以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡技術在智能配用電通信網(wǎng)中的應用

郝曉偉，郭麗

（1.國網(wǎng)山西省電力公司信息通信公司，山西太原030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司，山西太原030001）

以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡技術在智能配用電通信網(wǎng)中的應用

郝曉偉1，郭麗2

（1.國網(wǎng)山西省電力公司信息通信公司，山西太原030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司，山西太原030001）

簡述了智能電網(wǎng)的概念，說明了配用電通信網(wǎng)在智能配用電系統(tǒng)中的作用。通過對3種無源光網(wǎng)絡技術的比較，闡述了以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡技術的優(yōu)勢，以及應用該技術實現(xiàn)智能配用電通信網(wǎng)的具體方案，并對實際建設中可能存在的問題進行了探討。

以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡；智能配用電；通信網(wǎng)

0 引言

智能電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎，將現(xiàn)代先進的傳感測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。在智能電網(wǎng)構架中，智能配用電系統(tǒng)是非常重要的一個環(huán)節(jié)，應用何種技術來實現(xiàn)智能配用電系統(tǒng)中的通信網(wǎng)絡是研究重點。

1 智能配用電系統(tǒng)的特征

配用電系統(tǒng)主要任務是把從電源或輸電網(wǎng)獲得的電能直接分配給不同電壓等級的用戶，是用戶直接感受供電服務質(zhì)量的主要環(huán)節(jié)。如何提升配用電系統(tǒng)綜合服務質(zhì)量，建設經(jīng)濟、高效、實用的智能配電網(wǎng)已成為電力公司的重要發(fā)展方向。

配用電通信網(wǎng)作為配用電系統(tǒng)各類信息傳輸?shù)妮d體，支撐配電自動化、電能質(zhì)量監(jiān)測、分布式電源、用電信息采集及電動汽車充換電等業(yè)務接入，是實現(xiàn)智能配用電系統(tǒng)的基礎。配用電通信網(wǎng)是指覆蓋110 kV及以下變電站、10 kV開關站、配電室、環(huán)網(wǎng)單元、柱上開關、配電變壓器、分布式能源站點、電動汽車充電站和10 kV（或20 kV/6 kV）配電線路等，由終端業(yè)務節(jié)點接口到骨干網(wǎng)下聯(lián)接口之間一系列傳送實體（如線路設施和通信設備等）組成，實現(xiàn)配電終端與系統(tǒng)間的信息交互，具有多業(yè)務承載、信息傳送、網(wǎng)管等功能。

傳統(tǒng)的GPRS或“CDMA1×”方式、有源光網(wǎng)絡、無源光網(wǎng)絡無疑都可以實現(xiàn)，但是傳統(tǒng)的GPRS或“CDMA1×”方式帶寬小、網(wǎng)絡不穩(wěn)定，難以實現(xiàn)智能配用電系統(tǒng)對實時、高可靠性的要求。有源光網(wǎng)絡AON（Active Optical Network）當網(wǎng)絡需要增加支路時，AON系統(tǒng)必須在支路節(jié)點增加光接口板以實現(xiàn)光方向的增加，從而使網(wǎng)絡成本激增。相較于前兩種技術，無源光網(wǎng)絡PON技術具有接入能力強、高可靠性、組網(wǎng)靈活的特點，在實現(xiàn)雙向通信網(wǎng)絡上具有很大的優(yōu)勢[1]。

2 PON技術概述

無源光網(wǎng)絡PON（Passive OpticalNetwork）主要由OLT光線路終端、ONU光網(wǎng)絡單元、ODN分光器三部分構成[2]。

PON技術主要包括APON、EPON、GPON三種技術。

APON是ATM PON的簡稱。利用ATM的集中和統(tǒng)計復用特性，提供從窄帶到寬帶等各種業(yè)務，不僅支持可變速率業(yè)務，也支持時延要求較小的業(yè)務，具有支持多業(yè)務多比特率的能力。對稱速率為155.52Mb/s，非對稱速率為下行622.08Mb/s，上行155.52Mb/s，傳輸距離最大20 km，支持的光分路比在32～64之間。APON技術存在利用ATM信元造成的傳輸效率較低、帶寬受限、系統(tǒng)相對復雜、價格較貴、需要進行協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換等缺點。

