EPON網(wǎng)絡(luò)在配網(wǎng)自動化中的應(yīng)用

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摘 要 本文主要介紹了當(dāng)前配網(wǎng)自動化通信網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，著重探討了配電自動化通信網(wǎng)絡(luò)中最常用的EPON技術(shù)。從配電主站到變電站、變電站到配電終端兩個層面對通信網(wǎng)組網(wǎng)方案進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 配網(wǎng)自動化；EPON；組網(wǎng)方式

中圖分類號 TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）172-0081-02

目前，隨著地區(qū)新型工業(yè)化進(jìn)程的加快，用戶對電能質(zhì)量和供電可靠性的要求進(jìn)不斷提高。用戶對于用電質(zhì)量的體驗直接取決于配網(wǎng)系統(tǒng)是否穩(wěn)定，為了增強配網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高供電可靠性、降低運維費用、減少運維人員勞動強度成為迫在眉睫的問題。配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的重要支撐平臺配網(wǎng)自動化通信網(wǎng)主要負(fù)責(zé)自動化設(shè)備三遙信息的采集、傳輸和處理。因此構(gòu)建網(wǎng)架堅強，組網(wǎng)靈活，安全可靠地配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)對于組建配網(wǎng)自動化系統(tǒng)至關(guān)重要。

1 配網(wǎng)自動化通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析

從國內(nèi)外配網(wǎng)自動化系統(tǒng)目前采用的通信技術(shù)來看，尚沒有一種技術(shù)可以很契合的滿足配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的需要。因為配網(wǎng)的組網(wǎng)方式靈活多變，環(huán)境復(fù)雜惡劣，每個層次有自己所獨有的通信需求，因此一個配網(wǎng)自動化的通信網(wǎng)中往往采用多種技術(shù)的混合。目前常見的配網(wǎng)通信技術(shù)有光通信接入網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)和電力載波技術(shù)。

EPON和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是光通信接入網(wǎng)技術(shù)的兩個重要分支。EPON是一種點到多點的網(wǎng)絡(luò)，采用了新的組網(wǎng)方式。EPON網(wǎng)絡(luò)由光線路終端、光網(wǎng)絡(luò)單元、無源分光器組成。因為網(wǎng)絡(luò)采用了無源分光器的級聯(lián)方式組網(wǎng)，并且網(wǎng)絡(luò)的最大傳輸距離有20km，極大程度上降低了對環(huán)境的依賴。EPON網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式極為靈活，常見的樹型、星型、總線型、混合型都可以成為EPON的組網(wǎng)方式。EPON網(wǎng)絡(luò)最大的優(yōu)點是單個或多個ONU發(fā)生故障時不會影響整個系統(tǒng)的運行，為配網(wǎng)自動化系統(tǒng)提供了有力的通信保障。在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中各DTU、FTU等控制、監(jiān)測、采集的裝置處加裝工業(yè)級交換機，通過光纖進(jìn)行連接通信，這是工業(yè)以太網(wǎng)在配網(wǎng)自動化中最常用的應(yīng)用方式。工業(yè)以太網(wǎng)可在極端環(huán)境下正常運行，并且?guī)捀?，系統(tǒng)可靠性強，但是其成本過于高昂，不適應(yīng)配網(wǎng)中的點到多點的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，擴容性差。

無線通信技術(shù)在配網(wǎng)中的應(yīng)主要有租用運營商的無線網(wǎng)絡(luò)、WiMAX、Mobitex等方案。租用3G無線網(wǎng)絡(luò)租用到電力系統(tǒng)配網(wǎng)中是目前最長用的方案。其主要特點是無需前期敷設(shè)光纜或其他有線通信線纜，接入靈活，在一些通信線纜難以到達(dá)的地方具有很強的優(yōu)勢。但是租用運營商的3G通道，在數(shù)據(jù)保密性上達(dá)不到電力網(wǎng)的要求、并且實時性和延展性較差。

電力載波技術(shù)是電力系統(tǒng)中一種特有的通信技術(shù)，是一項利用已有的電力線纜進(jìn)行通信的方式。電力載波技術(shù)與無線通信技術(shù)有著相似的優(yōu)點，不需要重新敷設(shè)通信線纜，可以滿足任何地點的電力通信需求。但是電力載波通信提供的帶寬小、信號抗干擾能力差等缺點。但是近幾年P(guān)LC技術(shù)難關(guān)的逐漸攻破，不遠(yuǎn)的將來我們能夠看到PLC技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。

