基于EPON技術(shù)的電力信息網(wǎng)架構(gòu)分析與研究

劉素芳，楊 洋，王溢澤

(1.張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河北張家口075000;2.浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院,浙江杭州310058)

基于EPON技術(shù)的電力信息網(wǎng)架構(gòu)分析與研究

劉素芳1，楊 洋2，王溢澤2

(1.張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河北張家口075000;2.浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院,浙江杭州310058)

電力信息網(wǎng)不同于傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，需要有更好的實時性、可靠性，需要更加高效穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。針對電力信息網(wǎng)現(xiàn)狀，提出一套基于以太無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)的電力信息網(wǎng)構(gòu)架。該系統(tǒng)可以有效地提升電力信息網(wǎng)質(zhì)量，具有一定的推廣價值。

以太無源光網(wǎng)絡(luò);智能電網(wǎng);電力信息網(wǎng)

由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、國家財政的支持，智能電網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展如火如荼。電力信息網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)，負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)的各個獨立系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)工作。就像只有好的公路建設(shè)才會有運輸業(yè)的發(fā)展一樣，只有建設(shè)一個高效、可靠的電力信息網(wǎng)才能推動智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)更進(jìn)一步的發(fā)展。

傳統(tǒng)的電力信息網(wǎng)是基于TCP/IP構(gòu)建的，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有方便交流理解、與具體實現(xiàn)無關(guān)和便于模塊化的特點。但是隨著電力信息網(wǎng)的發(fā)展，這種舊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)難以滿足電力信息網(wǎng)對實時監(jiān)控越來越高的要求，因此尋求一種新型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)迫在眉睫。

無源光纖網(wǎng)絡(luò)(PON)是指在光配線網(wǎng)絡(luò)中不含有任何有源電子器件的傳輸網(wǎng)絡(luò)，其突出的優(yōu)點是徹底消除了有源電子器件，使得所有信號處理都在交換機實現(xiàn)。目前常用的PON技術(shù)主要有基于以太無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)和基于ITU-TG.984.x的無源光網(wǎng)絡(luò)(GPON)[1]。

雖然在速率傳輸和多業(yè)務(wù)支持方面GPON優(yōu)于EPON，但是GPON的成本遠(yuǎn)高于EPON，并且GPON技術(shù)發(fā)展不成熟，故選擇EPON作為電力信息網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1 電力信息系統(tǒng)構(gòu)架

智能電網(wǎng)是在傳統(tǒng)的電網(wǎng)基礎(chǔ)上通過大量的信息采集，可靠的信息傳輸和高效的信息處理所實現(xiàn)的對電網(wǎng)設(shè)備的智能化處理，并為用戶提供智能化服務(wù)。智能電網(wǎng)的主要特點包括：

(1)可觀性強：智能電網(wǎng)通過各種信息服務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)實時性的數(shù)據(jù)監(jiān)測；

(2)可靠性高：智能電網(wǎng)系統(tǒng)可以從系統(tǒng)震蕩中迅速恢復(fù)，具有較高的魯棒性；

(3)用電和發(fā)電雙方的信息交互：在智能電網(wǎng)中用戶可以實時監(jiān)測到自己家用設(shè)備的耗電量，用戶可以據(jù)此調(diào)整自己的用電習(xí)慣達(dá)到節(jié)約電能的目的。電網(wǎng)的配電系統(tǒng)同樣可以采集到該區(qū)域中每個用戶的耗電情況，從而做出更合適的配電方案。

由此可見，在智能電網(wǎng)中至關(guān)重要的是信息的實時、可靠傳遞。電力信息網(wǎng)的建設(shè)是智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)性部分?，F(xiàn)有的電力信息系統(tǒng)主要包括配電網(wǎng)管理系統(tǒng)、電力自動化調(diào)度網(wǎng)絡(luò)及其供電系統(tǒng)、廣域監(jiān)測系統(tǒng)、自動供電系統(tǒng)等。將這些系統(tǒng)有效的連接運行，需要強有力的電力信息網(wǎng)建設(shè)。本設(shè)計基于現(xiàn)有的電力信息系統(tǒng)架構(gòu)，提出三層電力信息系統(tǒng)的架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 電力信息系統(tǒng)層次圖

