电力配网自动化光通信EPON技术交流课件

1电力配网自动化光通信电力配网自动化光通信EPONEPON技术交流技术交流2内容提纲配网自动化及通信方式介绍配网自动化及通信方式介绍1EPON技术简述技术简述2EPON用于配网通信可行性分析用于配网通信可行性分析3EPON技术配网通信的解决方案技术配网通信的解决方案4瑞斯康达电力瑞斯康达电力EPON产品介绍产品介绍5EPON在电力通信的技术要求在电力通信的技术要求63PVSPVSCBCB站内重合器和断路器 PVS柱上真空开关同处一同处一个位置个位置配电网一次设备线缆图PVSPVSPVS电源电源A电源电源BI段段II段段III段段IV段段重合器重合器环网柜重合器重合器重合器重合器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PVS10KV 母线母线站内馈线开关断路器断路器分支断路器5SPSPVSRTUSPSPVSRTUCBCBCB站内重合器和断路器站内重合器和断路器PVSPVS柱上真空开关柱上真空开关SPS-SPS-电源变电器电源变电器RTURTU一体型远方终端一体型远方终端同处一同处一个位置个位置配网自动化终端设备组网图各个配变终端（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6PVSPVSPVS电源电源A电源电源BI段段II段段III段段IV段段重合器重合器FTU环网柜环网柜配网自动化终端DTUDTUFTU重合器重合器重合器重合器7SPS配电子站环网柜监控FTUTTUPVS配电线RTU10KV 母线母线FTU配电子站配电线10KV 母线母线配网自动化终端8配网自动化通信的作用9配网自动化通信要求通信可靠投资经济组网规范通信速率扩展性强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。RS-232RS-232总线总线串口服务器串口服务器RJ-45RJ-45RS-232RJ-45开闭所开闭所光纤光纤交换机交换机主要子站主要子站串口服务器串口服务器RJ-45RJ-45交换机交换机子站子站主站主站13配网自动化传统通信-SDH此图是错误此图是错误的，要重画的，要重画14配网传统通信方式-交换机 15配网自动化传统通信-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。采集终端采集终端采集终端采集终端采集终端采集终端采集终端采集终端采集终端采集终端采集终端采集终端集中器集中器16配网传统通信方式-230MHz主站电台智能Modem前置机串口串口1 1主站电台智能Modem串口串口2 2CH2CH2智能化Modem监视单元主站电台CH3CH3主站电台串口串口3 3CH2CH2终端CH3CH3终端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。17配网传统通信方式-GPRS 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内容提纲配网自动化及通信方式介绍配网自动化及通信方式介绍1EPON技术简述技术简述2EPON用于配网通信可行性分析用于配网通信可行性分析3EPON技术配网通信的解决方案技术配网通信的解决方案4瑞斯康达电力瑞斯康达电力EPON产品介绍产品介绍5EPON在电力通信的技术要求在电力通信的技术要求62121主干光缆OLTONU1ONU2ONU3ONU4ONU5ODN(光分配网络)物理分光物理分光无源设备无源设备2222EPON单纤双向单纤双向技术分光器外观分光器外观合波信号发送和接收在一根光纤中采用不同波长传输：u发送：1490nm、1550nm（CATV信号）u接收：1310nm2323ODN分光分光技术（有平均分光/非均分分光）EPON的分光器按工艺可分为：u熔融拉锥的光分路器（非均分）u平面波导型光分路器（均分）熔融拉锥熔融拉锥:平面波导平面波导:波导波导硅基硅基耦合区耦合区纤芯纤芯包层包层2424EPON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。2525分光交接箱铠甲型分光器（1：16、1：32）法兰机架式分光器2626下行数据传输主要特征下行数据传输主要特征u点对多点广播式传输点对多点广播式传输uONU端口地址被用作数据包端口地址被用作数据包IDu用户只能获取属于自己的数据包用户只能获取属于自己的数据包每个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，丢弃其他的数据分光器业务一业务一业务二业务二业务三业务三22132213221322131223OLTONU1ONU2ONU32727分光器分光器业务一业务一业务二业务二业务三业务三222311112 2 23112 2 23Time Slot（时隙）（时隙）上行传输主要特征上行传输主要特征u时分复用时分复用(TDMA)，按时隙发送，按时隙发送u数据在属于自己的时隙里传输数据在属于自己的时隙里传输u光信号在分光器处进行耦合光信号在分光器处进行耦合u冲突检测与避免冲突检测与避免每个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。