464520882电力配网自动化光通信EPON技术交流.ppt

1,电力配网自动化光通信EPON技术交流,瑞斯康达科技发展股份有限公司专网事业部,2,内容提纲,3,PVS,PVS,CB,CB站内重合器和断路器 PVS柱上真空开关,配电开关元件组成图：,同处一个位置,配电网一次设备线缆图,PVS,PVS,PVS,电源A,电源B,I段,II段,III段,IV段,“手拉手”三开关四分段示意图：,重合器,环网柜,重合器,重合器,PVS柱上真空开关（重合器）,4,配电网一次设备线缆图,配电子站,PVS,10KV 母线,10kV配电线路上的开关,站内馈线开关,断路器,断路器,分支断路器,目前先进的配网自动化系统的构成由配电线路、重合器、分段器、断路器、通信、配网子站和主站几部分构成。各种开关设备是配电网网自动化的核心部分。,5,SPS,PVS,RTU,SPS,PVS,RTU,CB,CB站内重合器和断路器PVS柱上真空开关SPS-电源变电器RTU一体型远方终端,配电开关元件组成图,同处一个位置,配网自动化终端设备组网图,RTU通过并联的方式接入配电线路中的柱上真空开关两级，负责采集PVS来电、掉电（断开、闭合）的状态信息，并通过PVS多次闭合、断开操作，确定有故障的配电线路。最后由RTU将线路故障通过通信网络上报到配网自动化主站系统。,各个配变终端（RTU、DTU、FTU）放置在电力一次设备的旁边，负责参数的采集和监控,6,PVS,PVS,PVS,电源A,电源B,I段,II段,III段,IV段,“手拉手”三开关四分段示意图,重合器,FTU,环网柜,配网自动化终端,DTU通过并联的方式接入重合器两级。当PVS多级断开、闭合确定了I、II、III、IV哪些段出现故障侧后，相应的FTU将主站的断开命令下达到重合器。环网柜内DTU将根据故障情况，操作另一端PVS闭合，实现供电故障倒换。,DTU,FTU,重合器,重合器,7,SPS,配电子站,环网柜监控,FTU,TTU,PVS,配电线,RTU,10KV 母线,FTU,配电子站,配电线,10KV 母线,10kV配电线路图,配网自动化终端,FTU则是装设在10kV断路器、负荷开关、分段器旁，对各种柱上开关设备所在的线路的电器参数进行监控和采集。TTU则是装设在配电变压器、箱变等变压器设备旁，监测变压器运行状况的终端装置。,8,配网自动化通信的作用,要实现配电网自动化系统，通信建设是一个关键环节。那么配网自动化通信的作用是什么呢？,配网自动化对通信通信的作用,由此可见，配网通信是配网自动化的基础。要实现配网自动化，通信的建设就不容忽视。如何建设适合配网自动化的通信系统是我们这篇胶片讨论的主题。,9,配网自动化通信要求,通信可靠,配电终端常暴露在室外，要求通信系统在恶劣环境下能可靠地工作，并且对于重要信息点须实施链路冗余保护。,配网通信终端数量众多、信息采集点面广量大。通信线缆应该尽可能利用原有配电电缆管道，避免重新开掘，节省大量成本。,通信组网方式应该尽可能遵循原有配电线缆的网络结构，实现配变终端与通信设备的位置趋于一致。,进线监视、10kV开闭所、变电站监控和馈线自动化对速率的要求最高；其次是公用配变的巡检和负荷监控系统；远方抄表和计费自动化对速率要求最低。,配网通信网随着城市的发展规模不断扩大，其信息采集点具有不可一次预测性，因此要求通信网络具备高度适应性和扩展性。,投资经济,组网规范,通信速率,扩展性强,配网自动化在选择通信方式的时候要结合自身的特点。从前面的配网通信结构和终端的数量、分布等特点，得出配网自动化通信的要求：,10,配网自动化通信结构图,11,配网自动化通信传统方式,有线通信,无线通信,PLC（电力载波通信），通信介质：电力线,光纤通信（光纤RS-232猫），通信介质：光纤,现场总线（485、CAN等），通信介质：屏蔽双绞线,音频专线（PCM设备），通信介质：音频线缆,230MHz无线微波专用数传网,GPRS/CDMA/EDGE,3G（TDSCDMA/CDMA2000/WCDMA),传统通信方式,配网自动化的通信要求非常严格，选择适合配网自动化通信要求的通信方式是建设的第一步。