EPON組網在配電自動化中的應用研究

李林陽 王天峰 范子濤 孫祥飛

【摘要】 伴隨EPON技術的發展，EPON組網相對傳統通信組網方式在配電自動化的優勢也愈加明顯。本文研究分析了EPON在配電自動化中的組網方式、設備要求、通信速率、光鏈路損耗等，通過研究分析認為EPON在配電自動化中的應用具有良好的應用前景。

【關鍵詞】 EPON 配電自動化 組網 光鏈路損耗 通信速率

隨著經濟、社會的日益發展，供電質量及可靠性在人們的生活及工作生產中具有越來越重要的影響。因此，在配電網中如何有效地減少停電故障次數，快速診斷故障地點、縮短事故停電時間顯得至關重要。配電自動化技術的出現、發展為這些問題帶來了有效的解決方案。配電自動化技術是以一次網架和設備為基礎，以配電自動化系統為核心，能利用多種通信方式將配電網的實時運行、電網結構、設備等信息進行集成，實現配電網運行監控及管理的自動化、信息化。在配電自動化系統中，通信網絡系統的搭建對配電自動化系統的性能具有重要影響[1]。

一、配電自動化系統現有通信技術及比較

目前配電自動化系統常用的通信方式主要有：無線通信，光纖通信，載波通信等。無線通信方式在可靠性、抗干擾性、安全性、實時性等方面性能均較差，但其成本較低，因此，常用于配電網中線路無法到達的偏遠地區，來實現“一遙”或“兩遙”控制。載波通信的通信速率和實時性較差，但組網簡單，常用于光線難以敷設和無線信號較差的郊區；光纖在這幾方面性能均優良，常用于組建市區的核心骨干網絡，在配電網主干線路上常用于實現“三遙”，在分支線上常用于實現“兩遙”。目前光纖通信在配電自動化系統中組網方式主要有EPON組網方式和工業以太網組網方式兩種，但工業以太網組網方式成本較高，因此在配電自動化系統中EPON的應用更為廣泛[2]。

二、EPON系統

2.1 EPON技術簡介

EPON是基于PON技術和以太網協議的一種新的光纖接入技術。EPON系統一般由OLT、ONU和POS組成。EPON系統具有高帶寬、高可靠性、易于擴展、時延低、節省網絡設備等優點，因此有著廣泛應用[3]。

2.2 EPON數據傳輸原理

EPON在進行數據通信時，只能在OLT與ONU之間通信，ONU之間不能進行通信。下行通信采用廣播技術，上行通信采用TDMA技術。在下行通信時，下行方向由OLT發出一個廣播，在數據包頭上有各個目的ONU的地址，目的ONU只接收自己的數據包，丟棄其它無關的數據包。

在上行方向通信時如圖2，每一個ONU都會被分配一個時隙，ONU按照分配的時隙進行數據傳輸。由于OLT在同一時刻只能接受一個數據包，因此為了避免沖突，ONU在向OLT發送數據時先進行信道監聽，如果信道空閑ONU便可以發送數據包；若偵聽到信道無空閑，該ONU便進行等待，直到信道空閑。

三、EPON在配電自動化中的應用

3.1 EPON配電自動化組網方式

在配電自動化組網中，EPON常用的組網形式有以下兩種：手拉手雙鏈路組網和雙環網組網。

圖3為手拉手雙鏈路組網方式，這種方式在兩個變電站OLT設備間采用雙鏈路的方式連接，兩個OLT設備均處于工作狀態。每個ONU設備都會連接到兩個分光器（每條鏈路上各一個），終端設備DTU、FTU、RTU再連接到ONU設備上。在這種手拉手雙鏈路組網方式下，當其中一條鏈路、OLT設備或分光器發生故障時，ONU設備可倒換到另外一條鏈路或OLT設備上（備用）進行數據傳輸，實現了通信的可靠性[4]。

