無源光網絡（EPON）技術在電力光纖入戶與配網自動化中的應用

陳 亮

（國網河北省電力公司石家莊供電分公司，石家莊 050051）

1 概述

隨著智能電網建設的深入推進和大量智能用電設備、設施、分布式電源的接入，用戶與電網之間的實時信息呈爆發式增長，必須以強大的通信網絡作為支撐平臺，充分采用基于以太網方式的無源光網絡（EPON）完成電力光纖入戶工程建設。

電力光纖入戶工程承載的業務分為兩類，電力系統類業務和三網融合類業務。電力系統類業務：在智能用電小區的10kV 低壓配電線路全部采用光纖復合低壓電纜實現電力線和光纖同時入戶，通過公共的無源光網絡傳輸設備完成光纖通道的連接，將光纖敷設至電能表，再進一步延伸至用戶配電箱，完成小區用電信息采集，實現小區配電自動化、分布式電源控制、電動汽車充電控制等業務管理；三網融合類業務：在滿足小區配電管理需求的同時，以光纖復合低壓電纜承載電信網、廣播電視網、互聯網業務信號，提供公共信息服務，通過專屬的無源光網絡傳輸設備完成電力流與信息流的同步傳輸。從而使智能電網成為電力流、信息流、業務流高度統一的新型公共服務基礎平臺，打造通信網、廣播網、互聯網三網融合的智能小區。

截止到目前國家電網公司在華北、北京等14個網省公司的23個城市，采用無源光網絡和光纖復合低壓電纜技術，完成36 740戶電力光纖入戶試點工程建設。“十二五”期間，國家電網公司計劃電力光纖入戶工程覆蓋2 860萬用戶。

通過電力光纖入戶工程的建設有效提升了智能小區配電的管控能力，提高了工作效率。實現配電自動化后，特別是實現數據集成共享后，主站可以充分利用各個應用功能來自動分析和處理各項管理事務，如報表統計、缺陷處理、停電管理等等，大大減少了人工參與量，不但提高了工作速度，也提高了工作的準確性。與此同時，在滿足智能電網用電互動化、能效管理及分布式電源接入需求的同時，支持用戶接入互聯網、撥打電話、收看電視，以及水電氣三表集抄、家庭安防等智能家居綜合應用，為用戶打造舒適美好、綠色環保的全新低碳生活方式。

2 無源光網絡技術及特點

2.1 結構

a.物理層，采用單纖波分復用技術實現單纖雙向傳輸，并定義了1000BASE－PX－10U／D 和1000BASEPX－20U／DEPON 2個無源光接口，分別支持10km 和20km 的距離傳輸。在無源光的傳輸機制上，通過MAC控制命令來控制和優化終端設備（ONU）和局端設備（OLT）之間突發性數據通信。

b.數據鏈路層，通過多點MAC 控制協議功能實現點到點仿真，支持點到多點的MAC 客戶層實體，支持對MAC的控制功能。處理（ONU）的發行和注冊，ONU 之間傳輸資源的分配，動態帶寬分配，統計ONU 本地擁塞狀態。

c.支持下行廣播傳輸方式，提供高效傳輸下行視頻廣播和組播業務。提供遠端故障指示和遠端環回控制管理。支持管理、測試和診斷激活OAM 功能的鏈路。并支持特點擴展機制，提供對OAM 功能的擴展和其他鏈路層或高層應用的遠程管控。

2.2 技術特點

a.測距特性，采用點到多點拓撲結構，通過波分復用技術實現信息和數據的傳送。ONU 和OLT以不等同的邏輯距離存在。支持基于數字計時技術的帶內開窗測距法，提供相應的測距功能實現ONU 與OLT 邏輯距離測量，實現調整ONU 發送信號時延，實現ONU 發送的信號與OLT 發送的信號準確復用。

b.突發接受，能夠提供基于局端設備接受機能的突發接受功能，支持通過時延補償技術實現全網時隙同步，使數據包按照確定的時隙到達OLT。支持通過突發接受功能解決由于ONU 與OLT 非等距所造成的信號接收問題和由于線路特性差異所造成的信號發送功率問題。

c.帶寬分配，支持共享光纖機制，根據ONU 的具體要求，由OLT 完成帶寬分配。支持各ONU 采集用戶數據向OLT 高速上傳的功能，支持不同的ONU 發送的數據占用不同時隙的功能，支持以不同的用戶業務類型與特點差異分配帶寬的功能，并提供在帶寬相等的條件下擴展終端用戶的功能。

d.時鐘提取，支持系統高速率，提供快速同步的功能。實現ONU 和OLT 以及上下行比特碼的時鐘一致。要求采用鎖定時延技術完成下行信號的時鐘提取和幀同步字檢測方法實現幀同步功能。

e.同步接收，支持OLT 和ONU 的快速同步，提供二者同步接收問題的解決方案。支持數據錯位和相位突變糾錯，支持數據接收內容校驗和數據補償。

3 無源光網絡技術在電力光纖入戶的應用

3.1 應用情況

110kV 變電站到智能用電小區10kV 配電室之間的輸電線路采用光纖復合架空相線（OPPC）；智能用電小區的10kV 低壓配電線路全部采用光纖復合低壓電纜（OPLC），將光纖敷設至電能表，再進一步延伸至用戶配電箱，實現電力和光纖同時入戶。

智能用電小區內的電力光纖網分為專用通道和公用通道2個網絡，二者采用完全物理隔離的方式，各自配置了一套獨立的基于以太網方式的無源光網絡（EPON）傳輸設備。專用通道的局端設備部署在110kV 變電站或小區配電室，終端設備部署在樓層電表箱，用于電表數據的透明傳輸；公用通道的局端設備部署在小區配電室，終端設備部署在用戶家里，用于數據、語音、視頻業務的傳送。

