（信号与信息处理专业论文）江苏电力光通信网络的优化及规划.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 近几年来，随着电网规模的扩大和电网控制技术的现代化，电力生产对 电力通信的可靠性和带宽提出了越来越高的要求；随着光传输网的组网技术 和光网络规模的飞速发展，电力通信光网络的运行模式变得异常灵活多样。 在江苏省电力公司“一强三优”的发展目标和集约化建设思路下，江苏电力 开展了“十一五”通信规划的编制工作，而光传输网的规划和建设是通信规 划的重点和难点。 本文首先介绍了江苏电力传输网的现状，分析了现有网络存在的主要问 题，研究网络承载的业务网需求和未来发展，并采用弹性系数法预测各业务 节点至省公司截面的业务总量，利用8 阶模糊矩阵分析江苏电力业务分布特 点，对传输网结构提出了建议。本文重点结合电力一次网架可靠性和通信网 的生存性理论，提出了江苏电力三级网络对业务实现光缆的n 一2 保护，节点 设备的n 一1 保护的可靠性目标，并通过优化了江苏电力三四级通信网的整体 架构提出总体优化方案以实现此目标，同时提出了光网络建设具体指导原则。 在江苏电力“十一五”通信网规划和建设方面，通过对各种传输技术的 比较分析，提出了江苏电网“省一市”宽带信息通信网和江苏电力5 0 0 k v2 5 g s d h 环网的规划方案，并重点对波分网络部分通过计算和分析提出了具体的 建设方案。最后，对传输网的两大支撑系统一一综合通信网管系统和同步网 提出了规划方案。 主题词：“十一五”通信规划，电力通信，n - 2 ，d w d m ，a s o n 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t a bs t r a c t r e c e n t l y , a l o n g w i t ht h ee l e c t r i c a ln e t w o r k s e x p a n s i o n a n dc o n t r o l m o d e r n i z a t i o n ，t h ee l e c t r i cp o w e rp r o d u c t i o nr a i s e sm o r ea n dm o r er e q u i r e m e n t t o t h er e l i a b i l i t ya n db a n d w i d t ho ft h ee l e c t r i cp o w e rc o m m u n i c a t i o n ；a l o n gw i t h t h eo p t i c a lt r a n s m i s s i o nn e t w o r k st e c h n o l o g ya n ds c a l ed e v e l o p i n gr a p i d l y , t h e o p t i c a ln e t w o r kp a a e mo ft h ee l e c t r i cp o w e rc o m m u n i c a t i o nb e c a m ee x c e p t i o n a l l y f l e x i b l ea n dd i v e r s e 。t h ej i a n g s ue l e c t r i cp o w e rh a sd o n et h e11t hf i v e y e a r t e l e c o m m u n i c a t i o np l a nw o r ku n d e rt h ec o m p a n yd e v e l o p m e n tg o a lo f o n e s t r o n gt h r e ei ss u p e r i o r ”a n dt h ew a yo fi n t e n s i v ec o n s t r u c t i o n ，w h i l et h ep l a na n d c o n s t r u c t i o no fo p t i c a lt r a n s m i s s i o nn e t w o r ka r ep u te m p h a s i sa n dd i f f i c u l t yo nt h i s p l a n t h i st h e s i sf i r s ti n t r o d u c e dt h ep r e s e n ts i t u a t i o no fj i a n g s ue l e c t r i cp o w e r t r a n s m i s s i o nn e t w o r k ，t h e na n a l y z e dt h em a i nq u e s t i o no ft h ee x i s t i n gn e t w o r k ； a f t e rr e s e a r c h e dt h ed e m a n da n dd e v e l o p m e n to fa l lv a r i o u sl o a d i n gs e r v i c e n e t w o