基于EPON技術的配電網自動化分析

朱挺萱，董立娟

國網甘肅省電力公司超高壓公司，甘肅 蘭州 730070

0 引言

作為光纖通信傳輸的核心技術，EPON技術的應用旨在構建雙向傳輸模式下的一點到多點的數據傳輸網絡體系。早在20世紀后期，EPON數據信號傳輸技術就已經誕生。截至目前，在配電網自動化的發展進程中，網絡自動通信模式不斷趨于成熟。從配電網的體系組成結構來看，現有的EPON配網結構體系主要包含中間分光設備、線路側設備、用戶側設備等。配電網的數據信號能夠達到實時的傳播效果，保證配網用戶能享受到更加優質的網絡服務資源。

1 EPON技術概述

1.1 EPON技術的基本含義

EPON（以太網無源光網絡）技術的本質是光纖通信的雙向傳輸處理技術，涉及單纖數據在P2MP模式下的雙向互動共享。誕生于20世紀末的EPON技術目前已經獲得了全方位的普及[1]。通常，EPON傳輸結構體系應包含POS、OLT及ONU三個關鍵組成部分，分別用于中間分光、線路側及用戶側的系統設備。

1.1.1 通信容量

網絡通信容量在根本上關系到配電網絡的實踐運用效果，為了避免網絡通信局限于配電網絡數據傳播的狹窄范圍，配電系統的網絡通信容量亟待擴展[2]。光纖通信手段的普及有助于拓寬配電網絡通信容量，提升配電網絡的數據信息傳播效果。

1.1.2 通信介質

光纖通信網絡的現有通信介質通常為光導纖維，其中包含純度較高的玻璃材料。與傳統的數據信號傳播載體相比，光纖通信介質的數據傳播速度更快，在同一時間段內可以允許多條路徑的數據信號傳遞。光纖通信介質具有優良的抗干擾特性及穩定性，可以充分適應前的配電網絡使用需求。光纖通信介質主要依靠光波完成網絡數據的共享傳遞過程，可以防止重要數據信息的泄露。在傳播配電網絡的信號與數據時，正確運用光纖通信介質及傳輸渠道有助于保障數據傳播的穩定性。光導纖維的載體材料具有較好的柔韌性，可以避免數據傳播結構的斷裂，從而保證配電信息傳輸處理過程的安全。

1.2 EPON技術的特征

1.2.1 高效、準確

相比于原有的網絡數據信號傳播共享技術，EPON技術最顯著的特征是更高的網絡資源利用效率及更加準確、完整的信號傳輸效果[3]。在單纖雙向的全新網絡數據傳播技術平臺的支撐下，無源分光系統的組成設備可以直接連接光纖網絡體系，依靠系統中的主干線路實現實時的光信號輻射傳輸。光纖芯線的網絡傳輸結構組成部分得到了明顯的簡化，依靠多點網絡的分光器傳播模式可以適應復雜信號傳輸狀態，合理配置線路傳輸信號數據的系統資源。

1.2.2 穩定、靈活

分光器置于無源分光系統中，不必配置網絡傳輸電源裝置。即便在較惡劣的自然氣候條件下，P2MP的網絡通信傳輸模式也能具備優良的穩定性與適應性，防止產生系統結構的損毀。

EPON無源網絡具有靈活、簡便的技術優勢，可以達到實時的系統擴展效果。在新線路及全新的網絡終端融入現有網絡結構時，可以實現靈活程度更高的系統擴展，避免新增網絡設備給原有通信網絡帶來顯著干擾。

1.2.3 覆蓋廣、便攜

光纖傳輸網絡的數據信號傳播距離更長，可以合理控制配電數據信號的損耗風險。配電網絡在傳播數據時，其衰減消耗系數直接決定信號覆蓋距離，因此光纖網絡能夠實現更長的數據傳播覆蓋里程。光纖網絡數據即便經過較長距離的傳播，信號數據的真實性也不會被削減，擴大配電網絡的覆蓋范圍必須借助于光纖傳播途徑。光纖通信技術需要在傳播數據信號的全過程借助光纖介質，以光作為網絡數據信息的傳遞載體。光導纖維構成了網絡通信傳輸中的關鍵載體，可以實現配網數據信號的更大范圍的傳播共享。

