面向智能電網(wǎng)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(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206）

面向智能電網(wǎng)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(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206）

通信接入是堅強(qiáng)智能電網(wǎng)通信支撐的關(guān)鍵，而EPON能實(shí)現(xiàn)高寬帶與新業(yè)務(wù)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息的發(fā)展需求，適用于電網(wǎng)的通信建設(shè)。在研究了EPON技術(shù)的原理以及相對于其他通信技術(shù)的優(yōu)勢的基礎(chǔ)上提出了利用EPON設(shè)備實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能抄表、電網(wǎng)智能營銷所、配電自動化、電力智能大廈、電力智能小區(qū)的方案，具有適應(yīng)性和可行性，配合保護(hù)策略構(gòu)建統(tǒng)一堅強(qiáng)智能綠色電網(wǎng)。

EPON；智能電網(wǎng)；解決方案；保護(hù)策略

2009年5月21日，國家電網(wǎng)公司首次向社會公布了“智能電網(wǎng)”的發(fā)展計劃，并初步披露了其建設(shè)時間表，將于2020年全面建成統(tǒng)一的“堅強(qiáng)智能網(wǎng)”。通信是智能電網(wǎng)的重要支撐，而通信接入是智能電網(wǎng)通信支撐的重要環(huán)節(jié)[1]。因?yàn)镋PON系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠軌蚺c電力配電網(wǎng)環(huán)形、鏈形結(jié)構(gòu)完全吻合，能夠節(jié)省光纖，能夠?qū)崿F(xiàn)站點(diǎn)到配電終端之間鏈路的1+1保護(hù)功能并且實(shí)現(xiàn)50 ms保護(hù)切換，能夠?qū)崿F(xiàn)單纖雙向高帶寬業(yè)務(wù)承載，全程無源，能夠完全滿足智能電網(wǎng)堅強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)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(shù)選擇。

針對國家電網(wǎng)智能電網(wǎng)項(xiàng)目，在全面考慮業(yè)務(wù)多樣、安全可靠、靈活組網(wǎng)、管理維護(hù)、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(shù)的光纖寬帶接入綜合解決方案，為國家電網(wǎng)目前實(shí)施的“配電自動化”和“用電信息采集”等工程提供統(tǒng)一、智能、堅強(qiáng)、綠色環(huán)保的解決方案。

1 EPON技術(shù)

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(qū)，尤其是日本使用較多，是一種單纖雙向新型網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)[3]，它的出現(xiàn)及時的滿足了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所不能實(shí)現(xiàn)的高寬帶與新業(yè)務(wù)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息的發(fā)展需求，其物理結(jié)構(gòu)如圖1所示。ONU位于用戶端[4]，放在一個住戶、企業(yè)或MDU/MTU，提供客戶的數(shù)據(jù)、視頻和電話網(wǎng)絡(luò)與PON間的接口；OLT位于中心交換局的機(jī)架上，是EPON的核心，它負(fù)責(zé)向下（向ONU）廣播發(fā)送數(shù)據(jù)幀，收集來自各個ONU的數(shù)據(jù)幀，并作相應(yīng)的處理；POS是一個連接OTL和ONU的無源設(shè)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(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of EPON system

相對于其它PON，EPON具有如下優(yōu)勢：

1）低成本：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大大簡化，省去昂貴復(fù)雜的同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）和ATM設(shè)備，大大降低了建網(wǎng)的費(fèi)用。

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

3）高安全性：在底層采用攪動技術(shù)在下行方向?qū)γ總€ONU的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密算法，隔離用戶信息，保證每個ONU數(shù)據(jù)的私密性；對MAC控制幀和OAM幀進(jìn)行加密，防止假冒；對用戶進(jìn)行認(rèn)證管理、消息鑒權(quán)。

4）QoS保證：通過在MAC層中實(shí)現(xiàn)802.lp協(xié)議來提供與APON相類似的QoS。

2 電網(wǎng)EPON解決方案

該解決方案從電力現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)寬帶接入承載出發(fā)，本著“服務(wù)現(xiàn)在，著眼未來”的指導(dǎo)思想，為智能電網(wǎng)“四網(wǎng)融合”建設(shè)提供了全新的選擇。整個解決方案實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)語音、數(shù)據(jù)、視頻、供電“四網(wǎng)融合”的需求，提供電網(wǎng)智能抄表、電網(wǎng)智能營銷所、配電自動化、電力智能大廈、電力智能小區(qū)的綜合解決方案。

2.1 電網(wǎng)智能抄表

圖2 電網(wǎng)智能抄表EPON方案結(jié)構(gòu)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(huán)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(huán)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(huán)網(wǎng)柜或柱上開關(guān)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(wǎng)智能營銷所、電力智能大廈

圖3 配電自動化EPON方案結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of EPON program for distribution automation

圖4 電網(wǎng)智能營銷所及大廈EPON方案結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure diagram of EPON program for smart grid marketing and building

