面向智能電網的EPON解決方案

劉旭生，鄢安娜，張富春，閆廣華

（1.山西省電力公司忻州供電分公司 信通中心，山西 忻州 634000；2.華北電力大學 電氣與電子工程學院，北京 102206）

面向智能電網的EPON解決方案

劉旭生1，鄢安娜2，張富春1，閆廣華1

（1.山西省電力公司忻州供電分公司 信通中心，山西 忻州 634000；2.華北電力大學 電氣與電子工程學院，北京 102206）

通信接入是堅強智能電網通信支撐的關鍵，而EPON能實現高寬帶與新業務現代網絡信息的發展需求，適用于電網的通信建設。在研究了EPON技術的原理以及相對于其他通信技術的優勢的基礎上提出了利用EPON設備實現電網智能抄表、電網智能營銷所、配電自動化、電力智能大廈、電力智能小區的方案，具有適應性和可行性，配合保護策略構建統一堅強智能綠色電網。

EPON；智能電網；解決方案；保護策略

2009年5月21日，國家電網公司首次向社會公布了“智能電網”的發展計劃，并初步披露了其建設時間表，將于2020年全面建成統一的“堅強智能網”。通信是智能電網的重要支撐，而通信接入是智能電網通信支撐的重要環節[1]。因為EPON系統網絡拓撲能夠與電力配電網環形、鏈形結構完全吻合，能夠節省光纖，能夠實現站點到配電終端之間鏈路的1+1保護功能并且實現50 ms保護切換，能夠實現單纖雙向高帶寬業務承載，全程無源，能夠完全滿足智能電網堅強可靠、經濟高效、清潔環保、透明開放、友好互動的要求[2]，所以EPON是通信接入的最佳技術選擇。

針對國家電網智能電網項目，在全面考慮業務多樣、安全可靠、靈活組網、管理維護、成本控制等諸多因素前提下，為電力量身打造了基于EPON技術的光纖寬帶接入綜合解決方案，為國家電網目前實施的“配電自動化”和“用電信息采集”等工程提供統一、智能、堅強、綠色環保的解決方案。

1 EPON技術

1987年英國電信公司的研究人員最早提出了PON的概念。EPON在亞洲地區，尤其是日本使用較多，是一種單纖雙向新型網絡接入技術[3]，它的出現及時的滿足了傳統網絡所不能實現的高寬帶與新業務現代網絡信息的發展需求，其物理結構如圖1所示。ONU位于用戶端[4]，放在一個住戶、企業或MDU/MTU，提供客戶的數據、視頻和電話網絡與PON間的接口；OLT位于中心交換局的機架上，是EPON的核心，它負責向下（向ONU）廣播發送數據幀，收集來自各個ONU的數據幀，并作相應的處理；POS是一個連接OTL和ONU的無源設備，由光纖和光無源分配器（藕合器）組成，它完成下行光信號的分配和上行信號的集中[5]。

圖1 EPON系統結構圖Fig.1 Structure diagram of EPON system

相對于其它PON，EPON具有如下優勢：

1）低成本：網絡結構的大大簡化，省去昂貴復雜的同步光網絡（SONET）和ATM設備，大大降低了建網的費用。

2）寬帶寬：采用的是Ethernet的技術，Ethernet可以做到平滑地升級。

3）高安全性：在底層采用攪動技術在下行方向對每個ONU的數據進行加密算法，隔離用戶信息，保證每個ONU數據的私密性；對MAC控制幀和OAM幀進行加密，防止假冒；對用戶進行認證管理、消息鑒權。

4）QoS保證：通過在MAC層中實現802.lp協議來提供與APON相類似的QoS。

2 電網EPON解決方案

該解決方案從電力現有網絡寬帶接入承載出發，本著“服務現在，著眼未來”的指導思想，為智能電網“四網融合”建設提供了全新的選擇。整個解決方案實現電網語音、數據、視頻、供電“四網融合”的需求，提供電網智能抄表、電網智能營銷所、配電自動化、電力智能大廈、電力智能小區的綜合解決方案。

2.1 電網智能抄表

圖2 電網智能抄表EPON方案結構圖Fig.2 Structure diagram of EPON program for AMR

EPON用電信息采集的自動抄表（AMR）解決方案如圖2所示。

1）OLT放置于10 kV/20 kV變電站，各個10 kV/20 kV變電子站位于PTN/MSTP傳輸環上；

2）OLT出1個PON口組成1條鏈，各個配電房集中器處的ONU可以通過PON口連接到這條鏈上，分光器采用1*2非等分分光器。

2.2 配電自動化

EPON配電自動化解決方案如圖3所示。

1）OLT放置于10 kV/20 kV變電站，各個10 kV/20 kV變電子站位于PTN/MSTP傳輸環上；

2）OLT可以出2個PON口組成2條鏈互為備份，各個開閉所、環網柜或柱上開關處ONU可以通過雙PON口分別連接到這2條鏈上，每條鏈上的分光器均采用1*2非等分分光器，雙PON口可以提供高可靠性。

2.3 電網智能營銷所、電力智能大廈

圖3 配電自動化EPON方案結構圖Fig.3 Structure diagram of EPON program for distribution automation

圖4 電網智能營銷所及大廈EPON方案結構圖Fig.4 Structure diagram of EPON program for smart grid marketing and building

電網智能營銷所及大廈EPON方案結構如圖4所示，通過FTTO、FTTH、FTTx+LAN等多種組網模式，滿足智能電力大廈、電網智能營銷所的實際應用需求通過EPON的多業務承載能力，高效、優質、安全的承載語音、數據、視頻等多種業務。

