F5G电力全光网架构与技术白皮书-华为.pdf

F5G电 力 全光网 架 构与技 术 白皮书 2022年 11月 目 录 CONTENTS PART.1 电力通信网的现状和挑战 01-07 电力发展趋势 电力通信网发展 阶 段 电力通信网是电 网 的神经中枢 电力通信网的现状 电力 通 信网 面 临 的 挑战 PART.2 电力通信网架构 08-10 架构概念 智能光底座 智能通信管理系统 PART.3 F5G电力全光网架构 11-22 什么是 F5G F5G电力全光网架 构 设计基 本 原 则 F5G电力全光网络 架构 F5G电力全光网安全可信管控 架 构 F5G电力全光网 双平面高 可 靠 冗 余架构 PART.4 F5G电力全光网架构电力应用场 景 23-27 PART.5 F5G 电力全光网架构应用展望 28 F5G电力全光网应用全景图 特高压超长距场景 高可靠输变电应用场景 智能变电站 /配电场景 术语和缩略语 EoOSU： ETH over OSU， ETH OSU专 线 ERP： Enterprise Resource Planning，企业资源计划 F5G： The 5th Generation Fixed Network，第 五 代 固 定网络 FDM： Frequency Division Multiplexing，频分 复 用 OPGW： Optical Power Grounded Waveguide光 纤 复合架 空 地线 OSC： Optical Supervisory Channel 光 监 控信道 OSU： Optical Service Unit， 光业务 单 元 OTN： Optical Transport Network， 光传 送 网 OTDR： Optical Time Domain Reflectometer， 光 时域反 射 仪 PCM： Pulse Code Modulation， 脉冲编码调制 PDH： Puesiochronous Digital Hierarchy， 准 同步 数 字序列 PON： Passive Optical Network，无源 光 网络 SCADA： Supervisory Control And Data Acquisition，监控与 数 据 采 集 SDH： Synchronous Digital Hierarchy，同 步 数字 体 系 SDM： Space Division Multiplexin，空间 分 割多 路复 用 WDM： Favelength Division Multiplexing，波分 复 用 01 PART.1 电 力 通信 网 的现 状 和 挑 战 电力通信网 的 现状和挑 战 1.1 电网发展趋势 在双 碳 背景 下 ， 新 能 源 飞速 发 展 ， 如 何确 保 电 力 系 统 安全 稳 定运 行 、 新 能 源 高 比 例 消纳 、 提升 运 营效 率 、 最 大 程 度 提 升 客户 及 员 工 的体 验 ， 电 力 系 统 面临 巨 大 挑 战 。 电 力行 业 面 临 能 源 “ 绿 色 、 安 全 、 经 济 ” 不 可能 三 角 ， 需要 通过 “ 能 源转 型 、 零碳转型 、 数 字 化转 型 ” 三元转型 、 “ 源 -网 -荷 -储 ” 四维互动 ， 数字化 技 术可以 为 低碳发展铺设一 条 “ 数字之 路 ” 。 新能源挑战 数字化技术 绿色 安全 高效 体验 传统电 力 系 统 大 惯 量 火电 核电 水电 相对确 定性 负荷稳定 弱 波 动 弱 随 机 新型电 力 系 统 小 惯 量 风电 太 阳 能 强力不 确 定 性 弹性负荷 高 分 布 强 波 动 高 比 例 清洁能 源 供 应 源：环 境 压 力 高 分 布式 电子 电力 高 互 动 电气化 能 源消 费 荷：社 会 压 力 双向多 元 再 电 气 化 高 弹 性 资源配 置 能源 网络 网：安 全 压 力 弹性可 靠 能 源 枢 纽 高 融 合 数字赋 能 能源 系统 系统： 转 型压 力 数字孪 生 可 信 可 控 低 成 本 低碳话 能 源市 场 市场： 经 营压 力 电碳市 场 增 值 服 务 传统电 力 系 统 实时 ·动态 ·平衡 间歇随机 态势感知 海量离散 广泛物联 复杂多维 人 工 智 能 平 台 云 物 联 网 数字孪生 波 动 不 可控 智能计算 PART.1 智慧化 图 