EPON技術在配電網(wǎng)通信系統(tǒng)中的應用

唐東平

摘 要：隨著我國經(jīng)濟社會的全面發(fā)展，各領域?qū)﹄娏Φ墓笤絹碓礁?，促使我國電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大。然而龐大的電網(wǎng)又為其高效的管理和運行帶來了巨大的挑戰(zhàn)，為此，國家近年提出了建設智能電網(wǎng)的策略，配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)智能化是建設智能電網(wǎng)的第一步，由于EPON技術具有成本低、容量大、兼容性好等特點，因而在配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)中受到了廣泛的應用。文章首先介紹了EPON的基本概念，然后分析了EPON技術具有的特殊優(yōu)勢，并以實際案例分析對EPON技術在配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的應用進行了剖析。工程實踐表明，EPON在配電網(wǎng)通信系統(tǒng)中具有很好的適用性，是未來智能電網(wǎng)的重要發(fā)展方向。希望文章的研究可以為智能電網(wǎng)的建設提供有用的借鑒。

關鍵詞：無源光網(wǎng)絡；EPON；配電網(wǎng)；通信系統(tǒng)；智能電網(wǎng)

中圖分類號：TN929.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0175-02

Abstract： With the overall development of economy and society in China， the demand for power supply in various fields is getting higher and higher， which makes the scale of power grid in our country expand continuously. However， the huge power grid has brought great challenges to its efficient management and operation. Therefore， the strategy of constructing smart grid has been put forward in recent years. The intelligent communication system of distribution network is the first step of building smart grid. Because of the low cost， large capacity and good compatibility of EPON technology， it has been widely used in the communication system of distribution network. This paper first introduces the basic concept of EPON， then analyzes the special advantages of EPON technology， and analyzes the application of EPON technology in distribution network communication system with practical case analysis. Engineering practice shows that EPON has good applicability in distribution network communication system， and it is an important development direction of smart grid in the future. I hope this study can provide a useful reference for the construction of smart grid.

Keywords： passive optical network； EPON； distribution network； communication system； smart grid

1 概述

配電網(wǎng)是指電網(wǎng)系統(tǒng)中起著電能分配作用的網(wǎng)絡，它一方面從輸電網(wǎng)接收電能的輸入，另一方面通過各種配電設施逐級將電能分配給用戶?？梢?，配電網(wǎng)在電網(wǎng)中起到了極為關鍵的作用。然而，隨著我國電力體制改革的深入，國家提出了建設智能電網(wǎng)的發(fā)展策略，而智能電網(wǎng)的實現(xiàn)必須依賴于配電網(wǎng)的自動化?？紤]到配電網(wǎng)的覆蓋范圍極大，涉及的專業(yè)技術繁雜、工程建設周期較大，因此對其進行智能化改造并不是一件簡單的事情[1]。本文將對EPON技術在配電網(wǎng)通信系統(tǒng)中的應用問題進行深入探討。

2 EPON基本原理

電網(wǎng)的運行要求有一個構(gòu)架合理、安全可靠、靈活擴展以及接口豐富的通信網(wǎng)絡技術的支持，而EPON技術的特征恰好滿足了上述的一系列要求。與傳統(tǒng)通信技術不同的是，EPON在下行鏈路中采用廣播通信，波長為1490nm，而在上行鏈路則采用了時分多址技術，波長為1310nm，充分發(fā)揮了傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術的優(yōu)勢，使得一點對多點的光纖對接得已實現(xiàn)[2]。OLT是EPON網(wǎng)絡的核心，它對通信信道起著重要的監(jiān)控、配置和維護作用。ONU安裝在用戶側(cè)，它與OLT之間通常采用1：16/1：32/1：64等分光比進行接入[3]。

OLT的信息傳輸采用了IEEE802.3標準，它與PON之間的信息傳輸是通過廣播的形式實現(xiàn)的，信息的長度可以按需進行變化，但信息的格式則是固定不變的。處于同一節(jié)點的ONU單元均可接收到OLT發(fā)出的信息包，但只有標識位與自身相同時，ONU單元才會作出響應。在EPON網(wǎng)絡中，一點對多點的對接形式關鍵在于ONU單元的引入。POS和ODN為OLT與ONU的相連提供了鏈路，由于是無源光器件，因此具有非常廣泛的適用性。