圖4為EPON雙環網組網方式，這種方式在一個變電站OLT設備建立一個雙環網連接，每個ONU設備分別通過兩個分光器連接到雙環網中，終端設備DTU、FTU、RTU再連接到ONU設備上。在雙環網方式下，當其中一個環網發生故障時，ONU設備可倒換到另外一個環網上進行數據傳輸，與手拉手雙鏈路組網方式相比，雙環網方式節省了OLT設備，但可靠性比手拉手雙鏈路方式低。

3.2 EPON配電自動化組網設備要求分析

OLT設備一般放置在變電站內，OLT設備包含二個或者多個PON接口，應支持以太網/IP業務，提供以太網上聯接口，可選支持STM-1口。OLT應支持雙主控板配置，并支持主控板的1+1保護倒換，主控板倒換時間應小于50ms。

ONU一般放置在配電終端開關站、配電室、環網柜、箱式變電站、柱上開關、配電變壓器、配電線路等地方，應具備承載以太網/IP業務的能力，至少支持提供1或4個FE以太網接口，支持RS232/485串口、選配E1口，具備可擴展能力，提供一個或兩個PON接口。支持101規約、104 規約、CDT、DNP等多種電力通信規約。

配電終端FTU、DTU、TTU應根據不同的對象進行相應的選擇，配電終端應具備運行信息采集、事件記錄、對時、遠程維護和自診斷、數據存儲、通信等功能，同時應能支持以太網或RS232/485串口。對于配電終端設備，主要分為“電壓型”設備和“電流型”設備。“電壓型”設備能夠自動隔離故障段并自動恢復非故障段線路的供電，但會因為支線故障導致全線路短暫停電，故障影響范圍較大；“電流型”設備的特點是支線故障不影響主干線，故障影響范圍小，但容易出現越級跳閘。根據這兩種類型設備的特點，在配電主干線上應加裝“電壓型”設備，在負荷變化較小的分支線可加裝“電流型”設備[5]。

3.3 EPON配電自動化組網鏈路損耗分析

在EPON組網光鏈路中，光鏈路損耗主要是光纖損耗、分光器插入損耗、活動接頭損耗等幾項損耗的總和：

光鏈路損耗=光纖損耗+分光器插入損耗+活動接頭損耗（dB）

1.每條光鏈路的光纜損耗：Lt=αfD，其中Li為光損耗，αf為光纖衰減常數一般取0.3dB/km。

2.分光器插入損耗：Bt=B，其中N為分路數，B是第i路分光器插入損耗。

3.活動接頭損耗：Et=E，E為接頭附加損耗，單個接頭損耗一般取0.3dB-0.5dB。

4.光鏈路總損耗：A=Lt+Bt+Et

在整個EPON網絡中，光鏈路所允許的最大損耗為25dB，對于光鏈路損耗的計算，應按照上述公式進行相應的計算并進行實際的測量驗證工作，以確保光鏈路總損耗在允許的范圍內。

四、結束語

目前，EPON在配網中的應用還只是實驗、發展階段。隨著配電自動化的發展和需要，EPON技術在配電自動化組網中的應用也將越來越廣泛和成熟，EPON優越性也將會體現得越來越明顯。

參 考 文 獻

[1] 杜欣. 基于EPON的10kV終端通信網規劃探討. 電力系統通信[J]. 2011-7，32（225）：1-5

[2] 李濤. EPON技術在電力通信網中的應用. 電子設計工程[J]. 2011-5，19（10）：145-150

[3] 國家電網公司. Q/GDW 533.1-2010 基于以太網方式的無源光網絡（EPON） 系統第一部分：技術條件[S]. 2011. SGCC. Q/GDW 533.1 -2010 Ethernet Passive Optical Network System， part I technical specification[S]. 2011.

[4] 劉偉，李偉. 混合通信方式在配電網自動化系統中的應用. 繼電器[J]. 2002-12，30（12）：63-65

[5] 蔡萬升，湯輝，張軍，張浩. 基于EPON技術的配電自動化通信系統. 電力系統通信[J]. 2010-12，31（218）：11-15

[6] 張嵐，高鵬，王澄. 南方電網配網自動化通信系統的建設. 電力系統通信[J]. 2010-11，31（217）：20-24