1.1 电 网 智能化 转 型 02 PART.1 电 力 通信 网 的现 状 和 挑 战 以新能源为主体的新型电力系统从 “ 供应 、 消费 、 网络 、 系统 、 市场 ” 五 个维度来看 ， 具 有 “ 高比例新能源供应 、 高 互 动电气化能源消费 、 高弹性 海 量资源灵活配置网络 、 高融 合 的能源数字系统 、 低成本的 电 碳市 场 ” （ 4高 1低 ） 特征 ， 给电 力系 统 安 全 稳 定 运 行 带来 “ 动 态随 机 、 海 量 离 散 、 复 杂 多 维 、 波 动 不 可 控 ” 四 大挑 战 ， 而 以云计算 、 物联 网 、 人 工 智 能 为 代 表 的 数 字 技 术 可 以 在 “ 态 势 感 知 、 广 泛 物 联 、 数 字 孪生 、 智 能 计 算 ” 四 个方 面 提 供 能力 匹 配 ， 使 能 以 新 能源 为 主体 的新 型 电 力系 统 ， 化 繁 为简 、 可 管 可 测 可控 ， 助力 电 力供 需 的 实 时 动 态平 衡 ， 实 现 电力 系 统 “ 安 全 高效 、 柔性 可 靠 、 增 值 创 新 ” ， 有 力 推 动智 能 电网 建 设 ， 确保 电 力 系 统的 安 全稳 定 、 减 少弃 风 弃 光 弃水 、 提升 新 能 源 的利 用 率 、 为社 会 创新 增 值 ， 助力 能源绿色低碳发展 。 低速 PCM/E1业务 二遥 +电话 半自动化 FE/GE 数据 业务 四 遥 +ERP 自动化 +信 息化 FE/GE数据业务多媒 体 /增值业 务 数字化、智能化 、 云边协同 数字化 ·调度电话 ·遥 测 、 遥信 ·继电保护 ·EMS ·SCADA ·PMU ·雷电检测 ·故障录波 ·远动信息 ·水 调 自 动化 ·人 才 物 业 信 息 系 统 ·语音 ·高 清 视 频 会 议 ·IDC互 联 ·雷电监测 ·环境监测 ·办 公 OA ·生 产 MIS ·管理 MIS ·变 电 站 智 能 巡检 ·线 路 智 能 巡 检 ·线路监测 ·楼宇监测 ·视频监测 ·增值业务 图 1.2 电 力 通信网 发 展阶 段 电力通信网 (电力专用通 信 网 )是 现代电力系统不 可 缺少的重 要 组成部分，它同 电 力系统的 安 全稳定控制系统 、 调度自 动 化系统被人们合 称 为电力系 统 安全稳定运行的 三 大支柱。 电 力通信网发展历 经 了三个阶 段 ： 半自动化阶段 （ ~1990）： 此 阶段 业 务以 遥 信 、 遥 测 以及 调 度电 话 为主 ， 调 度 和 控 制的 操 作还 需 要依 靠 人 工 。 自动化 +信 息化 阶 段（ 1990~2020）：此 阶 段已 经 实现 了完 整的四 遥 （遥 信 、遥 测 、遥 控 、遥调 ）， 大 大 提升 了 调 度 自动化的水平，同 时 ， ERP业务逐步兴起。 数字化 阶 段 （ 2020~） ： 随 着 各行各 业 数字 化 进程 ， 通过 云 大物移 智 等数 字 化技 术 实现 企 业降本 增 效成 为 共同 选 择 。 充 分 应用 大 、 云 、 物 、 移 、 智 、 链 等现 代 信息 技 术 、 先进 通 信 技 术 ， 实 现电 力 系 统 各环 节 万 物 互联 、 人机 交 互 ， 具有 状 态全 面 感 知 、 信 息 高 效 处理 、 应用 便 捷 灵 活特 征 的 智 慧电 力 系统 ， 打 造 资源 共 享 、 互利 共 存 、 共 生 共 赢的 生 态 平 台 ， 以 平 台 支 撑生产 -运营 -建设 -规划的 全 面数字化 。 业 务 发 展 阶 段 1.2 电力通信网发展 阶 段 03 PART.1 电 力 通信 网 的现 状 和 挑 战 图 1.3 电力通信网与电网的关系 电力通信广泛应用于电网生产控制、管理、经营等各个环节，是电力系统的有机组成部分。 随着电力体制改革深化 ， 电网安全 、 优质运行的要求进一步提高 ， 电力工业技术和通信技术的进一步发展 ， 也推动现 代电网正在从半自动人工控制逐步向全智能控制演进 。 应用新的通信架构 、 应用模式和通信技术来为新型电力系统服务显 得尤为迫切 。 电力二次防御设备领域的有效实行 (对应四层防护 )， 很大程度上依赖于通信技术的进步 ， 并且电网安全防御系统各站之 间的传输通道性能直接关系到其功能的发挥 ， 电网急需要一种高速 、 高可靠 、 高稳定性的通信方案 ， 满足电力系统运行 、 控制以及管理实时通信要求 ， 并适应电力系统通信网的发展 。 