那么传统的配网自动化通信方式有哪些呢？它们能否符合配网自动化通信的要求呢？最佳的配网通信方案又是什么呢？,12,配网自动化传统通信-RS232光猫,光猫（Modem）通信是早期的配电自动化通信系统建设中常用的一种光纤通信技术，利用配电子站附近的光纤接入，各子站通过光猫和就近的开闭所相连接，而其他开闭所则通过RS232和前一开闭所线缆级联，由此完成所有开闭所的接入。,优点：1）突破了传统RS232/485的传输距离2）支持环网保护3）施工简单缺点：1）接入速率较低，一般在120kbit/s2）不具备抗多点失效性。,13,配网自动化传统通信-SDH,SDH在传统电力传输网中的应用非常广泛。作为传统的通信手段之一，SDH的优点非常突出，它以优异的性能和为电力通信提供了一个健壮的平台。但是，在配电网中，SDH应用的缺点和它的优点一样的突出。,优点：1）高带宽。2）多种环网保护协议3）光纤通信方式缺点：1）工作环境要求高2）高带宽同时带来了带宽的浪费。3）施工难度大，实现困难。4）成本投入不切实际,此图是错误的，要重画,14,配网传统通信方式-交换机,工业以太网交换机在电力通信网络中有着较为良好的应用基础，交换机组网有着高带宽、环网保护、IP化的趋势等等优点。但是在配电网自动化通信中，点到多点通信、扩容性、抗多点失效等要求使得交换组网在应对时显得捉襟见肘。,15,配网自动化传统通信-PLC,PLC利用电力架空明线或地理电缆通过配电载波设备来传递信号，其优点是可用现有的配电线路传输不需另铺线路，而且便于管理。缺点是：数据传输速率较低；容易受到干扰、非线性失真和信道交叉调制的影响，并且与其他通信方式兼容性不好。,16,配网传统通信方式-230MHz,230MHz是微波通讯的一种，属于超短波通信方式。采用行业专网专用频段，通过微波实现信号传输。,优点：1）可节省线路投资2）组网灵活，对环境要求不高。缺点：1）覆盖范围受限2）无线通信存在干扰问题3）带宽不能满足配网通信需求,17,配网传统通信方式-GPRS,GPRS通信方式目前在电力集中抄表系统中应用广泛，它依靠租借驻地移动运营商的无线资源组建电力无线专网，这种方式不需要电力投资线缆资源，而且组网灵活。,优点：1）基础资源丰富，不需要投资线路建设。2）组网灵活缺点：1）带宽较低，最大带宽114Kbps，很难满足配网终端接入需求。2）实时性和扩展性较差受制于运营商3）维护困难,18,通过对传统配网通信手段的分析，结合配电网的实际情况，目前配网自动化通信最终将以光纤+载波为主，其它通信方式为辅。,配电网主要通信信道最终方式选择,配网自动化对光纤通信方式有哪些具体要求呢？,19,配网自动光纤通信面临的问题,一、点到多点通信。由配网自动化终端数量和分布的特点决定，传统点到点的光纤通信方式在配网中并不适用。二、分光设备对环境因素不敏感。由电力配网特点决定了，在线路上在户外不可能有很好的工作环境。三、带宽能够满足配网自动化需求。四、终端设备工业级设计。包括环境适应性、供电等因素。五、网络扩展性好。扩展不影响整网架构。频繁的网络架构变化显然是配网通信所不能允许的。,20,内容提纲,21,21,EPON技术简述,EPON：基于以太网无源光网络，是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网络的光纤通信技术。,EPON特性：在物理结构和数据流上均实现了点到多点；采用光传输结构上的分光器（无需电源）；采用WDM技术实现单纤双向传输。