2.4 電力智能小區

PFTTH是電網最后一公里信息化的理想建設方案，EPON的PFTTH解決方案如圖5所示。該方案能夠實現智能電網語音、數據、視頻、供電“四網融合”，結合物聯網和智能家電等技術實現智能電網應用；實現智能電網階梯電價；實現家庭的智能寬帶網絡；實現語音、數據、視頻、供電全業務應用。

圖5 電力智能小區EPON方案結構圖Fig.5 Structure diagram of EPON program for smart community

2.5 保護策略

1）電源 1+1保護；

2）主控板1+1保護；

3）主干光纖冗余保護：OLT的PON口處內置1*2的光開關，通過光功率、誤碼率檢測線路狀態，實現對主干光纜的保護；

4）OLT雙PON口冗余保護：OLT采用雙PON口方式，OLT通過光功率、誤碼率檢測線路狀態，從而實現對OLT PON口及主干光纜的保護；

5）OLT及ONU全保護：局端雙 OLT/OLT雙 PON口，ONU采用雙PON口上行，實現對OLT、OLT PON口、ONU、主干光纜、配線光纜的全保護；

6）手拉手全保護：在不改變原有光纖網絡結構的情況下實現全光保護倒換，重要站點采用2個OLT各出1個PON口組成手拉手的2條鏈的組網方式，各個雙PON口ONU分別連接到這2條鏈，實現OLT設備、主干光纖、PON端口、分光器、分支光纜全網的保護，任何1臺OLT、任何一個PON口、任何一個分光器、任何一條光纜出現故障都不影響ONU的正常使用；

7）OLT環網保護：通過STP和RSTP實現OLT環網保護。

3 方案分析

該解決方案以“統一”為前提，以“堅強”為基礎，以“智能”為關鍵，以“綠色”為目標。 “統一”指語音、數據、視頻、供電四網的統一，實現調度、自動化、通信、營銷以及科信、運維中心等相關綜合業務承載。“堅強”體現在EPON設備的高可靠性和高安全性以及各種保護策略的應用。“智能”旨在提供電網智能抄表、配電自動化、電網智能營銷所、電力智能大廈、電力智能小區的智能化設計。“綠色”是因為EPON設備集成度高、容量大、低功耗以及全熱插拔設計易于運維和服務，設備功耗僅為同類產品的1/2。

本文涉及的方案采用了單纖雙向傳輸，節省光纜資源；設備特性以及保護策略提供了高可靠性和高安全性；終端信息層采用的ONU提供多類型用戶接口，適用于多種環境應用；易于管理及運營。為了進一步提高安全性、可靠性，重要站點還可以采用手拉手保護方式；終端信息層采用的ONU可以提供 FE、RS232、RS485 等接口與 RTU、FTU、TTU、DTU等設備互聯，并且能適應各種惡劣環境；而主站系統控制層主要完成用電信息的提取、分析以及優化等各種管理功能，并完成對通信匯聚設備、通信終端等設備的管理[6]。

4 結束語

EPON綜合了PON技術和以太網技術的優點，適用于電網的建設。在本文的整理方案中重點提出了支撐堅強電網的保護策略以及在電網智能抄表、配電自動化、電網智能營銷所、電力智能大廈、電力智能小區的綜合解決方案。方案一方面能夠適用于電網這一特殊應用，另一方面同時具有很高的安全性、可靠性、低耗性，體現出統一堅強智能綠色的特色。

[1]譚智，劉建華，薛瑋.EPON技術在配網自動化中的應用[J].電氣開關，2012（1）:84-86.

TAN Zhi，LIU Jian-hua，XUE Wei.Application of EPON technology in distribution network automation[J].Electric Switchgear，2012（1）:84-86.

[2]馮利偉.電力無源光網絡接入架構的研究分析 [D].北京：華北電力大學，2011.

[3]張見.EPON的發展現狀與關鍵技術[J].中國新通信，2012（9）:16-17.

ZHANG Jian.Development status and key technologies of EPON[J].China New Telecommunications，2012（9）:16-17.

[4]馬悅.EPON技術研究及實踐應用 [D].北京：北京郵電大學，2010.

[5]堯昱，張靜，王允，等.10G EPON技術及應用方案研究[J].光通信技術，2011（11）:1-3.

YAO Yu，ZHANG Jing，WANG Yun，et al.Study on 10G EPON technology and application[J].Optical Communication Technology，2011（11）:1-3.

[6]胡秀國，周興鳳.縣城電力用光纖網絡實施方案設計分析全國電力企業信息化大會論文集[C]//北京：中國電力出版社，2011：55-58.

Solution of applying EPON for smart grid

LIU Xu-sheng1， YAN An-na2， ZHANG Fu-chun1， YAN Guang-hua1
（1.Information and Communication Center， Xinzhou Supply Branch of Shanxi Power Company， Xinzhou 634000， China；2.School of Electrical and Electronic Engineering， North China Electric Power University， Beijing 102206， China）

Communication access is the key to support strong and smart grid communication，and EPON can achieve high broadband and new business development needs of modern network information， so it’s suitable for power system communication construction.On Using EPON equipments to achieve grid smart meter reading， grid intelligence marketing，distribution automation， Intelligent Building and intelligent community of electricity power scheme is adaptive and feasible，with protection strategy to construct unified， strong， smart and green grid based on the research of the principles of EPON technology and the advantages compared with other communication technologies.

EPON；smart grid；solution；protection strategy

TN929.1

A

1674－6236（2013）04-0128-03

2012-10-19稿件編號201210131

劉旭生（1978—），男，山西忻州人，碩士，工程師。 研究方向：電力系統通信。