r k s ，w ef o r e c a s tt o t a lq u a n t i t yo fp r o v i n c i a ls e r v i c ef r o mv a r i o u sp o i n t s b a s i n go nt h ee l a s t i cm e t h o d ，w ea l s op u tf o r w a r ds u g g e s t i o no nt h es t r u c t u r eo f t r a n s m i s s i o nn e t w o r ka c c o r d i n gt oa n a l y z et h ej i a n g s ue l e c t r i cp o w e rs e r v i c e s d i s t r i b u t i o na d o p t i n gm e t h o do f8s t e p sf u z z ym a t r i c e s t h i sa r t i c l ep u te m p h a s i so n p r e f e r r i n gt h er e l i a b i l i t yt a r g e tt h a tt h et h r e e - s t a g en e t w o r ko fj i a n g s u e l e c t r i c p o w e rs h o u l da s s u r et h es e r v i c e so ft h en 一2p r o t e c t i o no fo p t i cc a b l ea n d t h en 一1 p r o t e c t i o no fn o d ee q u i p m e n tc o m b i n i n gw i t ht h e e l e c t r i c p r i m em e s h w o r k s r e l i a b i l i t ya n dt h es u r v i v a lt h e o r yo ft h et e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s ，t h e nw e o p t i m i z e dt h eo v e r a l lf r a m eo ft h ej i a n g s ue l e c t r i ct h r e e f o u r - s t a g ec o m m u n i c a t i o n n e t w o r ka n db r i n gf o r w a r dt h ec o n c r e t ep r i n c i p l eo fn e t w o r kc o n s t r u c t i o n i nt h ef i e l do fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k sp l a na n dc o n s t r u c t i o n ，w ep r o p o s e d t h e p r o j e c t so ft h e j i a n g s u e l e c t r i c p o w e r p r o v i n c e c i t y b r o a d b a n d t e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n d5 0 0 k v2 5 gs d hl o o pn e t w o r k ，e s p e c i a l l y f o c u s i n g o nt h ec o n c r e t ec o n s t r u c t i o ns c h e m eo ft h ed w d mn e t w o r kb y c a l c u l a t i n ga n da n a l y z i n g f i n a l l yw ep r e s e n t e dt h es c h e m eo ft h ei n t e g r a t e d t e l e c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e ma n dt h es y n c h r o n o u sn e t sw h i c ha r et w oo f t h et r a n s m i s s i o nn e t w o r k ss u p p o r t i n gs y s t e m s 。 