OLTONU1ONU2ONU32828MPCP（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。发现时间窗口发现时间窗口发现时间窗口发现时间窗口注册请求：注册请求：MAC地址地址注册请求：注册请求：MAC地址地址注册注册:LLID注册：注册：LLID注册确认注册确认注册确认注册确认2929DBA（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)u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。u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。u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。ONU1ONU2RS232/485一般业务一般业务Ethernet3030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。远动业务远动业务VLAN1远动业务远动业务VLAN1OLTONU1ONU21490nm1310nm视频监控视频监控VLAN2不 在 同 一不 在 同 一VLAN下抛下抛弃数据帧弃数据帧视频监控视频监控VLAN2远动控制中心远动控制中心视频控制中心视频控制中心12121211221 2121 2123131ONUONUONUONU（1）基础树形）基础树形1：n均分均分ONU（3）全冗余保护树形）全冗余保护树形1：n均分均分ONUONUONU1：n均分均分双双PON口口ONU双双PON口口ONU双双PON口口ONU双双PON口口ONU主主PON口口备用备用PON口口ONUONUONUONU（2）主干保护树形）主干保护树形2：n均分均分主主PON口口备用备用PON口口ONUONUONUONU（4）总线型（链型）总线型（链型）1：2非均分非均分ONUONUONUONU（5）全保护总线型（链型）全保护总线型（链型）1：2非均分非均分双双PON口口ONU双双PON口口ONU双双PON口口ONU双双PON口口ONU主主PON口口备用备用PON口口32内容提纲配网自动化及通信方式介绍配网自动化及通信方式介绍1EPON技术简述技术简述2EPON用于配网通信可行性分析用于配网通信可行性分析3EPON技术配网通信的解决方案技术配网通信的解决方案4瑞斯康达电力瑞斯康达电力EPON产品介绍产品介绍5EPON在电力通信的技术要求在电力通信的技术要求633 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省级核心网市级骨干网县级接入网火电厂火电厂500kV 220kV 220kV 220kV 110kV 220kV 110kV 110kV 110kV 110kV 35kV 35kV 35kV 35kV 35kV 220kV 220kV 110kV STM64/STM16STM16/STM4STM4/STM1（一）配电网通信介质分析（一）配电网通信介质分析35（一）配电网通信介质分析（一）配电网通信介质分析36（二）光缆建设分析（二）光缆建设分析37环网柜监控TTU配电线SPSPVSRTU配电子站配电子站10KV 10KV 母线母线FTU配电线配电网主站配电网主站同处一个位置同处一个位置配电子站配电子站10KV 10KV 母线母线交换机OLTOLTONU1ONU2ONU3ONU4（三）（三）EPONEPON应用于配电网光纤通信分析应用于配电网光纤通信分析CBCB站内重合器和断路器站内重合器和断路器PVSPVS柱上真空开关柱上真空开关SPS-SPS-电源变电器电源变电器38（四）供电分析（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）配电采集终端220VONUONUPT一次侧可输入3220kV配电馈线电压继电保护装置220VONUONU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电力配电网中电缆的组网结构如下所示：电力配电网中电缆的组网结构如下所示：手拉手环网手拉手环网单电源辐射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双电源双双电源双T T网网 