一種ftu通信裝置及電力傳輸系統的製作方法
2023-05-13 23:32:36 1
專利名稱：一種ftu通信裝置及電力傳輸系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力通信技術領域，尤其涉及一種FTU通信裝置及電力傳輸系統。
背景技術：
饋線終端(Feeder Terminal Unit簡稱FTU)是整個配電自動化系統的控制單元，是連接開關和數據採集與控制(SCADA)系統的橋梁，用來對配電開關進行數據採集和控制，與配電主站通信，提供配電系統運行控制及管理所需數據，執行主站對配電設備的控制調節命令，實現配電自動化的各項功能。目前，電力通信方式主要有:電力線載波通信(PLC)、光纖通信等。FTU與整個配電自動化系統的其它單元進行通信時也是主要使用這兩種通信方式。PLC是指利用現有電力線，通過載波方式將模擬或數位訊號進行高速傳輸的技術。最大特點是不需要重新架設網絡，只要有電線，就能進行數據傳遞。目前，PLC主要有以下缺陷:(I)電錶處帶寬衰減嚴重大部分情況下，PLC數據需要通過電錶傳輸，帶寬往往在這裡產生非常大的衰減，這成為PLC的主要技術瓶頸之一。PLC的帶寬是否在電錶處形成衰減，主要問題在於電錶的設計，而不是PLC自身的技術因素，不同電錶設備提供商的電錶設備是不同的，主要是電容器的位置問題，特別是對·於電容器置前的電錶產品，由於會使高頻信號發生短路。(2)噪聲大、安全性低出現這種情況的主要原因在於，電力系統的基礎設施並不具備提供高質量數據傳輸服務的功能，而且，由於電器產生的電磁波會對通信產生幹擾，所以使用電力線進行通信時經常會發生一些不可預知的錯誤。(3)利用電力線上網的信息安全問題因為電力系統的基礎設施和使用特性決定了它是一個開放性結構，雖然採用了技術保護措施，但還不能保證其信息的安全。其次，還存在著帶寬的拓寬問題。光纖通信的主要特點是傳輸容量大、高速率、傳輸距離長、抗幹擾性強、絕緣性能好等，尤其是抗電磁幹擾和絕緣性能好這兩大特點可應用於變電所、高壓線路等高電壓強電磁幹擾環境，是目前電力系統通信中正在逐步廣泛應用的通信方式。在光路上信息可以更加快捷地進行傳遞，增加整個體統的帶寬和網絡吞吐量。光纖成本的不斷下降，也減少了整個系統的開通費用和維護費用。EPON產業規模龐大，全球應用廣泛，國內設備商佔據主流，採用點到多點技術，終端到終端之間為並聯關係，且在光傳輸途中不需要電源，沒有電子部件，容易鋪設，節約長期維護成本和管理成本。EPON能夠提供豐富的產品系列和靈活的設備形態，適合各種業務接入和場景部署，全面承載IP、VoIP、WiF1、TDM、xDSL、IPTV、CATV、RS232/RS485等業務，兼顧各種應用場景，具有高帶寬、低延時等特點，能為電力行業提供智能電網、配電網自動化、用電信息採集、電力大樓/營業廳接入、PFTTH電力光纖入戶等專業、可靠的通信解決方案，能夠完全滿足智能電網堅強可靠、經濟高效、清潔環保、透明開放、友好互動的要求。目前，光纖通信的主要缺點在於:光信號轉換過程中的穩定性較差，光節點(Optical Network Unit, 0NU)設備出現失效時,光纖通信出現故障。
實用新型內容為了解決現有技術中光纖通信時光電信號轉換穩定性差的技術問題，本實用新型提出一種FTU通信裝置及電力傳輸系統。本實用新型的一個方面，提供一種FTU通信裝置，包括:至少2個光電轉換模塊、至少兩個光節點0NU、交換模塊、配電變壓器監測終端FTU協議處理模塊、連接器模塊和電源模塊；其中，其中一個光電轉換模塊的一端與無源光纖網絡PON連接，另一端與其中一個ONU連接；所述ONU分別與交換模塊和FTU協議處理模塊連接；所述交換模塊與所述連接器模塊連接；所述FTU協議處理模塊分別與交換模塊和所述連接器模塊連接；所述連接器模塊輸出電源到所述電源模塊；所述電源模塊將電壓轉換後的電源提供給所述光電轉換模塊、ONU、交換模塊和FTU協議處理模塊。其中，FTU協議處理模塊與所述連接器模塊之間通過GPIO、UART或I2C通信接口連接。連接 器模塊包括與FTU板卡連接的兩組2 X 20的雙排針。