光纖傳播介質具有便攜性的優勢，可以為安裝施工提供方便。近些年，光纖通信技術正在全面滲透各個生產生活領域，并且達到了預期的實施效果。

2 配電網自動化中的通信技術

2.1 以太網交換機通信技術

光纖以太網應建立在組網協議的前提下，組網協議通常為EAPS的系統組網協議。以太網交換機本身具有工業級的組網使用性能，需要確保將交換機的系統終端組成設備均勻布置在網絡監測點的所在位置[4]。通過實施科學規劃，能夠確保以太網的交換機通信結構體系可以最大化地實現預期使用功效。從現狀來看，工業以太網已經能夠表現優良的環網保護性能，組網模式趨向于IP化。同時，包含較高帶寬的組網結構體系可以滿足網絡容量擴展需求，充分適應一點到多點的全新數據信息傳輸處理需求。

配電網絡的原有傳播媒介需要得到必要的創新，以切實提升配網自動化運行的安全水平[5]。光纖網絡傳播介質的采購成本較低，適用于配電網數據信號傳播領域。技術人員應調整同軸電纜的數據傳播方式，確保可以實時監測配電網數據的完整程度。在創新傳播載體的工作中，還要健全配電網絡傳播的基礎設施，定期維護配電網絡傳播的基礎設備系統。配電信息傳播應滿足實時性標準，同時需要運用專門的技術方法來保障數據信號的傳播過程的安全性[6]。為了確保配電網信息數據的安全傳播，現階段，應在構建光纖傳播媒介的同時，全面擴展寬帶入網的覆蓋領域，深入推進雙向化的數據傳播模式改造工作。光纖傳播載體經過技術優化與創新后，應具備更好的抗介質干擾性，以保證數據信息的可靠性；應嚴格控制光纖傳播媒介的數據資源損耗程度，運用實時性的技術手段提升配電網絡的數據傳播效率[7]。

2.2 電力線載波通信技術

電力線載波通信技術的應用主要依賴電力系統，體現在擴頻信號及載波信號的調制轉化過程[8]。電力線路傳輸的原始數據信號經過實時性的轉化處理以后，能夠轉變成電力載波的通信數據。直流或交流的耦合器能夠全面連接電力系統線路，客觀上達到了降低使用成本以及方便網絡維護的效果。然而，電力線載波通信技術容易產生信號衰減及間歇性的系統傳輸噪聲，線路阻抗具有較顯著的波動特征。目前，電力線載波通信技術可以用在可靠性與實時性傳輸需求較低的網絡結構中。

光纖網絡結構系統可以直接連接濾波器裝置，達到實時檢測與過濾外界干擾波形數據的目的。配電系統的管理技術人員可以將屏蔽網布置在適當的配電信號網絡區域，以便全面消除信號傳送與轉換過程的干擾；技術人員應將濾波器安裝在衛星自動接收裝置，屏蔽網絡可以全面濾除各類外界干擾信號。在全面濾除常見干擾信號的過程中，應用光纖移動數據網絡可以實時調整網絡屏蔽參數，合理設置和選取網絡屏蔽參數對象，配電信號具有穩定性，能夠依賴濾波器進行普遍傳輸。

2.3 GPRS無線網絡通信技術

無線通信技術中的GPRS無線網絡通信技術避免了電纜線路的大規模接入，體現了靈活性更強的組網運行特征，如圖1所示。目前，應用電力無線專網，可以幫助全方位推廣無線通信技術。然而，GPRS無線網絡通信技術普遍表現為較低的網絡帶寬，無法全面滿足大規模配電網接入終端的需求。并且，GPRS無線網絡通信技術的網絡擴展性與傳輸實時性較差，無法保證傳輸的遙控信號的精確度。

