EPON構(gòu)建下的配網(wǎng)通信技術(shù)分析

張勇（廣州電力通信網(wǎng)絡(luò)有限公司　廣東廣州　510600）

EPON構(gòu)建下的配網(wǎng)通信技術(shù)分析

張勇
（廣州電力通信網(wǎng)絡(luò)有限公司廣東廣州510600）

新時期，電力運(yùn)行系統(tǒng)的作用越來越重要，配網(wǎng)通信技術(shù)屬于電力運(yùn)營的關(guān)鍵技術(shù)，因此備受關(guān)注。我國電力通信和配網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用范圍比較廣，在傳統(tǒng)的配電領(lǐng)域，通信技術(shù)無法適應(yīng)現(xiàn)代配電技術(shù)。而EPON是一種新型的技術(shù)手段，能夠幫助現(xiàn)代化設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)的融合，不僅能夠促進(jìn)配網(wǎng)通信自動化，而且還能利用多種通信手段進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)光纖鋪設(shè)，擴(kuò)大通信覆蓋率。但是，該技術(shù)在實(shí)施過程中有較高的技術(shù)要求，因此，EPON構(gòu)建下的配網(wǎng)通信技術(shù)仍然有很多問題亟待解決，對此本文將詳細(xì)分析和探索EPON構(gòu)建下的配網(wǎng)通信技術(shù)。

EPON；電力通信；配網(wǎng)技術(shù)

引言

智能電網(wǎng)的構(gòu)建前提就是配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，通過通信技術(shù)與IT技術(shù)，配網(wǎng)自動化能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、信息化配電網(wǎng)運(yùn)行管理，不僅可以優(yōu)化配電網(wǎng)運(yùn)行方式，而且還可以提高供電可靠性。配網(wǎng)通信系統(tǒng)屬于配網(wǎng)自動化的重要組成部分，能夠幫助配網(wǎng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸。EPON系統(tǒng)能夠與配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟笙嗥鹾希哂腥虩o源、損耗低、傳輸遠(yuǎn)、帶寬高、擴(kuò)展性強(qiáng)、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)，而且還與智能電網(wǎng)的安全可靠、經(jīng)濟(jì)性要求相符。因此，EPON逐漸被廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)中。

1　EPON系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

EPON系統(tǒng)技術(shù)是一種基于千兆以太網(wǎng)技術(shù)的PON網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要是OLT設(shè)備通過ODN與遠(yuǎn)端多個ONU設(shè)備相互連接而成的一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由OLT、ODN、ONU和光纖線路四部分組成。與過去的源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，新的EPON技術(shù)具有無可比擬的優(yōu)越性，它的成本更為低廉、運(yùn)行可靠性強(qiáng)，有助于節(jié)約網(wǎng)絡(luò)建設(shè)資金。我國已經(jīng)制定并實(shí)施了該技術(shù)的互通新標(biāo)準(zhǔn)，對EPON系統(tǒng)技術(shù)的注冊、加密、管理等問題進(jìn)行了改進(jìn)，而且還制訂了新的技術(shù)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。EPON系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1　EPON系統(tǒng)組成

2　EPON構(gòu)建下的配網(wǎng)通信技術(shù)優(yōu)勢

EPON技術(shù)是一種穩(wěn)定可靠、拓?fù)潇`活、業(yè)務(wù)接口豐富的接入網(wǎng)技術(shù)，在電力專網(wǎng)末端接入市場有著廣闊的應(yīng)用前景，目前已成為國家電網(wǎng)公司優(yōu)先選擇的配電接入網(wǎng)通信方式。其主要優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）高帶寬。EPON系統(tǒng)可提供上下行對稱的1.25Gbit/s帶寬。目前，相關(guān)設(shè)備廠商已推出10GEPON技術(shù)，能夠完全滿足配電自動化業(yè)務(wù)對帶寬要求。

（2）組網(wǎng)方式靈活，滿足各種網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求。EPON接入網(wǎng)組網(wǎng)方式靈活，與電力配電網(wǎng)線纜分布結(jié)構(gòu)能夠很好的契合。可滿足“手拉手”、“單/雙電源”、“環(huán)網(wǎng)”、“T型網(wǎng)絡(luò)”、星型、樹型、鏈型、混合型等不同場景的組網(wǎng)需要。

（3）節(jié)省光纖資源。作為一種點(diǎn)到多點(diǎn)技術(shù)，可以采用“手拉手”環(huán)網(wǎng)拓?fù)洹⒎堑确址止馄鞔?lián)等組網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的單纖接入，從而節(jié)省大量光纖資源。

（4）系統(tǒng)可靠性高。可靈活采用多種網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方案，回避網(wǎng)絡(luò)單點(diǎn)故障，任何一個端口、一條線路故障，不會影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（5）帶寬分配靈活，服務(wù)有保證。EPON為業(yè)務(wù)帶寬的分配提供完善的措施，可基于網(wǎng)口、業(yè)務(wù)、用戶靈活配置帶寬，確保其使用質(zhì)量。

