采用EPON技術(shù)的配電通信接入網(wǎng)方案可行性分析

陳 軍，樊會(huì)叢

(邢臺(tái)供電公司，河北 邢臺(tái) 054001)

1 配電通信接入網(wǎng)現(xiàn)狀

隨著“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”發(fā)展規(guī)劃的實(shí)施，2011年邢臺(tái)供電公司智能電網(wǎng)進(jìn)入全面建設(shè)階段，建設(shè)一個(gè)安全、可靠的配電通信接入網(wǎng)系統(tǒng)成為首要任務(wù)。系統(tǒng)建設(shè)面臨著諸如通信介質(zhì)繁多、業(yè)務(wù)接口繁雜、通信鏈路業(yè)務(wù)保護(hù)能力不足、通信速率低、無(wú)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理等問(wèn)題[1]。而配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)由于其自身特點(diǎn)，對(duì)通信的要求非常嚴(yán)格。配電終端所處環(huán)境惡劣，要求必須提供可靠的通信方式；配電終端數(shù)量眾多，信息采集點(diǎn)量大面廣，要求投資經(jīng)濟(jì)，盡可能利用原有電網(wǎng)管道以節(jié)省成本，并依托原有的配電線纜架構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)范的組網(wǎng)；業(yè)務(wù)需求量越來(lái)越大，要求有較高的通信速率；配電通信網(wǎng)隨城市發(fā)展不斷擴(kuò)大，要求有較高的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。所以尋找適合配網(wǎng)自動(dòng)化通信要求的通信接入方式是配網(wǎng)建設(shè)的第一步。

2 常見(jiàn)配電通信接入技術(shù)比較

隨著通信技術(shù)的發(fā)展, 目前可選用的的配電通信接入網(wǎng)技術(shù)主要有以下幾種：

a. RS232通信是早期配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)常見(jiàn)的一種通信技術(shù)，利用RS232信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)距離延伸，連接至配電自動(dòng)化終端。大量的配電自動(dòng)化終端設(shè)備通過(guò)光纖進(jìn)行串接，突破了傳統(tǒng)RS232傳輸距離、組網(wǎng)簡(jiǎn)單、支持環(huán)網(wǎng)保護(hù)，但接入速率低，不具備抗多點(diǎn)失效性。

b. 基于SDH的光通信技術(shù)是電力傳輸網(wǎng)中普遍采用的技術(shù)，具有高帶寬、支持多種環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議、抗干擾性強(qiáng)等性能。但在配電網(wǎng)自動(dòng)化通信中，SDH設(shè)備對(duì)工作環(huán)境要求較高，帶寬利用率較低，施工難度較大，成本較高。

c. 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在電力通信網(wǎng)中有著良好的應(yīng)用基礎(chǔ)，高帶寬、環(huán)網(wǎng)保護(hù)、IP化，但是在單點(diǎn)到多點(diǎn)通信、擴(kuò)容性等方面存在問(wèn)題。

d. PLC通信通過(guò)將數(shù)據(jù)調(diào)制為載波信號(hào)耦合到電力電纜上通信，具有易維護(hù)、易使用、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但技術(shù)不成熟，存在帶寬窄、傳輸速率低、噪聲大、易受干擾等問(wèn)題[2-3]。

e. GPRS通信方式目前在電力集中抄表系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，依靠租借運(yùn)營(yíng)商資源組建電力無(wú)線專網(wǎng)，這種方式不需要電力投資線纜資源，而且組網(wǎng)靈活，但是安全性、可靠性及帶寬不滿足要求[4]。

