F5G电力全光网架构与技术白皮书2022年11月目录CONTENTSPART.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.3F5G电力全光网架构11-22什么是F5GF5G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.4F5G电力全光网架构电力应用场景23-27PART.5F5G电力全光网架构应用展望28F5G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：ETHoverOSU，ETHOSU专线ERP：EnterpriseResourcePlanning，企业资源计划F5G：The5thGenerationFixedNetwork，第五代固定网络FDM：FrequencyDivisionMultiplexing，频分复用OPGW：OpticalPowerGroundedWaveguide光纤复合架空地线OSC：OpticalSupervisoryChannel光监控信道OSU：OpticalServiceUnit，光业务单元OTN：OpticalTransportNetwork，光传送网OTDR：OpticalTimeDomainReflectometer，光时域反射仪PCM：PulseCodeModulation，脉冲编码调制PDH：PuesiochronousDigitalHierarchy，准同步数字序列PON：PassiveOpticalNetwork，无源光网络SCADA：SupervisoryControlAndDataAcquisition，监控与数据采集SDH：SynchronousDigitalHierarchy，同步数字体系SDM：SpaceDivisionMultiplexin，空间分割多路复用WDM：FavelengthDivisionMultiplexing，波分复用01PART.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02PART.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03PART.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04PART.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05PART.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06PART.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PowerDistributionGridPowerConsumptionPowerGenerationPowerTransmissionGrid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WideAreaNetwork（WAN）NeighborAreaNetwork(NAN)HomeAreaNetwork(HAN)BaseStationBaseStationConcentratorGPRS/EthenetXTURFPLCPLCSmartMeterPLCRFRFXTU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NetworkSmartHomeDeviceEnergyFlowDataFlow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07PART.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A4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。08PART.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ITOMS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09PART.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1SDH友商2SDH华为OTN友商1OTN友商2OTN网络巡检故障TOPO…11PART.3F5G电力全光网架构F5G（The5thgenerationfixednetworks）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、PDHADSL、SDHVDSL、MSTPGPON、OTNWi-Fi、OSU最大速率100Kbps140Mbps10Gbps＞100Gbps＞100Gbps3.1什么是F5GF5G电力全光网架构PART.312PART.3F5G电力全光网架构图3.1F5G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13PART.3F5G电力全光网架构图3.2F5G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OSUOTNPONSDHOSUEoOSUEoOSU（接入）OSUOSUOSU+OTN骨干传输+SDH输变电传输overPON变电园区继保EoOSU（汇聚）电话调度OSU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14PART.3F5G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Sub1G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。