CN102904645B - 基于epon分层技术的配电网通信组网结构 - Google Patents

基于epon分层技术的配电网通信组网结构 Download PDF

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陈潋
甘志洲
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成都电业局
国家电网公司
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Abstract

本发明涉及配电网光纤通信组网中基于EPON分层技术的配电网通信组网结构,属电力行业配电网智能化技术领域。在骨干通信层局端节点至变电站节点之间设置了通信汇聚层,通信汇聚层包括通信汇聚交换机(或分区域以太网交换机);利用变电站至局端骨干通信网富裕光纤纤芯上行汇聚与局端节点的配电通信核心路由器连接,配电通信核心路由器与配电自动化主站系统连接;下行通过变电站节点并利用EPON层进通信接入层;解决了主、配电网通信不同业务应用和维护矛盾的问题;充分利用骨干通信光纤纤芯资源、不占用其通信网的光传输设备资源,提高配电网网络通信骨干层可靠性,独立组网便于维护,具有很好的可扩性等优点。

Description

基于EPON分层技术的配电网通信组网结构
技术领域
[0001] 本发明涉及电力行业配电网智能自动化技术领域,尤其涉及配电网光纤通信组网 中基于EP0N分层技术的配电网通信组网结构。
背景技术
[0002] 配电网自动化必须解决的关键技术之一是建立坚强可靠、适用于配电网特点和环 境应用的通信系统。目前常用的配电网自动化通信技术,通过查阅国内相关资料及工程调 研可知,在智能电网试点工程以及其它已有工程应用中包括国家电网公司和南方电网公 司,配电网通信主要采用了如下几种通信技术组网方式:
[0003] (1)电力光纤通信组网;
[0004] (2)电力无线专网通信组网;
[0005] (3)电力线(载波)通信组网;
[0006] (4)公网无线通信组网;
[0007] (5)其它。可以是多种方式的混合组网,比如光纤和载波混合等等。
[0008] 目前全国规划设计和投运配电自动化工程(系统)中大多数采用以电力光纤通信 方式组网为主。
[0009] 配电网光纤通信主要组网模式(方案)及其应用可以分为如下几种实现方式:
[0010] 1)电力骨干网通信承载变电站侧至局端配电网通信骨干层方式1;
[0011] 2)电力骨干网通信承载变电站侧至局端配电网通信骨干层方式2;
[0012] 3)全EP0N技术组网;
[0013] 4)全以太网交换机组网。
[0014] 上述各个组网模式中,目前各个城市开展的配电自动化工程建设以及已经运行的 系统,主要侧重设计和建设变电站(220kV/110kV/35kV)及以下直至配电站房站点(10kV/ 20kV)之间通信网的设计和建设,称之为配电网接入通信层,这张接入通信层网络主要研究 组网方案和结构形式的有效性可靠性,例如环网、单辐射、自愈等方案。
[0015] 而对于从变电站(220kV/110kV/35kV)向上直到局端的上联通信结构和技术实现 在方案设计上显得比较单一,都是直接依靠电力骨干通信网支撑配电通信骨干通信层上联 局端(其中包括了采用调度数据网接入主网骨干通信网的方案或模式)。参见图1、图2。 [0016]直接依靠电力骨干通信网支撑上联局端组网模式设计和应用存在明显的缺点是: SDH/MSTP的资源被配电通信占用,直接对电网输变电层的通信带宽、效率以及已有的骨干 网规划调整造成后期压力;因电力通信存在数据向调度中心(局端)汇聚的特殊情况,所以 越靠近调度中心(局端)的通信设备带宽占用越大。考虑到配电通信数据也是向调度中心 (局端)主站系统所在位置汇聚的情况,采用SDH/MSTP方式汇聚数据的方式,局端主站系统 所在位置及其附近通信站点SDH设备带宽会被大量占用。以某地区为例,43台0LT设备,与 SDH设备采用百兆以太网接入,配电通信主站系统所在处SDH设备需占用43X100约4.3G的 带宽,考虑冗余保护链路则为8.6G,设备带宽被大量占用,影响其它通信业务。