f. 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(Ethernet passive Optical Network，EPON)是一種點(diǎn)到多點(diǎn)的光接入網(wǎng)絡(luò)，是二層采用以太網(wǎng)幀來(lái)承載業(yè)務(wù)的PON系統(tǒng)。EPON系統(tǒng)由光線路終端(OLT)、光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)和光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)組成，有高帶寬和高QOS保障，上行達(dá)1.25 Gbit/s，利用光纖作為傳輸介質(zhì)，運(yùn)行可靠穩(wěn)定。具備有效的隔離保障機(jī)制、VLAN隔離、保護(hù)端口、MAC地址綁定、IP地址綁定、端口限速、隊(duì)列技術(shù)、流控技術(shù)等，為多業(yè)務(wù)融合的開(kāi)展起到了技術(shù)保障。可組成樹(shù)形、鏈型手拉手、環(huán)形等結(jié)構(gòu)，配網(wǎng)結(jié)構(gòu)吻合，并且可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要靈活地更換光分路器或預(yù)留光纖資源實(shí)現(xiàn)新增監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)容。

構(gòu)建滿足配電自動(dòng)化發(fā)展需求、各類業(yè)務(wù)靈活接入、安全穩(wěn)定的配電通信網(wǎng)，但不能單一的采用一種通信技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，采用幾種通信技術(shù)混合組網(wǎng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化等業(yè)務(wù)可靠傳輸。一般采用光纖構(gòu)建主干線通信網(wǎng)絡(luò)，各支線通信網(wǎng)絡(luò)可采用光纖、無(wú)線和載波方式。

3 配電通信接入網(wǎng)方案分析

邢臺(tái)市區(qū)三環(huán)以內(nèi)運(yùn)行的110 kV變電站11座、220 kV變電站1座，公用10 kV線路“手拉手”率為96%。電力光纖通信覆蓋了所有變電站，基于SDH技術(shù)的光傳輸網(wǎng)和基于IP承載的綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)已發(fā)展成熟，具備了向下延伸的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)， EPON技術(shù)及組網(wǎng)特點(diǎn)可以滿足邢臺(tái)配電通信接入網(wǎng)主干線的建設(shè)需求。因此，選擇以EPON技術(shù)為主，無(wú)線公網(wǎng)技術(shù)為輔的組網(wǎng)方式。

3.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

配網(wǎng)主站位于配電中心，配網(wǎng)子站位于110 kV變電站，主站與子站建在基于SDH技術(shù)的四級(jí)光傳輸網(wǎng)上，配電通信網(wǎng)主要覆蓋配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)站、配電室、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開(kāi)關(guān)、公用配電變壓器和配電線路。結(jié)合邢臺(tái)配電站點(diǎn)的地理分布形態(tài)和10 kV電力線出線的電氣接線結(jié)構(gòu)，配電通信接入網(wǎng)通常選取雙主站雙光環(huán)形、單主站雙光環(huán)形和單主站單光星形3種結(jié)構(gòu)。配電終端的“三遙”信息通過(guò)ONU，經(jīng)OLT匯聚后，由調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至主站。配電通信接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 配電通信接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

為保證通信的可靠，10 kV終端通信接入網(wǎng)優(yōu)先選用雙主站雙光環(huán)形組網(wǎng)。各開(kāi)關(guān)站串接成鏈狀兩點(diǎn)接入城區(qū)110 kV變電站，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為“手拉手”全保護(hù)倒換型[5]，配電的2個(gè)OLT分別安裝在不同的110 kV變電站，ONU安裝在開(kāi)關(guān)站，在光纜中斷或OLT設(shè)備失效時(shí)，均能由ONU選擇OLT來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。對(duì)于可靠性要求稍低的系統(tǒng)也可采用單主站雙光環(huán)形和單主站單光星形組網(wǎng)，即一個(gè)OLT出2個(gè)或1個(gè)PON口，下掛通信鏈。