2 EPON技術(shù)工作原理

EPON是由國際電氣電子工程師協(xié)會提出并標(biāo)準(zhǔn)化的無源光纖網(wǎng)絡(luò)。EPON由光線路終端、光分配網(wǎng)絡(luò)和光網(wǎng)絡(luò)單元組成。其中光分配網(wǎng)絡(luò)由無源分光器和光纜組成。光信號在光纜中的傳輸采用波分復(fù)用技術(shù)，以實現(xiàn)單纖雙向的傳輸需求。上行波長1 310nm，下行波長1 490nm，上下行光速率均達(dá)到1Gbit/s，最大傳輸距離20km。并且具有極強的抗多點失效的特點。其在物理層采用PON技術(shù)，在數(shù)據(jù)鏈路層采用以太網(wǎng)協(xié)議。EPON組網(wǎng)方式靈活，技術(shù)成熟，成本低。EPON網(wǎng)絡(luò)下行采用廣播的方式傳送數(shù)據(jù)幀。OLT將發(fā)送給每一個ONU 的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行封裝，打上標(biāo)記。當(dāng)數(shù)據(jù)幀達(dá)到ONU時，每個ONU會根據(jù)數(shù)據(jù)幀上的MAC地址和幀類型來判斷該幀需不需要接受。上行數(shù)據(jù)由每個ONU采用共享的方式發(fā)送給OLT。因為這種上下行數(shù)據(jù)的不對稱性，上行數(shù)據(jù)通信方式采用了TDMA（時分復(fù)用）技術(shù)。EPON網(wǎng)絡(luò)的強大的擴容性，使得后期擴容ONU提供了可靠的技術(shù)保障。

EPON網(wǎng)絡(luò)中每個OLT安裝在各等級的變電站通信機房內(nèi)，通過光纖與骨干通信網(wǎng)相連接。ONU是用戶側(cè)設(shè)備，通常安放在環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)等配網(wǎng)設(shè)備上，通過RJ45或者RS232與DTU、FTU等設(shè)備相連。

3 EPON技術(shù)的可行性分析

1）經(jīng)濟性。EPON網(wǎng)絡(luò)通過無源光器件搭建，不用配置電源，鋪設(shè)方便，基本不用維護(hù)。并且EPON網(wǎng)絡(luò)具有較高的擴容性，對于后期得維護(hù)和擴建成本節(jié)省很大。

2）帶寬大。EPON網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)行技術(shù)下可以達(dá)到上下行對稱的1.25Gbit/s的帶寬，在不斷的發(fā)展技術(shù)條件下，未來可以擴展至10Gbit/s，能夠很好的應(yīng)對配網(wǎng)自動化系統(tǒng)對通信網(wǎng)絡(luò)不斷提高的要求。

可靠性高。EPON網(wǎng)絡(luò)在組網(wǎng)時采用光纖作為通信鏈路，因為光纖具有傳輸距離遠(yuǎn)。損耗低。頻帶寬等優(yōu)點，而且在傳輸過程中具有很強的抗電磁干擾能力，大大提高信號的傳輸質(zhì)量。

3）安全性。EPON網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)架采用手拉手的環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，每個ONU雙PON口。并且網(wǎng)絡(luò)具有很好的抗多點失效能力。

4）帶寬分配靈活。EPON網(wǎng)絡(luò)可以通過帶寬分配算法對每個ONU進(jìn)行動態(tài)帶寬分配，并且后期有新的ONU需要添加時，可以實現(xiàn)熱分配，保證每個ONU的服務(wù)質(zhì)量。

5）完善的網(wǎng)管功能。故障管理、性能管理、告警管理、配置管理、安全管理等是EPON網(wǎng)絡(luò)基本的功能，能夠通過OLT的網(wǎng)管系統(tǒng)，對設(shè)備進(jìn)行管理。

4 基于EPON的配網(wǎng)通信組網(wǎng)方案

本文以烏魯木齊配網(wǎng)自動化二期工程為例，主要說明EPON在配網(wǎng)自動化工程中的應(yīng)用。烏魯木齊配網(wǎng)自動化二期項目以無源光網(wǎng)絡(luò)為主、無線公網(wǎng)技術(shù)為輔的組網(wǎng)方式。實現(xiàn)光纖覆蓋8座110kV變電站，62條10kV線路。二期項目將承載區(qū)域配電網(wǎng)的用電信息采集、雙向互動營銷等各種智能電網(wǎng)的雙向通信業(yè)務(wù)，滿足一次設(shè)備對各種通信的需求。并以圖1為二期配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)圖。