電網(wǎng)智能營銷所及大廈EPON方案結(jié)構(gòu)如圖4所示，通過FTTO、FTTH、FTTx+LAN等多種組網(wǎng)模式，滿足智能電力大廈、電網(wǎng)智能營銷所的實(shí)際應(yīng)用需求通過EPON的多業(yè)務(wù)承載能力，高效、優(yōu)質(zhì)、安全的承載語音、數(shù)據(jù)、視頻等多種業(yè)務(wù)。

2.4 電力智能小區(qū)

PFTTH是電網(wǎng)最后一公里信息化的理想建設(shè)方案，EPON的PFTTH解決方案如圖5所示。該方案能夠?qū)崿F(xiàn)智能電網(wǎng)語音、數(shù)據(jù)、視頻、供電“四網(wǎng)融合”，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和智能家電等技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)應(yīng)用；實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)階梯電價；實(shí)現(xiàn)家庭的智能寬帶網(wǎng)絡(luò)；實(shí)現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、視頻、供電全業(yè)務(wù)應(yīng)用。

圖5 電力智能小區(qū)EPON方案結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure diagram of EPON program for smart community

2.5 保護(hù)策略

1）電源 1+1保護(hù)；

2）主控板1+1保護(hù)；

3）主干光纖冗余保護(hù)：OLT的PON口處內(nèi)置1*2的光開關(guān)，通過光功率、誤碼率檢測線路狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對主干光纜的保護(hù)；

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

5）OLT及ONU全保護(hù)：局端雙 OLT/OLT雙 PON口，ONU采用雙PON口上行，實(shí)現(xiàn)對OLT、OLT PON口、ONU、主干光纜、配線光纜的全保護(hù)；

6）手拉手全保護(hù)：在不改變原有光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)全光保護(hù)倒換，重要站點(diǎn)采用2個OLT各出1個PON口組成手拉手的2條鏈的組網(wǎng)方式，各個雙PON口ONU分別連接到這2條鏈，實(shí)現(xiàn)OLT設(shè)備、主干光纖、PON端口、分光器、分支光纜全網(wǎng)的保護(hù)，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(xiàn)故障都不影響ONU的正常使用；

7）OLT環(huán)網(wǎng)保護(hù)：通過STP和RSTP實(shí)現(xiàn)OLT環(huán)網(wǎng)保護(hù)。

3 方案分析

該解決方案以“統(tǒng)一”為前提，以“堅強(qiáng)”為基礎(chǔ)，以“智能”為關(guān)鍵，以“綠色”為目標(biāo)。 “統(tǒng)一”指語音、數(shù)據(jù)、視頻、供電四網(wǎng)的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)調(diào)度、自動化、通信、營銷以及科信、運(yùn)維中心等相關(guān)綜合業(yè)務(wù)承載。“堅強(qiáng)”體現(xiàn)在EPON設(shè)備的高可靠性和高安全性以及各種保護(hù)策略的應(yīng)用。“智能”旨在提供電網(wǎng)智能抄表、配電自動化、電網(wǎng)智能營銷所、電力智能大廈、電力智能小區(qū)的智能化設(shè)計。“綠色”是因?yàn)镋PON設(shè)備集成度高、容量大、低功耗以及全熱插拔設(shè)計易于運(yùn)維和服務(wù)，設(shè)備功耗僅為同類產(chǎn)品的1/2。

本文涉及的方案采用了單纖雙向傳輸，節(jié)省光纜資源；設(shè)備特性以及保護(hù)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(huán)境應(yīng)用；易于管理及運(yùn)營。為了進(jìn)一步提高安全性、可靠性，重要站點(diǎn)還可以采用手拉手保護(hù)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(shè)備互聯(lián)，并且能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境；而主站系統(tǒng)控制層主要完成用電信息的提取、分析以及優(yōu)化等各種管理功能，并完成對通信匯聚設(shè)備、通信終端等設(shè)備的管理[6]。

4 結(jié)束語

EPON綜合了PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，適用于電網(wǎng)的建設(shè)。在本文的整理方案中重點(diǎn)提出了支撐堅強(qiáng)電網(wǎng)的保護(hù)策略以及在電網(wǎng)智能抄表、配電自動化、電網(wǎng)智能營銷所、電力智能大廈、電力智能小區(qū)的綜合解決方案。方案一方面能夠適用于電網(wǎng)這一特殊應(yīng)用，另一方面同時具有很高的安全性、可靠性、低耗性，體現(xiàn)出統(tǒng)一堅強(qiáng)智能綠色的特色。

[1]譚智，劉建華，薛瑋.EPON技術(shù)在配網(wǎng)自動化中的應(yīng)用[J].電氣開關(guān)，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(wǎng)絡(luò)接入架構(gòu)的研究分析 [D].北京：華北電力大學(xué)，2011.

[3]張見.EPON的發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)[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(shù)研究及實(shí)踐應(yīng)用 [D].北京：北京郵電大學(xué)，2010.

[5]堯昱，張靜，王允，等.10G EPON技術(shù)及應(yīng)用方案研究[J].光通信技術(shù)，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(wǎng)絡(luò)實(shí)施方案設(shè)計分析全國電力企業(yè)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(tǒng)通信。