EPON在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

曹乃文

摘 要 隨著人們對(duì)用電量的增加，電力配網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性和自動(dòng)化要求程度愈發(fā)被人重視， EPON技術(shù)是配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)中的一項(xiàng)重要通信技術(shù)，是一種基于以太網(wǎng)的PON技術(shù)，將EPON技術(shù)結(jié)合到電力配網(wǎng)系統(tǒng)中，是電網(wǎng)建設(shè)創(chuàng)新發(fā)展的重要體現(xiàn)，本文通過EPON技術(shù)在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人士起到一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞 EPON技術(shù);配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng);應(yīng)用

引言

配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)是一種將高壓電向生產(chǎn)、生活用電轉(zhuǎn)變的系統(tǒng)，肩負(fù)著電能分配的重要使命，為了提高該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，EPON技術(shù)越來越廣泛地被應(yīng)用到該系統(tǒng)中。EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)），顧名思義，是基于以太網(wǎng)的PON技術(shù)。它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。將EPON技術(shù)結(jié)合到電力配網(wǎng)系統(tǒng)中，是電網(wǎng)建設(shè)創(chuàng)新發(fā)展的重要體現(xiàn)，對(duì)電能供應(yīng)質(zhì)量的提高有著實(shí)際的意義。

1EPON在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性

1.1 EPON基本結(jié)構(gòu)

EPON屬于點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接入網(wǎng)方式，主要包括網(wǎng)絡(luò)側(cè)的光線路終端（OLT）、無源光分路器（POS）、用戶側(cè)光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）等，可以形成樹型、星型、總線型等不同結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

在實(shí)際操作中，下行方向處在變電站的OLT可以使得不同業(yè)務(wù)類型（例如音頻、視頻、數(shù)據(jù)等）利用廣播形式通過POS分配到不同的ONU當(dāng)中;上行方向EPON利用TDMA技術(shù)使得不同ONU上行信息形成TDM信息流傳送到OLT。

1.2 EPON在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性分析

比較容易維護(hù)以及擴(kuò)展。EPON光分路器采取的為無源器件，所以非常便于維護(hù)，可以通過較小的投入得到較好的效果。另外，EPON系統(tǒng)采取的是模塊化方式，更加便于擴(kuò)展。

具有較高可靠性。由于EPON系統(tǒng)不同ONU之間采取的是并聯(lián)方式，所以和ONU連接的不同配網(wǎng)終端設(shè)備也采取的是并聯(lián)方式，因此任何終端產(chǎn)生故障都不會(huì)影響到系統(tǒng)的整體運(yùn)行。同時(shí)，EPON具有整套安全加密機(jī)制，能夠確保安全運(yùn)行。

具有比較大的寬帶。從現(xiàn)階段來看，EPON能夠提供上下行對(duì)稱的1.25Gbit/s的帶寬，同時(shí)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展能夠不斷優(yōu)化升級(jí)，這樣就可以很好的匹配后續(xù)配網(wǎng)自動(dòng)化通信業(yè)務(wù)的帶寬需要。

帶寬具有靈活的分配方式，能夠確保服務(wù)的有效進(jìn)行。EPON能夠利用DBA（動(dòng)態(tài)帶寬分配）算法來對(duì)每一個(gè)用戶帶寬實(shí)施動(dòng)態(tài)性分配，能夠確保每一個(gè)用戶的QoS。

具有非常廣闊的服務(wù)范圍。EPON屬于點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠通過局端單個(gè)光模塊和光纖資源涵蓋大量并且較為分散的終端用戶，確保每個(gè)用戶的服務(wù)有效性。

具有非常強(qiáng)的網(wǎng)管功能。EPON具有多方面管理功能，包括性能管理、配置管理、故障管理、安全管理、告警管理等等，可以利用連接在OLT上的網(wǎng)管監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)和ONU連接的終端監(jiān)控設(shè)備（例如FTU、TTU等）進(jìn)行管理[1]。

