 1/mij,1/lij)(k=1，2，…，m)，其次對第k個專家構(gòu)造的判斷矩陣進行歸一化處理，方法如前面公式所示：
由此可以構(gòu)造出歸一化判斷矩陣Rk(vij)。計算出綜合判斷矩陣R(rij)由于專家組中的專家的知識結(jié)構(gòu)和對電力通信設備的認識程度不同，每個專家給出的判斷矩陣的信任度也不相同。通過三角模糊算法可以較客觀的對風險值進行排序。
在MATLAB7.0環(huán)境下進行計算，其中在FAHP算法中，評判矩陣由專家得到，并得到25個二級指標的模糊權(quán)重。再根據(jù)三角模糊數(shù)算法計算得到較客觀的風險值，并進行排序。根據(jù)風險值劃分預警信號和確定警限信號，電力通信設備預警可分為5個預警區(qū)，即：低風險區(qū)、中等風險區(qū)、較高風險區(qū)、高風險區(qū)，評判等級一般采用5分制，評判得分為5、4、3、2、1。于是得到評判向量：C=[5,4,3,2,1]T。當風險值t在[0,2]時，C=1；當t在[3,4]時，C=2；當t在[5,6]時，C=3；當t在[7,8]時，C=4；當t在[9,10]時，C=5。仿真結(jié)果如表1所示。
2.3 綜合網(wǎng)管預警管理系統(tǒng)設計
根據(jù)電力通信設備狀態(tài)網(wǎng)管預警管理系統(tǒng)的需求提出總體設計原則，并對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、框架進行了綜合設計，對預警管理系統(tǒng)的架構(gòu)進行了詳細介紹。
電力通信設備狀態(tài)預警系統(tǒng)的網(wǎng)絡構(gòu)架采用一個開放性、可擴展的方案，系統(tǒng)由預警采集平臺、預警集中平臺、預警處理平臺及服務器等組成。系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)如圖2所示。
系統(tǒng)采用TCP/IP體系結(jié)構(gòu)、C/S+B/S模式，系統(tǒng)基于J2EE，采用全分布式的模塊化體系結(jié)構(gòu)，使之具有靈活性及擴展性，新預警的引入和刪除不影響現(xiàn)有功能模塊，系統(tǒng)的容量可隨著硬件的擴容和軟件的升級達到更高的要求，以適應不同規(guī)模監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)和不同數(shù)量監(jiān)控對象的需要，從而滿足于電網(wǎng)的快速發(fā)展。系統(tǒng)主要分為預警采集層、預警處理層、預警管理層和應用層4層結(jié)構(gòu)。預警采集層主要負責從不同通信系統(tǒng)采集預警信息，并且將預警格式歸一，預警處理層主要完成預警的過濾規(guī)則和預警類型、級別重定義后，通過上層數(shù)據(jù)庫接口模塊將預警信息存入數(shù)據(jù)庫中的臨時表中。預警處理層還為預警平臺提供了維護接口，當預警平臺需要人工維護時，平臺直接連接預警采集平臺，通過TCP方式交互維護命令和維護結(jié)果。此外，處理層還有一塊系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控模塊，負責定期向系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控平臺定期發(fā)送自身運行狀態(tài)的UDP包，系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控平臺根據(jù)UDP包判斷采集平臺的運行狀態(tài)。預警管理層主要負責預警任務的增加、刪除、查詢及修改的功能，決定門限值的設定及相關(guān)操作。其中通過修改模塊，可以對指標的門限值進行修改，門限值設置的合理性直接影響到預警系統(tǒng)功能的及時性，巡檢人員在設置門限值時需要根據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以及各種實際情況進行合理分析。應用層主要負責呈現(xiàn)經(jīng)過處理的預警、預警通知、預警查詢與統(tǒng)計、電子工單管理等功能。預警信息可以通過顯示器顯示或通過設計顯示燈，根據(jù)風險等級，分為五個預警區(qū)間，設置5個不同顏色的顯示系統(tǒng)。即“綠燈”、“藍燈”、“黃燈”、“橙等”、“紅燈”5種表示進行單項預警。針對不同的預警區(qū)間，燈號顯示所表現(xiàn)得警情也會有所不同。表2所顯示的是警情情況。
預警查詢和統(tǒng)計模塊可以對任意時間段內(nèi)預警頻次進行統(tǒng)計，并根據(jù)不同預警網(wǎng)元、預警級別等字段的任意組合進行預警頻次的統(tǒng)計。應用層還有告警處理方式，根據(jù)指示燈顯示，能夠?qū)鉀Q措施，并顯示不同網(wǎng)元設備的預警消除方案集。人工維護模塊負責將預警平臺下發(fā)的維護命令傳送給網(wǎng)管系統(tǒng)，并將系統(tǒng)返回結(jié)果上傳給接口，然后通過系統(tǒng)自動分析后顯示結(jié)果。
為了提高開發(fā)效率，整個系統(tǒng)采用J2EE Struts構(gòu)架，系統(tǒng)主要分為WEB模塊、業(yè)務模塊和控制模塊三大部分：WEB模塊主要實現(xiàn)呈現(xiàn)給客戶的功能部分；業(yè)務模塊主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析及操作的各項具體功能；控制模塊主要由StrutS的ActionServlet或其子類與Action類組成，實現(xiàn)各個顯示頁面的邏輯關(guān)系，同時調(diào)用業(yè)務模塊的接口，實現(xiàn)系統(tǒng)中的各項功能。
其整體框架如圖3所示。
JSP頁面主要用于實現(xiàn)檢修人員在主機上訪問用戶界面，使用HTML、JSP標準標記和Struts定義標記。Struts控制器用于建立和管理通客戶端瀏覽器的會話，同時也用于初始化信息。Action類處理用戶的提交信息，把結(jié)果反饋給控制器。業(yè)務模塊接口定義了所有的實現(xiàn)功能所需要的邏輯接口，WEB模塊用這些接口實現(xiàn)所有功能。
3 總結(jié)
根據(jù)電力通信設備狀態(tài)風險評估的需求，本文提出了基于FAHP及三角模糊函數(shù)的電力通信網(wǎng)風險評估方法，充分應用了FAHP計算過程清晰明確、明白易懂的特點，得出主觀評價。利用三角模糊函數(shù)排序，一定程度上降低了主觀因素對排序結(jié)果的影響，提高了評估結(jié)果的準確度。利用風險評估結(jié)果制訂預警等級及處理對策，最后設計了綜合網(wǎng)管預警管理系統(tǒng)架構(gòu)。本系統(tǒng)的設計可以應用于電力通信巡檢系統(tǒng)，減少故障發(fā)生率，提高巡檢效率。
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