在該模型中，由上往下分別是應(yīng)用體系層、支撐平臺層和基礎(chǔ)設(shè)施層?；A(chǔ)設(shè)施層是電力信息網(wǎng)架構(gòu)的硬件基礎(chǔ)，主要為電力系統(tǒng)中物理信息的采集以及信息傳輸?shù)耐ㄐ排c網(wǎng)絡(luò)，支撐平臺層主要對傳輸信息進(jìn)行分析處理，應(yīng)用體系層則是電源的供給，電網(wǎng)的傳輸和用戶的耗電具體實現(xiàn)。

2 基于EPON的電力信息網(wǎng)建設(shè)

2.1 EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

EPON的基于PON的以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在常見的EPON結(jié)構(gòu)主要有三種[2]：樹狀結(jié)構(gòu)，總線狀結(jié)構(gòu)和環(huán)狀結(jié)構(gòu)，具體的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

樹狀結(jié)構(gòu)是現(xiàn)在最常用的結(jié)構(gòu)，其光線路終端(OLT)與遠(yuǎn)程節(jié)點(RN)的連接方式是單根光纖，RN與光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)之間分別用自己的光纖連接。樹狀結(jié)構(gòu)讀每個ONU都有大致相同的功率預(yù)算，因此可以通過大功率發(fā)送信號?？偩€型結(jié)構(gòu)可以看作是特殊的樹狀結(jié)構(gòu)，它的優(yōu)點是節(jié)約光纖并且節(jié)點的布置相對比較靈活，但是缺點是節(jié)點的數(shù)量有限并且網(wǎng)絡(luò)成本高。環(huán)狀結(jié)構(gòu)具有較好的魯棒性，由于每個ONU都通過兩個方向連接到OLT，因此當(dāng)光纖斷裂時仍舊可以保持網(wǎng)絡(luò)的暢通。

2.2 EPON的保護(hù)架構(gòu)

國際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ITU-T)提出兩種EPON的保護(hù)架構(gòu)：Type A和Type C。Type A架構(gòu)對主干光纖網(wǎng)采取冗余保護(hù)策略，Type C架構(gòu)的整個網(wǎng)絡(luò)采取冗余保護(hù)策略。相比較而言Type C有更好的可靠性與穩(wěn)定性，但是Type C的保護(hù)成本相對較高。

為了降低保護(hù)成本，同時提高保護(hù)的可靠性與穩(wěn)定性，人們提出了鄰接保護(hù)方案和環(huán)狀保護(hù)方案。鄰接保護(hù)方案：鄰接保護(hù)的基本原理是在兩個相鄰的ONU之間采用互聯(lián)光纖進(jìn)行彼此的保護(hù)，在OLT和RN之間采用備份保護(hù)。這樣降低了PON建設(shè)的消耗光纖總數(shù)，從而降低了保護(hù)成本。環(huán)狀保護(hù)方案：環(huán)狀保護(hù)方案的模型如圖3所示。在正常工作的條件下，OLT發(fā)出的命令沿著逆時針的方向傳輸?shù)絋/R 1，同時T/R 1發(fā)出的上行信號經(jīng)順時針傳送到OLT。但是當(dāng)ONUi和ONUi+1之間的光纖斷裂以后，正常的傳輸被打斷，這時候從第ONUi+1開始一直到最后一個ONU節(jié)點打開T/R 2，進(jìn)行數(shù)據(jù)的重新連接。同時OLT將開關(guān)撥向2，這部分的ONU信號沿著順時針方向傳輸而另一部分則還是按照原來的逆時針方向進(jìn)行傳輸。環(huán)狀的設(shè)計方案使得光纖的鏈路長度小于直線型架構(gòu)，減少了保護(hù)成本。

