基于GPON技術的智能配電接入網設計與實現

內蒙古電力集團有限責任公司鄂爾多斯電業(yè)局 鄭 亮

基于GPON技術的智能配電接入網設計與實現

內蒙古電力集團有限責任公司鄂爾多斯電業(yè)局 鄭 亮

文章結合鄂爾多斯配電網絡的現狀，研究了利用GPON技術實現智能配電系統(tǒng)中接入網的設計實現方案。論文首先分析了智能配網中配電及用電環(huán)節(jié)的業(yè)務需求，然后研究了OLT/ONU設置方式、PON網絡保護方式，論文還對功率預算進行了研究。

PON；網絡規(guī)劃；智能配電網

前言

配電通信網是配電自動化的重要組成部分，采取有效的通信手段能夠精確并準備無誤的將調度員的各種指令傳送到配電終端設備上，配電終端設備也將執(zhí)行的結果和當前參數反饋給調度員。由于配電網終端設備安裝地理位置分布遍布城市網絡，網絡結點多、覆蓋面積廣、要求傳輸的數據量大、建設施工難度大，所以配電通信網組網方式的設計與實現方案非常關鍵［1］［2］。

目前，35kV及以上變電站基本建立了SDH/MSTP 的電力骨干光纖通信網絡，具備了向下延伸的網絡基礎，主要包括10千伏通信接入網和0.4千伏通信接入網。10千伏通信接入網的范圍為變電站10千伏出線至開關站（開閉所）、充電站、環(huán)網單元（柜）、柱上開關、電纜分支箱、（配電室、柱上、箱式）10千伏變壓器等，支撐配電自動化、電動汽車充電站、用戶用電信息采集、分布式能源、電力光纖到戶等多種業(yè)務通信，是承上啟下的多業(yè)務共用通信接入平臺。0.4千伏通信接入網的范圍為變壓器0.4千伏出線至用戶表計、充電樁、營業(yè)網點、電力光纖到戶室內終端等，支撐用戶用電信息采集系統(tǒng)本地通信（用戶表計至采集器、集中器）、用電營業(yè)服務、用戶雙向互動等通信接入業(yè)務。

EPON、GPON以搭建網絡靈活、運行維護簡便、帶寬比較高、網絡覆蓋面積廣、網絡運行可靠性較高、簡化網絡模型等領先性，是智能化配電網絡組建優(yōu)選的技術。相比EPON網絡，GPON網絡下行帶寬更大、傳輸距離更遠、動態(tài)資源分配算法更先進，因此本文主要研究GPON技術在智能配電網絡中的應用［3］。

1.組網方案及業(yè)務需求分析

配電網的光纖布放主要呈鏈型或部分星型結構，采用GPON構建配電網自動化通信系統(tǒng)時，在各110kV、35kV變電站放置OLT設備，匯聚其子站供電區(qū)域內所有 ONU采集配電網自動化監(jiān)控終端（FTU、DTU、環(huán)網柜、臺變等）的實時工作數據，實現終端與子站的通信；并通過 OLT的1000M接口接入骨干通信網，實現子站與主站的通信如圖1。

ONU通過無源分光器連接在主干光纖上，相互之間不受影響獨立工作。任何一個ONU設備失效后完全不影響其他ONU設備的正常運行；在任何接入點分支光纜出現問題的情況下，不影響整個EPON系統(tǒng)的正常運作，無故障點的配電終端仍和主站系統(tǒng)保持正常通信，網絡具有抗多點故障失效性。

圖1　GPON技術組網方案

智能配電網主要包括配電及用電業(yè)務。配電業(yè)務包括配電自動化、電能質量監(jiān)測、分布式電源接入（200kW以上）、配電視頻監(jiān)控等，其對通信可靠性，實時性、安全防護等級要求較高。為了統(tǒng)一計算標準，配電信息點假定如下：每個變電站32條配電出線，每條配電線路分別設置1個電能質量監(jiān)控點、1個分布式電源監(jiān)控點和2個視頻監(jiān)控點。每個配電信息采集點按照柱上開關15臺，開閉站2座，環(huán)網柜8座，箱式變電站30座，桿上變壓器50臺計算，共105個站點均需要實現配電自動化“三遙”業(yè)務，其中20個站點需要實現分布式饋線自動化高級業(yè)務。

按終端流量與變電站匯總流量2個層面來統(tǒng)計流量需求，終端流量指每個終端節(jié)點完成數據通信需要保證的流量，變電站匯總流量指每種業(yè)務所有終端節(jié)點匯總到變電站的數據流量。配電環(huán)節(jié)通信流量需求統(tǒng)計如表1所示。

用電業(yè)務包括用電信息采集、智能用電服務（智能營業(yè)廳、互動化用電、電動汽車充換電設施）等，位于管理信息大區(qū)。用電業(yè)務終端數目龐大，但基本用電信息采集業(yè)務數據量較小，周期性輪詢采集對通信速率要求較低，安全性和實時性要求也較低，業(yè)務特點如下：

（1）采集業(yè)務節(jié)點多，上下行流量差距較大，要求在預定時間集中采集全部用戶的數據信息；

表2　用電環(huán)節(jié)流量測算

（2）遠程控制類業(yè)務信息隨機性強，實時性要求高，信息流量?。?/p>

（3）部分擴展業(yè)務對雙向實時通信有較高的要求，高端業(yè)務具備語音、數據、視頻多媒體通信的特點。

表1　配電環(huán)節(jié)通信流

用電信息點假定如下：每變電站100個臺區(qū)，每臺區(qū)200個居民用戶和6個工商用戶，區(qū)域內有智能營業(yè)廳一座，電動汽車充電樁10個。用電環(huán)節(jié)通信流量需求統(tǒng)計如表2所示。

結合配電業(yè)務及用電業(yè)務分析，GPON下行容量達到2.5G，比EPON 1.25G要大，因此GPON網絡更適合鄂爾多斯的網絡。把OLT的上聯(lián)GE 口（4路可光可電的 COMBO 口，電口為100/1000M 自適應接口）和SDH設備GE對接，將終端節(jié)點采集到的數據匯聚后傳送至主站系統(tǒng)，以達到配網自動化四遙功能的目的，對終端節(jié)點進行實時監(jiān)控，整個配網系統(tǒng)安全可靠穩(wěn)定運行就能實現。OLT采取50%冗余設計，每臺設備配置40個 PON 口，實際使用20個，ONU 配置4個以太網口，運行一個，冷備三個，每個PON 口下預留5dB 的光功率作為擴容使用（在不改變網絡基本結構的情況下）。

對于ONU設備，其帶寬要就不大，但是接口類型多，因此ONU應4個以太網口和4個串口（RS232 或485），將RS485/RS232 接口或以太網接口與數據采集終端設備的上行接口連接，從而實現數據傳輸。

2.GPON組網方式

GPON技術對系統(tǒng)提供了多種保護方式，主要包括：（1）xPON單鏈路組網

xPON系統(tǒng)的單鏈路拓撲如圖2所示。

圖2　單鏈路拓撲

單鏈路拓撲組網方案，主線是單輻射接線方式，通信網絡采用單鏈路結構，每個信息接入點安放一個1：2不等比分光器；預留光纖與光功率，后期擴容，實現雙鏈路/環(huán)形拓撲；單鏈路拓撲只作為一過渡拓撲存在，最終形成雙鏈路/環(huán)形拓撲。

（2）xPON手拉手組網

手拉手拓撲如圖3所示。

圖3　手拉手拓撲