圖1 GPRS無線網絡通信示意圖

對于配電網的體系結構而言，能否達到最佳的通信傳輸可靠程度，取決于自動化配網通信方案的數據指標。在配網有效性的評估判斷中，技術人員可以根據平均的配網故障修復概率及修復時長進行評估。配網體系結構中的各個子站（OLT）能夠直接連接于不同的配網分段單元模塊，確保配網運行中的突發系統故障能得到及時、妥善的處理，縮短了配網自動化故障的處理檢修時間。在基于EPON的自動化配網運行控制模式下，各個POS網絡終端都能直接連接PON口的適當節點部位，確保將分光器布置在系統開關的所在位置。現有的配電網光纖結構可以實現20 km以上的通信半徑覆蓋，確保5 km左右的供電用戶能獲得穩定的電源電能供給。

3 基于EPON技術的配電網自動化優化措施

3.1 組網結構優化

當前，配電網自動化的發展趨向集中體現為載波通信技術與光纖通信技術的融合，并且配備了與之適應的無線傳輸處理模式。在全面優化系統組網結構時，應確保配電網結構范圍內的電纜線路連接走向正確，確保光纜基礎設施的總體結構走向符合基本技術要求。例如，“手拉手”的雙電源全鏈路保護組網模式主要采用級聯延伸的配網運行方式，可以確保達到鏈路冗余保護的良好實施效果。

配電網在接入不同業務流量時，配電網的各種組網方式將會表現出差異性的延時現象。配電網的平均傳輸延時主要取決于電流的負荷，在電流負荷較大時，配電網的平均傳輸延時會呈現明顯增加的變化特征。例如，采用以太網環的配網組織結構模式比較容易丟失字節，要對其進行優化整改。將配電網的系統通信方案建立在EPON技術的基礎上，配電網的帶寬較大，能夠縮小平均網絡傳輸延時。

3.2 通信介質優化

配網自動化的通信介質主要集中于光纖傳輸介質，需要確保光纖傳輸介質具備更加優良的使用效能。對于網絡結構內的電纜線路，各條電纜線路需要完整覆蓋現有的配電網通信體系。在此基礎上，配電線路組成了光纖網絡的體系結構，需要表現為良好的通信介質安全性。對于省級的調度通信網絡，現階段的調度通信網多數由優質的光纖設備組成，符合組網通信的介質傳輸要求。例如，配電網的DTU通信終端接口的主要配置為RS485或RS232，可以達到2 Mbps的最大傳輸速率，最低的信號傳輸速率不會小于300 bps。

3.3 網絡安全性能優化

配電網自動化的網絡安全性能主要體現在配網本身具備的業務保護功能。應用EPON技術可以讓網絡結構具備更好的抵抗失效特征。配網通信體系是否表現為優良的安全使用效能，取決于并聯組網的技術實施方式。如果光信號傳輸設計為多點發送模式，即便某個網絡傳輸終端突然表現為系統死機或者接口故障等，其他與之連接的網絡系統傳輸鏈路仍然可以保持良好的運行效能。“1+1”模式的系統保護支路及主干光纖共同組合成了完整的配網結構體系，可以減少系統運行中的失效安全風險。EPON系統的最大上下行信號傳輸速率為1.25 Gbps，而無源分光器的價格是光模塊的價格的1/5左右。

4 結束語

綜上所述，配電網自動化完善路徑包含自動化組網結構的完善、網絡通信介質的創新、網絡安全使用性能的優化等。EPON技術在客觀上允許實時性的網絡數據共享傳輸，可以提升配電網自動化的建設水平。技術人員需要著眼于EPON技術，進行合理的推廣和應用，構建多元化、全方位的配網自動化體系結構，節約配網自動化的運行成本。