所以电力通信网是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础，是确保电网安全、稳定、经济运行的重要 手段，是电力系统的核心基础设施。 1.3 电力通信网 是 电网的 神 经中 枢 数 字 电 网 物 理 电 网 智慧电厂 输电智能巡检 数字孪生变电站 数字配网 综合能源服务 变电 能源存储 资产管理 用电 输电 发电 配电 电力通信网 台账数据 监测数据 运维数据开关设备监测 变压器监测 环境检测数据 安防监控数据 … 运维数据 用电监测数据 … 输电 发电 配电 资产管理 用电 变电 能源存储 04 PART.1 电 力 通信 网 的现 状 和 挑 战 图 1.4 电力通信网与业务承载关系 电力 业 务系 统 分 类 与 对 通信 业 务诉 求 ，如 下 表 所 示 ： 业务归属 电厂 调度中心 变 电 站 业务通 信 需 求 生产调度类 OT 调度电话、安 稳 系统、 调 度自动 化 （ SCADA） 总体要求极 高 可靠性 、 低时延 抖 动 ； 广域保 护 时延 小 于 15~20ms、 组播 、 大 带 宽、时 间 同 步 ； 继电保 护 业务 时 延小 于 5~12ms， 低 时延 、 双向时 延 对 称 。继电保护 继 电 保 护 广域保护 安稳管 理 信息 系 统、 保 护管 理 信息 系 统、 广 域相量 测 量系 统、 电量计 量 系统 、 网管 系 统、 故 障录 波 要求高 可 靠传 输， 广域相量测 量 要求时 间 同步。 水调自 动化 电 力 市 场 办公管理类 IT 光缆监 测 系统 、 电能 质 量监 测 系统 、 雷电 定 位监测 系 统 、 DMIS（ 调度生产管理信 息系统 ） 、 变电 站 视频监控系 统 、 输电 线 路铁塔视频监控 系 统 、 通信机 房 监控系 统 、 一次设备在 线 监测系统 。 多媒体类业 务 要求大 带 宽，统 计 复用高 效承 载 。 行政电话、 OA、 MIS、 Internet、移动办 公 电话业 务 向 VoIP演 进， 视 频会 议 要求 高带 宽保证 ， 各系统 业 务需 要 隔离 承 载 。 视频会 议 系 统 视频会 议 系统 、 容灾备 份 、企 业、 驾 驶 舱 1.4 电力通 信 网的 现 状 表 1.1 电力业务对通信网的需求 应用平面 生产控制 业务专线 实用控制类业务 非实时控制类业务 生产管理类业务 组织管理类业务 增值类业务 外网大区ITOT 网络平面 承载平面 综合数据网 OTN承载（ IP业务）SDH承载 调度数据网 05 PART.1 电 力 通信 网 的现 状 和 挑 战 为保障电力供应安全，电网构建 3道防线 4层防御体制 当前全球大部分电力通信网只考虑器件失效和简单的线路 /节点失效 图 1.5 电力网络与电力通信网多层防护 电力通信网要确保电网 3道 防 线 4层 防 御体制 随 时可 用 ， 实 时生效 ， 提高网 络 抗风 险 能 力 。 电力 二 次防御 设 备领 域 的 有 效实行 (对应四层防 护 )， 很大 程 度上依赖于通信技术 的 进步 ， 并且电网安全防御系 统 各站 之 间的传输通道的性能 直 接关 系 到 其 功 能的 发 挥 ， 电 网 急 需要 一 种 高 性能 、 高可 靠 、 高 稳定 的 通 信 方案 ， 满足 电 力 系 统运 行 、 控 制以 及 管理 实 时 通 信要 求 。 继 电 保护 、 安全 自 动 装 置 、 自 动 化 已普 遍 使用 光 通 信 技术 ， 通 道 的可 靠 性极 大 的 提 高 ， 挣 脱 了 带宽 、 时延 、 可 靠 性等 原 有通 信条件的束缚 ， 跨 区 域的控 制 成为可能 ， 跨系统 的 监视 、 分 析成为现实 。 双平 面 结构 是 保 障电网安全的首选 。 1.5 电力通信网 面 临的挑 战 1 业务安全带来的 挑 战 电力网架 小尺度 灾害 较大尺 度 灾 害 严重灾害 极端灾害 第一层 防 御 网 第二层 防 御 网 第三层 防 御 网 第四层 防 御 网 黑 启 动失步解列（第三道防线）稳定控制（第二道防线）继电保 护 动 作（第一道防线） 通信网络 设 备 级 网 络 级 数字网络 关键部 件 冗余 备份 业务多 链 路冗 余 保 护 独立双 平面 2 业 务 多 样性 带 来 的 挑战 随着 电 网 向 新型 电 力 系 统转 型 ， 输 变 电 线 路智 能 巡 检 、 视 频 监控 、 汽 车 充电 桩 、 智 能光 伏 等多 类 型 新 业务 大 量 出 现 ， 新 业 务 呈现 出 带宽 大 ， 分 布广 等 特 点 。 