,主干光缆,OLT,ONU1,ONU2,ONU3,ONU4,ONU5,ODN(光分配网络),物理分光无源设备,22,22,EPON单纤双向技术,分光器外观,OpticalMux,OpticalMux,合波信号,发送和接收在一根光纤中采用不同波长传输：发送：1490nm、1550nm（CATV信号）接收：1310nm,EPON技术简述分光,23,23,ODN分光技术（有平均分光/非均分分光）,EPON技术简述分光,EPON的分光器按工艺可分为：熔融拉锥的光分路器（非均分）平面波导型光分路器（均分）,熔融拉锥:,平面波导:,波导,硅基,耦合区,纤芯,包层,24,24,EPON系统中的非均分分光器采用1：2形式的分光产品，其分光比主要有5：95、10：90、20：80等。,均分：,OLT,均分,OLT,非均分：,EPON技术简述分光,25,25,EPON技术简述分光器展示,分光交接箱,铠甲型分光器（1：16、1：32）,法兰机架式分光器,26,26,PON网络中，每个ONU可以接受到OLT所有下行数据，但ONU只根据下行数据的标识信息接收属于自己的数据，丢弃其他的数据,以太网帧,OLTONU通信示意图,分光器,业务一,业务二,业务三,OLT,ONU1,ONU2,ONU3,EPON关键技术下行,27,27,分光器,业务一,业务二,业务三,每个ONU在各自预定时隙发送光信号。所有ONU的光信号通过ODN采用时分复用合成。时隙的预定靠OLT与ONU的距离判定分配。,ONUOLT通信示意图,OLT,ONU1,ONU2,ONU3,EPON关键技术下行,28,28,ONU自动注册可实现即插即用,MPCP（多点控制协议）主要功能：1、ONU的自动发现和加入、测距、报告链路拥塞情况；2、在原有的以太网CSMA/CD基础上引入了新的MAC控制信息，3、OLT使用GATE和REPORT消息实现时钟同步和时隙分配,REGISTER和ACK信息用来控制自动注册和应答过程。,OLT,ONU4,ONU1,发现时间窗口,发现时间窗口,注册请求：MAC地址,注册请求：MAC地址,注册:LLID,注册：LLID,注册确认,注册确认,EPON关键技术MPCP,ONU2,ONU3,29,29,DBA（动态带宽分配，Dynamically Bandwidth Assignment）：一种能在微秒或毫秒级的时间间隔内完成对上行带宽的动态分配的机制。,OLT,带宽控制(优先级从高到低)加速转发型，支持对端到端延时敏感和需要带宽保证的业务，如串口232/485业务。确定转发型，支持对延时不敏感但是要求带宽保证的业务，如以太业务。尽力而为型，支持对端到端延时不敏感且不需求带宽保证的业务，如一般业务。,ONU1,ONU2,RS232/485,一般业务,Ethernet,EPON关键技术DBA,30,30,EPON安全性分析,业务安全性1）ONU支持802.1Q Vlan，接入ONU上的不同业务可以通过Vlan进行业务隔离。3）二层Qos技术可以配合EPON系统工作，保证不同用户业务的传输。数据安全性1）下行（OLTONU）采用1490nm波长，上行（ONUOLT）采用1310nm波长保证上下行数据无冲突。2）数据传输过程中支持数据AES128位加密，保证数据在传输过程中的安全性。,远动业务VLAN1,远动业务VLAN1,OLT,ONU1,ONU2,1490nm,1310nm,视频监控VLAN2,不在同一VLAN下抛弃数据帧,视频监控VLAN2,远动控制中心,视频控制中心,1,2,1,2,1,2,1,1,2,2,1,2,1,2,1,2,1,2,31,31,EPON组网拓扑形式,OLT,ONU,分光器,ONU,ONU,ONU,（1）基础树形,1：n均分,OLT,ONU,分光器,（3）全冗余保护树形,1：n均分,ONU,ONU,ONU,分光器,1：n均分,双PON口ONU,双PON口ONU,双PON口ONU,双PON口ONU,主PON口,备用PON口,OLT,ONU,分光器,ONU,ONU,ONU,（2）主干保护树形,2：n均分,主PON口,备用PON口,OLT,ONU,分光器,ONU,ONU,ONU,（4）总线型（链型）,1：2非均分,分光器,分光器,分光器,OLT,ONU,分光器,ONU,ONU,ONU,（5）全保护总线型（链型）,1：2非均分,分光器,分光器,分光器,分光器,分光器,分光器,分光器,双PON口ONU,双PON口ONU,双PON口ONU,双PON口ONU,主PON口,备用PON口,32,内容提纲,33,EPON通信可行性分析,1、配电网通信介质分析2、光缆建设分析3、EPON应用于配电网光纤通信分析4、供电分析5、配电网电缆组网分析6、EPON组网分析7、配电网对通信设备的环境要求分析8、通信 速率分析9、EPON链路保护分析10、EPON抗多点失效分析11、EPON通信网络扩容分析,34,各省市电力公司已建成以光纤通信网络为主的调度通信网。