專用通道上行與用電信息采集主站相連，下行連接至樓層電表箱，用于采集智能電表的用電信息；公用通道上行與互聯網相連，可與物業主站、95598門戶網站進行交互，下行與用戶家庭終端設備相連，實現智能家居，支撐“三網融合”業務。

智能用電小區10kV 配電室至樓宇配電柜及樓宇配電柜至用戶電表箱均敷設三相四（五）線的光纖復合低壓電纜（OPLC），電表箱至用戶家庭配電箱敷設單相光纖復合低壓電纜。

因智能用電小區內的電力光纖網的專用通道和公用通道采用物理上完全隔離的方式，所以需要配置2臺局端設備。2臺局端設備一般配置在小區10 kV 配電室，與光纖復合低壓電纜構成的光纖通道相連接。專用通道OLT 與公司電力信息專網相連接，公用通道OLT 與公司信息外網相連接或與電信網、互聯網和廣播電視網相連接。

專用通道ONU 部署在樓層設備（電表）箱。使用485線將電能表485口串接，并與ONU485口連接，實現對電能表數據的采集。

公用通道ONU 部署在用戶家里，通過ONU的以太網口、PSTN（公用交換電話網絡）口和有線電視口實現用戶數據、語音、視頻業務的透明傳送。

EPON 支持1：32 分 光，即OLT 的1 個PON口引出的1根光纖最大可分接32個終端ONU，分光需要通過分光器實現。分光器一般部署在樓宇配電柜和單元電表箱處。

3.2 技術特點

a.光信號的傳輸不會與其它電磁信號相互干擾。光傳輸和電能傳輸屬于2種不同類型的傳輸方式，不會產生對抗性電磁干擾。同樣，光纖和電力線屬于2種不同介質的導體，2種材料復合在一起無需考慮電力傳輸和光傳輸的相互絕緣問題。

b.光電復合導線新材料使復合型公共傳輸網的實現成為可能。為了充分開發和挖掘電力網資源，應將電力網改造成全社會共享的復合型公共傳輸網；要想獲得這樣的公共傳輸網，必須解決語音、數據、視頻等信息傳送的問題。

c.完全沒有“EMC”（電磁兼容性）及可靠性等一系列錯綜復雜的技術問題和頻率管制問題。復合型電力導線不會像“PLC”（電力線載波）及其它技術那樣產生高頻電磁輻射。

由上可見，無源光網絡在電力光纖入戶的應用是可行的。實施容易，不需要攻關期和較大的攻關資金，只要投入較少的費用把現有的技術進行適當整合和提升，就可以實現光纖到戶和理想的寬帶接入。同時，電力光纖入戶與我國信息產業發展的各項政策、戰略步伐，與世界信息產業技術的發展方向是完全同步、完全融合的。

4 無源光網絡技術在配網自動化的應用

4.1 應用情況

在通信主站安裝1 套一體化通信監控管理平臺，它首先完成1個通用的網管軟件支撐平臺系統，然后在此平臺系統上完成各種通信設備的網元管理系統。變電站利用無源光網絡EPON 技術構建寬帶、穩定的通信網絡。在架空線路及電纜線路鋪設光纜，通過手拉手線路形成保護光環網，通過骨干光傳輸網接入配調EPON 中的局端設備集中安裝在變電站中，并接入到調度數據網，通過通信網骨干層接入到配電通信主站中，在通信主站提供千兆以太網與配電自動化主站系統連接。ODN 根據實際線路情況配置，ONU 安裝于公用或專用變壓器、柱上開關附近的設備箱中，通過1個或多個以太網接口、RS232接口，與集中器或采集終端設備相連，實現配電終端的接入，并經變電站調度數據網通過通信網骨干層接入到配電通信主站中，以便于集中管理維護。

4.2 技術特點

配電通信網的組網方式為全光纖組網，該方式采用無源光網絡（EPON）技術構建寬帶、穩定的配電通信網絡。OLT 集中安裝在110kV 變電站中，以充分利用現有局所機房資源，減少配套投資，另外，便于集中管理維護。OLT 的理論覆蓋距離達20km。光網絡元設備一般安裝在10kV 配電機房、環網柜、開閉所、公變等站點，如果在室外也可以安裝在配電終端的機箱中，和配電終端等通過以太網、RS－485接口連接，實現配電終端信息的接入。

基于以太網方式的無源光網絡中的局端設備分布位于2個高壓變電站，和環網柜形成2串光網絡元設備連接架構。光纖中間端口，可以“往左”和“往右”到不同OLT。和全保護要求不同的是，OLT 平時可處于主、備狀態。當光纖故障或OLT 故障是能自動切換。各變電站之間的OLT，通過兩兩“手拉手”形成環路保護，因此各OLT 之間可以相互配置備份、保護關系。

5 應用效果

基于以太網方式無源光網絡（EPON）技術的電力光纖入戶是促使現代智能用電小區利用電力線通信等技術構建信息通信網絡的主要手段。工程的實質是采用雙向互動智能表計、用戶智能交互終端等技術，建立用戶與電網之間的實時連接和互動開發的數字網絡，滿足了電網互動營銷的需求。工程應用實施過程中所實現的智能電網用戶服務系統包含了電力線寬帶網絡信息采集系統、智能家庭網絡系統和社區服務增值等系統，即以上所提及的智能家居電力網承載電信網、廣播電視網、互聯網的三網融合。

6 結束語

國家電網公司已明確要求在建和即將建設的智能用電小區均要實現電力和光纖同時入戶。為此通過無源光網絡技術實現電力光纖入戶是智能電網乃至物聯網的內在要求，電網推進光纖和電纜融合標志著智能電網和傳統三網開始在用戶端走向融合。

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