圖3 環(huán)狀保護(hù)結(jié)構(gòu)模型

2.3 電力信息網(wǎng)的EPON構(gòu)架

前文已經(jīng)詳細(xì)介紹了EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和保護(hù)架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計電力信息網(wǎng)的架構(gòu)模型。眾多的設(shè)備單元通過POS與ONU等設(shè)備在局端的機房EPON設(shè)備相互連接，并且同時連接到主干網(wǎng)上。這樣有效地實現(xiàn)了發(fā)電站、變電站、電力營業(yè)機構(gòu)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)的接入，保證了本地網(wǎng)與主干網(wǎng)的互聯(lián)通信[3]。

為了確保網(wǎng)絡(luò)的安全性與可靠性，在EPON網(wǎng)和主干網(wǎng)連接處采用雙環(huán)狀保護(hù)結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)具有雙總線，保證了網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的靈活性和信息傳輸?shù)目煽啃?，具體的設(shè)計圖如圖4所示。

圖4 電力信息系統(tǒng)的EPON構(gòu)架

在基于EPON的電力信息網(wǎng)架構(gòu)中，主干網(wǎng)采用電力系統(tǒng)中的SDH傳輸網(wǎng)的信號傳輸信道來搭建主干數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)平臺，采用IPoverSDH技術(shù)的信息傳輸網(wǎng)的最大傳輸速率能達(dá)到100 Mbit/s。本設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是基于現(xiàn)有的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)搭建，只需要在電網(wǎng)的SDH設(shè)備上添加INTERNET上網(wǎng)設(shè)備即可，不需要改變原有的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，這樣在建設(shè)過程中減少了成本的支出。EPON子網(wǎng)可以在主干線的沿線接入，根據(jù)接入的距離使用無源分光器進(jìn)行逐級的接入方式。這樣可以保證EPON網(wǎng)的數(shù)據(jù)接入速率在1 Mbit/s到1 Gbit/s之間，使得電力信息網(wǎng)為電網(wǎng)提供安全、可靠、穩(wěn)定的服務(wù)，既滿足了電網(wǎng)的管理需求，又滿足了市場發(fā)展的需求。

3 總結(jié)

針對智能電網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)實需求，結(jié)合現(xiàn)在的電力信息網(wǎng)發(fā)展的趨勢，本文對基于EPON技術(shù)的電力信息網(wǎng)進(jìn)行了深入的分析與研究。EPON技術(shù)是電力信息網(wǎng)通信接入的有效方式，它一方面為電網(wǎng)管理者提供了安全可靠的通信基礎(chǔ)，為智能電網(wǎng)的視頻監(jiān)控，遠(yuǎn)程控制提供了有力的保證，另一方面也為用戶更方便快捷的查詢耗電量提供服務(wù)。

[1]顧碗儀,黃永清,陳雪，等.光纖通信[J].北京:人民郵電出版社,2006:26-29.

[2]李學(xué)易,韓一石,韓國軍,等.基于EPON的綜合接入組網(wǎng)設(shè)計[J].光通信技術(shù)，2009(9)：17-19.

[3]馬強,陳啟美,李勃.躋身未來的電力線通信(二)電力線信道分析及模型[J].電力系統(tǒng)自動化,2003,27(4):72-76.

Electric-information-network based on EPON

LIU Su-fang1,YANG Yang2,WANG Yi-ze2
(1.Zhangjiakou Vocational Colege of Technology,Zhangjiakou Hebei 075000,China;2.College of Information Science&Electronic Engineering,Zhejiang University,Hangzhou Zhejiang 310058,China)

The electric information network is different from tradition network,which need better real-time,reliable and efficient network.According to the current situation,the electric information network based on EOPN was proposed,which could improve the quality of electric information network and had a certain popularization value.

EPON;smart grid;electric information network

TM 7

A

1002-087 X(2017)07-1068-03

2016-12-11

劉素芳(1965—)，女，河北省人，碩士，副教授，主要研究方向為電氣工程。