[0017] 配电自动化应用通信资源在过去的通信规划中没有充分考虑,"九五"、"十五"和 "十一五"期间的电力(主网)骨干通信规划或电网规划中基本没有配电自动化应用需求。现 在配电自动化通信要在原有规划的骨干通信电路上加载配电自动化业务,搭载配电通信网 络上联汇聚层业务,这在管理上存在骨干通信增加承载与配电自动化通信业务的矛盾。大 多数供电公司一旦骨干通信网建成投运,要扩容非常困难,骨干通信的平台带宽比如2.5G 平台或622M平台,光传输设备资源有限,且今后扩容光传输设备几乎不可能实现,投资价格 非常高。而扩一张接入设备通常也在10万-30万之间。因此骨干通信与配电通信天然存在一 定的带宽和应用维护管理的矛盾。尤其是骨干通信运维与配电通信运维可能分属不同专业 管理单位,矛盾更加突出。从另一个方面来看,电力骨干层通信上组建的调度数据网理论上 可以提供给配电通信应用。但是,因为调度数据网是由电力骨干通信传输网SDH/MSTP承载 的,因此应用调度数据网的缺陷与上述占用骨干通信资源本质上是一样的。
发明内容
[0018] 本发明的目的是公开一种配电网光纤通信组网中基于EP0N分层技术的配电网通 信组网结构,以解决配电通信组网关于接入层与骨干层组网模式及其技术应用问题。
[0019] 实现本发明目的之技术解决方案是这样:一种基于EP0N分层技术的配电网通信组 网结构,包括骨干通信层1、通信接入层4,所述骨干通信层1包括局端节点至变电站节点,接 入通信层4包括变电站节点B至配电站房节点C或用户侧站点;在骨干通信层局端节点A至变 电站节点B之间设置了通信汇聚层2,所述的通信汇聚层2包括通信汇聚交换机(或者区域以 太网交换机)节点b;通信汇聚交换机(或者区域以太网交换机)利用变电站节点B至局端节 点A骨干通信网富裕光纤纤芯上行汇聚并与局端节点的配电通信核心路由器连接,配电通 信核心路由器与配电自动化主站系统连接;下行通过变电站节点B进通信接入层4,利用 EP0N系统组成EP0N通信接入层4-1;光线路终端0LT配置在变电站节点B,光线路终端0LT通 过光分配网络0DN与配置在配电站房节点C或用户侧站点的用户侧光网路单元0NU连接。
[0020] 进一步地,所述的通信汇聚层2中通信汇聚交换机(或者区域以太网交换机)的设 置个数限定为从1台开始直至与N台光线路终端0LT数量相等为止的1至N台(N=城市配电网 覆盖区域内各电压等级变电站总数M)中任何一种或多种数量的组合。
[0021] 进一步地,所述通信汇聚交换机(或者区域以太网交换机)利用骨干通信富裕光纤 纤芯或专用光纤(缆)与光线路终端0LT连接并且带宽从10兆直至lGbps范围。
[0022] 更进一步地,所述通信汇聚交换机(或者区域以太网交换机)利用骨干通信富裕光 纤纤芯或专用光纤(缆)与局端节点A配置的核心路由器相连接并且接口带宽是从10兆直至 lGbps范围。
[0023] 更进一步地,所述通信汇聚交换机(或者区域以太网交换机)至局端节点A配置的 核心路由器的接口类型是10兆至千兆网口。
[0024] 基于EP0N分层技术的配电网通信组网模式的应用,所述的配电通信核心路由器上 联与配电自动化主站系统连接。
[0025] 进一步地,所述的配电通信核心路由器上联与配电自动化主站系统或其它电力主 站系统计算机相连接。
[0026] 与现有方式比较,本发明具有突出的优点与显著效果,表现在:
[0027] 1、发明了EP0N通信技术/路由/交换技术结合的一种高可靠、高带宽、高速率的配 电通信网分层组网模式。