所辖电网内35kV、110kV及以上变电站基本实现光纤全覆盖。,当前电力系统光纤分布情况,配电线路,10kV开闭所,配电站,（一）配电网通信介质分析,光纤网络具备向35kV以下的配电线路延伸的网络基础。,35,（一）配电网通信介质分析,1、将光缆沿配电线路架挂在电力导线下方,充分利用配电网线缆资源，延伸配电网光纤：,ADSS（全介质自承式）,OPGW（光纤复合架空地线）,OPPC（光纤复合相线）,地线和通信双重功能,全金属结构 相线和通信双重功能,耐受高压强电 承受自身重力抗自然环境,2、将光纤放置在架空中高压配电线的地线中,3、在一些可不架设地线的配电线路，将光纤单元复合在电缆相线中,4、利用电力线管道资源，地埋光缆,36,1、架空线路：利用同杆塔敷设光缆2、具备电力管道路径：同路由敷设光缆3、光缆芯数：根据配电线路监控数量选择4、光纤类型：优选单模,配电网光缆具体建设方案：专芯专网原则。,（二）光缆建设分析,沿着配电线路一级一级顺序敷设电力特种光缆，使用专用纤芯承载电力配电网自动化业务实现配电网专网建设,配电网线路资源情况：断路器、配电变压器、分段开关、负荷开关、配电网监测终端是沿着配电电缆分布。,37,环网柜监控,TTU,配电线,FTU,配电线,配电网主站,同处一个位置,配电子站,10KV 母线,交换机,OLT,OLT,ONU1,ONU2,ONU3,ONU4,SDH传输网,（三）EPON应用于配电网光纤通信分析,CB站内重合器和断路器PVS柱上真空开关SPS-电源变电器,38,（四）供电分析,1、电压互感器变换电压，二次侧可输出220VAC2、就近配电变压器取电3、电压互感器+蓄电池（UPS）,配电网测量仪表、继电保护装置、自动化终端及通信设备如何取电？,电压互感器（PT potential transformer）,PT一次侧可输入3220kV配电馈线电压,开闭所、负荷中心、用户电表能实现机房供电；环网柜、柱上开关、变压器可依靠PT提供工作电源。,39,（五）配电网电缆组网分析,电力配电网中电缆的组网结构如下所示：,手拉手环网,单电源辐射网,农村电网占主导地位。线路单电源供电，接线简单、建设投资较少。当线路或设备故障、检修时，用户停电范围大，系统供电可靠性较差。主干线路一般要求分段，供电半径约为35 km。,城网供电多为双电源方式 通过主干线路末端之间的直接联络，实行环网接线，开环运行，大大提高了供电可靠性。,40,双电源双T网,（五）配电网电缆组网分析,双变压器接线，具有形接线的优点，节省电力电缆的用量，运行方式灵活，又使变压器和低压配电系统有备用，接线可靠性高。,1、现有的线路管道资源，对配电网一次保护设备、采集设备、通信信设备如何供电？2、配电网自动化通信网络如何适应以上配电网线路网络结构？,41,链型组网,全链路保护,EPON系统组网符合配电网线路网络结构,全链路保护,（六）EPON组网分析,单电源辐射网,双电源双T网,手拉手环网,42,（七）配电网对通信设备的环境要求分析,43,（七）配电网对通信设备的环境要求分析,44,单个配网终端的通信带宽需要:,通信子站带宽要求：,（八）通信速率分析,45,（八）通信速率分析,EPON可提供上下1.25Gbps对称的通信速率，随着未来的通信需要可扩容至10Gbps。,现有配电网通信终端（FTU/DTU/RTU）的通信接口以RS232/485为主，少量产品具备以太（RJ45)口，随着以太网技术应用的不断发展，近年的配网自动化通信终端接口正慢慢朝Ethernet（RJ45)过渡，并最终会取代绝大部分的电力通信设备的接口。