3　EPON在配網(wǎng)自動化通信中的應(yīng)用簡介

3.1傳輸介質(zhì)

目前，光纖通信已經(jīng)逐漸成為電力系統(tǒng)的主要通信方式，光纜是光通信的主要傳輸介質(zhì)，可以隨著各電壓等級的輸電線路進(jìn)行架設(shè)。在配網(wǎng)通信中，主要利用10kV線路架設(shè)ADSS光纜，光纜芯數(shù)以12芯為主，部分樞紐線路段可考慮24芯光纜，ADSS光纜架設(shè)方便靈活，為EPON組網(wǎng)提供了傳輸介質(zhì)。

3.2基于EPON的配網(wǎng)通信組網(wǎng)方案3.2.1手拉手保護(hù)網(wǎng)絡(luò)

“手拉手保護(hù)”網(wǎng)是一種全鏈路保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。在兩個相鄰變電所分別放置OLT，匯接采用1：2非等分分光器進(jìn)行光纖級聯(lián)的落地線路。每個ONU的上行鏈路都通過雙PON口上聯(lián)歸屬于不同OLT的分光器，進(jìn)行鏈路1+1冗余保護(hù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)同時出現(xiàn)單個或多個端口故障、分支光纖中斷時，不會影響其他ONU的正常工作和整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行，從而確保此時PON網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的其他配網(wǎng)設(shè)備依然可以與局站正常通信。

圖2　“手拉手”組網(wǎng)

3.2.2“雙T”組網(wǎng)

將兩套OLT布放于配電子站上，不同OLT的1：2等分分光器管理分別管理ONU的兩個PON口，與手拉手網(wǎng)絡(luò)相比，布放設(shè)備位置與OLT光方向都大致相同（見圖3）。

3.2.3單點(diǎn)輻射網(wǎng)

單點(diǎn)輻射網(wǎng)絡(luò)是多級鏈形網(wǎng)絡(luò)，其中在配電子站布放OLT，通過OLT的1個PON口級聯(lián)多個1：2非等分分光器，分光器可置于每一個分段開關(guān)處（如開關(guān)站、柱上開關(guān)等處），ONU可放置于機(jī)架、信息箱或FTU綜合箱等處。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3　“雙T”組網(wǎng)

圖4　單點(diǎn)輻射網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

3.3設(shè)備供電

OLT設(shè)備一般安裝于變電站機(jī)房內(nèi)，可采用通信專用直流-48V電源供電，OUN設(shè)備的取電方式則應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定，通常情況下可以與FTU合用電源，或者直接取自PT低壓側(cè)交流輸出。目前市場上各主流廠家的ONU設(shè)備幾乎都能夠根據(jù)實(shí)際情況提供靈活電源接口。

3.4業(yè)務(wù)接口及帶寬

OUN的業(yè)務(wù)接口可以靈活配置，具體要求根據(jù)不同的配網(wǎng)自動化通信終端（FTU/DTU/RTU）要求確定，以此保證不同業(yè)務(wù)終端都能夠正常接入。目前ONU設(shè)備可提供的業(yè)務(wù)接口主要有以下幾種：RS232/485串口、ADSL接口、語音口POTS、以太網(wǎng)接口等，上聯(lián)采用PON，對稱上下行（上下行速率均為1.25Gbps），上行采用TDMA技術(shù)，下行采用廣播技術(shù)，這樣才能滿足配網(wǎng)自動化系統(tǒng)對通信業(yè)務(wù)接口及帶寬的需求。

3.5網(wǎng)絡(luò)的性能分析

EPON網(wǎng)絡(luò)具有抗單點(diǎn)、多點(diǎn)失效功能強(qiáng)的特點(diǎn)。EPON系統(tǒng)中各ONU設(shè)備可通過兩個PON口分別上聯(lián)，通過不同的光纜路由接入兩套相互獨(dú)立的OLT設(shè)備，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的1根光纜出現(xiàn)斷纜或1套OLT設(shè)備出現(xiàn)故障時，ONU能自動檢測到故障并能迅速切換到備用光纜路由上工作；分光器為無源器件，采用物理分光，設(shè)備可靠性高，其中1路光路或其連接的OUN設(shè)備出現(xiàn)故障時不會影響到其他ONU的正常工作。

3.6網(wǎng)絡(luò)安全

為防止仿冒、偽裝、欺詐和侵入網(wǎng)絡(luò)等安全風(fēng)險(xiǎn)，必須對ONU的接入進(jìn)行認(rèn)證。ONU在接入PON網(wǎng)絡(luò)并在OLT注冊后，必須提供MAC和邏輯標(biāo)識進(jìn)行認(rèn)證，只有認(rèn)證通過的ONU才是合法ONU，才被允許接入PON網(wǎng)絡(luò)。

