基于EPON電力配電網(wǎng)通信方案設(shè)計(jì)分析

陳羿地

（四川省送變電建設(shè)有限責(zé)任公司十分公司 四川省 成都市 611731）

基于EPON電力配電網(wǎng)通信方案設(shè)計(jì)分析

陳羿地

（四川省送變電建設(shè)有限責(zé)任公司十分公司 四川省 成都市 611731）

以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）屬于較為先進(jìn)的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，由于其具有管理簡(jiǎn)單、良好的擴(kuò)展性以及兼容性、成本低等優(yōu)點(diǎn)被大力推廣。本文闡述了基于EPON電力配電網(wǎng)通信方案設(shè)計(jì)，希望能夠?qū)τ嘘P(guān)人士有所幫助。

EPON；電力配電通信網(wǎng)；方案設(shè)計(jì)

1 電力配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)體系介紹

一般情況下電力配電網(wǎng)主要包括3個(gè)層級(jí)，分別為：配電主站、配電子站以及配電終端。配電主站主要用于對(duì)配電網(wǎng)的監(jiān)視以及控制，同時(shí)能夠分析配電網(wǎng)實(shí)際的運(yùn)行情況以及協(xié)調(diào)配電子站的關(guān)系。配電子站主要用于站內(nèi)故障的解決、信息的轉(zhuǎn)發(fā)以及信息的收集等等。配電終端主要用于收集、分析以及處理設(shè)備所處狀態(tài)的信息（設(shè)備包括：環(huán)網(wǎng)開關(guān)、柱上開關(guān)、箱式變配電變壓器等等）。在這3層級(jí)之間要通過通信系統(tǒng)進(jìn)行連接，通信系統(tǒng)的作用就在于不同層級(jí)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換，在不同層級(jí)之間起到橋梁的作用，所以其直接決定了配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。

所謂配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)指的就是配電網(wǎng)的連接形式，不同的連接形式會(huì)形成不同的配電網(wǎng)架構(gòu)。從現(xiàn)階段來看，配電網(wǎng)的架構(gòu)主要包括兩種形式，分別為：?jiǎn)坞娫摧椛錉钸B接形式、雙電源手拉手環(huán)網(wǎng)形式。前者的信息點(diǎn)分布相對(duì)分散，后者信息點(diǎn)分布較為集中，主要在主干線以及分支線上。

2 基于EPON的電力配電網(wǎng)通信方案結(jié)構(gòu)

（1）匹配于單電源輻射狀的通信結(jié)構(gòu)

與單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的模型如圖1所示。

圖1 單電源輻射狀配電網(wǎng)通信模型

此種配電網(wǎng)通信設(shè)計(jì)方面的困難之處在于具有較多的分段以及分叉，并且TTU相對(duì)分散，所以設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)就在于怎樣提供高帶寬、高可靠性的通信模式。按照不同的終端信息點(diǎn)分布狀態(tài)來看，基于EPON技術(shù)進(jìn)行單電源輻射狀配電網(wǎng)通信模型設(shè)計(jì)過程中可以采用如下幾種模式：集中分光模式、兩級(jí)分光模式以及串聯(lián)多級(jí)分光模式。

第一，集中分光模式：此種結(jié)構(gòu)模式是在變電站或者開閉所來布設(shè)光線路終端，在配電設(shè)備周邊的電線桿或者配變箱內(nèi)設(shè)置分光器，而在設(shè)備箱內(nèi)設(shè)置光網(wǎng)絡(luò)單元。此種模式的光路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，主要應(yīng)用在信息點(diǎn)相對(duì)集中的場(chǎng)所。

第二，兩級(jí)分光模式：此種模式的主要優(yōu)勢(shì)在于主干光路具有較好的一致性，此種模式主要應(yīng)用在配變?cè)O(shè)備或者信息點(diǎn)相對(duì)集中的場(chǎng)所。

第三，串聯(lián)多級(jí)分光模式：此種模式的主要優(yōu)勢(shì)在于良好的光網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性，光線路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，此種模式主要應(yīng)用在配變?cè)O(shè)備或者信息點(diǎn)相對(duì)分散的場(chǎng)所。

（2）匹配于雙電源手拉手環(huán)網(wǎng)形式的通信結(jié)構(gòu)

與雙電源手拉手環(huán)網(wǎng)形式通信結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的模型如圖2所示。

圖2 手拉手環(huán)網(wǎng)通信模型

此種模型的RTU主要是按照環(huán)網(wǎng)柜的設(shè)置位置以及主干的開閉來布設(shè)的，從而形成手拉手的形式接入到不同的配電子站當(dāng)中，在兩配電子站之間會(huì)形成貯備通信保護(hù)。此種配電網(wǎng)的架構(gòu)形式是現(xiàn)今建設(shè)一次線路的主流形式，此種連接方式可以通過主干光纖保護(hù)模式以及手拉手全光路保護(hù)模式進(jìn)行通信。

第一，主干光纖保護(hù)模式：此種模式主要適用于配電設(shè)備分布比較密集的情況；

第二，手拉手全光路保護(hù)模式：此種模式主要適用于信息點(diǎn)分布的相對(duì)稀疏的配電網(wǎng)通信系統(tǒng)。

3 配電網(wǎng)的總體通信方案設(shè)計(jì)

（1）在電網(wǎng)系統(tǒng)中，配電網(wǎng)屬于最末端的配電業(yè)務(wù)平臺(tái)，在此平臺(tái)上可以進(jìn)行配電方面的信息交換傳播。所以，在進(jìn)行配電網(wǎng)總體通信架構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，一定要充分考慮已有的電力通信網(wǎng)絡(luò)情況，同時(shí)要使配電業(yè)務(wù)更加的安全可靠。按照這些關(guān)于配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和通信模式的基本需求，再加上EPON技術(shù)的應(yīng)用就可以進(jìn)行配電網(wǎng)總體通信方案的設(shè)計(jì)。

