EPON在智能电网中的应用技术交流

1、1,EPON在智能电网中的应用技术交流,浙江益朋科技有限公司 技术支持部门编写,2011年1月,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）,配电网自动化及通信方式介绍,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

2、、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。,配电网自动化及通信方式介绍,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

3、一次设备的旁边，负责参数的采集和监控,配电网自动化及通信方式介绍,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,配电网自动化及通信方式介绍,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,

4、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。,配电网自动化及通信方式介绍,8,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。,配网自动化通信的作用,配电网自动化及通信方式介绍,9,通信可靠,配

5、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

6、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：,配网自动化通信要求,配电网自动化及通信方式介绍,10,配网自动化通信结构图,配电网自动化及通信方式介绍,11,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

7、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？,配网自动化通信传统方式,配电网自动化及通信方式介绍,12,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/s 2）不具备抗多点失效性。

8、,配网自动化传统通信-RS232光猫,配电网自动化及通信方式介绍,13,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,配网自动化传统通信-SDH,配电网自动化及通信方式介绍,14,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

9、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。,配网传统通信方式-交换机,配电网自动化及通信方式介绍,15,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。,配网自动化传统通信-PLC,配电网自动化及通信方式介绍,16,230MHz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

10、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,配网传统通信方式-230MHz,配电网自动化及通信方式介绍,17,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,配网传统通信方式-GPRS,配电网自动化及通信方式介绍,18,通过对传统配网通信手段的分析，结合配电网的实

11、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？,配电网自动化及通信方式介绍,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。,配电网自动化及通

12、信方式介绍,20,内容提纲,21,1、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,EPON通信可行性分析,22,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

13、。,23,1、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,（一）配电网通信介质分析,24,1、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

14、网原则。,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。,（二）光缆建设分析,25,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,26,1、电压互感器变换电压，二次侧可输出220VAC 2、就近配电变压器取电 3、电压互

15、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。,（四）供电分析,27,（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

16、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。,28,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？,29,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,30,（七）配电网对通信设备的环境要求分析,31,（七）配电网对通信设备的环境要

17、求分析,32,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,33,（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。,34,34,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,

18、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,35,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,36,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

19、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,37,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,38,38,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

20、分析,39,39,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,40,40,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,41,（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,42,内容提纲,43,电力配网通信解决方案,44,远程抄表系统解决方案,45,内容提纲,46,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）、T