2EPON在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

2.1 組網(wǎng)方案

利用通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場終端和配電主站系統(tǒng)的通信通道，可以使得OLT設(shè)置在配電主站系統(tǒng)以及變電站自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中，通過不同的OLT形成主干通信網(wǎng)。而FTU、TTU相關(guān)數(shù)據(jù)主要通過變電站內(nèi)部RTU進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，形成分支通信網(wǎng)。主干通信網(wǎng)通過環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議（RRPP）能夠進(jìn)行快速業(yè)務(wù)倒換，能夠大大提升主干網(wǎng)絡(luò)可靠性，并且有效降低單點(diǎn)故障率。RRPP主要包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)，一般會(huì)選擇配電自動(dòng)化主站OLT當(dāng)作主節(jié)點(diǎn)，而采取不同配電子站OLT作為傳輸節(jié)點(diǎn)。利用RRPP進(jìn)行流量的快速倒換，能夠確保網(wǎng)絡(luò)大流量業(yè)務(wù)的有效進(jìn)行。

為了確保整個(gè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，可以將配電子站到不同監(jiān)測終端的分支通信設(shè)置成為樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，此種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)故障率相對(duì)較低，并且維護(hù)較為便利。而監(jiān)控終端（FTU、TTU等）通過網(wǎng)線接入到變電站的ONU當(dāng)中，這樣能夠確保通信效率。

EPON系統(tǒng)使得配網(wǎng)主站系統(tǒng)和不同終端子站系統(tǒng)有機(jī)融合，以此來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的上行和下行，其最主要的應(yīng)用就是使得OLT設(shè)置在變電站一側(cè)。OLT屬于多業(yè)務(wù)平臺(tái)，業(yè)務(wù)類型較多，能夠支持不同接口類型，包括RS485、光纖接口、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、WDM傳輸?shù)鹊?。除此之外，OLT能夠按照用戶對(duì)于QoS的不同要求實(shí)施寬帶配置。POS屬于簡單的分路器設(shè)備，無須獨(dú)立設(shè)置電源，能夠應(yīng)用戶戶外環(huán)境中，更便于維保。ONU能夠?qū)⒔K端采集數(shù)據(jù)分別上下傳輸，向上可以傳給控制中心，而向下發(fā)給監(jiān)控設(shè)備。

2.2 IPACT算法應(yīng)用

此種算法主要是基于授權(quán)或者請(qǐng)求自適應(yīng)分配帶寬算法，以相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)來定義授權(quán)幀以及請(qǐng)求幀，能夠形成帶寬分配以及動(dòng)態(tài)申請(qǐng)，OLT以不同ONU緩存器所收集到的配電終端可以收集的數(shù)據(jù)量來為ONU實(shí)施時(shí)隙分配?？梢岳肦EPORT/GATE輪詢間插的方式進(jìn)一步提升信道利用率。由于輪詢周期具有可變性特點(diǎn)，配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)存在非常多的配電終端，同時(shí)采集業(yè)務(wù)存在相應(yīng)的差異，會(huì)形成某些缺陷，可以利用EPON技術(shù)對(duì)其實(shí)施優(yōu)化?？梢詫?duì)OLT上行鏈路數(shù)據(jù)流量實(shí)施監(jiān)測，同時(shí)發(fā)送GATA相應(yīng)信息，若是監(jiān)測到ONU上行鏈路數(shù)據(jù)流量超出1h，那么需要確保輪詢周期≥設(shè)定最低值，這樣就能夠有效限制頻繁輪詢OLT的情況，從而防止多次發(fā)送GATA所形成的帶寬浪費(fèi)[2]。

2.3 傳輸介質(zhì)應(yīng)用

隨著多年的發(fā)展，光纖通信已經(jīng)成為目前最為重要的電力系統(tǒng)通信方式。光纖是光通信傳輸介質(zhì)的關(guān)鍵部分之一，可以架設(shè)不同電壓等級(jí)的線路，能夠覆蓋到絕大部分35kV以上的變電站。在配網(wǎng)通信中利用10KV線路對(duì)于ADSS光纜實(shí)施架設(shè)，可以采用12芯當(dāng)作主要的光纜芯數(shù)，某些關(guān)鍵性樞紐線路可以采用24芯光纜，而進(jìn)行ADSS光纜架設(shè)則更加的方便靈活，提供給EPON組網(wǎng)相應(yīng)的傳輸介質(zhì)。