光電轉換模塊通過SC接口與PON連接。本實用新型的另一個方面，提供一種電力傳輸系統包括:配電變壓器監測終端FTU、FTU通信裝置、光線路終端OLT和主站；其中，所述主站與所述OLT連接；所述FTU通信裝置包括至少兩個光節點0NU，所述OLT分別通過所述ONU與FTU連接。OLT與所述ONU之間通過光分路器連接。OLT與所述主站之間通過交換機連接；或所述OLT與所述主站之間通過交換機或路由器連接。本實用新型的FTU通信裝置及電力傳輸系統，通過設置多路互為備份的光電信號轉換通路，能夠在不改變原有光纖網絡結構的情況下提高光電信號轉換穩定性，實現全光保護倒換，對ONU的起到保護作用。當某個業務通道的MAC出現故障時，可以有備份路徑繼續支持業務傳輸，不至於使業務中斷。
圖1是本實用新型FTU通信裝置實施例的結構示意圖；圖2是本實用新型電力傳輸系統實施例的結構示意圖；圖3是本實用新型電力傳輸系統的具體組網示意圖；圖4是本實用新型電力傳輸系統的另一具體組網示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行詳細說明。如圖1所示，本實用新型FTU通信裝置實施例包括:至少2個光電轉換模塊11a、11b，至少兩個光節點0NU12a、112b，交換模塊13、FTU協議處理模塊14、連接器模塊15和電源模塊16。其中，光電轉換模塊Ila的一端與無源光纖網絡(Passive Optical Network,PON) I連接，另一端與其中一個0NU12a連接；光電轉換模塊Ilb的一端與P0N2連接，另一端與其中一個0NU12b連接。光電轉換模塊用於實現電信號到光信號的轉換，光電轉換模塊通過SC接口與PON連接。ONU模塊與交換模塊和光電轉換模塊相連，用於實現EPON協議中所規定的ONU設備功能，與外接的OLT設備共同構成完整的EPON通信系統。ONU12a, 12b分別與交換模塊13和FTU協議處理模塊14連接。交換模塊13與連接器15模塊連接。交換模塊包括一個5 口的百兆交換晶片及其附屬電路，用於連接兩個ONU模塊、FTU協議處理模塊以及連接器模塊，主要作用為實現不同網口之間的隔離、鏡像以及保護切換功能，交換模塊在FTU協議處理模塊的管理下工作，根據FTU協議處理模塊的指令完成不同的交換功能。FTU協議處理模塊14分別與交換模塊13和連接器模塊15連接。FTU協議處理模塊包括一個ARM處理器及其附屬電路，主要用於完成網絡通信協議以及電力通信協議的處理，其中支持的網絡協議為TCP client (支持2個連接)，支持的電力通信協議包括DL/T634.5101-2002,DL/T634.5104_2002、DNP3、SC1801、M0DBUS。FTU 協議處理模塊還負責對交換模塊進行配置，從而實現單IP非主從工作模式切換。FTU協議處理模塊與連接器模塊之間通過GP10、UART或I2C通信接口連接。
連接器模塊包括與FTU板卡連接的兩組2 X 20的雙排針。連接器模塊上的信號包括一路網口信號、GPIO信號以及多路UART和I2C信號，FTU板卡提供給FTU通信裝置的5V電源也從該雙排針引出。連接器模塊15輸出5V電源到電源模塊16，電源模塊16將5V電壓轉換成IV、
2.5V、3V的工作電壓提供給FTU通信裝置中的其他模塊。目前，FTU 支持的通信協議有:TCP/IP、HTTP、DL/T 634.5101-2002、DL/T634.5104-2002、DNP3、SC1801、IEC60870-5-101、IEC60870-5-104。這些通信協議的報文，