电 力 通信 网 既 要 保障 传 统 生 产业 务 的实 时 性 和 绝对 可 靠 ， 同时 也 要支 持 好 这 些多 样 性新业务 ， 为电力客户的增值性业务提供保障 。 A/B平面 正常运行 切除故 障 元 件 切机切 负荷 大面积 停电 电网全黑 06 PART.1 电 力 通信 网 的现 状 和 挑 战 3 网络安全带来的 挑 战 电力通信网 存 在网络 攻 击风险 电力通信网 网 管 服 务器 操 作 系 统 后 门 网 管 服 务器 数 据 库 后门 设 备 芯 片 后 门 设 备 软 件 后 门 网 管 服 务 器 芯 片 后门 图 1.6 电力业务多样化挑战 Power Distribution Grid Power ConsumptionPower Generation Power Transmission Grid 趋势 1：集中部署与云化架构 趋势 3：营配一体 趋势 4：分布与互动 趋势 2：软件定义电网 SDG 趋势 5：综合能服与全屋智能 Wide Area Network（ WAN） Neighbor Area Network(NAN) Home Area Network(HAN) Base Station Base Station Concentrator GPRS/Ethenet XTU RF PLC PLC Smart Meter PLC RF RF XTU 时间 低速数据 PCM/E1为主 Latency 15ms 业务速率： 64k~nx2M 十万级连接数 99.9%可靠性 新增 FE/GE数据业务 Latency 15ms 业务速率： 64k~100M 千万级连接数 99.99%可靠性 新增管理 /多媒体 /增值业务 Latency 15ms业 务速率 ： 2M~2G 十亿级连接数 99.999%可靠性 供 需 Network Smart Home Device Energy Flow Data Flow 业 务 发 展 网 络 要 求 网络攻击 网络攻击 网络攻击 图 1.7 电力通信网络安全挑战 网络攻击 网络攻击 07 PART.1 电力 通 信网的现状和 挑 战 在实 践 上 ， “制 网 权 ”已 经成 为大 国 战 略 较量 的 新 焦 点 ，网 络空 间 对 抗 日益 复 杂 严 峻 ，电 网是 国 家 关 键基 础 设 施 ， 也 是 网络 攻 防 对 抗以 小 博大 的 主 要 目 标 。 电 力 通信 网 作为 电 网 的 神经 同 样 也 会遭 受 攻击 ， 为 了 杜绝 网 络 遭 受后 门 攻击 的 风险 ， 比 如 通 过网 管 服 务 器操 作 系统 后 门 、 网管 服 务 器 数据 库 后门 、 设 备 芯片 后 门 等 的攻 击 ，建 设 可 信 可控 的 电 力 通信 网 势 在必 行。电力通信网必须坚持平战融合、以攻促防、攻防并举，不断提升实战能力，才能守护好电力系统这个大国重器。 供应商 A 4 供应安全带来的 挑 战 核心 ICT产 品 需 来源于 双 供应 商 ， 且双供 应 商来 自 于不同 技 术体 系 选择供应商要考 虑技术发展的 可持续性 要做好老旧设备 的生命周期管理 图 1.8 电力 供 应安全挑 战 逆全 球 化与 孤 立 主 义大 背 景 下 ， 全 球 协作 机 制 正 处于 深 刻 的 调整 期 。 而 追 求 安 全 、 稳 定 、 可靠 是 电力 公 司 的 最核 心 诉 求 ， 应 未 雨绸 缪 ， 提 前 规避风 险 。 电 力 通信 网 作为 智 能电网 核 心基 础 ， 构 建 冗余 ， 坚韧的 基 础设 施 是必 由 之路 。 多供 应 商 战略要提前准备 ， 而不能等到危机发生才仓促应对 ， 提前做好准入和流程对接 。 