1F5G电力骨干网15PART.3F5G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/E164k~2M变电站-调度中心线路保护2M光口＜12ms2M相邻变电站安稳系统E1电口＜30ms2M变电站之间调度自动化(EMS/SCADA)ETH＜250ms2M~10M变电站-调度中心广域相量测量系统(PMU)ETH＜250ms2M变电站-调度中心保护/安稳管理信息系统ETH＜250ms2M变电站-调度中心电量计量遥测系统ETH＜250ms2M变电站-调度中心故障录波和双端测距ETH＜250ms2M相邻变电站光缆监测系统ETH2M变电站-调度中心电能质量监测系统ETH2M变电站-调度中心视频监控ETH10M~1G变电站-集控中心动环/物联ETH10M~100M变电站-集控中心管理业务视频会议系统ETH10M~100M变电站-省市分公司行政办公信息系统ETH10M~1G变电站-省市分公司行政电话ETH2M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2F5G输变电通信网16PART.3F5G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。OSUETH专线超大汇聚比，支持OSUETH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-TG.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1588V2OSC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RGUPA遥泵多阶拉曼RGU拉曼BAOTN(FEC)DCMOTN(FEC)在线监控在线监控后向拉曼(1491/1511)(1491/1511)在线监控在线监控(1491/1511)(1491/1511)PA后向拉曼遥泵多阶拉曼17PART.3F5G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OSUoverPON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B3ms5ms6ms3ms短径Tobe:SDH短径+多路径无损保护路径6ms4ms5ms继保工作通道继保保护通道Asis:光纤直驱+SDH迂回路径图3.4E1多路径无损保护系统3F5G变电站及配电通信网18PART.3F5G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＜30ms2M终端站-主站配电PMUE1/ETH＜50ms2M终端站-主站精准负载控制ETH＜50ms2M终端站-主站二区电量计量遥测系统ETH＜250ms2M用户端-计量中心变电站/配电房智慧视频ETH＜250ms10M~100M终端-存储中心三区配电房视频综合ETH＜250ms10M~100M终端-集控中心移动现场施工作业管控ETH＜250ms10M~100M终端-集控中心应急现场自组网综合应用ETH＜250ms10M~100M终端-集控中心动环/物联ETH＜250ms10M~100M终端-集控中心变电站/配电安防视频ETH＜250ms10M~100M终端-存储中心巡检视频ETH＜250ms10M~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的OLT与OTN传输设备直接采用OTN端口对接，OLT缩减为一块板卡直接集成到OTN传输设备；OSU硬管道打通接入层与传输的的网络界限，实现OSU硬管道一跳直达。统一管控输变电通信网、变电站通信网及配电接入网统一管控、运维；实现按照业务子系统端到端业务发放。随着电力数字化、智能化、云化的业务发展，视频、物联、云等业务的带宽的快速增长；各个业务系统之间的业务特点差异性比较大。F5G全光承载网，通过OSU贯通了骨干网、输变电及变电园区及配电接入网；通过OSU硬管道，能够实现对按照业务子系统跨越网络层，切割为独立管理、物理隔离的业务子系统。以视频承载网为例，纵向切割的网络子网有如下特点：4全光物理隔离业务子系统F5G变电站及配电通信网具备如下特点：19PART.3F5G电力全光网架构全光统一管控、按子系统独立管控管控平台拉通骨干、输变电、园区网，按照OSU管道端到端业务发放和管控。