以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡EPON（Ethernet Passive OpticalNetwork）是一種新型的無源光纖接入網(wǎng)技術，采用點到多點結(jié)構進行組網(wǎng)。EPON系統(tǒng)在物理層采用了PON技術，在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓撲結(jié)構實現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。因此，EPON系統(tǒng)融合了PON技術和以太網(wǎng)技術的優(yōu)點：低成本、高帶寬、擴展性強、靈活快速的服務重組、與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性等。目前，EPON技術已非常成熟，能夠滿足絕大多數(shù)的應用需求，現(xiàn)主要應用于電力公司用電信息采集系統(tǒng)和配電自動化業(yè)務系統(tǒng)，EPON系統(tǒng)傳輸速率、可靠性均能很好地滿足配用電業(yè)務要求，在已開展的配用電試點工程中取得較好的應用效果。

相比于EPON技術，GPON（Gigabit-capable PassiveOpticalNetwork）具有高帶寬、全業(yè)務接入、封裝簡單、OAM能力強等特點，而且其非對稱特性更能適應寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務市場。但GPON系統(tǒng)技術復雜度、組網(wǎng)成本均高于EPON，在我國電力系統(tǒng)內(nèi)應用很少，在配電環(huán)境中其適用性還有待驗證。

3 智能配用電通信網(wǎng)絡的解決方案

綜上所述，APON、EPON和GPON各有其優(yōu)、缺點。但是對于智能配用電通信網(wǎng)而言，EPON技術無疑是相對比較成熟可靠的。解決方案如圖1所示。

圖1 智能配用電通信網(wǎng)

若干OLT節(jié)點以光纖相連構成核心主干環(huán)網(wǎng)，采用環(huán)狀結(jié)構極大提高了核心網(wǎng)絡的可靠性，當環(huán)上某一條鏈路斷開時，能迅速啟用備份鏈路以恢復環(huán)網(wǎng)上各個節(jié)點之間的通信通路，保證業(yè)務不間斷。

接入層網(wǎng)絡結(jié)構與核心層網(wǎng)絡采用的以太網(wǎng)方式相同，只是終端設備的接口不一樣，若干個開關站分布在變電站附近，主要負責生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)的接入，各開關站根據(jù)實際地理位置及光源的衰減情況，配置相應的分光器，每個開關站配置1臺ONU設備，2個千兆EPON光口上行，4個FE接口下行，滿足開關站最多3個終端接入的實際需求。

為了使分站到開關站之間的通信更加穩(wěn)定，采用手拉手主備模式，配置2個激光收發(fā)單元LU和RU，通過網(wǎng)絡中不同的光纖路由，分別構成系統(tǒng)的2個通信方向，一個為工作方向，另一個為保護方向。組成這樣的網(wǎng)絡后，可靠性大大提高，不僅能抵抗單節(jié)點失效和多節(jié)點失效，還能抵抗光纖斷路。

4 實例應用

山西省電力公司在2010年啟動EPON工程，考慮首先應用于用電采集系統(tǒng)，其設計方案如下。

山西省縣級城市以上用電用戶用電信息采用PLC通信模式接入無源光網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，光纜利用城市10 kV線路建設，ONU單元放置在臺表側(cè)，采取分光器節(jié)約纖芯資源接入相鄰變電站OLT設備，各地區(qū)調(diào)度中心到各變電站已經(jīng)具備了SDH光傳輸網(wǎng)和綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)的條件。本方案采用雙OLT雙PON端口，主備或分擔模式建設EPON網(wǎng)，并采用100M/VPN網(wǎng)絡方式接入變電站綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)路由器，在綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)中采用專用VPN方式，高可靠性隔離防護方式運行，以保證營銷采集信息的交互性、時效性、安全性，結(jié)合山西省電力綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)現(xiàn)有運行模式實現(xiàn)省—地、地—縣、縣—開閉站（營業(yè)所）的一體化管理方式。