ICT设备双平面是保证 BCM的重要手段 供应商 B 新技 术 与电 力 业 务 不断 融 合 ， 出现 无 人机 智 能 巡 线 、 变 电 站 机器 人 巡检 、 智 能 配电 房 、 远 程培 训 、 视 频 监 控 、 变 电 站 无 人值 守 等 新 应用 ， 全面 提 升 全 网的 自 动 化 、 数 字 化 、 智 能 化 水平 ， 实 现 电网 运 检集 中 化 、 无人 化 ， 电 力交 易 市场 化 ， 企 业 办公 的 数 字 化 ， 提 升电 网 可 观 测 、 可 描 述 、 可 控 制能 力 。 打 造涵 盖 “ 云 网边 端 ” 的 数 字 基 础设 施 ， 支 撑全 域 海量 数 据的 采 集 、 测算 、 交 互 、 存 储 和决 策 分 析 ， 大 大 提 升 了电 网 的运 营 效 率 。 此 时 需 要 一个 带 宽更 大 ， 通 信效 率 更 高 ， 架 构 更 灵 活 的通 信 技术 来 承 载 电力 的 OT、 IT以 及 互 联网 业 务 。 光 通 信技 术 逐 步 成为 电 力 头 部企 业 的 通 信网 的 首 选 ， 在 组 网架 构 上遵 循 横向分 层 ， 纵 向切 片 的原 则 ， 横向为 底 层 承 载网 ， 综合 承载 ， 冗余 保 护 ， 而纵 向 为业 务网 络 ， 按 业 务 切 片 ， 转 网专 用 ， 打 造高 品 质 的 电力 专 网 。 08 PART.2 电力通信网架构 电力通 信 网 架 构 2.1 架构概述 PART.2 业 务 管 端 隔离 云 云计算及大数据 网络支撑 电力通信网IP网络（调度数据网 /综合数据网） 边 物联网关边缘计算 电流表，电压表 逆变器 继电保护 PMU 视频监控 AVC 故障指示器 智能电表 发电 输电 变电 配电 用电 OT 调度自动化 安稳系统 线路保护 配电自动化 IT OMS 营销业务应用 PMS 用电信息采集 外联 智慧能源 服务平台 新能源云 车联网 隔离 算力支持 SDH&OTN网络（实时业务专线、 IP的承载网） 图 2.1 电力通信网架构 09 PART.2 电力通信网架构 光纤 物理基础设施 OPGW光纤是电 网 骨干层使 用 的主流光纤，这 类 光纤是随 着 电缆线一起架设 ， 属于架空 光 缆类型，对重量 有 严格的 要 求，所以纤芯数 量 有限 (与 埋 地 光缆比较 )， 同时此类光 缆 扩 容 困难，属于稀缺 资 源。网络 需 要尽量提高光纤 资 源利用率 。 SDH&OTN传 输网络 智能光底座 构建一张绝对安全 的 传输骨 干 网络，来应对业务 安 全、供 应 安全的挑战， 满 足未 来 业务 发 展需求。主要承载业务 为 实 时生产业 务 、 IP网 络承载 。 SDH&OTN网 络通过 单 纤多波 长 聚合，单 波 长大带 宽 等技术 将 光纤资源利用率最大化。 图 2.2 电力通信网智能全光底座 智能光底 座 具备安 全 可靠、 超 大容量、 广 泛覆盖 、 智能精 益 四大特征 ， 通过升 级 骨干传 输 网、通信 网 管来实 现 三大 核 心目标：保障核心生产业 务 “零中断 ”；数字带宽业务 “全支撑 ”；通信智能管控 “智能高效 ”。 2.2 智能光底座 省际骨干网 省级骨干网 地市核心 省数据中心 超核数据中心 地市接入网 智能精益 超大容量 安全可靠 广泛覆盖 省干核心 10 电力通信网架构PART.2 图 2.3 智能通信管理系统 同步 建 设 全 程 全 网一 体 协 同， 运行 管 控 智 能 高 效通 信 调 度支 撑系 统 ， 发 挥 通 信网 络 平 台的 最优 效 能 。 通 信 调 度 支撑 系 统 需 具 备跨 域 拉通 能 力 ， 与企 业 级 通 信管 理 系统 对 接 提 供跨 域 运 维 能力 支 持， 做 到 全 网可 视 、 可 管、 可 控； 设 备 标 准化 推 动 全 网 传输 板 卡 版 本归 集 ，实 现 网 元 标准 化 ； 平 台统 一 化建 设 覆 盖 各级 通 信 资 源的 新 型管 理 系 统 ，实 现 全 程 全网 协 同 保 障 ； 运维自动化通过数字技术手段应用，逐步实现被动运维向主动运维、人工决策向人机协同决策的转变。 