按照业务子系统独立划分网络资源，管控隔离，独立管控。业务子系统硬隔离，汇聚点板卡级隔离视频业务支持园区本地存储及远端集中存储，在汇聚站点，按照根据业务子系统，板卡级隔离。业务子系统硬隔离，接入站端口级隔离对于终端节点ONU，采用终端端口与OSU管道1对1绑定，实现端口级硬管理。变电站视频种类很多，包括生产工控视频、安防视频和巡检视频。每类视频也对安全可靠性要求不一样，服务的客户也不同；OSU全光业务子系统，针对视频业务，同样可以进一步切割为独立的视频承载子网，独立管控。图3.5电力视频承载网架构EoOSU（汇聚）EoOSUOSUOSUEoOSU集控中心变电站工业级ONU工业级ONU本地存储视频存储分中心电力视频专网生产监控安防监控视频巡线生产监控安防监控视频巡线20PART.3F5G电力全光网架构F5G电力全光网应针对网络攻击特点，基于零信任的标准，建设系统纵深防御体系，解决可用/可靠/韧性/隐私要求。通过改进网管和设备安全能力，并集成IAM身份管理，数据签名加密等安全产品，全面消减网络安全威胁风险。以身份管理为基础，解决政企用户身份和权限统一问题，支持生物认证能力，多因素认证，权限管理，合规审计能力。实现业务连续、数据安全，入侵检测基础安全能力。实现网管和设备的软硬件防篡改、可信启动和新入网在线验证、数据完整性检测。实现网管鉴权信息内部管控、分区隔离，关键业务操作二次授权认证，安全日志审计和攻击可追溯。3.4F5G电力全光网安全可信管控架构图3.6F5G电力全光网管控安全可信架构客户访问用户鉴权/认证IAMID身份管理系统网管服务器安全文件服务器备份网关数据库HiSECSIEM系统PKI系统软件完整性软件完整性数据安全应用层安全基础设施安全通信协议安全设备安全协议安全OS加固安全硬件SFTP集成HiSEC设备入侵检测设备完整性保护证书管理F5G电力全光网是电网安全的重要支柱。应系统性达成国家法律、行业标准所要求的安全等保三级标准，提升业务可用率和网络可靠性，避免网络安全攻击和网络故障导致业务中断的安全生产事故。虽然电力F5G电力全光网系统与互联网之间物理隔离，网络攻击者难以通过互联网远程攻破电力光网系统；但是，如果网络攻击者物理接触电力光网系统，可以窃取系统非法控制权，此时将有能力造成多条通信通道长时间中断，进而导致输电线路继电保护、电力系统安稳控制、电力调度自动化系统长时间失效，威胁电力系统安全，潜在风险高、后果严重。21PART.3F5G电力全光网架构图3.7F5G电力全光网管控主动运维模型支持光缆位置信息数字化，结合GIS系统可视，远程精准定位。实现光纤健康状态实时可视，历史可回溯，准确掌握光纤衰耗情况。准确识别亚健康光纤，提前精准预测故障发生时刻。光纤同缆同沟自动分析；暗光纤资源，空闲纤芯定期扫描；全面掌握光缆网健康情况。极大危害。F5G电力光缆网作为承载电力通信网的基础资源，其故障在整体占比高、提前发现难、定位时间长，给业务安全带来了全光网管控系统应具备光缆智能管理能力，实现预防性主动运维，从而提升网络可靠性。包括：光纤亚健康预测光纤性能劣化类故障定位时间长占比高（在光纤故障中的占比）提前发现难自愈自治知道如何解决？策略建议知道什么将要发生？智能预测知道为什么发生？深度分析知道发生了什么？实时感知智能化业务可用率保障智能排障自动化业务SLA管理业务一键优化可视化资源可视（端口、波道）业务可视（时延、保护）光纤可视（位置、衰耗）光纤管理故障后才感知，被动处理数据来源：J运营商光纤类故障只能被动响应层次化闭环保障业务零中断，安全零风险40%90+分钟健康性能劣化可能影响业务体验故障通信中断业务影响22PART.3F5G电力全光网架构采用F5G电力全光网架构构建电力高可靠承载网解决方案，通过多平面冗余，多技术融合，实现电力全业务高效承载。采用不同设备商异构、特定区域供应链定制设备异构，应对电力网络业务安全、网络安全、供应安全挑战，保障极端情况下，电力网络的安全运行。A平面–SDH采用SDH技术构建电力工业控制主用网络，承载高可靠、高安全电力继保、安稳、调度自动化、配电自动化业务。B平面–SDH+OSU采用SDH+OSU硬管道技术构建电力综合业务承载网络；采用硬管道纵向切片，构建业务子系统，构建硬管道专网，实现业务子系统之间物理隔离；业务子系统之间业务物理隔离，新增新业务子系统，对原有业务子系统无影响。其中SDH平面，作为A平面的备份，承载工业网控制业务子系统；OSU平面纵向切片，采用业务子系统的硬管道专网独立承载云、物联、视频感知、光感知、数字孪生等新型业务。图3.8F5G双平面冗余架构3.5F5G电力全光网高可靠冗余架构A平面生产业务B平面综合承载接入10G汇聚100G/Nx10G核心Nx100GSTM-NSTM-NSTM-N连接变电站、调度中心OTN/OSU3综合业务OTN/OSU2新业务（DCI互联）SDH1生产业务SDH1生产业务F5G电力全光网覆盖电力发输变配用电力全场景，满足电力业务灵活接入承载、高可靠需求，助力电力客户数字化、智能化转型：中国大型煤炭能源基地集中在西、北部，80%的水能资源分布在西南部，绝大部分陆地风能、太阳能资源分布在西部和北部。同时，70%以上的能源需求却集中在东部和南部；大型能源基地与用电中心的距离在1000~3000公里。