都可以通過本FTU通信裝置直接透傳給FTU。如圖2所示，本實用新型的電力傳輸系統實施例包括:FTU25a、25b、FTU通信裝置24、0LT22和主站21。其中，FTU通信裝置24包括至少兩個0NU241a、241b，OLT分別通過0NU241a、241b 與 FTU25a、25b 連接。0LT22通過光分路器23與0NU241a、241b連接。OLT與主站之間通過交換機連接；或OLT與主站之間通過交換機或路由器連接。本實用新型的FTU通信裝置中，每一個光電轉換模塊和ONU的連接形成一路介質訪問控制(Media Access Control, MAC)通道。為確保在光信號轉換過程中的穩定性,採取了 「手拉手」保護結構，即多個MAC沒有主從的順序，也就是雙MAC使用一個IP位址，當MACl出現問題時，FTU通信裝置會將業務通道切換到MAC2上，即使MACl再恢復正常，也不會將業務通道切換到MACl上，除非MACl恢復正常後MAC2出現問題。本實用新型通過設置至少兩路光電信號轉換通路，能夠在不改變原有光纖網絡結構的情況下提高光電信號轉換穩定性，實現全光保護倒換，對ONU的起到保護作用。當某個業務通道的MAC出現故障時，可以有備份路徑繼續支持業務傳輸，不至於使業務中斷。[0041]基於上述電力傳輸系統的具體組網有以下兩種場景:(一 )不帶路由器的組網場景如圖3所示，OLT和主站之間沒有路由器.其中的交換機作匯聚作用，不是必須的，其存在對業務無影響.PTN為主幹傳輸層設備。圖中的每個FTU通信裝置支持一條PON線路，每條PON線路歸屬一個0LT，並且這兩條線路同時處於working狀態,兩條線路能同時轉發報文。圖中的終端有兩個通信接口連到FTU通信裝置，每個乙太網口有一個IP位址(手工配置，目前終端不支持DHCP).兩個埠都處於工作狀態.兩個埠的業務都連接到FTU通信裝置，由FTU通信裝置決定使用哪個乙太網口。正常情況下，業務流從MAC1— > OLT- >主站；FTU通信裝置選用默認埠信息(IPl)。當主用MAC I鏈路故障時，業務流從MAC2— > OLT- >主站。如圖3所示，終端、主站都分配兩個IP位址，分屬於兩個網段:1、IP 1、IP2、IP 5 屬於網段 I。2、IP a、IP b、IP e 屬於網段 2。主站和終端依賴多IP，實現路由/網關分離，主站後臺和終端的通信由後臺和終端進行雙發選收，雙發報文的DIP/SIP都不相同，圖中左側路徑為工作路徑，當工作路徑故障時，王站系統切換接收右側路徑上的報文，實現雙發選收。
對上行流量，終端不打CVLAN，所以要求FTU通信裝置通過兩個乙太網口接入終端，兩埠通過建untag流支持；如果終端支持打cvlan，則可以只通過一個乙太網口接入。FTU通信裝置的兩個PON 口同時處於working狀態，報文基於MAC+VLAN進行二層轉發。對上行流量，圖中左側線路的報文的目的IP為IP 5，此目的IP和終端的IP I同屬網段1，所以直接通過ARP請求，獲取IP 5對應的MAC地址，終端將使用IP 5的MAC封裝該業務報文，FTU通信裝置使用此目的MAC進行報文轉發。圖中右側線路的報文的目的IP為IPe，此目的IP和終端的IPa同屬網段2，所以直接通過ARP請求，獲取IP e對應的MAC地址，終端將使用IP e的MAC封裝該業務報文，MAC使用此目的MAC進行報文轉發。( 二 )帶路由器的組網場景如圖4所示，OLT和主站之間有路由器。這個路由器作為網關設備，把OLT和主站隔離在兩個網段。圖中交換機作匯聚作用，不是必須的，其存在對業務無影響.PTN為主幹傳輸層設備。圖中的每個FTU通信裝置支持一條PON線路，每條PON線路歸屬一個0LT，並且這兩條線路同時處於working狀態,兩條線路能同時轉發報文。圖中的終端有兩個通信接口連到FTU通信裝置，每個乙太網口有一個IP位址(手工配置，目前終端不支持DHCP)。兩個埠都處於工作狀態。兩個埠的業務都連接到FTU通信裝置，由FTU通信裝置決定使用那個乙太網口。與圖3不同的是，圖3在路由器處要作一次IP位址轉換，這樣把OLT以下的網絡和其他網絡隔離，提高了網絡的安全性.除此之外，圖4的業務流程與圖3相同。如圖4所示，終端、主站都分配兩個IP位址，分屬於不同網段:[0061]1、IP1、IP2、IP3 屬於網段 I ;2、IP4、IP5 屬於網段 2 ;3、IPa、IPb、IPc 屬於網段 3 ;4、IPcU IPe 屬於網段 4。對所有終端，網段I的路由網關為IP 3，網段3的路由網關為IPc ;對主站，網段2的網關為IP4 ;網段4的網關為IPd。