3.2 設(shè)計(jì)原則

a. 根據(jù)配電自動(dòng)化需求和一次電網(wǎng)情況進(jìn)行合理選擇通信方式。配網(wǎng)自動(dòng)化“三遙”站點(diǎn)、營(yíng)銷網(wǎng)點(diǎn)、分布式電源、電動(dòng)車充電站等宜采用專網(wǎng)通信，在采用無(wú)線公網(wǎng)通信方式時(shí)，應(yīng)符合相關(guān)安全防護(hù)和可靠性規(guī)定要求；配網(wǎng)自動(dòng)化非“三遙”站點(diǎn)根據(jù)條件可選擇光纖、電力線載波、無(wú)線等通信方式。

b. 搭建配電通信接入網(wǎng)的光纜架構(gòu)時(shí)，根據(jù)配網(wǎng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助配電網(wǎng)已有管道或線路資源，使用專用纖芯承載。配電通信網(wǎng)主干通信光纜芯數(shù)原則上不少于24芯。管道光纜應(yīng)采用防鼠、防蟻、非金屬阻燃管道光纜；直埋光纜應(yīng)采用鎧裝層絞式阻燃直埋光纜；架空光纜應(yīng)采用ADSS全介質(zhì)自承式光纜。

c. 配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)就近匯聚到變電站(配網(wǎng)子站)，接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)送達(dá)配電中心(配網(wǎng)主站)。配電通信網(wǎng)應(yīng)滿足電監(jiān)安全[2006]34號(hào)、國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)第5號(hào)令等相關(guān)要求，采用安全傳輸和交換技術(shù)，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)信息安全。

d. 選用通信方式和通信設(shè)備時(shí)，應(yīng)充分考慮不同供應(yīng)商設(shè)備之間、配電通信網(wǎng)和骨干通信網(wǎng)之間的制式、接口和網(wǎng)絡(luò)管理的兼容性，保持同區(qū)域設(shè)備的兼容。

e. 匯聚點(diǎn)變電站應(yīng)預(yù)留配電自動(dòng)化通信屏位，用于安裝配電通信網(wǎng)絡(luò)的OLT、ODF設(shè)備；匯聚點(diǎn)變電站的配電通信網(wǎng)設(shè)備由通信電源供電。實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的配電設(shè)備應(yīng)配置通信箱，須滿足相應(yīng)安全防護(hù)要求，內(nèi)部預(yù)留足夠的設(shè)備安裝空間，包括ODF、ONU、光分路器、無(wú)線通信終端及其它設(shè)備附件；配電通信網(wǎng)終端和配電終端共用電源。

f. 配電通信網(wǎng)應(yīng)充分考慮配網(wǎng)改造工程多、網(wǎng)架頻繁變動(dòng)的特點(diǎn)，配電通信系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)要有預(yù)留和備份資源。

g. 基于EPON技術(shù)的配電通信接入網(wǎng)的建設(shè)，必將對(duì)各級(jí)網(wǎng)絡(luò)的帶寬容量、業(yè)務(wù)流向等產(chǎn)生影響，在深入分析各項(xiàng)業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)承載配電自動(dòng)化的骨干通信網(wǎng)進(jìn)行改造和完善，提高其接入能力和傳輸能力，保障配電通信業(yè)務(wù)的有效承載。

4 結(jié)束語(yǔ)

邢臺(tái)配電通信網(wǎng)采用EPON光纖專網(wǎng)為主，無(wú)線GPRS專網(wǎng)為輔的組網(wǎng)方式，既能夠?qū)崿F(xiàn)配電通信網(wǎng)的快速布網(wǎng)，又能夠滿足智能配電業(yè)務(wù)對(duì)通信帶寬和可靠性的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 肖世杰.構(gòu)建中國(guó)智能電網(wǎng)技術(shù)思考[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2009,33(9):1-4.

[2] 李文偉,邱利斌.配網(wǎng)自動(dòng)化及通信系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)[J].電力系統(tǒng)通信,2009,30(2):5-7.

[3] 張平澤,趙振勇.基于低壓電力線載波通信方法的比較[J].電子設(shè)計(jì)工程,2010,18(2):26-28.

[4] 蔡萬(wàn)升,湯 輝,張 軍，等.基于EPON技術(shù)的配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)通信,2010，31(12)：11-15.

[5] 刁培忠.用電信息采集系統(tǒng)在電力企業(yè)的應(yīng)用分析[J].中國(guó)電力教育，2010(9)：254-256.