[0028] 2、解决配电通信网关于接入层与骨干层组网模式和应用问题,达到既解决工程问 题,也解决主、配电网通信不同业务应用和维护矛盾的目的。
[0029] 3、本发明充分利用电力骨干通信光纤纤芯资源、不占用骨干通信网的光传输设备 资源,实际上降低了配电通信骨干通信网络的资源成本、提高配电网网络通信骨干层可靠 性、独立组网便于维护、具有很好的可扩性等。
[0030] 4、本发明在应用实施方面,获得了很好的效果与高度评价。如在《某某市配电自动 化试点工程项目》中取得国网公司组织工程验收专家组"高水平通过验收"的高度评价,成 为目前国内一次性建设规模最大,范围最广、实际投运的著名示范工程。
附图说明
[0031 ]图1是目前通用的配电通信网络结构示意图。
[0032]图2是所述的配电网光纤通信主要组网模式之一以太网(或2M)模式示意图。
[0033] 图3是电力骨干网通信承载变电站侧至局端配电网通信骨干层方式1。
[0034] 图4是电力骨干网通信承载变电站侧至局端配电网通信骨干层方式2。
[0035]图5是本发明基于EP0N分层技术的配电网通信组网模式示意图。
[0036] 图6是本发明应用实施例的组网模式示意图。
具体实施方式
[0037] 结合附图给出实施例,并对本发明做进一步详细说明。需要强调的是,此处所描述 的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明构思及其权利要求之范围。
[0038] 参见图1、图2、图3、图4可知,图1是目前通用的配电通信网络组网逻辑结构模式, 设计有骨干通信层1、接入通信层4,利用的是SDH/MSTP网络,在变电站节点B配置的是载波 设备、EP0N设备、无线设备。图2是目前配电网光纤通信组网模式之一以太网(或2M)方式的 具体实现,该方式是图1光纤通信的具体方案,局端节点A占用主网骨干通信资源SDH/MSTP (2M或10M/100M以太网口),变电站节点B占用SDH/MSTP(2M或10M/100M以太网口)。
[0039] 图3和图4进一步对图1的结构做简化阐述。阐述目前从变电站向上直到局端的上 联通信结构的普遍设计思想,即直接依靠电力骨干通信网支撑配电通信汇聚层上联局端 (其中包括采用调度数据网并承载于主网骨干通信网的方案或模式)。
[0040] 图3是电力骨干网通信承载变电站侧至局端配电网通信骨干层方式1。局端节点A 配置SDH/MSTP设备,变电站节点B配置EP0N( 0LT)+SDH/MSTP设备,配电站房节点C配置EP0N (0DN+0NU)设备。A和B之间为骨干通信层SDH/MSTP网络;B和C之间是EP0N接入层网络。
[0041] 图4是电力骨干网通信承载变电站侧至局端配电网通信骨干层方式2,也是一种变 电站0LT+SDH/MSTP组网方式;局端节点A配置SDH/MSTP设备,变电站节点B配置SDH/MSTP(2M 或10M/100M以太网口)+以太网交换机(作为调度数据网专用的交换机)+EP0N(0LT),配电站 房节点C配置EP0N(0DN+0NU),A、B、C之间的逻辑结构关系仍然与图3方式1相同。方式2与方 式1比较,主要增加了一处调度数据网的设备。该设备也是一种配电自动化所希望的专网通 信模式。因为仍然要占用骨干通信网设备资源,还增加了调度数据网资源占用,该方案只能 在理论上存应用的可能性,并不理想。
[0042] 图5是利用骨干通信富裕光纤纤芯设计变电站EP0N(0LT)+骨干通信富裕光纤纤芯 +区域聚集交换机+骨干通信富裕光纤纤芯+局端核心路由器组网方式,即本发明基于EP0N 分层技术的配电网通信组网模式。从图5可知在骨干通信层局端节点A至变电站节点B之间 设置了通信汇聚层2,所述的通信汇聚层2包括通信汇聚交换机(或者区域以太网交换机)节 点b;所述骨干通信层1形成了子骨干层3+通信汇聚层2,包括局端节点至变电站节点;所述 的通信汇聚交换机(或者区域以太网交换机)利用变电站至局端骨干通信网富裕光纤纤芯 上行汇聚并与局端节点A的配电通信核心路由器连接;下行通过变电站节点进入通信接入 层4,利用EP0N系统组成EP0N接入层;光线路终端0LT配置在变电站节点,光线路终端0LT通 过光分配网络0DN与配置在配电站房节点或用户侧站点的用户侧光网路单元0NU连接。配电 通信核心路由器上行与配电自动化主站系统连接。
