EPON技術(shù)在電網(wǎng)配用電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

摘 要：經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求和質(zhì)量都在不斷的提高，電網(wǎng)配用電建設(shè)也逐步向信息化、智能化和自動(dòng)化等方向發(fā)展，建設(shè)大容量的光纖通信網(wǎng)絡(luò)是最適宜于配用電發(fā)展的通信模式，文章分析EPON技術(shù)的特點(diǎn)，以及其在電網(wǎng)配用電系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：EPON；電網(wǎng)；配用電；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN915.85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）30-0036-02

傳統(tǒng)的電網(wǎng)配用電比較低效，不合理的配置還會(huì)導(dǎo)致電量的損失，不符合現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展的需求。國(guó)家電網(wǎng)公司目前對(duì)于建設(shè)智能電網(wǎng)正在全面開(kāi)展。配電網(wǎng)通信主要有無(wú)線通信、光通信和電力線載波通信3中，無(wú)線通信速率低、延時(shí)不確定、數(shù)據(jù)通道的可靠性不高；由于電線載波通信會(huì)受到線路停電、干擾等從而降低通信傳輸速率魚質(zhì)量。從而選擇可靠性高、帶寬大、保密性好以及抗干擾強(qiáng)的光纖通信，以EPON技術(shù)為例，具有抗多點(diǎn)失效、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、高Qos保障以及靈活組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，真正落實(shí)以太網(wǎng)分布式功能，是智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)建設(shè)的首選。

1 EPON技術(shù)原理

1.1 EPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就是所謂的EPON，其以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)利用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的單纖雙向波分復(fù)用光，能夠靈活的進(jìn)行總線型、樹形、環(huán)形以及星型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟詽M足需要。EPON的典型系統(tǒng)是由光線路終端、光網(wǎng)絡(luò)單元、光分配網(wǎng)三個(gè)部分組成，其系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

OLT是整個(gè)EPON系統(tǒng)的核心設(shè)備，既為多業(yè)務(wù)提供平臺(tái)，又是路由器或交換機(jī)，可向網(wǎng)絡(luò)側(cè)提供SDH、GE以太網(wǎng)、視頻、2M等業(yè)務(wù)接口。向用戶側(cè)提供點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的PON接口，即光纖接口。向ONU發(fā)送數(shù)據(jù)并且控制其功率時(shí)，OLT是以廣播的方式，控制并且發(fā)起測(cè)距過(guò)程，為其分配帶寬，并且控制數(shù)據(jù)發(fā)送窗口的大小。多個(gè)或者一個(gè)無(wú)源光分路器、光纖和相關(guān)無(wú)源光器件構(gòu)成ODN，其結(jié)構(gòu)是點(diǎn)到多點(diǎn)，提供OLT與ONU之間的光傳輸通道，以線型、環(huán)形等為常見(jiàn)的鏈接方式。而POS、光纖光纜、光衰減器、光連接器、光纜交接箱、ODF、分纖盒等則組成ODN。ONU是用戶端設(shè)備，為用戶提供視頻、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)接口，其提供的功能有響應(yīng)OLT發(fā)出功率控制及測(cè)距命令，選擇接收廣播數(shù)據(jù)，緩存用戶的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，以時(shí)分復(fù)用方式向上行方向發(fā)送和一些其他的以太網(wǎng)功能。

1.2 EPON協(xié)議

EPON協(xié)議各層基本要求：①電力EPON綜合接入系統(tǒng)使用1000BASE-PX20接口物理類型，支持的傳輸距離為20 km；②EPON系統(tǒng)為單纖雙向系統(tǒng)，上、下行的波長(zhǎng)不同，上行波長(zhǎng)為1 260～1 360 nm，下行的波長(zhǎng)為1 480～1 500 nm；③EPON系統(tǒng)音使用符合ITU-TG.652的單模光纖；④EPON系統(tǒng)的PMD子層要符合YD/T 1475和IEEE Std 802.3-2005的規(guī)定；⑤PCS子層/PMA子層和RS子層、OAM功能、多點(diǎn)控制協(xié)議MPCP要符合YD/T 1771和YD/T1475的規(guī)定。

1.3 EPON的關(guān)鍵技術(shù)

①測(cè)距與延時(shí)補(bǔ)償，使用控制門作為窗口，類似于以太網(wǎng)碰撞機(jī)制中的隨機(jī)后退方式，各ONU隨機(jī)后退方式進(jìn)行注冊(cè)。

②時(shí)間戳定方式，采取絕對(duì)定時(shí)的方法以脫離周期性的幀局限進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制，能夠?qū)Σ欢ㄩL(zhǎng)的以太網(wǎng)傳輸造成便利。