k e y w o r d s ：t h ell t hf i v e - y e a rt e l e c o m m u n i c a t i o np l a n ，p o w e rc o m m u n i c a t i o n ， n 一2 ，d e n s ew a v e l e n g t h d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ， a u t o m a t i c a l l y s w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k i i 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：；摊日期：立罡丑鱼 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生始雌导师繇弓逝篁吼尘幽 南京邮电大学硕士研究生学位论文第1 章绪论 1 1 电力系统通信概述 1 绪论 电力系统是由分布于一个国家各个地区的发电厂通过输配电网向远离电站、遍布国 内各地的负荷供电而形成的。发电厂与变电站通过输电网连接，在变电站进行操作，降 低电压，并通过配电网向民用及工业负荷供电，显然，这些单位不能孤立地进行工作， 需要为它们提供通信服务【6 1 ： 电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行而应运而生的。它同电力系统的安 全稳定控制系统的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。目 前，电力通信网是电力系统不可缺少的重要组成部分，为电力调度、继电保护及安全自 动装置、调度自动化、计算机通信、市场交易、生产管理等提供多种信息通道并进行信 息交换，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，是电力系统的重要基础设施。由于电力通信网对通信的可 靠性、继电保护控制信息传送的快速性和准确性具有及其严格的要求，并且电力部门拥 有发展通信的特殊资源优势。因此，世界上大多数国家的电力公司都以自建为主的方式 建立了电力系统专用通信网【7 】【8 】。 我国的电力通信网经过几十年的建设，已经初具规模，通过卫星、微波、载波、光 纤等多种通信手段构建而成了一个以北京为中心覆盖全国3 0 个省( 市、自治区) 的立体 交叉通信网。电力通信在协调电力系统发、送、变、配、用电等组成部分的联合运转及 保证电网安全、经济、稳定、可靠的运行方面发挥了应有的作用，并有力的保证了电力 生产、基建、行政、防汛、电力调度、燃料调度、继电保护、安全自动装置、远动、计 算机通信、电网调度自动化等通信需要。虽然电力通信的自身经济效益目前不能得以直 接体现出来，但它所产生并隐含在电力生产及管理中的经济效益是巨大的。 电力系统的通信具有如下特点：( 1 ) 可靠性及可用性的要求很高，电力系统需要非 常可靠、随时可以使用的通信网络。可靠性及可用性的要求并不能简单地通过第二通道 或冗余路由实现，而应使每一条通路都具有很高的可靠性及可用性。( 2 ) 具有一定的灵 活性，即使电力系统的参数和结构发生变化，通信系统也能随着改变而适应新的情况。 因此，电力系统通信具有超前容量、备用带宽和备用通道【4 1 。( 3 ) 电力通信可利用电力 系统的特有资源，如利用高压输电电力线路资源开通电力线载波通信业务，利用高压输 1 南京邮电大学硕士研究生学位论文第1 章绪论 电线路或杆塔资源，架设o p g w ( 架空地线复合光缆) 或a d s s 光缆( 全介质自承式光缆) 进行光通信等。( 4 ) 电力系统通信传输网和接入网的界限模糊，电力生产供应流程的特 点决定了电力系统通信的覆盖面广、容量小的特点，电力系统通信的业务以汇聚型为主 兼有相邻型( 如线路继电保护信号、信息业务等) 。没有单独的接入网，传输网和接入网 合为一个网。( 5 ) 电力通信网的拓扑结构变化相对较大，由于受电网接线变化的影响很 大，因此电力通信网结构经常变化。这就要求在电力通信网网络规划和设备功能选择上 考虑到对未来变化的适应能力。 1 2 电力系统通信发展定位 电力通信网是电力系统不可缺少的重要组成部分，为电力调度、继电保护及安全自 动装置、调度自动化、计算机通信、市场交易、生产管理等提供多种信息通道并进行信 息交换。根据国家电网公司电力通信“十一五”规划的要求：通信专业主要负责向 调度和信息等各业务部门提供传输和交换服务，负责光纤、微波传输通道和综合数据平 台等通信系统的规划、建设、运行和管理，为电网系统提供统一的通信网络平台。调度 专业和信息专业主要侧重于应用系统和业务系统的规划，通信专业侧重于传输基础平台 和公共交换平台。调度规划、信息规划、通信规划三者之间有着内在的密切联系，同时 又各有分工。通信规划将根据信息规划、调度规划提供的信息流量需求，提供有效的网 络承载平台【5 1 。 结合江苏电力业务的特点，通信与调度、信息三者之间的层次与接口如图1 1 所示。 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文第l 章绪论 图卜1 电力通信、调度、信息规划范围示意图 1 3 现代光纤通信技术的发展和应用 现代光纤通信技术的发展主要体现在以下几个方面：( 1 ) 系统的容量不断提高，由 目前的单波2 5 g b i t s 、1 0 g b i t s 系统提高到单波4 0 g b i t s 系统。正在研究和使用外调制 技术、前向纠错技术( f e c ) 、新型编码技术、分布式喇曼光纤放大器( d r f a ) 、色散补 偿技术等克服光通信中的非线性效应、色散效应、光信噪比( o s n r ) 劣化等因素对系 统信息速率的限制。