無源光網絡技術在智能配電通信接入網的可行性分析

摘 要：電力光網絡通信是智能電網基礎設施的基礎，建設滿足配用電業務通信需求的電力光網絡通信接入網絡，是實現智能電網的重要先決條件。無源光網絡技術作為目前在電力通信中被廣泛認可并應用的接入網技術。本文從智能電網中配用電通信需求出發，結合無源光網絡技術的特點，從組網結構、鏈路保護和抗單/多點失效、帶寬要求和網絡擴容四方面詳細分析了無源光網絡技術應用于智能電網配電通信接入網的可行性。分析結果表明，基于無源網絡的EPON技術目前是配網通信系統中，配電子站到自動化終端這個層面光纖通信方式的最佳選擇。

關鍵詞：光網絡通信；組網結構；EPOM網絡；接入網技術

中圖分類號：TN929.1文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2018）01-0078-03

Feasibility Analysis of Passive Optical Network Technology in Intelligent Distribution Communication Access Network

WAN Wentao1，XIONG Songsong2

（1. Hefei NO.6 High School，Hefei 230061，China；2.Jinan University，Guangzhou 510632，China）

Abstract：Power optical network communication is the foundation of smart grid infrastructure，and building power optical network access network to meet the demand of power distribution business communication is an important prerequisite for smart grid implementation.Passive optical network（passive optical network）technology is widely accepted and applied in power communication.This article from the smart grid with electric communication needs，combined with the characteristics of passive optical network technology，the network structure，link protection and anti single / four multi point failure，bandwidth requirements and detailed analysis of the feasibility of the application of network passive optical network technology in intelligent power distribution communication access network.The analysis results show that EPON technology based on passive network is currently the best choice for optical fiber communication mode in distribution network communication system，from electronic distribution station to automatic terminal.

Keywords：optical network communication；networking structure；EPOM network；access network technology

0 引 言

智能電網包含智能輸電網和智能配電網兩部分。其中智能配電網是最為重要基礎和關鍵部分，其負責電網內部的信息交互，優化及整合電力系統網絡內的全部運維和生產信息，通過加強監控、診斷和處理動態的電網實時業務，為配電網的管理和維護人員提供全面、完善和準確的運維信息，提供輔助決策支撐，最大程度地實現智能電網智能化管理和運營。電力光網絡作為智能電網的基礎網絡，其建設需滿足配用電業務通信需求的電力光網絡通信接入網絡，是實現智能電網的重要先決條件[1-5]。

如何建設符合配電網運行特點的光網絡通信系統成為當前的難點。目前，配用電網對光網絡通信系統主要有幾點要求：（1）光網絡通信系統組網方式，需要網絡拓撲清晰，與現有配電網絡兼容性強；（2）通信安全，且高度可靠，并能提供保護機制；（3）光網絡的通信速率、帶寬不僅能滿足當前需求，且能為將來的擴容提供冗余；（4）網絡擴容性強，節省資源，避免重復建設，浪費資源。

1 組網結構分析

在電力配電網通信網絡中，常用的組網結構有：單電源輻射網結構、“手拉手”環網結構和雙電源雙T網三種結構，其拓撲結構如圖1-3所示。

如圖1所示，單電源輻射網作為配電網的一種簡易網絡，其覆蓋的有效區域約為3km-5km，網絡鋪設投資少且運行簡單，因此通常應用于用戶數量少、業務量低的偏遠地區。圖2中的“手拉手”環網因其具有高可靠的接線結構，采用各末端間與主干網絡之前的通信，從而完成開環運行和環網接線，此網絡結構目前被廣泛的應用于城鎮配電網中。而雙電源雙T網絡，如圖3所示，其是另一種高可靠性的接線方式，此結構除擁有T形結構的優點外，還可采用靈活的運行方式，備份低壓和變壓器系統，從而節約電纜長度，降低造價。以上配電網的網絡結構同樣也是EPON通信線路常見的組網拓撲結構，如圖4-6所示。

如圖4所示，EPON鏈型單電源組網結構，光纖路終端（OLT）通過多一個PON口級聯多個光分路器，且將其步放在配電子站處，且OLT的通信半徑范圍可達20km左右，由于單電源輻射網結構其工作半徑為3km-5km因此，該結構可完全滿足配電網的需求；從圖5所示的拓撲結構可知，在全鏈路保護-手拉手環網中，OLT設備配置在兩個配電子站點，采用分光器實現雙向級聯延伸，在上行通信鏈路中，ONU通過雙向PON口實現1+1的鏈路冗余保護，保證環網監測的安全運行，此拓撲結構可完全的匹配配電網中“手拉手環網”結構；最后圖6中所示的“EPON全鏈路保護-雙電源雙T網”，其采用雙T型光纜結構組網，將OLT設備步放在A、B兩個配網子站點，相比“手拉手”組網模式，其OLT的光方向基本同向且OLT的安放位置也類似。通過分析三類組網結構可知，無源光網絡EPON可根據實際配電網的電纜組網結構分別采用“點-線-環”的靈活組網方式，以適應配電網的組網結構，實現配電網子站到配變終端的配電通信需求。

