EPON在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

曹乃文

摘 要 隨著人們對用電量的增加，電力配網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性和自動化要求程度愈發(fā)被人重視， EPON技術(shù)是配網(wǎng)自動化建設(shè)中的一項重要通信技術(shù)，是一種基于以太網(wǎng)的PON技術(shù)，將EPON技術(shù)結(jié)合到電力配網(wǎng)系統(tǒng)中，是電網(wǎng)建設(shè)創(chuàng)新發(fā)展的重要體現(xiàn)，本文通過EPON技術(shù)在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人士起到一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞 EPON技術(shù);配網(wǎng)自動化系統(tǒng);應(yīng)用

引言

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)是一種將高壓電向生產(chǎn)、生活用電轉(zhuǎn)變的系統(tǒng)，肩負(fù)著電能分配的重要使命，為了提高該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，EPON技術(shù)越來越廣泛地被應(yīng)用到該系統(tǒng)中。EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)），顧名思義，是基于以太網(wǎng)的PON技術(shù)。它采用點到多點結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。將EPON技術(shù)結(jié)合到電力配網(wǎng)系統(tǒng)中，是電網(wǎng)建設(shè)創(chuàng)新發(fā)展的重要體現(xiàn)，對電能供應(yīng)質(zhì)量的提高有著實際的意義。

1EPON在配電自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性

1.1 EPON基本結(jié)構(gòu)

EPON屬于點到多點結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接入網(wǎng)方式，主要包括網(wǎng)絡(luò)側(cè)的光線路終端（OLT）、無源光分路器（POS）、用戶側(cè)光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）等，可以形成樹型、星型、總線型等不同結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

在實際操作中，下行方向處在變電站的OLT可以使得不同業(yè)務(wù)類型（例如音頻、視頻、數(shù)據(jù)等）利用廣播形式通過POS分配到不同的ONU當(dāng)中;上行方向EPON利用TDMA技術(shù)使得不同ONU上行信息形成TDM信息流傳送到OLT。

1.2 EPON在配電自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性分析

比較容易維護(hù)以及擴(kuò)展。EPON光分路器采取的為無源器件，所以非常便于維護(hù)，可以通過較小的投入得到較好的效果。另外，EPON系統(tǒng)采取的是模塊化方式，更加便于擴(kuò)展。

具有較高可靠性。由于EPON系統(tǒng)不同ONU之間采取的是并聯(lián)方式，所以和ONU連接的不同配網(wǎng)終端設(shè)備也采取的是并聯(lián)方式，因此任何終端產(chǎn)生故障都不會影響到系統(tǒng)的整體運(yùn)行。同時，EPON具有整套安全加密機(jī)制，能夠確保安全運(yùn)行。

具有比較大的寬帶。從現(xiàn)階段來看，EPON能夠提供上下行對稱的1.25Gbit/s的帶寬，同時隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展能夠不斷優(yōu)化升級，這樣就可以很好的匹配后續(xù)配網(wǎng)自動化通信業(yè)務(wù)的帶寬需要。

帶寬具有靈活的分配方式，能夠確保服務(wù)的有效進(jìn)行。EPON能夠利用DBA（動態(tài)帶寬分配）算法來對每一個用戶帶寬實施動態(tài)性分配，能夠確保每一個用戶的QoS。

具有非常廣闊的服務(wù)范圍。EPON屬于點到多點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠通過局端單個光模塊和光纖資源涵蓋大量并且較為分散的終端用戶，確保每個用戶的服務(wù)有效性。

具有非常強(qiáng)的網(wǎng)管功能。EPON具有多方面管理功能，包括性能管理、配置管理、故障管理、安全管理、告警管理等等，可以利用連接在OLT上的網(wǎng)管監(jiān)控系統(tǒng)對和ONU連接的終端監(jiān)控設(shè)備（例如FTU、TTU等）進(jìn)行管理[1]。