2.3 智能通信管理系统 客 户 端 综 合 只 能 运 维 层 数 据 采 集 层 设 备 层 工单 Portal（手机终端 &PC） 用户自服平台 XX系统 跨域运维系统 通信管理系统 业务可视 故障自动诊断 故障定界 日常办公 检修管理 缺陷管理 方式管理 资源信息管理 告警值班管理 备件管理 综合统计查询 业务协同 TOPO数据 资管系统 NCE 时延地图告警 RCA 故障模拟资源可视 统一数据采集和指令适配 光性能亚健康 友商 1网管 存量信息 友商 2网管 … 友商 x网管 华为 SDH 友商 1 SDH 友商 2 SDH 华为 OTN 友商 1 OTN 友商 2 OTN 网络巡检 故障 TOPO … 11 PART.3 F5G电力全光网架构 F5G（ The 5th generation fixed networks） 是由华为 、 中国信通院 、 中国三大运营商等 10多家单位于 2019年共同提出 的 第五代固定网络 。 2020年被 ETSI（ 欧洲电信标准化协会 ） 接纳并向全球正式发布 。 F5G具有增强型固定宽带 、 全光联接 和极致体验三大主要特征 。 表 3.1 固定网络技术代际 第 一 代 第 二 代 第 三 代 第 四 代 第 五 代 代表业务 语音 网页 视频 移动互联网 工业互联网 关键技术 PCM、 PDH ADSL、 SDH VDSL、 MSTP GPON、 OTN Wi-Fi 、 OSU 最大速率 100Kbps 140Mbps 10Gbps ＞ 100Gbps ＞ 100Gbps 3.1 什么是 F5G F5G电力全光网架构 PART.3 12 PART.3 F5G电力全光网架构 图 3.1 F5G电力全光 网 架构设计 基 本 原 则 3.2 横向分层 按照网络层次，分为骨干通信网、输变电通信网，变电站园区 /配电接入网三大层次；业务层次之间逐级汇聚。 骨干通信网 用于承载各级调度中心之间业务、承载总公司与省、市分公司 /供电局等各政区域信息办公类业务。 输变电通信网 用于各级调度中心与直属变电站之间调度业务，变电站之间自动化控制类业务，以及省、市分公司 /供电局与变电站之间信 息办公类业务 。 变电站 /配电接入网 用于承载变电站与变电站园区、变电站与配电站之间的控制自动化、监控信息类业务。 横向分层：骨干通信网、输变电通信网、变电站园区 /配电接入 网 纵向切片： A/B双平面承载网、业务子系统端到端直达硬管道子 网 A 工 控 网 网 B 工 控 网 网 调 度 数 据 硬 管 道 子 网 / 信 息 办 公 硬 管 道 子 网 / 视 频 物 联 硬 管 道 子 网 基本原则：横向分层，纵向切片 13 PART.3 F5G电力全光网架构 图 3.2 F5G电 力 全光网架 构 纵 向 切 片 随着电力业务对承载网可靠 安 全性要求提高以及视 频 、 物 联 、 云等业务的兴起 ， 对网络 架 构提出新的需求 。 对于工 业 控 制 类业务 ， 需 要实 现 物理 双网 备份 。 对 调度 、 信息 办 公 、 视 频物联 等 业务 子 系统 ， 需要 实 现从接 入 到汇 聚 核心 全 覆盖 ， 并 按照 业 务 子 系统 划 分 物 理隔 离 子网 。 双平面承载 对于 电 力 工 业控 制 类 业 务， 比 如继 保 、 安 稳、 调 度 自 动化 等 ，需 要 网 络 整网 备 份 ； 对于 继 保等 核 心 控 制业 务 ， 需 要多 路径 的 保 护 路由。 业务子系统物理 隔 离 随着视频 /AI物联 /云 等 新业务 的 兴起，需要实现 以 业务系统 为 边界的承载子网 。 满足业务 子 系统间硬管道物 理 隔离， 全 站点覆盖，端到 端 安全承载。 3.3 电力云 OSU OTN PON SDH OSU EoOSU EoOSU（接入） OSU OSU OSU + OTN 骨干传输 + SDH 输变电传输 over PON 变电园区 继保 EoOSU（汇聚） 电话 调度 OS U 一 跳 直 达 兼 容 传 统 硬 管 道 视频 视频 工控终端 物联传感 总部调度中心 厂站 生产园区 14 PART.3 F5G电力全光网架构 F5G电力全光网在骨干、输变电、变电园区 /配电各层网络分布融入 OSU技术，实现对各层网络业务的灵活承载；同 时， F5G电力全光网具有如下特点： 网络兼容强 延续了原有网络的层次，分别为骨干、输变电、变电园区 /配网接入层；每层网络继承原有的技术，支持平滑演进。 业务硬隔离 OSU贯通骨干、汇聚、接入，打破各网络层之间的技术壁垒， OSU硬管道端到端一跳直达。业务系统的纵向切割，构建 业务系统专用子网，物理隔离。 站点广覆盖 采用 OSU技术对 PON网络进行改造，实现 PON网络的硬管道化，从而支持点到多点的业务承载。通过这种方式将硬 管道延伸 至变电站内的终端设备。 