小型化SPN承载电力配网业务创新实践

        电力系统是一个集发电、输电、变电、配电和用电于一体的复杂系统，其中配电系统直接连接千家万户和各行各业，是新型电力系统中的重要组成部分，在落实国家战略部署、支撑社会经济发展、服务改善民生、推动能源转型等方面发挥着“主战场”“主力军”作用。国家发展改革委、国家能源局发布了《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》（发改能源2024 187号），意见指出“到2030年，基本完成配电网柔性化、智能化、数字化转型”。配电通信网是配电网重要的通信底座，是配电网建设的重要环节，随着新型电力系统的建设，配电通信网面临着多方面的挑战。

新型电力系统下配电通信网面临的挑战

        新型电力系统下配网终端规模加速增长，且配电网终端业务场景复杂、数量庞大，具有点多面广、分布散、变化快的特点，对配电通信网带来挑战，主要包括：

        - 配网多业务隔离性问题：配网业务需求多元化，如配网传统的生产控制类业务对吞吐量要求不高，但对通信传输可靠性和安全性要求较高，但随着配网业务的宽带化、IP化演变，大量视频类等管理信息类业务的出现，对传输带宽要求较高，对配网生产控制类业务造成一定的冲击，因此生产控制类业务和管理信息类业务需要严格的物理隔离；目前配电通信网光纤专网采用工业以太网技术或EPON技术，这两种技术都不支持硬切片，无法满足配电通信网不同分区业务物理隔离的需求。

        - 配网业务的实时性和可靠性问题：随着智能分布式终端大规模接入配网，差动保护的部署，除了传统南北向通信，对东西向通信也提出了需求，并且对确定性低时延和可靠性提出了更高要求：时延要求≤15ms，可靠性提升到99.999%。

        - 配网通信网络组网能力问题：现网EPON组网拓扑以链型组网为主，链上一般不超过8个站点，业务保护能力弱，根据配电网线路现状，对通信网络要求需具备组30个以上节点环形大网能力，提升网络保护能力。

        - 运维效率问题：配网规模大，对业务快速部署、故障排查与恢复等多方面提出了更高要求，要求网络具备智能高效运维能力。目前主配网架构异构，以山东电力为例，采用“SPN/PTN+EPON”两种不同技术体制的层次化架构，无法实现端到端的运维管理，输变电和配电部署不同网管进行分段管理，运维难度较大。

        SPN技术具有高可靠、低时延、大带宽的技术优势，电力骨干通信网已从PTN演进到SPN，并在电力系统发、输、变电环节成熟应用。将SPN技术下沉至中低压（10kV及以下）配电通信网，构建主配一体化通信网，可以解决上述问题。

中兴通讯SPN承载配电通信网方案

        中兴通讯提供业界首个支持10GE FGU（fine granularity unit）交叉的小型化SPN，并联合山东电力在菏泽配电网进行了测试验证。小型化SPN设备具有小体积、大容量、即插即用等特点，可实现快速安装、灵活部署，满足配网终端快速增长的业务需求，同时大幅提升10kV光纤利用效率。

        安全性方面，使用10GE细粒度技术（FGU），实现配电通信网不同分区业务的物理隔离，并满足电力业务“安全分区，横向隔离”的要求。

        运维方面，SPN技术可实现配电通信和主网通信网络一体化，实现端到端业务部署及端到端故障定位。

        经济性方面，建设成本每吉比特成本可降低90%；SPN主配一体化运维，只需维护一张网，每年可节省数十万的运维成本；配电网可靠性提升，大大减少停电对用户造成的损失。

        - 一网多用，切片隔离

        新型电力系统下配电网业务具有多样化、异质化特性，SPN是业界唯一既支持硬切片又支持软切片的技术体制，可同时满足配网业务差异化SLA需求。中兴通讯为山东电力提供的配电通信网切片方案，划分为多个切片，分别承载配网差动保护、配电自动化、计量业务、视频监控等电力不同场景的业务，满足对通信网络的带宽、时延及安全性的差异化要求（见图1）。生产控制类和管理信息类业务切片之间严格物理隔离，使得电力配网中的差动保护和配网自动化业务能够获得100%硬隔离保障，确保业务的稳定性和可靠性。

        - 业务“永久在线”，安全可靠

        配网差动保护作为一种重要的保护手段，对于提高电力系统的稳定性和可靠性具有重要的意义。差动保护是一种基于比较电网两端电流大小和方向的保护措施，用于快速检测和隔离电网中的故障。中兴通讯首创小型化SPN支持10GE FGU交叉功能，FGU技术和FGU交叉为配电网分布式差动保护业务提供端到端确定性低时延保证，并实现端到端I/II区业务与III/IV区业务隔离，为配网差动保护业务提供确定性低时延和“零”丢包、“零”误码、“零”中断的通道，同时具备三重保护机制，确保业务有路即通。

        菏泽配电通信网差动保护验证方案如图2所示，实测时延<1ms，完全满足东西向业务需求（时延≤15ms，可靠性≥99.999%）。

        - 跨长距传输、组大网能力

        相比EPON技术方案（传输距离20km、8跳），中兴通讯小型化SPN单跳传输距离可达80km，并具备组30个以上节点环形大网的组网能力，满足配网组网需求，同时可节省主干光缆的纤芯资源，提升带宽和网络保护能力。

        - 简化网络，可视化运维

        实现配电通信和主网通信网络一体化，解决主配网两种通信网络技术体制异构带来的运维难题。中兴通讯智能管控系统融合了网络管理、网络控制和网络分析等功能，支持网络可视化管理，业务端到到端部署和管理，能够自动感知业务状态，实现分钟级定界定位，为电力配网业务的稳定运行提供有力保障，运维效率提升70%以上。

试点效果

        国网山东电力联合中兴通讯于2024年5月在菏泽现网成功试点应用，取得了良好的社会效益和经济效益。

        社会效益方面，中兴通讯小型化SPN在山东菏泽电力配网创新实践应用，构建主配一体化通信网，满足配电通信网不同分区业务物理隔离的需求，以及电力配网不同场景业务的差异化需求，保障电力系统的安全性。SPN技术可实现配电通信和主网通信网络一体化，实现电网的智能监控和管理，保障电力配网业务的稳定运行，提升配电网运行效率，提供更为优质、高效的电力服务，为电力行业的可持续发展提供有力支持。

        经济效益方面，建设成本相比EPON或工业以太网技术，方案可节省OLT设备投资，减少大量光缆的敷设，以菏泽电力为例，可直接节省数百万元的OLT设备投资，同时，部署小型化SPN，带宽从原来的GE升级到10GE，使每吉比特成本降低90%；运维成本方面，SPN主配一体化运维，只需维护一张网，每年可节省数十万的运维成本；此外，配电网可靠性提升，降低了用户和企业因电力问题导致的生产成本和损失。

        中兴通讯小型化SPN在山东菏泽电力配网成功试点的基础上，将持续与国家电网、南方电网开展更多的试点应用，为电力配网业务的稳定运行保驾护航。