配網(wǎng)通信系統(tǒng)的好壞很大程度上決定著配網(wǎng)自動化工程的質(zhì)量。此次設(shè)計的配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)分為兩層層：配電主站到變電站通信層、變電站到配電終端通信層。

1）配電主站到變電站通信層。由于覆蓋本次實施區(qū)域內(nèi)的SDH設(shè)備承載業(yè)務(wù)過多，接口數(shù)量及容量不足，后期維護(hù)擴容難度大， 但骨干層光纖資源富裕度較高，新建PTN光纖傳送網(wǎng)可操作性較好，且能更好的滿足配電信息IP接入的要求，PTN具有帶寬統(tǒng)計復(fù)用能力是交換核心分組化的重要體現(xiàn)，因此PTN在流量不確定，承載突發(fā)性較高的分組業(yè)務(wù)中表現(xiàn)十分突出。與此同時，PTN不但擁有OAM機制，而且具備與SDH類似的總動保護(hù)倒換功能，能夠滿足電力行業(yè)可靠性通信的要求。故采用新建PTN組網(wǎng)，實現(xiàn)配電通信系統(tǒng)骨干層通信。

2）變電站到配電終端通信層。變電站至配電終端選擇以光纖通信EPON技術(shù)為主、無線公網(wǎng)GPRS作為必要補充的通信技術(shù)。

在EPON通信部分中：ONU采用雙PON口設(shè)備，在組網(wǎng)過程中形成手拉手保護(hù)環(huán)；為了適應(yīng)極端惡劣的環(huán)境條件，ONU應(yīng)該選用工業(yè)級設(shè)備；ONU一般裝設(shè)在柱上開關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜等設(shè)備上，采集DTU、FTU等設(shè)備采集的信息，傳送至就近變電站。OLT設(shè)備裝設(shè)在變電站內(nèi)，匯聚站屬ONU的信息。見圖2。

（1）根據(jù)城區(qū)配網(wǎng)的實際情況，無源光通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)主要有手拉手、環(huán)形和單鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。

（2）因為城區(qū)配電自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)需要手拉手的多級聯(lián)絡(luò)自愈保護(hù)結(jié)構(gòu)，因此，ONU設(shè)備均采用雙PON口。

（3）EPON網(wǎng)絡(luò)具有很強的靈活性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分光器級數(shù)、分光比都可以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進(jìn)行自行選擇。理論上EPON光網(wǎng)絡(luò)的分光器可以無限級聯(lián)，但是每個ONU的光通道衰減應(yīng)該小于24dB，在設(shè)計組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的時候充分考慮分光器端口的利用率和網(wǎng)絡(luò)的可維護(hù)性。在實際應(yīng)用中，分光器的級聯(lián)次數(shù)越多，越能夠節(jié)省主干通信網(wǎng)的光纖資源，但也會增加接口數(shù)量、增大支路衰耗。因此在組網(wǎng)過程中要充分考慮主干通信網(wǎng)的光纖資源和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。另外在組網(wǎng)過程中，要為今后的擴容留出空間。

（4）根據(jù)OLT到ONU之間光路衰耗的要求和以往配置ONU的經(jīng)驗，結(jié)合城區(qū)配電網(wǎng)的實際情況和為以后的擴容、改造升級做準(zhǔn)備，對于采用非均勻分光器級聯(lián)組網(wǎng)的鏈路，初期不超過5級，后期擴容不超過10級。采用均勻分光器的初期不超過2級、后期擴容不超過3級。

GPRS無線公網(wǎng)通信方式在初期建設(shè)期間，具有建設(shè)周期短、使用靈活、維護(hù)方便等優(yōu)點。因此，在配電自動化通信通道建設(shè)階段，對于光纜無法敷設(shè)到位及二遙型站點，GPRS無線公網(wǎng)可作為輔助補充通信方式。

5 結(jié)論

通過實施基于EPON技術(shù)配電自動化建設(shè)，實現(xiàn)對配電網(wǎng)的實時監(jiān)控，提升配網(wǎng)調(diào)度安全性，避免由于支撐信息不足造成的“盲調(diào)”現(xiàn)象；自動確定和隔離故障點，實現(xiàn)自動恢復(fù)供電。減少了配電網(wǎng)的故障停電時間和保電成本，進(jìn)一步提升烏魯木齊電業(yè)局的社會責(zé)任能力。

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