（2）一般情況下的電力配電網(wǎng)都會(huì)包括3個(gè)層級(jí)，對(duì)于這種配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來說，在主層站以及子層站之間的主干網(wǎng)上大多采用了基于有源光網(wǎng)絡(luò)的通信方式，配電終端主要的作用就在于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不同設(shè)備（設(shè)備主要包括：環(huán)網(wǎng)開關(guān)、柱上開關(guān)、箱式變配電變壓器、集中抄表系統(tǒng)以及開閉所等等）信息的采集以及監(jiān)控。由于配電網(wǎng)終端設(shè)備具有數(shù)量大、種類多以及分布廣等特點(diǎn)，因此采用合理的配電方式對(duì)于實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的自動(dòng)化是非常重要的。

而EPON技術(shù)的OLT與ONU之間只需要采用光纖以及分光器等無源元件進(jìn)行聯(lián)系，不需配有龐大的機(jī)房以及相關(guān)的電源，這樣能夠很大程度上降低建設(shè)成本以及運(yùn)營(yíng)成本。

（3）在此種通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，主站系統(tǒng)設(shè)置了雙實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)來提升系統(tǒng)信息交換的可靠性以及實(shí)時(shí)性，同時(shí)將OLT配置到子站當(dāng)中。在主站系統(tǒng)內(nèi)配置有多個(gè)管理以及業(yè)務(wù)方面的服務(wù)器，這樣就能夠?qū)λ械耐ㄐ哦丝趨?shù)進(jìn)行初始配置。

在配電網(wǎng)的二層通信網(wǎng)絡(luò)，通過快速環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議來連接不同的OLT設(shè)備，使其形成環(huán)網(wǎng)，用于完成毫秒級(jí)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換。RRPP屬于以太網(wǎng)方面的一種鏈路層協(xié)議，這種協(xié)議可以降低配電網(wǎng)故障的收斂時(shí)間，從而能夠良好的預(yù)防數(shù)據(jù)環(huán)路造成的廣播風(fēng)暴。此系統(tǒng)中 RRPP環(huán)的工作方式如下：配電網(wǎng)的主站作為主節(jié)點(diǎn)來配置不同端口的相關(guān)參數(shù)，在正常工作狀態(tài)中，主端口會(huì)按照一定周期發(fā)送Hello報(bào)文，而從端口會(huì)接收發(fā)送來的報(bào)文，只要接收到就會(huì)馬上閉塞從端口。RRPP協(xié)議能夠進(jìn)行一定程度的自愈，例如在環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)某些故障時(shí)，故障點(diǎn)的相鄰節(jié)點(diǎn)就能夠發(fā)現(xiàn)此種故障，同時(shí)也會(huì)給主節(jié)點(diǎn)報(bào)送故障報(bào)文。主節(jié)點(diǎn)一旦收到故障報(bào)文就會(huì)立即開放相應(yīng)的從端口鏈路，并且通過報(bào)文的形式告知其他節(jié)點(diǎn)故障的發(fā)生，使其轉(zhuǎn)變傳輸?shù)姆较颉Ｌ幱谡９ぷ鳡顟B(tài)的節(jié)點(diǎn)在獲得報(bào)文信息后就會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)表數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的更新，從而使其轉(zhuǎn)換到正常鏈路上。

對(duì)于不同的終端層來說，各個(gè)OLT通過不同的模式（主要包括樹形模式、手拉手全光路保護(hù)模式以及串聯(lián)多級(jí)分光模式）和不同的ONU相連，從而將不同的光口匯集到一起。終端的不同設(shè)備，例如RTU、FTU以及TTU等就可以通過網(wǎng)線接入到最近距離的ONU設(shè)備當(dāng)中。由于每一個(gè)ONU設(shè)備都能夠支持TCP/IP協(xié)議，同時(shí)具有10/100M的端口，所以能夠有效的提升整體配電網(wǎng)的通信效率。

在通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中以及故障恢復(fù)過程中，有可能會(huì)發(fā)生OLT下屬的全部ONU同時(shí)等待的情況（此種情況較為極端，不易發(fā)生），此種情況下的系統(tǒng)會(huì)面臨非常大的負(fù)載壓力，有可能會(huì)造成注冊(cè)沖突。可以采用通信系統(tǒng)隨機(jī)跳窗以及發(fā)現(xiàn)窗內(nèi)隨機(jī)延時(shí)的方式來防止出現(xiàn)此種極端的情況。

結(jié)束語

EPON技術(shù)融合了以太網(wǎng)以及無源光網(wǎng)絡(luò)兩種技術(shù)，使其具有了管理維護(hù)簡(jiǎn)單、良好的擴(kuò)展性以及兼容性、建設(shè)成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以將EPON技術(shù)應(yīng)用在電力配電網(wǎng)的建設(shè)中是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的大勢(shì)所趨。本文主要介紹了電力配電網(wǎng)的3層結(jié)構(gòu)體系，在此基礎(chǔ)上針對(duì)不同的配電網(wǎng)架構(gòu)形式，給出了不同類型的基于EPON技術(shù)的通信方案，最終設(shè)計(jì)了配電網(wǎng)的總體通信方案。希望通過此文的介紹能夠?qū)﹄娏ε潆娋W(wǎng)通信方案設(shè)計(jì)給以一定的幫助，從而提升配電網(wǎng)建設(shè)的安全性以及可靠性。

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TU7

B

1007-6344（2016）07-0066-01

陳羿地（1984年4月），男，大專，主要從事配電工程施工技術(shù)管理相關(guān)工作。