③MPCP多點(diǎn)控制幀，為了使OLT可以控制點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，可以增加以太網(wǎng)控制幀。

④其他關(guān)鍵技術(shù)，包括業(yè)務(wù)等級(jí)服務(wù)下行加密技術(shù)和OAM功能動(dòng)態(tài)帶寬分配技術(shù)。

1.4 EPON的技術(shù)特點(diǎn)

1.4.1 EPON技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

①可以提供非常高的寬帶，其上下行對(duì)稱的寬帶可以達(dá)到1.25 Gb/s，隨著EPON技術(shù)的推進(jìn)和創(chuàng)新，未來(lái)有可能增長(zhǎng)到10 Gb/s。高寬帶為通信的及時(shí)性和大數(shù)據(jù)處理打下了非常好的基礎(chǔ)。

②相對(duì)低的成本：由于EPON的建設(shè)成本較低，可維護(hù)性好，容易擴(kuò)展。沒(méi)有電子部件，在傳輸中不要電源，因而鋪設(shè)簡(jiǎn)易。EPON系統(tǒng)對(duì)局端資源的占用率很低，基本不用維護(hù)，投資的回報(bào)率高。

③服務(wù)的范圍廣，作為點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，扇形輻射式的服務(wù)，可以節(jié)省資源，服務(wù)于大量的客戶。

④帶寬的分配靈活，對(duì)帶寬的分配有整套的體系，可以通過(guò)WRED，DiffServ，PQ/WFQ等來(lái)實(shí)現(xiàn)帶寬分配，并保證每個(gè)用戶的QoS。

1.4.2 EPON技術(shù)的缺點(diǎn)

①全網(wǎng)改造的難度大，在現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，需要資金和技術(shù)的支持，消耗的成本較大。此外，當(dāng)?shù)徒尤霑r(shí)，覆蓋的成本高，短期難以回收成本。

②雙絞線和內(nèi)布線對(duì)傳輸距離有一定的限制，尤其是在樓內(nèi)進(jìn)行布線時(shí)，受到制約。

③由于是二張網(wǎng)絡(luò)分離經(jīng)營(yíng)，對(duì)維護(hù)人員的專業(yè)要求比較高。

2 EPON技術(shù)在電網(wǎng)配用電系統(tǒng)中的組網(wǎng)應(yīng)用方案

2.1 OLT與ONU組網(wǎng)

①能夠?qū)崿F(xiàn)全光路保護(hù)的全光纖保護(hù)模式，采取1：2非均分分光器，由于ONU需要雙PON接口支持，所以占用2個(gè)PON接口。

②環(huán)形保護(hù)方式，可以實(shí)現(xiàn)全光路保護(hù)，類似于環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，占用2個(gè)PON接口，ONU需支持雙PON接口，采用1：2非均分分光器，要求光纜環(huán)形鋪設(shè)迂回至變電站。

③手拉手保護(hù)方式，可以實(shí)現(xiàn)全光路保護(hù)，2個(gè)OLT處于不同的變電站，不同變電站設(shè)備的檢修不會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)傳輸造成影響，符合電力配網(wǎng)輸電結(jié)構(gòu)，可靠性高。

2.2 SDH/MSTP與OLT組網(wǎng)

①OLT直接上聯(lián)至SDH/MSTP，該組網(wǎng)方式是局中心的核心交換機(jī)與各站點(diǎn)的OLT組成了星型結(jié)構(gòu)，OLT通過(guò)GE上聯(lián)至站內(nèi)的SDH/MSTP，其優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)約主干光纜的資源。

②OLT之間組成GE光纖環(huán)網(wǎng)，在各站點(diǎn)安裝OLT，并且在之間通過(guò)GE組成光纖環(huán)網(wǎng)。為了保證業(yè)務(wù)倒換時(shí)間在50 ms以內(nèi)，可以采用以太網(wǎng)多環(huán)切換的模式。環(huán)網(wǎng)中局中心的核心交換機(jī)和OLT相連，該組網(wǎng)方式可以在不增加任何投資的前提下，節(jié)約設(shè)備的GE口資源。

3 EPON技術(shù)在電網(wǎng)配用電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

本文研究的對(duì)象以2010年某電力局采用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建設(shè)EPON配用電通信網(wǎng)絡(luò)為例，工程建設(shè)的區(qū)域共涉及到3座110 kV的變電所，8座10 kV的開(kāi)關(guān)站，20座配電房和156棟居民樓。其業(yè)務(wù)范圍包括多個(gè)方面，如蓄電池監(jiān)測(cè)、遙視、開(kāi)關(guān)站和配電房的防盜業(yè)務(wù)，開(kāi)關(guān)站的站所終端業(yè)務(wù)，居民樓的表箱進(jìn)線電壓檢測(cè)、用戶智能開(kāi)關(guān)、智能電表電量集抄業(yè)務(wù)等。某電力局為了EPON配用電通信系統(tǒng)的應(yīng)用可靠性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證，并積累了大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