F5G电力骨干网在 OTN技术中扩展了 OSU技术，承载业务更灵活，支持 OTN骨干网进一步下沉到变电站。相对于 OTN技术， OSU技术具备如下特点： 业务颗粒覆盖广 OSU可覆盖 10M到 100G业务带宽需求，并支持 Sub 1G的业务承载；骨干网业务带宽从 100G/10G/GE到站，可进一步下探到 100M， 乃至 10M到站。 P2MP端口汇聚 OSU技术承载以太业务时，可在汇聚节点（比如：调度中心、公司总部等）对业务进行汇聚；减少 OTN设备与业务系统 (比 如： IP路由器 )的对接端口数量。 带宽无损调整 OSU支持无损带宽调整，业务带宽可在 10M到 100G之间灵活调整，并且调整过程中不会造成业务中断。 1 F5G电力骨干 网 15 PART.3 F5G电力全光网架构 业务归属 业务名称 业务特点 终端接口 时延 带宽 业务流向 生产业务 调度电话 FXS/E1 64k~2M 变电站 -调 度 中 心 线路保护 2M光口 ＜ 12ms 2M 相邻变 电站 安稳系统 E1电口 ＜ 30ms 2M 变电站 之间 调度自动化 (EMS/SCADA) ETH ＜ 250ms 2M~10M 变电站 -调 度 中 心 广域相量测量 系 统 (PMU) ETH ＜ 250ms 2M 变电站 -调 度 中 心 保护 /安稳管理信息系 统 ETH ＜ 250ms 2M 变电站 -调 度 中 心 电量计 量 遥测 系统 ETH ＜ 250ms 2M 变电站 -调 度 中 心 故障录 波 和双 端 测 距 ETH ＜ 250ms 2M 相邻变 电站 光缆监 测 系 统 ETH 2M 变电站 -调 度 中 心 电能质 量 监测 系统 ETH 2M 变电站 -调 度 中 心 视频监控 ETH 10M~1G 变电站 -集 控 中 心 动环 /物 联 ETH 10M~100M 变电站 -集 控 中 心 管理业务 视频会 议 系 统 ETH 10M~100M 变电站 -省 市 分公 司 行政办 公 信息 系统 ETH 10M~1G 变电站 -省 市 分公 司 行政电话 ETH 2M 变电站 -省 市 分公 司 SDH技术承载电力工业控制业务 ， 得到广泛验证及应用；在 2M~100M带宽区间 ， 在物理隔离 、 可靠性 、 安全性 、 时延性 能角度分析 ， SDH技术仍然是行业最匹配的技术 。 F5G输变电通信网仍然采用 SDH技术承载电力工业控制业务 ， 比如：继保 、 安稳及自动化业务 。 随着电力自动化要求的提升，视频监控、 AI物联、云等业务的发展，带宽增长快。 SDH技术受限于 10G线路带宽，无法 支撑输变电网络未来的带宽增长。 F5G输变电通信网融入 OSU技术，具备如下技术特点，可支持新业务的承载。 输变电传输网， 承 载各类业 务 ，其中工业控制 类 业务，比 如 ：继 保 /安稳 /调度自动化 等 ， 存 在业务带宽小、 可 靠性高 ， 时延低，时延确 定 性高等特 点 。对于视 频 、物 联 、办公信 息 类业务，带宽增 长 增长大。 如 表 3.2所示： 表 3.2 输变电业务及 特点 2 F5G输变电通信网 16 PART.3 F5G电力全光网架构 端口带宽突 破 10G持 续 演 进 线路端口速率与 OTN端口同步 ， 从 100G到 200G、 400G、 800G…… 。 ETH业 务 汇 聚 突 破 64:1 采 用 OSU技 术 承载 的 ETH专 线 业 务支 持 128:1、 512:1、 2048:1超大 汇 聚比 ， 且随 着 技术 的 发 展 ，持 续 演进 。 OSU ETH 专 线超 大 汇聚 比 ，支 持 OSU ETH专线 一 跳直 达 调度 中 心 /集 控 中 心 /总 部 ，简 化 数据 网 络 。 一条 ETH对应一条 OSU管道 基 于 OSU技术的 ETH专线，网络带宽自动与业务 需 求带宽 匹 配，且业务对应唯 一 OSU管道 ，简化配置及运维 。 相对 于 SDH技术， 需要绑定多 个 VC通道，每个 VC通道需要 独 立 配 置和运维 ， 基于 OSU技术的 ETH专线管控更简单。 ETH业 务 带宽 无损调整 基 于 OSU技术的 ETH专线 支持无损带宽调整 ， 网络带宽可 在 10M到 100G之间 动态调整 ， 并 且 调整过程 中 业务不受 影 响。 光路 时 延测 量 、 绘 制 时 延地图 线路端口融入了 OTN技术 (ITU-T G.709)， 借助 OTN的开销，实现光路端口间时延测 试 。 