( 2 ) 由单波长通道向多波长通道过渡，采用密集波分复用( d w d m ) 技术( 也包括1 5 5 0 r i m 的d f b 激光器、光纤放大器、色散补偿技术) 将会使光纤传输速 率提高到t b i t s 以上，而中继距离也会达到数百公里。( 3 ) 光交换节点将取代电交换节 点：由于采用波分复用技术使得传输速率极大提高，因而电交换的速率成了整个网络的 瓶颈，将被光交换取代。所谓光交换是指对光纤传送的信号直接进行交换，有效地减小 了延时，增大了系统的吞吐量。( 4 ) 孤子通信与全光系统：光脉冲在光纤中传输时，光 纤的色散效益会导致光脉冲的展宽，从而限制了传输速率和中继距离，而光纤的非效应 则刚好相反，它使脉冲在传输过程中变窄，并最终导致脉冲破裂，从而限制了入纤光功 率。如果同时利用上述两种作用，则在一定条件下可以使光纤的非线性效应与色散效应 相互抵消，从而保持光脉冲形状在传输过程中不变形，形成所谓的孤子。将孤子传输技 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文第l 章绪论 术和光放大技术相结合即可抛弃传统的“光一电一光再生中继方式，实现超长距离、 超高速的全光通信。 1 4 论文的背景、内容及安排 江苏省是我国国民经济发达省份之一，经济增长速率高于全国平均水平，“十五” 期间的电力电量年均增长率分别达到1 5 2 、1 3 0 。根据江苏电网规划，预计“十一五 期间电力的增长将以年均9 1 的速度递增，到2 0 1 0 年江苏省最高用电负荷将达 5 4 0 0 0 m w ，比2 0 0 5 年增加1 9 0 0 0 m w 。到2 0 1 0 年末，江苏电网将拥有：5 0 0 k v 变电所 2 7 座；5 0 0 k v 线路7 3 条，总长度约7 6 4 0 k m ；2 2 0 k v 变电所3 0 2 座；2 2 0 k v 线路7 2 0 条， 总长度1 4 9 1 2 k m 。江苏电力一次电网的发展，为电力通信的发展提供了一个良好的契机， 但也对通信网络的可靠性和带宽提出了更高的要求，为此江苏省电力公司开展了“十一 五 通信规划的编制工作。本人在江苏省电力设计院下属的科能咨询实习时有幸参与了 规划的编制，该规划主要分为传输网、业务网和支撑网三大部分，本人主要负责业务统 计分析及传输网的规划，并参与业务网和支撑网的修改工作，2 0 0 6 年5 月完成了规划的 出版并通过了华东电网公司的审查。而后，参与了江苏电网“省一市 宽带信息通信网 工程的初步设计工作和江苏电网苏州地区“十一五 通信系统规划，在江苏省电力设计 院第一次负责完成了d w d m 系统的设计工作。综合上述的研究成果开展了本论文的工 作。 本论文各章节内容简单介绍如下： 第二章介绍了江苏电力传输网的现状，分析了现有网络存在的主要问题。 第三章研究网络承载的业务网需求和未来发展，并采用弹性系数法预测各业务节点 至省公司截面的业务总量，利用8 阶模糊矩阵分析江苏电力业务分布特点，从而对传输 网结构提出了建议。 第四章结合电力一次网架可靠性和通信网的生存性理论，提出了江苏电力三级网络 对业务实现光缆的n 一2 保护，节点设备的n l 保护的可靠性目标，优化了江苏电力三 四级通信网的整体架构，并提出了网络建设具体原则。 第五章提出了江苏电网“省一市”宽带信息通信网和江苏电力5 0 0 k v2 5 gs d h 环网 的规划方案，并重点对波分网络部分通过计算和分析提出了具体的建设方案。 第六章针对综合通信网管系统和同步网两大支撑系统提出了规划方案。 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章江苏电力通信网现状及存在问题 2 江苏电力通信网现状及存在问题 近年来，随着通信技术特别是光纤通信技术的发展和成熟，江苏电力结合电力通信的 特点，积极采用先进、成熟、实用的主流通信技术，使电力通信网的技术装备和技术水平 得到了显著提高。主要表现为，实现了电力通信传输网由数字微波通信技术向光纤通信技 术的转变，而原有的电力线载波通信已仅仅应用于少数2 2 0 k v 及以上线路保护信号的传输， 但由于其带宽窄，质量低，维护量大等缺点而将逐步退出；广泛采用o p g w 和a d s s 等电力特 种光缆技术及s d h m s t p 技术体制；建成了以a t m 技术和i p 技术为主的数据网，实现了数据 业务的网络化。但是，随着网络节点数不断增多及省公司大集中业务的开展，现有的传输 网络无论在传输带宽上，还是在网络的可靠性上均已不能满足今后业务发展的要求。 2 1 总体网络结构 根据国家电网公司“十一五 规划的网络分级原则，国网电路为一级网络，华东电路 为二级网络，而结合江苏省电力公司管理体制，江苏电力通信网由三级网、四级网组成： ( 1 ) 三级通信网由省电力公司( 省调) 至各地区供电公司( 地调) 、各省直属单位的 通信电路以及各地区供电公司之间( 包括5 0 0 k v 变电站) 的通信电路组成，其中省电力公 司至各地区供电公司的通信电路( 包括5 0 0 k v 变电站) 和各地区供电公司之间的通信电路 为三级通信网核心层和汇聚层，省电力公司至各省直属单位的通信电路为三级通信网接入 层； 目前，三级通信网主要包括a t m 三级数据网、5 0 0 k v 输变电工程配套光传输网及江苏 电力s d h1 5 5 m 数字微波、宁射熟微波等微波网络。 ( 2 ) 四级通信网由地区供电公司至所管辖各县供电公司( 县调) 、变电站、供电营业 所、辖区内发电厂的通信电路、县供电公司之间( 包括2 2 0 k v 变电站) 和县公司至各变电 站及发电厂的通信电路组成，其中地区供电公司至所管辖各县供电公司和主要变电站的通 信电路为四级通信网核心层，市、县供电公司至各变电所的通信电路为四级通信网汇聚层， 各供电营业所、用户变及电厂通信电路为四级通信网接入层。 目前，四级通信网主要包括地区主干光网络、地区供电公司的城区光网络及县供电公 司的光网络。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章江苏电力通信网现状及存在问题 其中三级网和四级网之间不存在层间光链路互联，只有相应的业务转接电路。江苏电 力通信网络的结构如图2 1 所示。 6 匦糖憔篓爵挺姆拉鞘辨匿妲赠r钟祗埘hln匝 嫠删， 露簧、；l，基尸 露铲少 夕n 、警”吖、 ， v，l豁 d 瓣匿装举球 瓣匿果牛州凶舞 酶匿米凶爨 iiil 、 辩匿鲻幕 躲匿果髀醒驰h钟锹集妻。09 匿骧籁乏_1v hi：；i l 匿圜 、 、 匿搽刈 圈基始终岚葵酲匮迎赠r删椽避料抟 杈嵇毯外州髹毒_千匿扑k甚呈谣腔 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章江苏电力通信网现状及存在问题 2 2 三级网现状及存在问题 目前江苏电力三级通信网主要有光纤通信和微波通信两种方式，以光纤通信为主。主 干光纤通信电路主要有：a t m 三级数据网、5 0 0 k v 输变电工程配套光传输网。微波电路主要 有江苏电力s d h15 5 m 数字微波电路、沪徐等4 条数字微波电路。 2 2 1a t m 三级数据网 2 0 0 0 年江苏电力建成的a t m 三级数据网是集交换和传输为一体的综合平台，主要承 载调度数据网、调度电话、行政电话、视频监控、通信监控联网、电力数据通信网等业务。 该网络包括省电力公司在内共有5 1 个a t m 节点交换机，各个节点可划分为两个层次，即 骨干层和接入层。骨干层包括十四个骨干节点省电力司及常州、泰州、淮安、南京、 镇江、无锡、苏州、扬州、南通、盐城、徐州、宿迁和连云港地区供电公司；接入节点包 括三十七个接入电厂变电站。骨干层设备采用北电的p a s s p o r t1 5 0 0 0a t m 交换机，其背 板容量为4 0 g b s ，骨干层上传输速率为6 2 2 m b s 。各骨干节点交换机以网状网相连。接入 层设备采用北电p a s s p o r t 5 4 3 0 ，接入骨干a t m 交换机，以e 1 速率星状结构接入骨干层，传 输通道利用通信通道，网络拓扑详见图2 - 2 。该光网络自建成以来，利用其带宽共享和面 向连接的技术特点，解决了“九五末期江苏电力传输带宽严重不足的问题，在“十五 期间使江苏电力的通信得到了较大的改善，但随着时间的推移，该网络已日趋饱和，并且 由于a t m 设备的部分板卡不够稳定，信道容易中断。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章江苏电力通信网现状及存在问题 图2 2 江苏电力a t m 三级数据网拓扑示意图 随着地区市到县电力信息通信网工程的建设，各地区的s o l 光传输网的带宽均已达 到2 5 g b i t s ，县级信息通信网的传输带宽也在6 2 2 m b i t s 以上，相比之下目前省公司至 地区供电公司的三级网络6 2 2 m b i t s 的带宽容量己严重不足。 2 2 25 0 0 k v 输变电工程配套光传输网 目前，依托省内5 0 0 k v 电网网架建设的江苏5 0 0 k v 光传输网配套工程主要有华东江苏 5 0 0 k v 电路和江苏5 0 0 k v 电路。华东江苏5 0 0 k v 电路己基本形成由上海至连云港的南北链 路以及上海至南京的东西链路，网络结构以5 0 0 k v 变电站作为主干节点，主干网传输速率 为l o g b i t s 、2 5 g b i t s 、6 2 2 m b i t s 。华东江苏5 0 0 k v 光传输网是二级网络，主要为了满 足华东5 0 0 k v 变电所工程的需求，对三级网络的业务考虑较少，业务的开通安排由华东统 一管理。 江苏5 0 0 k v 电路主要包括江苏5 0 0 k v 西通道工程、苏南沿江输变电工程、西二通道输 变电工程、徐连输变电工程、上河一江都5 0 0 k v 线路更换o p g w 光缆工程、沿海等工程配套 建设的通信电路，网络结构以5 0 0 k v 变电站链路为主，未构成环网，链路保护方式采用l + l 保护，链路的传输速率以2 5 g b i t s 为主，该电路上目前已开通的业务只有线路继电 保护、安稳通道、调度自动化通道等一些2 m 电路，带宽资源未得到充分利用。具体链路 详见图2 3 所示。 6 卜 匝龋临留审妲暇果髀陧醛h锄锹集营。