在省中心設置EPON管理中心和數(shù)據(jù)庫，在各地市分公司設置二級管理中心和本市備份數(shù)據(jù)庫，用于省市兩級管理中心對轄區(qū)范圍內(nèi)的EPON設備系統(tǒng)進行監(jiān)控和管理?？紤]到該光通信平臺將承載的配網(wǎng)自動化、用電信息采集等不同種類業(yè)務系統(tǒng)，因此應具備將所承載業(yè)務系統(tǒng)劃分在不同邏輯環(huán)境的設備技術系統(tǒng)。

在具體實施過程中需考慮以下問題。

a）根據(jù)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構的實際情況，EPON通信網(wǎng)可以采用單輻射、手拉手、環(huán)形、星型等網(wǎng)絡接線方式；ONU終端設備全部選用雙PON口設備，為全網(wǎng)最終形成手拉手及多聯(lián)絡自愈保護環(huán)結(jié)構預留空間。

b）具備有效的安全隔離措施：如端口隔離與限速，MAC綁定，終端綁定，OLT集成安全部署等。

c）統(tǒng)一網(wǎng)絡管理功能。包括用戶、業(yè)務和資源的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)EPON網(wǎng)絡的拓撲管理、性能監(jiān)控、告警管理和故障檢測等強大功能。

d）分光器的具體串接方式應根據(jù)現(xiàn)場實際光纜情況來設計，不能統(tǒng)一按照一個標準來盲目的施工。如原先可能設計為串接12個1∶2分光器，但根據(jù)光纜情況，只能串接8個，或者需要改為1∶3的分光器。

e）工程實施中光纜的架設問題。一是利用原有管道敷設光纜難度大，存在管道空間已滿等問題。二是主干線桿塔到臺變的最后幾十米采用何種方式敷設光纜，如采用三通接頭盒可能造成盤留光纜過多，影響市容市貌等問題。應根據(jù)實際情況選擇光纜架設方式，實在無法進行光纜敷設的區(qū)域，可考慮結(jié)合無線方式組網(wǎng)。

f）業(yè)務流量的估算問題。對于配用電通信網(wǎng)今后所承載的所有業(yè)務應進行流量估算，保證EPON設備的容量配置滿足業(yè)務需求，可擴展對未來智能用電服務業(yè)務的開展，如智能小區(qū)等。必要時還要考慮地區(qū)骨干通信網(wǎng)的升級擴容。

5 結(jié)束語

通過EPON技術實現(xiàn)智能配用電通信網(wǎng)，把開關站的各類防盜、監(jiān)控、監(jiān)測等信息通過光纖傳回中心站，從而提高了這些信息的安全性和穩(wěn)定性，同時徹底解決了傳統(tǒng)方式中有源光Modem易受斷電的影響，以及開關站同時存在光纖和GPRS的設備重復投資的問題，從而實現(xiàn)較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

［1］王成山，王守相，郭力.我國智能配電技術展望［J］.南方電網(wǎng)技術，2010，4（1）：18-22.

［2］于曉東，于昉.無源光網(wǎng)絡技術在配用電通信網(wǎng)中的應用［J］.電力系統(tǒng)通信，2010（5）：28-29.

The Schemes of Applying EPON Technology to Smart Power Distribution Communication Network

HAO Xiao-wei1，GUO Li2
（1.State Grid Shanxi Electric Power Corporation Information Comm unication Center，Taiyuan，Shanxi 030001，China;2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The conceptof smartgrid is elaborated and the role of distribution communication network in smart power distribution system is introduced.Through comparing three PON technologies，the advantagesofEPON technology are highlighted，and the scheme of applying EPON technology to realize smartpower distribution communication network is elaborated.Finally，the issues thatmay exist in the construction areexplored.

EPON；smartdistribution；communication network

TN915

B

1671-0320（2014）04-0050-03

2014-05-06，

2014-06-15

郝曉偉（1982-），男，山西運城人，2004年畢業(yè)于華北電力大學電子信息工程專業(yè)，工程師，從事電力通信傳輸運行、維護工作；

郭麗（1978-），女，山西運城人，2007年畢業(yè)于華北電力大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，高級工程師，從事電網(wǎng)運行、變電設計、同業(yè)對標等工作。