融合 光 放子 系 统 ， 支 持 单跨 长 距 端口融入 OTN技术，支持 FEC向前纠错功能；融合光放子系 统 ，实现输变电全光网内嵌超长 距 承 载 。 融 入 OTDR系 统 ， 光纤 在 线 监 控 OTDR系 统 (1511nm/1491nm单纤双向 )与业务光系统 (1310nm/1550nm)融合， 实 现输 变 电全 光 网内 嵌 光 纤 在 线 监控 。 融 入 OSC系 统 ， 支 持 1588V2 OSC通 道 (1511nm/1491nm单纤双向 )与业务光系统 (1310nm/1550nm)融合，实现输变电全光网内嵌 1588V2时钟同步。 F5G输变电通信 网，融入 的 光 路 子系统， 还 具备如下 价 值特 性 ： 图 3.3光路子 系统 BA 拉曼 RGU PA 遥泵 多 阶拉曼 RGU 拉曼 BA OT N( FE C)D CM OT N( FE C) 在 线 监 控 在 线 监 控 后向 拉曼 (1 49 1/ 15 11 ) (1 49 1/ 15 11 ) 在 线 监 控 在 线 监 控 (1 49 1/ 15 11 ) (1 49 1/ 15 11 ) PA后向拉曼遥泵多阶拉曼 17 PART.3 F5G电力全光网架构 F5G输变电通信网支持 E1多路径无损保护 (1+N保护， N≤3)，突破继电保护无法使用传输自愈保护的限制，大幅度提 升继保迂回路径可靠性。如图所示， E1多路径无损保护具备如下价值特性： SDH短 路 径 突破 60km距离限制，节省光纤，提升光纤利用效率。 SDH迂 回 路 径 无 损 保护 保障双向路径、主备路径时延恒定，传输路径切换继保 E1业务时无误码且时延恒定，继保无感知、不闭锁。最大支持 4条迂 回路径。 F5G变电站及配电通信网针对电力业务的特点，引入 OSU技术对传统的 PON网络进行改造，发展出 OSU overPON技 术。利用 PON网络点到多点的架构优势，实现变电站各类设备的综合的接入。变电站与配电接入网业务如表 3.3所示： 变电站 A 变电站 B 变电站 A 变电站 B 3ms 5ms 6ms 3ms 短径 To be:SDH短径 +多路径无损保护路径 6ms 4ms 5ms 继保工作通道 继保保护通道 As is:光纤直驱 +SDH迂回路径 图 3.4 E1多路径无损保护系统 3 F5G变电站及配电通信 网 18 PART.3 F5G电力全光网架构 表 3.3 变电站 /配电传输网业务及特点 业务归属 安全分区 业务名称 业务特点 终端接口 时延 带宽 业务流向 生产业务 一区 配电自 动化 PCM/E1/ETH ＜ 30ms 2M 终端站 -主 站 配电 PMU E1/ETH ＜ 50ms 2M 终端站 -主 站 精准负 载 控 制 ETH ＜ 50ms 2M 终端站 -主 站 二区 电量计 量 遥测 系统 ETH ＜ 250ms 2M 用户端 -计 量 中 心 变电站 /配电房智慧视 频 ETH ＜ 250ms 10M~100M 终端 -存储中 心 三区 配电房 视 频综 合 ETH ＜ 250ms 10M~100M 终端 -集控中 心 移动现场施 工 作业管控 ETH ＜ 250ms 10M~100M 终端 -集控中 心 应急现场自 组 网综合 应 用 ETH ＜ 250ms 10M~100M 终端 -集控中 心 动环 /物 联 ETH ＜ 250ms 10M~100M 终端 -集控中 心 变电站 /配电安防视 频 ETH ＜ 250ms 10M~100M 终端 -存储中 心 巡检视频 ETH ＜ 250ms 10M~100M 终端 -存储中 心 固 定 时 隙 ， 固 定 带 宽 在变电 站 园区 及 配电 接 入层 ， 存在配 电 自动 化 业务 、 视频 监 控业务 、 AI物 联 业务 、 动环 业 务等需 要 多种 业 务综 合 承载 ， 需 要 按照业务系统进行 硬 管道隔 离 。采用 OSU专线分别独立 配承 载不同的业务，实 现 业务的 硬 隔离 。 端 口 级 物 理 隔 离 电力变电 站 /配 网 安装环 境 复 杂 ，需要满 足 电力工 业 级的特 性 ，满足工 业 级标准 。 ONU客户侧端口与 OSU管 道 1对 1握手， 实 现 1端口 1管道，满足 ONU端 口 级隔离。 网 络 扁 平 化 F5G变电 站 园区及 配 电接入