价nln匦 嘲厘挂姑嗡葵露屡避图r翘孤18褂涨 议嵇牮孙州议奄书舀貅k锄警慢悝 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章江苏电力通信网现状及存在问题 2 2 3 江苏电力微波网络 江苏地区微波电路主要有江苏电力s d h1 5 5 m 数字微波电路、沪徐、利港p d h 数字微 波电路和宁射熟p d h 数字微波电路，全省境内微波站总数5 0 余个，电路总长度3 0 0 0 多公 里。其中沪徐利港p d h 数字微波电路，主干电路为4 8 0 路中容量，支线电路一般为1 2 0 路 小容量。宁射熟微波电路全线电路为4 8 0 路中容量，江苏电力s d h1 5 5 m 数字微波全线实 现统一网管的大容量微波电路。三条微波电路主要覆盖江苏境内的主要发电厂和各地区供 电公司，网络路由如图2 4 所示： 图2 4 江苏电力微波电路路由图 8 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章江苏电力通信网现状及存在问题 2 3 四级网现状及存在问题 地区光传输网络分为市一县光传输网、城区光网络及县级光传输网。地区光传输网络 的技术体制既有采用s d h 体制的，也有采用a t m 和c w d m 体制的。光传输网络的拓扑一般 以环网结构为主，网络容量一般包含2 5 g b 、6 2 2 m b 、1 5 5 m b 等几种速率容量等级。同一地 区内光传输设备供货厂家的数量一般都在4 5 家或更多。 以南京地区为例。南京地区光传输网络已覆盖了南京地区市县所有3 5 k v 及以上变电 站，主要包括市一县光传输网、城区光传输网及县级光传输网。光传输网络技术体制包括 s d h 、a t b t ，其中市一县网、城区网采用s d h 制式，各县县级网主要采用a t m 制式，高淳、 江宁、六合去年开始逐步采用s d h 制式。光传输网络拓扑以环网结构为主，光传输链路容 量有2 5 g 、6 2 2 m 及1 5 5 m 三种，其中市一县网传输容量为2 5 g ( 阿尔卡特) ，城区网的四个 环( 1 个阿尔卡特、1 个华为、2 个n e c ) 、高淳( 朗讯) 、江宁( 阿尔卡特) 、六合( 阿尔 卡特) 的s d h 传输容量为6 2 2 m ，城区网的其他五个环( 1 个华为、4 个泰科) 、县级网的 a t m ( c i s c o ) 传输容量为1 5 5 m 。啪1 南京地区光传输网络尚未形成清晰的汇聚层、接入层的分层结构。同时南京城区光传 输网络结构存在严重的平行平面化问题，即网络汇接点均是南京供电公司中心站，城区以 多个中小容量的环网直接平行接入地区公司，造成地区公司中心站设备总数量相当多，而 对特定接入站点来说，中心站又仅有1 套设备，没有任何互备关系，中心站可靠性并不高 【2 l 】 2 4 光缆现状 随着技术的进步，到了上世纪的七、八十年代，一些有别于传统光缆的附加于电力线 和加挂于电力杆塔上的光电复合式光缆被开发出来，这些光缆被统称为电力特种光缆。电 力特种光缆受外力破坏的可能性小，可靠性高，虽然其本身造价相对较高，但施工建设成 本较低。经过多年的发展，目前电力特殊光缆制造及工程设计已经成熟，特别是o p g w 和 a d s s 技术，在国内电力特殊光缆已经开始大规模的应用，如三峡工程中的长距离主干o p g w 光缆线路等。特种光纤依托于电力系统自己的线路资源，避免了在频率资源、路由协调、 电磁兼容等方面与外界的矛盾和纠葛，有很大的主动性和灵活性。 ( 1 )o p g w 光缆( o p t i c a lf i b e rc o m p o s i t eo v e r h e a dg r o u n dw i r e 也称光纤复合 架空地线、光纤架空地线) 等，是在电力传输线路的地线中含有供通信用的光纤单元。它 具有两种功能：一是作为输电线路的防雷线，对输电导线抗雷闪放电提供屏蔽保护；二是 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章江苏电力通信网现状及存在问题 通过复合在地线中的光纤来传输信息。o p g w 是架空地线和光缆的复合体，但并不是它们 之间的简单相加。o p g w 光缆主要在5 0 0 k v 、2 2 0 k v 、l l o k v 电压等级线路上使用，受线 路停电、安全等因素影响，多在新建线路上应用【l 0 1 。 ( 2 ) a d s s 光缆( a l l d i e l e c t r i cs e l f s u p p o r t i n go p t i c a lc a b l e 也称全介质自 承式光缆) ；a d s s 光缆主要由缆芯、加强芳纶纱( 或其它合适的材料) 和外护套组成。各 种各样的a d s s 光缆结构可归纳为最主要的中心管型和层绞型2 种。a d s s 的伸缩率在温差 很大的范围内可保持不变，而且其在极限温度下，具有稳定的光学特性：耐电蚀a d s s 光 缆可减少高压感应电场对光缆的电腐蚀；a d s s 光缆直径小、质量轻，可以减少冰和风对光 缆的影响，其对杆塔强度的影响也很小。a d s s 光缆在2 2 0 k v 、1i o k v 、3 5 k v 电压等级输 电线路上广泛使用，a d s s 内光纤张力理论值为零。a d s s 光缆为全绝缘结构，安装及线路 维护时可带电作业，这样可大大减少停电损失，因此广泛应用于己建电力线路。 