,46,46,主干光纤保护,1+1业务保护,OLT,2：N分光器,ONU 1,ONU2,PON口 主,PON口 备,OLT 主,1：N分光器,ONU 1,OLT 备,1：N分光器,ONU n,PON口 主,PON口 主,备用PON口启动,备用PON口启动,（九）EPON链路保护分析,47,子站A OLT,SNMP网管,RS-485,RS-232,RJ-45,子站B OLT,PON口损坏,设备死机,多点故障：主干光纤中断、分支光纤失效、设备死机或突然掉电、PON光口损坏。,多台设备失效，不影响其他节点正常使用。,突然掉电,备用PON口启动,（十）EPON抗多点失效分析,48,子站A OLT,SNMP网管,RS-485,RS-232,RJ-45,子站B OLT,当ONU检测到主干主用光纤中断或多条分支主用光纤失效时能迅速切换到备用光纤上工作。,主干主用光纤中断,分支主用光纤中断,备用PON口启动,备用PON口启动,备用PON口启动,（十）EPON抗多点失效分析,49,配电网开闭所、环网柜、箱变等节点数量的不可精确预测性，要求网络在扩容时具有方便性、经济性。粗箭头,（十一）EPON通信网络扩容分析,变电站、开闭所、终端的数量增加,50,50,AON系统必须在支路节点增加光接口板以实现光方向的增加,AON扩容示意图,当没有冗余的光接口时，只能更换设备型号。将导致该节点及下挂的所有设备业务暂时中断，对运行的网络造成很大的安全威胁，也对系统建设前期设备选型造成困难。,需增加光接口板,（十一）EPON通信网络扩容分析,51,51,PON扩容示意图,PON系统只需更换光分路器，采用分路数更多地光分路器即可增加光方向,EPON通信系统设计之初预留光纤资源及光功率裕量，在主干光纤上采用非均分的无源分光器，保证将主要光功率留给下级扩容节点设备。对新增监测节点只需添加分光器和ONU，即实现网络的扩容。,（十一）EPON通信网络扩容分析,52,52,光接口板及SFP光模块的价格一般为无源分光器的510倍。单台工业交换机、SDH/MSTP的成本一般为ONU设备的1015倍。配电网监测节点数量巨大，采用EPON组建配电网自动化通信系统，能最大限度节省投资成本。,扩容经济性分析,工业交换机,SDH/MSTP,（十一）EPON通信网络扩容分析,53,（十一）EPON通信网络扩容分析,光接口板及SFP光模块的价格一般为无源分光器的510倍。单台工业交换机、SDH/MSTP的成本一般为ONU设备的1015倍。配电网监测节点数量巨大，采用EPON组建配电网自动化通信系统，能最大限度节省投资成本。,扩容经济性分析,工业交换机,SDH/MSTP,54,内容提纲,55,电力配网通信解决方案,56,远程抄表系统解决方案,57,内容提纲,58,瑞斯康达EPON系统,59,机架式OLT-ISCOM5800,60,2PON 板,4GE 板,电源 板,SMC 主控板,ISCOM5800 常见板卡,61,ISCOM5800,节省机房空间、减少设备数量（整机密度大）20/40 PON,1280/2560 ONU,为大带宽用户提供无阻塞的业务承载（槽位带宽、交换容量、上行带宽）,保证设备运行和业务承载的稳定性（冗余保护、防止非法接入）,62,大容量核心交换容量：48Gbps背板交换容量：48Gbps业务板插槽交换容量：8G/4G,高可靠性高可靠性的双星型总线结构；业务通道和管理通道均采用双星结构支持核心板卡的主备倒换，以实现11保护，有效防止单点故障；支持主干光纤保护倒换、槽位板卡的倒换、电源冗余；支持AES128和三重搅动加密，支持ONU的认证机制，防止非法ONU；,高密度单框20/40 PON口，可带ONU数目1280/2960个。,ISCOM5800特点,63,系统最大提供4个PON口，管理256个ONU（1：64）,Console口,带外管理口,4GE口,4PON口即：四个光方向,1U、19英寸结构支持骨干光纤1+1冗余保护功能。