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链型组网链型组网全链路保护全链路保护EPONEPON系统组网系统组网符合配电网线路网络结构符合配电网线路网络结构全链路保护全链路保护单电源辐射网单电源辐射网双电源双双电源双T T网网手拉手环网手拉手环网配电网通信光纤线路资源分布特点：带状或带状或链形结构链形结构 EPON天然天然 组网结构组网结构配电光纤线路敷设通常是带状或链型结构配电光纤线路敷设通常是带状或链型结构光纤芯数相对较少光纤芯数相对较少 单纤双向通信单纤双向通信子站与监测终端之间是点到多点结构子站与监测终端之间是点到多点结构42配电网自动化系统对通信设备的环境要求：1设备抗电磁干扰2设备抗恶劣环境运行3多种供电方式4设备自然散热5设备自然散热6安装环境43EPON满足配电网系统对环境的要求满足配电网系统对环境的要求外观金属屏蔽式机盒，提升EMC性能防护电源宽电压极性保护，防浪涌冲击，支持热插拔散热无风扇设计、自然散热抗恶劣环境运行温度为-20+75，湿度为10%90%非凝露安装环境OLT：主站、110/35kV变电站的站内通信机房ONU：10kV开闭站、配电室，并根据室内的条件和相关要求，可放置小型机柜或机箱。应避免安装在潮湿、高温、强磁场干扰源的地方44单个配网终端的通信带宽需要单个配网终端的通信带宽需要:通信子站带宽要求：通信子站带宽要求：类别类别时间时间要求要求数据量数据量带宽要求带宽要求备注备注一遥5S190个字节1901908 85 5313bit/s 313bit/s 二遥5S310个字节3103108 85 5496bit/s 496bit/s 时延和轮询要求为30S三遥5S330个字节3303308 85 5528bit/s 528bit/s 类别类别馈线馈线条数条数电房数量电房数量/馈线馈线时间时间传输速率传输速率备注备注一遥40205S800313bit/s250.4kbit/s 1个110kV变电站一般带30-40条馈线，适宜作为子站二遥40205S800496bit/s396.8kbit/s 三遥40205S800528 bit/s422.4kbit/s 45以太网接口（bit/s）RS-232串口(Baud)RS-485串口（bit/s）ONU10/100M自适应300、1200、2400、4800、9600、19200最高10MOLT1000M电/光（对接MSTP）接口数量1414144646主干光纤保护主干光纤保护1+11+1业务保护业务保护OLTOLT2 2：N N分光器分光器ONU 1ONU2PONPON口口 主主PONPON口口 备备OLT OLT 主主1：N分光器分光器ONU 1OLT OLT 备备1：N分光器分光器ONU nPONPON口口 主主PONPON口口 主主备用备用PON口启动口启动备用备用PON口启动口启动 （九）（九）EPONEPON链路保护分析链路保护分析47OLTOLTOLTOLTPONPON口口损坏损坏设备死机设备死机突然掉电突然掉电备用备用PONPON口口启动启动 48OLTOLTOLTOLT主干主用主干主用光纤中断光纤中断分支主用分支主用光纤中断光纤中断备用备用PONPON口口启动启动备用备用PONPON口口启动启动备用备用PONPON口口启动启动 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。粗箭头变电站、开闭所、终端的数量增加配电网通信系统光纤资源的拉放延伸原网络向外辐射连接更多的监测节点部分节点形成局部的点到多点网络形态对原先放置的设备有更高要求5050 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。需增加光接口板需增加光接口板5151 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。5252光接口板、SFP光模块无源分光器工业交换机ONUSDH/MSTP SDH/MSTP ONU53光接口板、SFP光模块无源分光器工业交换机ONUSDH/MSTP SDH/MSTP ONU54内容提纲配网自动化及通信方式介绍配网自动化及通信方式介绍1EPON技术简述技术简述2EPON用于配网通信可行性分析用于配网通信可行性分析3EPON技术配网通信的解决方案技术配网通信的解决方案4瑞斯康达电力瑞斯康达电力EPON产品介绍产品介绍5EPON在电力通信的技术要求在电力通信的技术要求655电力配网通信解决方案56远程抄表系统解决方案57内容提纲配网自动化及通信方式介绍配网自动化及通信方式介绍1EPON技术简述技术简述2EPON用于配网通信可行性分析用于配网通信可行性分析3EPON技术配网通信的解决方案技术配网通信的解决方案4瑞斯康达电力瑞斯康达电力EPON产品介绍产品介绍5EPON在电力通信的技术要求在电力通信的技术要求658瑞斯康达EPON系统59机架式OLT-ISCOM5800602PON 