4.1F5G电力全光网应用全景图F5G电力全光网电力应用场景PART.4感知层联接层数字电商应用层物理电网全光网数字电商融合物联网关OLT计量遥调大型光伏群1特高压超长跨距OLT2高可靠输变电（SDH+OSU）继保/稳控3智能变电站授时物联网关输电线巡检ODNONU4智能配电物联网关-xTU遥控计量动环监控图4.1F5G电力全光网应用全景图数字电网4.2特高压超长距场景23PART.4F5G电力全光网应用场景发电分布式光伏充电桩配电用电输电线路变电站调度中心新一代集控配网云平台数字配网综合能源服务输电智能巡检数字孪生变电站智慧电厂24PART.4F5G电力全光网应用场景特高压是指电压等级在交流1000千伏及以上和直流±800千伏及以上的输电技术，具有输送容量大、距离远、效率高和损耗低等技术优势。中国已建设联接大型能源基地与主要负荷中心的“三纵三横”特高压骨干网架，形成大规模“西电东送”、“北电南送”的能源配置格局。光纤远程监控内置OTDR技术，远程、在线监测光纤质量；GIS地图显示，光纤故障位置快速定位。超长距传输高增益EDFA，提供无拉曼长距传输；高性能超级拉曼，多阶拉曼，遥泵，旁路遥泵，提供450公里超长距传输。图4.2X国电力公司100G极限超长距案例4.3高可靠输变电应用场景案例一海外X电力现网只有SDH一个平面，同时承载生产及办公业务，核心生产业务（SCADA、继电保护、计费等）单点故障风险高；生产办公业务未物理隔离，办公业务威胁着生产业务安全；当前电力业务快速发展，多媒体、智能运检等新业务带宽爆炸性增长，SDH平面带宽不足。RGURGUE9612/9800M12E9612/9800M12变电站A光功率预算≤83.2dB变电站BSDH单板后置光放光放板TNG2DAP前向拉曼前置光放后向后向后向拉曼遥泵多阶拉曼FEC单板后置光放前向拉曼前置光放后向后向后向多阶拉曼遥泵拉曼光放灰光模块SDH单板FEC单板4.3高可靠输变电应用场景光路子系统优势极限单跨应用案例：沙特X电力实现相干100G、2波系统极限超长距传输，单跨达到406公里。客户选择OTN和OSU技术新建第二个平面：核心业务分别接入两个平面，实现双通道，增强可靠性。视频监控、办公业务、视频会议，DCI等求通过OTN二平面承载。二平面带宽可扩容升级到20T，满足未来10年电力业务发展需求。基于SDH+OSU技术新建第三平面，构建中国X电网构对安全可信生产网络：A平面：SDHSTM-16接入层汇聚层STM-64B平面：SDH+OTN100G接入层汇聚层100G继电保护计量计费E1电话PQMSSCADADMS视频监控办公应用视频会议变电站/电厂变电站/电厂区域调度中心SCDAServerPBX流媒体服务单元iMasterPace图4.3海外X电力公司新建OSU+OTN平面案例二现有A平面：SDH现有B平面：SDH新建C平面：SDH+OSU调度中心汇聚层继电保护计量计费E1电话SCADAPQMSDMS视频监控核心层25PART.4F5G电力全光网应用场景图4.4中国X电网新建第三平面26PART.4F5G电力全光网应用场景在国际环境复杂多变、贸易摩擦不断的大背景下，中国X电网生产网A、B两个平面安全受到威胁和挑战，新建OSU第三平面，业界领先的“零信任”安全设计理念、L5级标准，6层防御确定中国X电网通信网可信架构、匹配中国X电网的安全解决方案。变电站集约化运维、无人值守是未来的发展趋势，远程视频监控是最重要的手段，通过遥视可实现远程例行巡检、全景监控，替代人工现场巡检，同时通过AI分析可实现环境自动入侵检测、设备温度异常、仪表读数、开关位置等检测，实现视频的智能应用。同时配电网的智能化建设全面拉开，智慧能源服务、大型园区光伏并网等需要高可靠、低时延、广连接的通信网络，F5G提供端到端硬隔离、全业务承载配网光联接方案。安全分区物理隔离生产视频/安防视频/调度数据独立光子网硬隔离。简化网络层次OSU专线一跳直达核心，减少网络层次、网络扁平化。简化通信网部署、运维输电、变电通信融合，统一网管，E2E业务发放。存储中心生产视频专线安防视频专线图4.5智能变电园区全光网4.4集控站存储中心仪表监控生产视频云安防监控物联网关安防视频云感知设备F5G全光变电站优势数据实时准确端到端光通信，低时延。多业务接入支持三遥、智能xTU、计量仪表、动环监控等业务的综合接入。网络安全可靠不同业务之间硬隔离。全场景覆盖接入侧支持有线、无线多种通信方式。边缘智能xTU智能化，支持边缘计算。27PART.4F5G电力全光网应用场景图4.6F5G配电通信网方案核心核心OSU专网环网1+1保护配电网TTU采集终端FTU边缘物联DTU球机枪机机器人局放门禁空调SF6温度水浸调度云配网云EoOSU专线汇聚柱上线路DTU监控智能配电房用电开闭所/环网柜F5G配电通信网优势28PART.5F5G电力全光网应用展望F5G电力全光网架构融合的SDH、OTN、OSU多种技术，可以灵活承载各种业务，满足从2M~100G任意速率的业务接入的传输需求。OSU作为第五代硬管道技术，具备强大的成长性。随着OSU技术持续发展，其安全性、可靠性、时延、抖动性能持续提升，取代SDH/OTN/PON传统硬管道技术，实现电力网络全业务全场景承载。调度数据OSUA平面综合承载继保综合数据OSUB平面综合承载5GF5G电力全光网应用展望PART.5图5.1基于OSU技术的极简全光网架构