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.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：Enterprise Resource Planning ，企业资源计划 F5G：The5thGeneration 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：OpticalTransportNetwork，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 AndData 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 IT OT 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