板4GE 板电源 板SMC 主控板 ISCOM5800 常见板卡61ISCOM5800节省机房空间、节省机房空间、减少设备数量减少设备数量（整机密度大）（整机密度大）20/40 PON,20/40 PON,1280/2560 ONU1280/2560 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（冗余保冗余保护、防止非法接入）护、防止非法接入）58005800高可靠高可靠大容量大容量高密度高密度高密度62大容量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系统最大提供系统最大提供4 4个个PONPON口，管理口，管理256256个个ONUONU（1 1：6464）ConsoleConsole口口带外管理口带外管理口4 4GEGE口口4 4PONPON口口即：四个光方向即：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：产品特点：台式OLT-ISCOM550464散热散热结构结构端口端口电源电源即插即用，自动发现、注册、即插即用，自动发现、注册、安全认证，数据加密安全认证，数据加密l端口丰富、RS-232/485，RJ-45等PSE PSE 反向供电反向供电 -12V-12V、-24V-24V、-48V48V、220V 220V l采用金属外壳；采用金属外壳；l体积小巧，便于安装维护体积小巧，便于安装维护l开发模块式ONU，与EOC设备的整合l抗电磁干扰性强：环境环境温度温度l适应性广，适应性广，-30-307070ONU产品的特点防护防护用户端口/电源防护 二级防雷网管网管特性特性无风扇设计，自然散热、无风扇设计，自然散热、减少噪音减少噪音65符合电力需求的ONU设备提供提供4个以太网口、个以太网口、2个个PON口（即口（即2个光方向）；提供支路个光方向）；提供支路1+1保护；保护；工业级标准设计工业级标准设计提供提供4个以太网口、个以太网口、4个个RS232口、口、2个个PON口（即支持口（即支持2个光方向）；个光方向）；满足串行数据的接入；工业级标准设计满足串行数据的接入；工业级标准设计提供提供4个以太网口、个以太网口、4个个RS485口、口、2个个PON口（即：支持口（即：支持2个光方向）；个光方向）；提供支路提供支路1+1冗余保护；工业级标准设计冗余保护；工业级标准设计66EPON系统优势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告警信息自动生成70ONUONU设备面板设备面板在资源树上选择ONU节点，点击右键菜单，选择“配置配置ONU”ONU”71内容提纲配网自动化及通信方式介绍配网自动化及通信方式介绍1EPON技术简述技术简述2EPON用于配网通信可行性分析用于配网通信可行性分析3EPON技术配网通信的解决方案技术配网通信的解决方案4瑞斯康达电力瑞斯康达电力EPON产品介绍产品介绍5EPON在电力通信的技术要求在电力通信的技术要求672电力行业对于电力行业对于EPONEPON设备要求（一）设备要求（一）业务类型和设备类型业务类型和设备类型 业务类型：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。OLTOLT设备类型：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。ONUONU设备类型：设备类型：根据配电网业务需求，规定以下ONU类型：抄表应用抄表应用ONUONU：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（变压器二次设备（变压器/FTU/FTU）监控应用）监控应用ONUONU：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电力行业对于电力行业对于EPONEPON设备要求（二）设备要求（二）支持的通信协议或规约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部署原则（分光器到（分光器到OLTOLT和和ONUONU离比：离比：12:112:1原则原则)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：分光器链路衰减：光纤链路衰耗光纤链路衰耗=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：分光器插损：光链路衰减和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；分光器类型分光器类型1:21:41:8或或2:81:16或或2:161:32或或2:32损耗损耗 dBm3.57.310.71417.776