主站和終端依賴多網段、多IP，實現路由/網關分離，主站後臺和終端的通信由後臺和終端進行雙發選收，雙發報文的DIP/SIP都不相同，MACl為工作MAC，當MACl故障時，FTU通信裝置將業務通道切換到MAC2上。對上行流量，終端不打CVLAN，所以要求光模塊通過兩個乙太網口接入終端量，兩埠通過建untag流支持；如果終端支持打cvlan,貝U可以只通過一個乙太網口接入。FTU通信裝置的兩個PON 口同時處於working狀態，報文基於MAC+VLAN進行二層轉發。對上行流量，圖中左側線路報文的目的IP為IP 5，IPl所在網段路由網關為IP3，所以通過ARP請求，終端將使用IP3對應的MAC封裝該業務報文，FTU通信裝置使用此MACl進行報文轉發，MACl出現問題時使用MAC2。圖中右側線路報文的目的IP為IPe，IPb所在網段路由網關為IPc，所以通過ARP請求，終端將使用IPc對應的MAC封裝該業務報文，FTU通信裝置使用此MACl進行報文轉發，MACl出現問題時使用MAC2。應說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型而非限制，本實用新型也並不僅限於上述舉例，一切不 脫離本實用新型的精神和範圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍中。
權利要求1.一種FTU通信裝置，其特徵在於，包括:至少2個光電轉換模塊、至少兩個光節點ONU、交換模塊、配電變壓器監測終端FTU協議處理模塊、連接器模塊和電源模塊； 其中一個光電轉換模塊的一端與無源光纖網絡PON連接，另一端與其中一個ONU連接；所述ONU分別與交換模塊和FTU協議處理模塊連接；所述交換模塊與所述連接器模塊連接；所述FTU協議處理模塊分別與交換模塊和所述連接器模塊連接；所述連接器模塊輸出電源到所述電源模塊；所述電源模塊將電壓轉換後的電源提供給所述光電轉換模塊、0NU、交換模塊和FTU協議處理模塊。
2.根據權利要求1所述的FTU通信裝置，其特徵在於，所述FTU協議處理模塊與所述連接器模塊之間通過GPIO、UART或I2C通信接口連接。
3.根據權利要求1或2所述的FTU通信裝置，其特徵在於，所述連接器模塊包括與FTU板卡連接的兩組2X20的雙排針。
4.根據權利要求1或2所述的FTU通信裝置，其特徵在於，所述光電轉換模塊通過SC接口與PON連接。
5.一種電力傳輸系統，其特徵在於，包括:配電變壓器監測終端FTU、權利要求1至4所述的FTU通信裝置、光線路終端OLT和主站； 其中，所述主站與所述OLT連接；所述FTU通信裝置包括至少兩個光節點0NU，所述OLT分別通過所述ONU與FTU連接。
6.根據權利要求5所述的電力傳輸系統，其特徵在於，所述OLT與所述ONU之間通過光分路器連接。
7.根據權利要求5或6所述的電力傳輸系統，其特徵在於，所述OLT與所述主站之間通過交換機連接；或所 述OLT與所述主站之間通過交換機或路由器連接。
專利摘要本實用新型公開了一種FTU通信裝置及電力傳輸系統。其中FTU通信裝置包括至少2個光電轉換模塊、至少兩個光節點ONU、交換模塊、配電變壓器監測終端FTU協議處理模塊、連接器模塊和電源模塊；其中，其中一個光電轉換模塊的一端與無源光纖網絡PON連接，另一端與其中一個ONU連接；所述ONU分別與交換模塊和FTU協議處理模塊連接；所述交換模塊與所述連接器模塊連接；所述FTU協議處理模塊分別與交換模塊和所述連接器模塊連接；所述連接器模塊輸出電源到所述電源模塊；所述電源模塊將電壓轉換後的電源提供給所述光電轉換模塊、ONU、交換模塊和FTU協議處理模塊。本實用新型提高光電信號轉換的穩定度。
文檔編號H04B10/032GK203119898SQ20122056024
公開日2013年8月7日 申請日期2012年10月30日 優先權日2012年10月30日
發明者熊曉方, 王凱睿, 周曉芬, 吳國良, 王東山, 周寒冰, 汪波濤, 陳雨新 申請人:江西南昌供電公司, 國網電力科學研究院, 國家電網公司