目前，上述两种电力特种光缆在江苏电力得到了广泛的应用。根据统计： ( 1 ) o p g w 光缆，总长达到5 0 6 5 公里。其中架设在5 0 0 k v 线路上共2 6 条，总长2 3 8 7 公里；2 2 0 k v 线路上共1 3 4 条，总长2 5 3 1 公里，1 l o k v 线路上总长1 4 7 公里。 ( 2 ) a d s s 光缆，总长达到1 0 4 1 4 公里。其中2 2 0 k v 线路1 2 3 条，总长2 5 9 7 公里；ll o k v 线路3 6 6 条，总长3 4 1 0 公里；3 5 k v 线路4 7 7 条，总长4 4 0 7 公里。 1 0 南京邮电大学硕士研究生学位论文第3 章业务需求分析及预测 3业务需求分析及预测 通信网是保障电力系统安全生产和公司信息化的重要支撑系统。在江苏省电力公司建 设“一强三优”现代公司的发展战略下，确保电网安全生产是电力通信的根本任务，电力 通信在保障电网调度生产自动化和管理信息化的重要作用日益凸现。“十一五 期间江苏 电网将全面实现电网调度生产的自动化，在调度生产管理的环节全面实现信息化，在非调 度生产管理环节基本实现信息化，生产自动化和管理信息化要进一步提高。针对上述形势， 江苏电力通信网的建设必须做好有力的技术支撑，同时应积极采用更加有效的手段和技术 来提升电网调度生产自动化和管理信息化的水平。 3 1 业务分析 3 1 1 业务分类及特点 江苏电力通信业务按照业务信号类型划分，可以分为语音、数据及多媒体业务。各业 务根据电力系统安全防护管理体系( 国家经贸委3 0 号令及电监会5 号令【7 _ 8 】) ，又分别隶 属于i 、u 、四大安全区域。各类分类详见表3 - 1 所列。 表3 - 1 电力通信业务分类 业务系统 业务分类 安全i 区安全区安全区安全区 语音 业务 调度电话行政电话 e m s 及p m u ( 调水文信息系统、 数据度数据网业e a s 、保护管理 雷电定位系统、 f m i s 、o a 、r m i s 业务务) 、安稳系统、系统、电力市场 综合网管系统、 等各种管理信 线路保护光缆监测系统 息系统 多媒体 变电站图象监 控系统、机房监会议电视 业务 控系统 上述各种业务特点各不相同，具体如下： ( 1 ) i 区业务是生产控制类业务，是4 个区业务中的重中之重，直接关系到电网的 生存，普遍具有传输时延小、实时性高、误码率小、可靠性高、流量小等特点； ( 2 ) i i 区业务是非控制生产类业务，属于准实时业务，流量小、可靠性要求高，其 传输频度一般低于i 区业务，但却是电网调度自动化不可或缺的关键业务，是保障电力生 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第3 章业务需求分析及预测 产、调度正常运转的基本手段； ( 3 ) i i i 区业务是电力生产业务的辅助手段，是电网管理的支柱，流量较大，但属于 均流型业务； ( 4 ) i v 区业务是电力信息化管理的基本手段，一般具有流量大，突发性强等特点， 随着江苏电力大集中管理的思路，各种应用系统的不断增加，该区的业务将占去电力通信 业务的大部分。 3 1 2 业务描述及单位带宽定义 从1 2 节图1 1 所示的调度、信息专业与通信专业的关系可以看出，传输网络承载 的业务主要包括调度电话交换网、行政电话交换网、调度数据网、视话会议系统、电力数 据通信网、信息接入网及调度自动化专线、线路保护、安稳通道等一些专线通道，具体业 务及单位带宽描述如下。 ( 1 ) 调度电话交换网 调度电话指各级供电公司电力调度中心之间及调度中心与受调度点( 如电厂、变电站 等) 之间发布调度命令的电话，它对电网安全运行至关重要，要求其承载通道具有极高的 q o s 保证。目前江苏省调已采用q 信令通过a t m 交换网组建了省调至地调的调度电话交换 网，省调、地调节点采用2 m b i t s 接口与a t m 设备互连。省调至直调点调度电话主备通道 采用调度交换网组网接入和2 线用户线直接放小号的直通通道两种方式。在“十一五”期 间将在1 3 个市分别建立调度交换网第二汇接点，第二汇接点至省调均采用2 m 中继互联， 省调至直调点直通通道将取消。 江苏电力调度交换网组网结构如图3 - 1 所示。主要由江苏省调交换机、江苏备调交换 机、地区地调汇接点交换机、地区5 0 0 k v 变汇接点交换机、地区非汇接点5 0 0 k v 变电站交 换机、县调交换机等通过2 m 电路互联方式实现组网。江苏省调与江苏备调的两台调度交 换机分别与华东总调两台调度交换机2 m 互联，并由此接入华东电力调度交换网。 1 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第3 章业务需求分析及预测 图3 一l 江苏电力调度交换网络2 m 组网示意图 ( 2 ) 行政电话交换网 行政电话指各级部门之间日常生产管理联络电话，其信息流向为省公司至各地区供电 公司。目前省公司至各地区供电公司已组建了行政电话交换网，省公司至1 3 个地区的单 位带宽为2 m b i t s ，接口采用2 mg 7 0 3 方式，采用主备冗余方式。 “十一五 期间，将采用软交换方式组网试点，其带宽在电力数据通信网中预留。