2.4 設(shè)備供電、帶寬以及業(yè)務(wù)接口方面的應(yīng)用

正常情況下OLT設(shè)備大多設(shè)置在變電站機(jī)房當(dāng)中，需要采用專用的48V電源實(shí)施供電，而ONU設(shè)備需要根據(jù)具體情況來設(shè)定取電方式，一般情況下采取FTU的合用電源。從現(xiàn)階段來看，市場上絕大部分ONU設(shè)備都可以根據(jù)具體的需要靈活的選擇相應(yīng)電源接口。ONU業(yè)務(wù)接口要根據(jù)不同配電自動(dòng)化中終端的具體需求靈活進(jìn)行配置，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)不同業(yè)務(wù)終端的接入。從目前來看，ONU設(shè)備可以提供不同接口，包括RS485、光纖接口、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、WDM傳輸?shù)鹊?。上行采取的是TDMA技術(shù)、下行采取廣播技術(shù)能夠使得配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)相應(yīng)通信業(yè)務(wù)寬帶和接口需要得到有效滿足[3]。

2.5 網(wǎng)絡(luò)性能以及網(wǎng)絡(luò)安全方面的應(yīng)用

EPON網(wǎng)絡(luò)具有非常強(qiáng)的多點(diǎn)失效以及抗單點(diǎn)功能，ONU設(shè)備可以通過兩個(gè)PON口實(shí)施上聯(lián)，通過不同光纜路由來對(duì)OLT設(shè)備實(shí)施有效接入。若是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中存在一條光纜或者一組OLT設(shè)備出現(xiàn)故障，那么ONU就能夠及時(shí)檢測出故障所在，能夠第一時(shí)間切換到備用光纜路由實(shí)施工作。其中分光器屬于無源器件，可以通過物理分光的方式運(yùn)行，所以具有非常高的可靠性。若是其中一個(gè)光路發(fā)生故障也不會(huì)對(duì)剩余ONU的運(yùn)行產(chǎn)生影響。同時(shí)利用ONU側(cè)接入能夠防止網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，可以避免外部侵入、偽裝以及仿冒的問題。在ONU和OLT注冊(cè)以及連接PON網(wǎng)絡(luò)后，需要對(duì)所提供的邏輯標(biāo)識(shí)和MAC實(shí)施認(rèn)證，在ONU認(rèn)證通過之后才允許進(jìn)行接入。對(duì)于PON下行來說，可以通過廣播技術(shù)將報(bào)文傳送到所有PON口下的ONU，這樣就能夠確保下行數(shù)據(jù)通信的安全性。PON可以使得數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，可以采用三層攪動(dòng)加密技術(shù)，從OLT向每一個(gè)ONU請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的密匙。同時(shí)ONU所提供的密匙會(huì)在特定的ONU以及OLT實(shí)施同步以及更新。OLT會(huì)對(duì)不同ONU下行數(shù)據(jù)使用相應(yīng)的ONU密匙進(jìn)行加密操作，這樣能夠確保其他ONU無法破解此ONU加密數(shù)據(jù)，從而大大提升了下行通信系統(tǒng)的安全性[4]。

3結(jié)束語

總的來說，EPON技術(shù)屬于較為便利、成本較低并且具有較強(qiáng)性能的光纖通信方式，其有效應(yīng)用能夠滿足配電子站到自動(dòng)化終端的通信要求，具有較高的可靠性和性價(jià)比。通過EPON技術(shù)能夠建立起基礎(chǔ)性通信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)更加智能、更加可靠、較強(qiáng)實(shí)用性的通信，本文主要就EPON在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，通過本文的介紹能夠?qū)M(jìn)一步推動(dòng)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)作用，對(duì)于配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)以及智能電網(wǎng)的發(fā)展具有非常實(shí)用的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳強(qiáng).EPON技術(shù)在電力配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].通訊世界，2018（12）：15-17.

[2] 胡帥.EPON技術(shù)在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新，2018（10）：18-19.

[3] 張帥，虞松杰.EPON技術(shù)在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 電氣技術(shù)，2018（6）：88-91.

[4] 陳世鳴.EPON在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J].低碳世界，2016（3）：18-19.