2EPON在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

2.1 組網(wǎng)方案

利用通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場終端和配電主站系統(tǒng)的通信通道，可以使得OLT設(shè)置在配電主站系統(tǒng)以及變電站自動化系統(tǒng)當(dāng)中，通過不同的OLT形成主干通信網(wǎng)。而FTU、TTU相關(guān)數(shù)據(jù)主要通過變電站內(nèi)部RTU進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，形成分支通信網(wǎng)。主干通信網(wǎng)通過環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議（RRPP）能夠進(jìn)行快速業(yè)務(wù)倒換，能夠大大提升主干網(wǎng)絡(luò)可靠性，并且有效降低單點故障率。RRPP主要包括多個節(jié)點，一般會選擇配電自動化主站OLT當(dāng)作主節(jié)點，而采取不同配電子站OLT作為傳輸節(jié)點。利用RRPP進(jìn)行流量的快速倒換，能夠確保網(wǎng)絡(luò)大流量業(yè)務(wù)的有效進(jìn)行。

為了確保整個系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，可以將配電子站到不同監(jiān)測終端的分支通信設(shè)置成為樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，此種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)故障率相對較低，并且維護(hù)較為便利。而監(jiān)控終端（FTU、TTU等）通過網(wǎng)線接入到變電站的ONU當(dāng)中，這樣能夠確保通信效率。

EPON系統(tǒng)使得配網(wǎng)主站系統(tǒng)和不同終端子站系統(tǒng)有機(jī)融合，以此來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的上行和下行，其最主要的應(yīng)用就是使得OLT設(shè)置在變電站一側(cè)。OLT屬于多業(yè)務(wù)平臺，業(yè)務(wù)類型較多，能夠支持不同接口類型，包括RS485、光纖接口、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、WDM傳輸?shù)鹊取３酥猓琌LT能夠按照用戶對于QoS的不同要求實施寬帶配置。POS屬于簡單的分路器設(shè)備，無須獨(dú)立設(shè)置電源，能夠應(yīng)用戶戶外環(huán)境中，更便于維保。ONU能夠?qū)⒔K端采集數(shù)據(jù)分別上下傳輸，向上可以傳給控制中心，而向下發(fā)給監(jiān)控設(shè)備。

2.2 IPACT算法應(yīng)用

此種算法主要是基于授權(quán)或者請求自適應(yīng)分配帶寬算法，以相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)來定義授權(quán)幀以及請求幀，能夠形成帶寬分配以及動態(tài)申請，OLT以不同ONU緩存器所收集到的配電終端可以收集的數(shù)據(jù)量來為ONU實施時隙分配。可以利用REPORT/GATE輪詢間插的方式進(jìn)一步提升信道利用率。由于輪詢周期具有可變性特點，配網(wǎng)自動化系統(tǒng)存在非常多的配電終端，同時采集業(yè)務(wù)存在相應(yīng)的差異，會形成某些缺陷，可以利用EPON技術(shù)對其實施優(yōu)化。可以對OLT上行鏈路數(shù)據(jù)流量實施監(jiān)測，同時發(fā)送GATA相應(yīng)信息，若是監(jiān)測到ONU上行鏈路數(shù)據(jù)流量超出1h，那么需要確保輪詢周期≥設(shè)定最低值，這樣就能夠有效限制頻繁輪詢OLT的情況，從而防止多次發(fā)送GATA所形成的帶寬浪費(fèi)[2]。

2.3 傳輸介質(zhì)應(yīng)用

隨著多年的發(fā)展，光纖通信已經(jīng)成為目前最為重要的電力系統(tǒng)通信方式。光纖是光通信傳輸介質(zhì)的關(guān)鍵部分之一，可以架設(shè)不同電壓等級的線路，能夠覆蓋到絕大部分35kV以上的變電站。在配網(wǎng)通信中利用10KV線路對于ADSS光纜實施架設(shè)，可以采用12芯當(dāng)作主要的光纜芯數(shù)，某些關(guān)鍵性樞紐線路可以采用24芯光纜，而進(jìn)行ADSS光纜架設(shè)則更加的方便靈活，提供給EPON組網(wǎng)相應(yīng)的傳輸介質(zhì)。

