EPON組網(wǎng)在配電自動化中的應(yīng)用研究

李林陽 王天峰 范子濤 孫祥飛

【摘要】 伴隨EPON技術(shù)的發(fā)展，EPON組網(wǎng)相對傳統(tǒng)通信組網(wǎng)方式在配電自動化的優(yōu)勢也愈加明顯。本文研究分析了EPON在配電自動化中的組網(wǎng)方式、設(shè)備要求、通信速率、光鏈路損耗等，通過研究分析認(rèn)為EPON在配電自動化中的應(yīng)用具有良好的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】 EPON 配電自動化 組網(wǎng) 光鏈路損耗 通信速率

隨著經(jīng)濟(jì)、社會的日益發(fā)展，供電質(zhì)量及可靠性在人們的生活及工作生產(chǎn)中具有越來越重要的影響。因此，在配電網(wǎng)中如何有效地減少停電故障次數(shù)，快速診斷故障地點、縮短事故停電時間顯得至關(guān)重要。配電自動化技術(shù)的出現(xiàn)、發(fā)展為這些問題帶來了有效的解決方案。配電自動化技術(shù)是以一次網(wǎng)架和設(shè)備為基礎(chǔ)，以配電自動化系統(tǒng)為核心，能利用多種通信方式將配電網(wǎng)的實時運行、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備等信息進(jìn)行集成，實現(xiàn)配電網(wǎng)運行監(jiān)控及管理的自動化、信息化。在配電自動化系統(tǒng)中，通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的搭建對配電自動化系統(tǒng)的性能具有重要影響[1]。

一、配電自動化系統(tǒng)現(xiàn)有通信技術(shù)及比較

目前配電自動化系統(tǒng)常用的通信方式主要有：無線通信，光纖通信，載波通信等。無線通信方式在可靠性、抗干擾性、安全性、實時性等方面性能均較差，但其成本較低，因此，常用于配電網(wǎng)中線路無法到達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，來實現(xiàn)“一遙”或“兩遙”控制。載波通信的通信速率和實時性較差，但組網(wǎng)簡單，常用于光線難以敷設(shè)和無線信號較差的郊區(qū)；光纖在這幾方面性能均優(yōu)良，常用于組建市區(qū)的核心骨干網(wǎng)絡(luò)，在配電網(wǎng)主干線路上常用于實現(xiàn)“三遙”，在分支線上常用于實現(xiàn)“兩遙”。目前光纖通信在配電自動化系統(tǒng)中組網(wǎng)方式主要有EPON組網(wǎng)方式和工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)方式兩種，但工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)方式成本較高，因此在配電自動化系統(tǒng)中EPON的應(yīng)用更為廣泛[2]。

二、EPON系統(tǒng)

2.1 EPON技術(shù)簡介

EPON是基于PON技術(shù)和以太網(wǎng)協(xié)議的一種新的光纖接入技術(shù)。EPON系統(tǒng)一般由OLT、ONU和POS組成。EPON系統(tǒng)具有高帶寬、高可靠性、易于擴展、時延低、節(jié)省網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等優(yōu)點，因此有著廣泛應(yīng)用[3]。

2.2 EPON數(shù)據(jù)傳輸原理

EPON在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時，只能在OLT與ONU之間通信，ONU之間不能進(jìn)行通信。下行通信采用廣播技術(shù)，上行通信采用TDMA技術(shù)。在下行通信時，下行方向由OLT發(fā)出一個廣播，在數(shù)據(jù)包頭上有各個目的ONU的地址，目的ONU只接收自己的數(shù)據(jù)包，丟棄其它無關(guān)的數(shù)據(jù)包。

在上行方向通信時如圖2，每一個ONU都會被分配一個時隙，ONU按照分配的時隙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于OLT在同一時刻只能接受一個數(shù)據(jù)包，因此為了避免沖突，ONU在向OLT發(fā)送數(shù)據(jù)時先進(jìn)行信道監(jiān)聽，如果信道空閑ONU便可以發(fā)送數(shù)據(jù)包；若偵聽到信道無空閑，該ONU便進(jìn)行等待，直到信道空閑。

三、EPON在配電自動化中的應(yīng)用

3.1 EPON配電自動化組網(wǎng)方式

在配電自動化組網(wǎng)中，EPON常用的組網(wǎng)形式有以下兩種：手拉手雙鏈路組網(wǎng)和雙環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)。

圖3為手拉手雙鏈路組網(wǎng)方式，這種方式在兩個變電站OLT設(shè)備間采用雙鏈路的方式連接，兩個OLT設(shè)備均處于工作狀態(tài)。每個ONU設(shè)備都會連接到兩個分光器（每條鏈路上各一個），終端設(shè)備DTU、FTU、RTU再連接到ONU設(shè)備上。在這種手拉手雙鏈路組網(wǎng)方式下，當(dāng)其中一條鏈路、OLT設(shè)備或分光器發(fā)生故障時，ONU設(shè)備可倒換到另外一條鏈路或OLT設(shè)備上（備用）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)了通信的可靠性[4]。