2 EPON組網結構的鏈路保護和抗失效性分析

配電網的網絡保護能力是配電通信網絡的穩定運行的基本要求，且至關重要。在配電網中，由于網絡中存在大量的節點，假如其不具備抗單點和多點設備的失效性功能，此網絡就存在非常高安全隱患，一旦通信鏈路中的一個或多個設備故障，可導致整個網絡的癱瘓。

因此無源光網絡EPON組網結構需具備高效的鏈路保護和抗失效性。在EPON系統中，由于其單個的ONU設備均通過無源光分路器（Passive Optical Spliter，POS），采用并聯方式進行組網，當OLT的光信號通過點到多點的方式傳送到單個ONU時，每個ONU設備均采用分光器建立ONU到OLT的數據信道，因此當配電網中假如出現單點或多點的設備故障時，均不會對其它ONU設備的正常運行，上述的結構如圖7所示。

根據分析可知，配電網子站的OLT通過干路鏈路光纖下掛多套ONU設備，在每個ONU設備中均配備了監測通信端設備FTU，即使一旦通信網絡中ONU2設備的PON光口損害，或ONU1設備的光纖中斷故障，光鏈路的其它設備（ONU3、ONU4、ONU5、ONU6、ONU7）仍然可與配電網子站正常通信。

有圖7可得，9個擁有雙光接口的ONU設備，通過OLT的2個PON口沿東、西兩個方向依次連接9套OUN設備，該結構可實現ONU設備與OLT設備間的1+1模式的鏈路保護。如圖中所示，當設備ONU1和ONU2分貝出現光口故障和分支光纖鏈路中斷時，完全不影響ONU4和ONU5設備同其它ONU設備的通信。綜上所述，EPON設備組成的網絡在鏈路保護和抗失效性方面有著明顯的優越性。

3 帶寬要求分析

由于配電通信網中其終端節點數量眾多，一個中等規模的配電子站，其節點數量可高達約一千個，此外，由于各節點還存在通信距離較短、分布位置散、實時性高和節點通信量小的特點，因此配電網的終端通信速率一般可按表1來配置。

針對配電網的以上特點，EPOM網絡可采用上、下為1.25Gbps對稱的通信速率，并根據需求將通信帶寬擴容至10Gbps。

從表1可知，EPON系統提供的接入帶寬可完全滿足配電網的帶寬需求。在接口選擇上，通過對不同的ONU端口在以太網口、語音接口做改造，增加RS232/485口，并通過設置不同端口的配置參數，可保障配電網設備與通信設備的無縫連接。

4 網絡擴容分析

如圖8所示，以EPON組網技術的光無源網絡能夠根據配電網中后期開閉所、環網柜等方式，提供不同的擴容形式和靈活的網絡拓撲結構，EPON組網方式，由于其下游的節點設通過干線纜與OLT設備相連，無論下游節點增加節點的數目多少，均可實現單個ONU設備可獨立運行工作，其不受其它ONU設備損壞而影響其征程工作，另外，由于后續增加的ONU設備其與鏈路的連接只需靠更換分光器，在增加額外ONU時，只需要拔插對應的饋線即可。

且所增加的ONU單元成本遠低于交換機和MSTP設備的價格。因此，EPON組網技術，即使在配電網后期開閉所、環網柜、箱變等節點數量的不斷更改或擴容情況下，都可根據實際節點數量的變化，靈活的調整網絡結構以適應配電網需求。

5 結 論

本文從組網結構、鏈路保護和抗單/多點失效、帶寬要求、和網絡擴容四方面對EPON網絡應用于配電通信網絡的可行性分析，分析結果表明EPON網絡因其拓撲結構清晰、組網方式靈活、高可靠性高失效性，可保證電力配電網的穩定運行，此外其還可提供大寬帶容量和低成本的網絡擴容特點，因此其可作為最優的光網絡接入方案，被廣泛的應用于智能配電通信接入網中。

參考文獻：

[1] 于曉東，于昉.無源光網絡技術在配用電通信網中的應用 [J].電力系統通信，2010（5）.

[2] 郝曉偉，郭麗.以太網無源光網絡技術在智能配用電通信網中的應用 [J].山西電力，2014（4）.

[3] 劉麗榕.智能配用電網通信方式研究 [D].華北電力大學，2011.

[4] 孫圓圓.無源光網絡技術在配、用電通信網中的組網研究 [J].寧夏電力，2013（3）.

[5] 鐘浩.配用電通信網中無源光網技術的有效應用 [J].信息通信，2015（10）.

作者簡介：萬文濤（2000.03-），男，安徽合肥人。研究方向：光網絡通信；熊松松（1984.12-），男，江西九江人，博士，暨南大學電子信息工程系。研究方向：光網絡通信。