原 有行政交换网将采用网状网和星状网混合结构，设立4 个汇接局，汇接局间采用网状网 连接，电路连接数量为6 ，节点带宽按4 2 m b i t s ，汇接局的用户交换机也以双归方式接 入汇接局，其余1 0 个节点就近按双归方式接入汇接局，节点带宽按2 2 m b i t s 。 ( 3 ) 调度数据网 调度数据网主要包括调度自动化实时控制信息、电力市场交易信息、继电保护管理信 息及实时控制和非实时控制生产区的i 、i i 区业务。 调度自动化实时控制信息是电力系统安全、稳定、经济运行所必须的电网运行状态实 时监视和控制的数据信息。目前省调至地调的通道采用i p 方式，接口采用f e 口。“十一 五”期间省至各市的调度数据网节点带宽按4 0m b i t s 预留，采用i po v e rs d h m s t p 和 i po v e ra t m 两种承载方式，构成主备保护。n 1 继电保护管理信息：用于调用故障录波曲线，故障测距、保护动作信息、保护定值管 理、设备管理信息等。信息流向为厂站一地调一省调，信息传输为i p 网络方式，其带宽 纳入调度数据网。 电力市场交易信息是电力市场主体( 电力调度交易中心) 和市场运营机构( 发电企业、 电网经营企业、供电企业等) 之间交换的关于电力调度、市场交易、交易结算等实时准确 的信息，要求具有实时性和安全性。其带宽纳入调度数据网。调度数据网的业务组织结构 1 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文第3 章业务需求分析及预测 如图3 2 所示。 ( 4 ) 电力数据通信网 电力数据通信网主要是用来传输生产管理等i 、区业务中通信专业相关的i p 业务， 其主要业务如下：调度综合管理系统；变电站及通信站视频监控信息；软交换业务信息； 雷电定位监测系统信息。 按照电力数据通信网规划，拟将建设省调至地调的宽带i p 共享环网，带宽分配 6 2 2 m b i t s ，根据江苏各地区的分布建成南北两个环网，则对于三级网络的带宽需求为2 x6 2 2 m b i t s 。 ( 5 ) 电视电话会议系统 电视电话会议系统指电力系统各级管理部门之间所召开的跨地域的电视电话会议。目 前开通了省到1 3 个市及2 2 个电厂的视频会议，传输方式采用直连专线方式和a t m 交换网 络方式。省至电厂采用专线方式，节点带宽为2 m b i t s ：省到市采用a t m 交换网络方式，传 输带宽为2 5 m b i t s 。“十一五 期间，省至电厂将继续采用专线方式，节点数量为2 2 个， 带宽仍为2 m b i t s 。根据国网公司建设高清电视会议系统要求，“十一五 江苏电力将建成 省至市的高清电视会议系统与原有电视会议系统构成主备冗余方式，高清电视会议系统省 至市采用专线方式，带宽按8 m b i t s 考虑。具体业务组织结构如图3 3 所示。 1 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第3 章业务需求分析及预测 图3 - 3 “十一五”期间省一市电视电话会议业务组织结构示意图 ( 6 ) 信息接入网 信息接入网主要是用来传输生产管理及办公自动化系统等i i i 、区业务，其主要业务 如下：电力市场营销数据、调度管理信息( d m i s ) 、办公自动化系统、生产管理系统、计 划统计管理系统、劳动人事管理系统、燃料管理系统、财务管理系统、负荷管理系统、调 度综合管理系统、基建管理系统等其他应用系统；多媒体业务( 主要包括远程教育、v o d 、 g i s 系统、信息检索等) ；变电站及通信站视频监控信息；软交换业务信息；雷电定位监测 系统信息。 信息接入网主要用于承载i p 数据，根据信息专业的规划，其“十一五”期间将建设 “省一市一县 高速i p 网络，具体规划拓扑结构如图3 - - 4 u 副所示。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第3 章业务需求分析及预测 图3 4 “十一五 期间信息接入网规划拓扑示意图 其中南京至省调将直接承载在裸纤上，不承载在“省一市 传输网上，因而其带宽可 不记入通信的业务总带宽。从图3 4 中可以看出，信息接入网在省调的截面的带宽需求 是4 2 5 g b i t s ，其中2 2 5 g b i t s 为保护带宽。 ( 7 ) 继电保护及安全自动装置信息 继电保护动作命令信息：用于及时切除故障，防止故障扩大，保证整个电网安全可靠 运行。信息传输方式按保护专业要求既可采用专用光纤，也可采用复用通信通道，与通信 专业合用光通信设备。该信息在电厂及变电所之间传输，其传输通道容量不占用省主干网 容量。“十一五 期间继电保护信息采用通信通道传输时，接口建议采用2 mg 7 0 3 方式。 安全自动装置数据为电厂与变电站之间传输的实时数据，为典型的时分复用( t d m ) 业务，一般承载在s d h 层。该信息在电厂至变电站之间传输，5 0 0 k v 电网系统的安自信息 大部分沿5 0 0 k v 系统的二级网上传输，部分5 0 0 k v 站点的安自信息在三级主干网备用网上 传输，带宽按1 0 2 m b i t s 考虑。按省调要求，“十一五 期间需预留5 0 0 k v 变