基于EPON電力配電網通信方案設計分析

陳羿地

（四川省送變電建設有限責任公司十分公司 四川省 成都市 611731）

基于EPON電力配電網通信方案設計分析

陳羿地

（四川省送變電建設有限責任公司十分公司 四川省 成都市 611731）

以太網無源光網絡（EPON）屬于較為先進的光纖接入網技術，由于其具有管理簡單、良好的擴展性以及兼容性、成本低等優點被大力推廣。本文闡述了基于EPON電力配電網通信方案設計，希望能夠對有關人士有所幫助。

EPON；電力配電通信網；方案設計

1 電力配電網的結構體系介紹

一般情況下電力配電網主要包括3個層級，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配電網的監視以及控制，同時能夠分析配電網實際的運行情況以及協調配電子站的關系。配電子站主要用于站內故障的解決、信息的轉發以及信息的收集等等。配電終端主要用于收集、分析以及處理設備所處狀態的信息（設備包括：環網開關、柱上開關、箱式變配電變壓器等等）。在這3層級之間要通過通信系統進行連接，通信系統的作用就在于不同層級之間進行數據信息的交換，在不同層級之間起到橋梁的作用，所以其直接決定了配電網的運行狀態。

所謂配電網網架結構指的就是配電網的連接形式，不同的連接形式會形成不同的配電網架構。從現階段來看，配電網的架構主要包括兩種形式，分別為：單電源輻射狀連接形式、雙電源手拉手環網形式。前者的信息點分布相對分散，后者信息點分布較為集中，主要在主干線以及分支線上。

2 基于EPON的電力配電網通信方案結構

（1）匹配于單電源輻射狀的通信結構

與單電源輻射狀網絡通信結構相適應的模型如圖1所示。

圖1 單電源輻射狀配電網通信模型

此種配電網通信設計方面的困難之處在于具有較多的分段以及分叉，并且TTU相對分散，所以設計的關鍵點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分布狀態來看，基于EPON技術進行單電源輻射狀配電網通信模型設計過程中可以采用如下幾種模式：集中分光模式、兩級分光模式以及串聯多級分光模式。

第一，集中分光模式：此種結構模式是在變電站或者開閉所來布設光線路終端，在配電設備周邊的電線桿或者配變箱內設置分光器，而在設備箱內設置光網絡單元。此種模式的光路設計比較簡單，主要應用在信息點相對集中的場所。

第二，兩級分光模式：此種模式的主要優勢在于主干光路具有較好的一致性，此種模式主要應用在配變設備或者信息點相對集中的場所。

第三，串聯多級分光模式：此種模式的主要優勢在于良好的光網絡擴展性，光線路設計比較簡單，此種模式主要應用在配變設備或者信息點相對分散的場所。

（2）匹配于雙電源手拉手環網形式的通信結構

與雙電源手拉手環網形式通信結構相適應的模型如圖2所示。

圖2 手拉手環網通信模型

此種模型的RTU主要是按照環網柜的設置位置以及主干的開閉來布設的，從而形成手拉手的形式接入到不同的配電子站當中，在兩配電子站之間會形成貯備通信保護。此種配電網的架構形式是現今建設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模式以及手拉手全光路保護模式進行通信。

第一，主干光纖保護模式：此種模式主要適用于配電設備分布比較密集的情況；

第二，手拉手全光路保護模式：此種模式主要適用于信息點分布的相對稀疏的配電網通信系統。

3 配電網的總體通信方案設計

（1）在電網系統中，配電網屬于最末端的配電業務平臺，在此平臺上可以進行配電方面的信息交換傳播。所以，在進行配電網總體通信架構設計過程中，一定要充分考慮已有的電力通信網絡情況，同時要使配電業務更加的安全可靠。按照這些關于配電網網絡架構和通信模式的基本需求，再加上EPON技術的應用就可以進行配電網總體通信方案的設計。

（2）一般情況下的電力配電網都會包括3個層級，對于這種配電網結構來說，在主層站以及子層站之間的主干網上大多采用了基于有源光網絡的通信方式，配電終端主要的作用就在于對現場不同設備（設備主要包括：環網開關、柱上開關、箱式變配電變壓器、集中抄表系統以及開閉所等等）信息的采集以及監控。由于配電網終端設備具有數量大、種類多以及分布廣等特點，因此采用合理的配電方式對于實現配電網的自動化是非常重要的。

而EPON技術的OLT與ONU之間只需要采用光纖以及分光器等無源元件進行聯系，不需配有龐大的機房以及相關的電源，這樣能夠很大程度上降低建設成本以及運營成本。

（3）在此種通信網絡結構中，主站系統設置了雙實時通信網絡來提升系統信息交換的可靠性以及實時性，同時將OLT配置到子站當中。在主站系統內配置有多個管理以及業務方面的服務器，這樣就能夠對所有的通信端口參數進行初始配置。

在配電網的二層通信網絡，通過快速環網保護協議來連接不同的OLT設備，使其形成環網，用于完成毫秒級的業務轉換。RRPP屬于以太網方面的一種鏈路層協議，這種協議可以降低配電網故障的收斂時間，從而能夠良好的預防數據環路造成的廣播風暴。此系統中 RRPP環的工作方式如下：配電網的主站作為主節點來配置不同端口的相關參數，在正常工作狀態中，主端口會按照一定周期發送Hello報文，而從端口會接收發送來的報文，只要接收到就會馬上閉塞從端口。RRPP協議能夠進行一定程度的自愈，例如在環網出現某些故障時，故障點的相鄰節點就能夠發現此種故障，同時也會給主節點報送故障報文。主節點一旦收到故障報文就會立即開放相應的從端口鏈路，并且通過報文的形式告知其他節點故障的發生，使其轉變傳輸的方向。處于正常工作狀態的節點在獲得報文信息后就會對轉發表數據進行相應的更新，從而使其轉換到正常鏈路上。

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

在通信網絡運行過程中以及故障恢復過程中，有可能會發生OLT下屬的全部ONU同時等待的情況（此種情況較為極端，不易發生），此種情況下的系統會面臨非常大的負載壓力，有可能會造成注冊沖突。可以采用通信系統隨機跳窗以及發現窗內隨機延時的方式來防止出現此種極端的情況。

結束語

EPON技術融合了以太網以及無源光網絡兩種技術，使其具有了管理維護簡單、良好的擴展性以及兼容性、建設成本低等優點，所以將EPON技術應用在電力配電網的建設中是現代通信網絡建設的大勢所趨。本文主要介紹了電力配電網的3層結構體系，在此基礎上針對不同的配電網架構形式，給出了不同類型的基于EPON技術的通信方案，最終設計了配電網的總體通信方案。希望通過此文的介紹能夠對電力配電網通信方案設計給以一定的幫助，從而提升配電網建設的安全性以及可靠性。

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[2]錢鋼， 葉志軍，秦哲. 基于 EPON的配網通信技術研究[J]. 移動通信, 2013(18):88-91

[3]孫中偉; 馬亞寧; 王一蓉; 霍司天; 徐光年. 基于 EPON的配電網自動化通信系統及其安全機制[J]. 電力系統自動化, 2010(08):22-25

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管理相關工作。