[0043] 局端节点配置局端核心路由器,通信汇聚层2包括通信汇聚交换机(或者分区域以 太网交换机),变电站节点配置EPON(OLT),配电站房节点配置EPON(ONU-ODN),子骨干层3及 汇聚层2设备之间连接的光缆利用骨干通信网富裕光纤纤芯。本发明与几种主要的配电网 通信组网方案比较见表1。
[0044] 表1:
[0045]
Figure CN102904645BD00061
[0047]表中的全EP0N技术组网,目前只能对于区域很小的城市比如小型县城部分区域, EP0N组网光缆不超过18公里的城区组网应用。局端节点配置EPON(OLT),变电站节点配置 EPON(OLT),配电站房节点配置EP0N(0DN+0NU)。
[0048] 表中另一种采用全以太网交换机组网,该方式在南方电网现仍有几个城市还在运 行,但从配电网结构和运维特点以及配电自动化的逐步发展的实用角度看,配电网和配电 自动化站房站点通常是树状辐射、或树状互联结构,并且经常,例如每天或每周,在原网络 基础上都会应实际需要对其结构进行改接和变化,增扩或减少、异动原来站房站点的工作, 这就意味着,配电通信也必须跟随变更。该方式面临成本较高的困惑,实际已经很少应用。
[0049] 所述通信汇聚层2中区域以太网交换机或者通信汇聚交换机的设置个数限定为从 1台开始直至与N台(注:N =城市配电网覆盖区域内各电压等级变电站总数M)光线路终端 0LT数量相等为止的1至N台中任何一种或多种数量的组合。本实施例中的设置可看出这种 关系。
[0050] 参见图6,是基于EP0N分层技术的配电网通信组网模式的应用,也是本发明更具体 的实施例。图中示意,局端节点A配电通信核心路由器上联与配电自动化主站系统或其它电 力主站系统计算机相连接,具体的是自动化主站系统通过配电通信核心路由器连接配电通 信系统。
[0051] 核心路由器配置在电业局(供电公司)局端节点A,双机热备份,该设备用于配电通 信网向上与配电自动化主站系统连接,向下通过汇聚节点、变电站节点和配电站房节点组 成基于EP0N分层技术的配电网通信网络,实现了配电自动化主站与配电终端之间的通信。
[0052] 通信汇聚交换机(或区域以太网交换机两台)分别配置在东、南、西、北四个地理区 域独立的供电局节点内,采用双机热备份方式,形成4个汇聚中心节点b,即通信汇聚交换机 节点b。该设备用于汇聚本区域内配电终端信息并向上与配电通信核心路由器连接。该设备 将整个配电通信网隔离为数个IP域。所述汇聚交换机(或者区域以太网交换机)至核心路由 器相连,并且接口带宽是从10兆直至lGbps范围,接口类型是10兆至千兆网口同时包括含光 和电接口模式在内。汇聚交换机(或者区域以太网交换机)利用骨干通信富裕光纤纤芯或专 用光纤或光缆与光线路终端0LT连接并且带宽从10兆直至lGbps范围;配电站房站节点配置 EPON(ONU-ODN),该设备作为配电终端通信接入设备,通过P0N链路与0LT互联。
[0053] 0LT设备作为P0N网络的接入设备,汇聚变电站下所有1 OkV出线配电终端自动化数 据,通过通信接入层4与汇聚层2的汇聚交换机互联。汇聚层2内的设备全部采用光纤GE 口。 [0054]汇聚交换机(或者区域以太网交换机)利用骨干通信富裕光纤纤芯或专用光纤或 光缆与光线路终端0LT连接且带宽从10兆直至lGbps范围。
[0055]本实施例包括本发明涉及的变电站网络设备0LT及以上汇聚交换机、核心路由器 相关参数和接口模块,相关参数和配置如下表2:
[0056]表2变电站及上联至局端侧的相关通信设备的参数和配置 「00571
Figure CN102904645BD00071
[0058]表3 :本发明方案与采用通用SDH/MSTP方案对比,包括比较其资源占用、成本、带 宽、增扩应用的方面性、网管效率、应用可靠性等。
[0059]表 3
[0060]
Figure CN102904645BD00081
[0062]本发明组网模式曾在某地区某市实施,总计覆盖某市城区三环路之内193平方公 里区域、352条配电线路、共计配电网站房站点1252个。
[0063] 其中:采用EP0N通信的有1230台(0NU)、在三环路区域内总共43座110kV变电站内 配置了 43套EPON 0LT装置,组成EP0N接入层;
[0064] 将43座变电站部署的43台EPON(OLT)通过变电站至城区4个供电局的骨干通信光 纤富裕光纤纤芯汇集在城区4个供电区域中心,即每中心配置交换机2台,然后再通过4个供 电局至电业局局端骨干通信光纤富裕光纤纤芯汇集至局端,接入2台核心路由器。相关电源 均利用现有骨干通信电源支撑。组成了配电通信独立的汇聚层或称配电网通信骨干层。通 过该市配电自动化试点工程的建设和实际运行至今一年以来,效果非常显著。在全国20余 个试点工程中,该市的运行效率和可靠性(指:汇聚层交换机和路由器运行很好,配电自动 化的遥测、遥信指标达到98%,遥控正确率达到100%)、带宽(指:汇聚层全部采用光纤GE 口)应用水平均名列前茅。有效利用了变电站至局端富裕的骨干通信光纤线芯资源,同时还 节约了骨干通信的光传输设备的资源。在通信系统的运行维护方面,骨干通信与配电通信 分开独立,运行维护方便,效率高。工程实施证明配电网光纤通信路由/交换/EP0N分层组网 模式与技术应用是非常有效的。

Claims (3)

1. 一种基于EPON分层技术的配电网通信组网结构,包括骨干通信层(1)、通信接入层 (4),所述骨干通信层(1)包括局端节点A至变电站节点B,通信接入层(4)包括变电站节点B 至配电站房节点C或用户侧站点;其特征在于,在骨干通信层局端节点A至变电站节点B之间 设置了通信汇聚层(2),所述的通信汇聚层(2)包括通信汇聚交换机或者区域以太网交换机 节点b;通信汇聚交换机或者区域以太网交换机利用变电站节点B至局端节点A骨干通信网 富裕光纤纤芯上行汇聚并与局端节点A的配电通信核心路由器连接,配电通信核心路由器 与配电自动化主站系统连接;下行通过变电站节点B进通信接入层(4),利用EP0N系统组成 EP0N通信接入层(4-1);光线路终端0LI1配置在变电站节点B,光线路终端0LT通过光分配网 络0DN与配置在配电站房节点C或用户侧站点的用户侧光网路单元0NU连接;所述通信汇聚 层(2)中通信汇聚交换机或者区域以太网交换机的设置个数限定可以为1~N中的任一值, 其中N为光线路终端0LT数量;N等于城市配电网覆盖区域内各电压等级变电站总数; 所述通信汇聚交换机或者区域以太网交换机利用骨干通信富裕光纤纤芯与光线路终 端0LT连接并且带宽从10兆直至lGbps范围; 所述通信汇聚交换机或者区域以太网交换机利用骨干通信富裕光纤纤芯与局端节点A 配置的核心路由器相连接并且接口带宽是从10兆直至lGbps范围; 所述通信汇聚交换机或者区域以太网交换机至局端节点A配置的核心路由器的接口类 型是10兆至千兆网口。
2. 如权利要求1所述的一种基于EP0N分层技术的配电网通信组网结构的使用方法,其 特征在于,所述配电通信核心路由器上联与配电自动化主站系统连接。
3. 根据权利要求2所述的一种基于EP0N分层技术的配电网通信组网结构的使用方法, 其特征在于,所述的配电通信核心路由器上联与其它电力主站系统计算机相连接。
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