圖4為EPON雙環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方式，這種方式在一個變電站OLT設(shè)備建立一個雙環(huán)網(wǎng)連接，每個ONU設(shè)備分別通過兩個分光器連接到雙環(huán)網(wǎng)中，終端設(shè)備DTU、FTU、RTU再連接到ONU設(shè)備上。在雙環(huán)網(wǎng)方式下，當(dāng)其中一個環(huán)網(wǎng)發(fā)生故障時，ONU設(shè)備可倒換到另外一個環(huán)網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，與手拉手雙鏈路組網(wǎng)方式相比，雙環(huán)網(wǎng)方式節(jié)省了OLT設(shè)備，但可靠性比手拉手雙鏈路方式低。

3.2 EPON配電自動化組網(wǎng)設(shè)備要求分析

OLT設(shè)備一般放置在變電站內(nèi)，OLT設(shè)備包含二個或者多個PON接口，應(yīng)支持以太網(wǎng)/IP業(yè)務(wù)，提供以太網(wǎng)上聯(lián)接口，可選支持STM-1口。OLT應(yīng)支持雙主控板配置，并支持主控板的1+1保護(hù)倒換，主控板倒換時間應(yīng)小于50ms。

ONU一般放置在配電終端開關(guān)站、配電室、環(huán)網(wǎng)柜、箱式變電站、柱上開關(guān)、配電變壓器、配電線路等地方，應(yīng)具備承載以太網(wǎng)/IP業(yè)務(wù)的能力，至少支持提供1或4個FE以太網(wǎng)接口，支持RS232/485串口、選配E1口，具備可擴展能力，提供一個或兩個PON接口。支持101規(guī)約、104 規(guī)約、CDT、DNP等多種電力通信規(guī)約。

配電終端FTU、DTU、TTU應(yīng)根據(jù)不同的對象進(jìn)行相應(yīng)的選擇，配電終端應(yīng)具備運行信息采集、事件記錄、對時、遠(yuǎn)程維護(hù)和自診斷、數(shù)據(jù)存儲、通信等功能，同時應(yīng)能支持以太網(wǎng)或RS232/485串口。對于配電終端設(shè)備，主要分為“電壓型”設(shè)備和“電流型”設(shè)備?！半妷盒汀痹O(shè)備能夠自動隔離故障段并自動恢復(fù)非故障段線路的供電，但會因為支線故障導(dǎo)致全線路短暫停電，故障影響范圍較大；“電流型”設(shè)備的特點是支線故障不影響主干線，故障影響范圍小，但容易出現(xiàn)越級跳閘。根據(jù)這兩種類型設(shè)備的特點，在配電主干線上應(yīng)加裝“電壓型”設(shè)備，在負(fù)荷變化較小的分支線可加裝“電流型”設(shè)備[5]。

3.3 EPON配電自動化組網(wǎng)鏈路損耗分析

在EPON組網(wǎng)光鏈路中，光鏈路損耗主要是光纖損耗、分光器插入損耗、活動接頭損耗等幾項損耗的總和：

光鏈路損耗=光纖損耗+分光器插入損耗+活動接頭損耗（dB）

1.每條光鏈路的光纜損耗：Lt=αfD，其中Li為光損耗，αf為光纖衰減常數(shù)一般取0.3dB/km。

2.分光器插入損耗：Bt=B，其中N為分路數(shù)，B是第i路分光器插入損耗。

3.活動接頭損耗：Et=E，E為接頭附加損耗，單個接頭損耗一般取0.3dB-0.5dB。

4.光鏈路總損耗：A=Lt+Bt+Et

在整個EPON網(wǎng)絡(luò)中，光鏈路所允許的最大損耗為25dB，對于光鏈路損耗的計算，應(yīng)按照上述公式進(jìn)行相應(yīng)的計算并進(jìn)行實際的測量驗證工作，以確保光鏈路總損耗在允許的范圍內(nèi)。

四、結(jié)束語

目前，EPON在配網(wǎng)中的應(yīng)用還只是實驗、發(fā)展階段。隨著配電自動化的發(fā)展和需要，EPON技術(shù)在配電自動化組網(wǎng)中的應(yīng)用也將越來越廣泛和成熟，EPON優(yōu)越性也將會體現(xiàn)得越來越明顯。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 杜欣. 基于EPON的10kV終端通信網(wǎng)規(guī)劃探討. 電力系統(tǒng)通信[J]. 2011-7，32（225）：1-5

[2] 李濤. EPON技術(shù)在電力通信網(wǎng)中的應(yīng)用. 電子設(shè)計工程[J]. 2011-5，19（10）：145-150

[3] 國家電網(wǎng)公司. Q/GDW 533.1-2010 基于以太網(wǎng)方式的無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON） 系統(tǒng)第一部分：技術(shù)條件[S]. 2011. SGCC. Q/GDW 533.1 -2010 Ethernet Passive Optical Network System， part I technical specification[S]. 2011.

[4] 劉偉，李偉. 混合通信方式在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用. 繼電器[J]. 2002-12，30（12）：63-65

[5] 蔡萬升，湯輝，張軍，張浩. 基于EPON技術(shù)的配電自動化通信系統(tǒng). 電力系統(tǒng)通信[J]. 2010-12，31（218）：11-15

[6] 張嵐，高鵬，王澄. 南方電網(wǎng)配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的建設(shè). 電力系統(tǒng)通信[J]. 2010-11，31（217）：20-24