2.4 設(shè)備供電、帶寬以及業(yè)務(wù)接口方面的應(yīng)用

正常情況下OLT設(shè)備大多設(shè)置在變電站機(jī)房當(dāng)中，需要采用專用的48V電源實施供電，而ONU設(shè)備需要根據(jù)具體情況來設(shè)定取電方式，一般情況下采取FTU的合用電源。從現(xiàn)階段來看，市場上絕大部分ONU設(shè)備都可以根據(jù)具體的需要靈活的選擇相應(yīng)電源接口。ONU業(yè)務(wù)接口要根據(jù)不同配電自動化中終端的具體需求靈活進(jìn)行配置，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)不同業(yè)務(wù)終端的接入。從目前來看，ONU設(shè)備可以提供不同接口，包括RS485、光纖接口、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、WDM傳輸?shù)鹊取Ｉ闲胁扇〉氖荰DMA技術(shù)、下行采取廣播技術(shù)能夠使得配網(wǎng)自動化系統(tǒng)相應(yīng)通信業(yè)務(wù)寬帶和接口需要得到有效滿足[3]。

2.5 網(wǎng)絡(luò)性能以及網(wǎng)絡(luò)安全方面的應(yīng)用

EPON網(wǎng)絡(luò)具有非常強(qiáng)的多點失效以及抗單點功能，ONU設(shè)備可以通過兩個PON口實施上聯(lián)，通過不同光纜路由來對OLT設(shè)備實施有效接入。若是整個網(wǎng)絡(luò)中存在一條光纜或者一組OLT設(shè)備出現(xiàn)故障，那么ONU就能夠及時檢測出故障所在，能夠第一時間切換到備用光纜路由實施工作。其中分光器屬于無源器件，可以通過物理分光的方式運(yùn)行，所以具有非常高的可靠性。若是其中一個光路發(fā)生故障也不會對剩余ONU的運(yùn)行產(chǎn)生影響。同時利用ONU側(cè)接入能夠防止網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險，可以避免外部侵入、偽裝以及仿冒的問題。在ONU和OLT注冊以及連接PON網(wǎng)絡(luò)后，需要對所提供的邏輯標(biāo)識和MAC實施認(rèn)證，在ONU認(rèn)證通過之后才允許進(jìn)行接入。對于PON下行來說，可以通過廣播技術(shù)將報文傳送到所有PON口下的ONU，這樣就能夠確保下行數(shù)據(jù)通信的安全性。PON可以使得數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，可以采用三層攪動加密技術(shù)，從OLT向每一個ONU請求對應(yīng)的密匙。同時ONU所提供的密匙會在特定的ONU以及OLT實施同步以及更新。OLT會對不同ONU下行數(shù)據(jù)使用相應(yīng)的ONU密匙進(jìn)行加密操作，這樣能夠確保其他ONU無法破解此ONU加密數(shù)據(jù)，從而大大提升了下行通信系統(tǒng)的安全性[4]。

3結(jié)束語

總的來說，EPON技術(shù)屬于較為便利、成本較低并且具有較強(qiáng)性能的光纖通信方式，其有效應(yīng)用能夠滿足配電子站到自動化終端的通信要求，具有較高的可靠性和性價比。通過EPON技術(shù)能夠建立起基礎(chǔ)性通信平臺，實現(xiàn)更加智能、更加可靠、較強(qiáng)實用性的通信，本文主要就EPON在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的實際應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，通過本文的介紹能夠?qū)M(jìn)一步推動配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的發(fā)展具有現(xiàn)實作用，對于配電網(wǎng)自動化建設(shè)以及智能電網(wǎng)的發(fā)展具有非常實用的意義。

參考文獻(xiàn)

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[2] 胡帥.EPON技術(shù)在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的設(shè)計與應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新，2018（10）：18-19.

[3] 張帥，虞松杰.EPON技術(shù)在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的設(shè)計與應(yīng)用[J]. 電氣技術(shù)，2018（6）：88-91.

[4] 陳世鳴.EPON在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J].低碳世界，2016（3）：18-19.