3.1 通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

在配用電系統(tǒng)中的通信網(wǎng)絡(luò)主要是采用EPON通信技術(shù)，整個(gè)配網(wǎng)通信光纜的線路長(zhǎng)度達(dá)到了21 km。從信息安全方面和系統(tǒng)業(yè)務(wù)的接入來(lái)考慮，必須要保證網(wǎng)絡(luò)完全的隔離，確保信息的安全性，組成管理信息大區(qū)和生產(chǎn)控制大區(qū)，二者相互獨(dú)立，這樣的好處是可以有效的隔離開(kāi)關(guān)站的RTU信息，并且起到監(jiān)測(cè)配電站和防盜的作用，從而實(shí)現(xiàn)信息安全隔離的需要，達(dá)到互動(dòng)化、自動(dòng)化和信息化的通信支撐。生產(chǎn)控制大區(qū)的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)配網(wǎng)傳輸信息來(lái)控制大區(qū)的數(shù)據(jù)，以110 kV變電所為集合點(diǎn)，結(jié)合10 kV電力線出線的電氣接線結(jié)構(gòu)。采用手拉手倒換結(jié)構(gòu)保護(hù)模式，ONU安裝在開(kāi)關(guān)站，OLT則安裝在不同的變電所，這樣即使OLT設(shè)備失效或光纜中斷，都可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，并且當(dāng)異常發(fā)生之后，ONU能自動(dòng)快速的選擇OLT。管理信息大區(qū)網(wǎng)絡(luò)是負(fù)責(zé)營(yíng)銷電量采集數(shù)據(jù)和傳輸管理信息大區(qū)數(shù)據(jù)的，以各開(kāi)關(guān)站的OLT和局中心的2臺(tái)OLT組成KM以太冗余環(huán)網(wǎng)，開(kāi)關(guān)站到居民樓和配電房的接入則采用星型EPON模式，可以實(shí)現(xiàn)光纖全保護(hù)倒換方式。

3.2 應(yīng)用分析

在建設(shè)的2個(gè)EPON配用電網(wǎng)絡(luò)中，可以實(shí)現(xiàn)靈活和實(shí)時(shí)的通信架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)配用電信息的實(shí)時(shí)傳輸、資源共享和高度集成，極大的減少了未經(jīng)授權(quán)而非法接入的情況，提升了網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴Ｓ捎诖隧?xiàng)目的實(shí)施，提升電壓合格率和供電的可靠性，工作的效能較以往有質(zhì)的提升，為客戶提供了優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，產(chǎn)生了較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 EPON技術(shù)在電網(wǎng)配電系統(tǒng)中應(yīng)用的思考

顯然，在電網(wǎng)配電系統(tǒng)中建立了EPON通信網(wǎng)絡(luò)之后，工作的效率和服務(wù)的水平都比以往有了很大的提升，企業(yè)在創(chuàng)造更好的效益的同時(shí)，服務(wù)的對(duì)象也享受到了高質(zhì)量的配用電服務(wù)，但是此類技術(shù)應(yīng)用中仍然有改進(jìn)的地方，因而需要從多個(gè)方面進(jìn)行改善，筆者提出以下幾點(diǎn)建議：

①加強(qiáng)員工的專業(yè)技術(shù)培養(yǎng)，在安裝、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)等方面進(jìn)行細(xì)致的培訓(xùn)，組織員工參加講座、技術(shù)培訓(xùn)等活動(dòng)，切實(shí)提升員工的專業(yè)技能，以免在實(shí)際的工作中出現(xiàn)誤操作或隨意操作的行為，減少不必要的失誤。

②制定相關(guān)的制度規(guī)范，由于EPON技術(shù)比較新穎，許多操作規(guī)范仍在探索當(dāng)中，因而需要建設(shè)規(guī)范制度，以便員工有章可循，按照科學(xué)的方式操作，減少對(duì)設(shè)備的破壞。

③建立考核評(píng)估機(jī)制，對(duì)EPON技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行調(diào)查評(píng)估，需要改善的地方則及時(shí)的改進(jìn)，減少各個(gè)環(huán)節(jié)之間的沖突，提高工作的有序性。

4 結(jié) 語(yǔ)

EPON應(yīng)用于配用電系統(tǒng)中，可以有效的提升配用電工作的效率，提升經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但此類技術(shù)的應(yīng)用仍然有待進(jìn)一步探索，本文觀點(diǎn)僅作參考。

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