4　配網(wǎng)通信網(wǎng)建設(shè)實(shí)例

4.1工程概況

某市用電管理所根據(jù)新區(qū)智能電網(wǎng)綜合示范園區(qū)工程建設(shè)的要求，結(jié)合配電自動化建設(shè)，采用以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）技術(shù)對新區(qū)部分開關(guān)站和柱上開關(guān)進(jìn)行配網(wǎng)通信網(wǎng)建設(shè)和改造。

本期工程是該市新區(qū)智能電網(wǎng)綜合示范園區(qū)配電自動化一期（配網(wǎng)通信）建設(shè)項(xiàng)目。區(qū)域范圍總共涉及4座變電所，38座開關(guān)站和11臺柱上開關(guān)。各變電所OLT之間共組成16條“手拉手”備份鏈路，每個開關(guān)站放置兩臺ONU，分別用于生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)。所有手拉手鏈路中均采用1：2非等分分光器（光分率比5：95）。ONU可綜合提供FE、RS485、RS232等接口與FTU、DTU等設(shè)備互聯(lián)。

4.2組網(wǎng)方案

該市電力配網(wǎng)通信網(wǎng)采用兩臺OLT各出1個PON口組成“手拉手”鏈的組網(wǎng)方式，ONU的兩個PON口分別上聯(lián)至鏈路分光器。實(shí)現(xiàn)OLT設(shè)備、主干光纖、分光器、PON端口的全網(wǎng)保護(hù)。該網(wǎng)絡(luò)中任何1個OLT、PON口、分光器及光纜失效都不影響ONU的正常使用。在“手拉手”保護(hù)方式下，失效恢復(fù)切換時間小于50ms。

4.3站點(diǎn)接入原則

該市電力局配網(wǎng)通信各站點(diǎn)采用“手拉手”環(huán)原則：片區(qū)劃分、集中接入。

（1）片區(qū)劃分：將新區(qū)以變電所為基點(diǎn)，合理劃分為若干個網(wǎng)格狀片區(qū)，開關(guān)站分布于不同的網(wǎng)格之內(nèi)。

（2）集中接入：同一網(wǎng)格內(nèi)的開關(guān)站集中接入同一手拉手環(huán)，鏈路兩端分別上行至與此網(wǎng)格耦合的兩個變電所。網(wǎng)格內(nèi)與相鄰兩個開關(guān)站之間的具備光纜資源且距離較近，優(yōu)先成環(huán)。不具備傳輸資源的開關(guān)站，后期逐步接入。

（3）片區(qū)劃分、集中接入的優(yōu)勢如下：①網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡潔、清晰；②便于集中建設(shè)和維護(hù)；③具備良好的后向兼容性，有利于后期片區(qū)內(nèi)新的開關(guān)站接入。

4.4配網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃

該市電力配網(wǎng)通信網(wǎng)本期項(xiàng)目建設(shè)在變電所至開關(guān)站層面采用手拉手組網(wǎng)方式。這種組網(wǎng)方式在保證網(wǎng)絡(luò)安全可靠的前提下，可以極大地節(jié)省傳輸資源。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，配網(wǎng)通信網(wǎng)建設(shè)也必然會向縱深發(fā)展，逐步覆蓋配電房、樓道、用戶。該市電力配網(wǎng)通信解決方案將開創(chuàng)性地采用手拉手環(huán)網(wǎng)+雙星形拓?fù)涠壔旌暇W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，滿足智能電網(wǎng)向縱深推進(jìn)的需要。手拉手環(huán)應(yīng)用于變電所至開關(guān)站層面，雙星形拓?fù)鋺?yīng)用于開關(guān)站至配電房/樓道層面，實(shí)現(xiàn)整個城市電力配網(wǎng)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)多層分級，站點(diǎn)一網(wǎng)覆蓋。

5　結(jié)語

通信系統(tǒng)在配電自動化系統(tǒng)中至關(guān)重要，是實(shí)現(xiàn)配電自動化功能的基礎(chǔ)。EPON技術(shù)是一種先進(jìn)的光纖通信方式，具有施工便捷、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等特點(diǎn)，能夠靈活地與配電線路的環(huán)形、鏈形結(jié)構(gòu)相融合，提高通信系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。利用EOPN技術(shù)建設(shè)的基礎(chǔ)通信平臺具有穩(wěn)定性高、實(shí)用性好、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，在配電自動化建設(shè)和智能電網(wǎng)的建設(shè)中能夠發(fā)揮良好的實(shí)用價(jià)值。

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TM73

A

1673-0038（2015）52-0221-02

2015-12-12

張勇（1986-），男，工程師，本科，主要從事電力通信工程方面的工作，2013年成功申報(bào)“配網(wǎng)通信自動化中運(yùn)用無線技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)”、“光纜接續(xù)盒串聯(lián)技術(shù)的研發(fā)”及“配網(wǎng)通信自動化中運(yùn)用載波+光纜傳輸技術(shù)的研究與應(yīng)用”3項(xiàng)專利。