双电源冗余备份；防雷、防尘设计；支持可动态升级的DBA算法，方便用户对带宽的控制。支持上联GE口链路聚合；,产品特点：,台式OLT-ISCOM5504,64,散热,结构,端口,电源,即插即用，自动发现、注册、安全认证，数据加密,端口丰富、RS-232/485，RJ-45等,PSE 反向供电-12V、-24V、-48V、220V,采用金属外壳；体积小巧，便于安装维护开发模块式ONU，与EOC设备的整合抗电磁干扰性强：,环境温度,适应性广，-3070,ONU产品的特点,防护,用户端口/电源防护 二级防雷,网管特性,无风扇设计，自然散热、减少噪音,65,ISCOM5104P,ISCOM5104P-4R3,ISCOM5104P-4R8,符合电力需求的ONU设备,提供4个以太网口、2个PON口（即2个光方向）；提供支路1+1保护；工业级标准设计,提供4个以太网口、4个RS232口、2个PON口（即支持2个光方向）；满足串行数据的接入；工业级标准设计,提供4个以太网口、4个RS485口、2个PON口（即：支持2个光方向）；提供支路1+1冗余保护；工业级标准设计,66,EPON系统优势,（1）部署快捷、维护方便。ONU自动发现、自动注册，零配置；（2）高带宽。支持上下行对称的1.25Gbit/s带宽，将来可以扩展升级到10Gbit/s；ONU带宽独享；（3）节省光纤资源，服务范围大。一条主干光纤，服务大量用户，特别适合配网环形或链型拓扑。（4）高可靠性。主干光纤1+1保护；支路光纤1+1保护；终端设备间是并联关系（5）高安全性。采用三重搅动和AES128加密，ONU注册认证；保证了数据的安全性；（6）带宽分配灵活，服务有保证。通过DBA对用户带宽灵活分配，保证用户的最小带宽需求。（7）完善的网管功能。能管理到ONU的PON口的每个端口业务。,67,可以在局端对本端和远端设备进行配置,网管系统配置,可以通过友好的人工界面实现对本端和远端设备配置,68,系统拓扑自动发现,69,告警信息查询,告警信息自动生成,70,ONU设备面板,在资源树上选择ONU节点，点击右键菜单，选择“配置ONU”,71,内容提纲,72,电力行业对于EPON设备要求（一）,业务类型和设备类型业务类型：电力EPON系统承载的业务：以太网/IP业务和RS232/485串口业务，可选支持业务（语音业务、视频监控业务）、TDM业务等。OLT设备类型：OLT设备分为机架式、盒式两种。OLT设备具有二个或者多个PON接口，提供以太网GE上联接口，可选 支持环路保护协议。ONU设备类型：根据配电网业务需求，规定以下ONU类型：抄表应用ONU：具有1或4个FE以太网接口及一个或两个PON接口。二次设备（变压器/FTU）监控应用ONU：具有1或4个FE以太网接口，1或4个RS232/485接口；具有两个PON接口。,73,电力行业对于EPON设备要求（二）,支持的通信协议或规约 EPON系统须支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、CDT、DNP、ModBus等多种电力通信规约（透传）,74,电力行业对分光器及光链路衰耗的要求（一）,分光器部署原则（分光器到OLT和ONU离比：12:1原则)尽量一级分光相对集中靠近终端设备分光器部署位置局端机房终端设备附件光交接箱分光器链路衰减：光纤链路衰耗=n段光纤衰减+m个连接器衰减+L个熔接头衰减+h个分光器插损+富裕度,75,电力行业对分光器及光链路衰耗的要求（二）,分光器插损：光链路衰减和插损1)光纤衰减取定：1310nm：0.36dB/km；1490nm：0.22dB/km；工程取为：0.3dB/km2)连接器插入衰减：0.5dB/个；3)光纤熔接头衰减：0.08dB/个富裕度选择1)当传输距离5 公里时，不少于1 dB；2)当传输距离10 公里时，不少于2 dB；3)当传输距离10 公里时，不少于3 dB；,76,谢谢,Q&A,