3 EPON組網(wǎng)的優(yōu)勢分析

EPON中廣泛采用光纖進行數(shù)據(jù)傳輸，在電網(wǎng)密布的城市中心區(qū)域具有很大的應用優(yōu)勢。首先，通過EPON進行組網(wǎng)可以使網(wǎng)絡拓撲更加靈活多樣，用戶可以根據(jù)技術條件、資金條件和實際需求進行靈活選擇，樹型、星型、環(huán)型和總線型等組網(wǎng)方案都經(jīng)常被采用，通過合理的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)設計，可以大大節(jié)省光纜的用量，還可以實現(xiàn)通信鏈路的冗余備份，提高了系統(tǒng)的可靠性；其次，EPON采用了先進的波分復用技術來提升傳輸容量，同時具有一對多的通信能力，也就是通過一個分光器、一根光纖、一個OLT就能實現(xiàn)同時給多個用戶傳輸數(shù)據(jù)[6]。EPON技術提供的各方面網(wǎng)絡性能，是智能電網(wǎng)建設的內(nèi)在要求，為用戶提供了一個更優(yōu)質(zhì)的用電環(huán)境；再次，EPON技術由于不涉及有源器件，其設備投資相對較少，系統(tǒng)穩(wěn)定性較高，由于無需考慮電源的安裝與電纜的布設，也大大提高了現(xiàn)場施工的便利性，簡化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。由于采用無源設備進行組網(wǎng)，因此節(jié)省了機房的建設和運維費用。因此基于EPON技術的配電網(wǎng)通信系統(tǒng)在未來具有廣闊的市場前景。

4 EPON在配網(wǎng)通信系統(tǒng)中的應用

4.1 總體設計方案

智能電網(wǎng)和堅強電網(wǎng)對系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu)、安全性、可靠性等方面有著非常嚴格的要求。接入層中分布了大量數(shù)據(jù)采集站，因此采用了光纖專網(wǎng)接入方式。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，選用了具有兩個PON接口設備，以實現(xiàn)系統(tǒng)的自愈性能。光網(wǎng)絡單元選用了高性能的工業(yè)級ONU設備，可以抵御外界環(huán)境的變化，保持長期正常運行。采集站收集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)也是通過光網(wǎng)絡單元來實現(xiàn)傳輸?shù)?。在變電站?nèi)一般會安裝大量的光線路終端，用于接收ONU傳來的數(shù)據(jù)，并向主站轉(zhuǎn)發(fā)。

4.2 主站與變電站的通信

由于配電網(wǎng)的覆蓋范圍較大，主站與各變電站之間的距離往往非常遠，因此通常需要借助城市現(xiàn)有的光纖骨干傳輸網(wǎng)進行通信，但必須與配電網(wǎng)對通信系統(tǒng)的要求相一致，使電網(wǎng)中的各項數(shù)據(jù)業(yè)務可以正常運行。隨著我國電網(wǎng)IP業(yè)務的迅速增加，骨干傳輸網(wǎng)絡在傳輸方式、容量、安全性、穩(wěn)定性、高效性等方面均受到了巨大的挑戰(zhàn)。正常情況下，如果城市現(xiàn)有的SDH骨干傳輸網(wǎng)絡可以滿足配電網(wǎng)通信的要求，則直接將其作為配電網(wǎng)的骨干網(wǎng)，但考慮到未來電網(wǎng)中會擴展出許多視頻業(yè)務、用電信息采集等業(yè)務類型，因而SDH骨干網(wǎng)當前滿足要求并不代表未來也能滿足要求。因此可以考慮根據(jù)電網(wǎng)發(fā)展趨勢和智能電網(wǎng)的要求，重新設計一套配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的骨干傳輸網(wǎng)絡。本文設計的骨干傳輸網(wǎng)設由核心路由交換設備和接入路由設備組成，其中主站有2臺核心交換設備，每個變電站各有1臺接入設備，各接入設備均直接與核心交換機相連，形成了雙星形網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。主站與變電站之間的骨干傳輸網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖中可以看出，光線路終端與變站電接入路由器之間的連接是直接通過以太網(wǎng)口來實現(xiàn)的，因為兩者之間的距離一般不會很遠，網(wǎng)絡傳輸完成可以滿足要求。變站電接入路由器與主站的核心交換機之間則是通過光纖來實現(xiàn)的，因為變電站與主站之間往往距離較遠，甚至長達十幾公里，只有光纖傳輸?shù)牡蛽p耗才能滿足數(shù)據(jù)傳輸要求。核心交換機為各子站之間的信息共享提供了中心渠道。在實際的配電網(wǎng)通信系統(tǒng)設計中，一般要求變電站和主站之間至少應該包含4 條光纖，但可以充分利用現(xiàn)有的光纖資源。

4.3 變電站與配電終端的通信

變電站與配電終端的通信網(wǎng)絡實際上整個配電通信系統(tǒng)的接入層。對于新規(guī)劃的城市區(qū)域而言，由于市政基礎設施比較完善，光纜鋪設比較方便，因此變電站與配電終端的通信可以采用光纖專網(wǎng)的方案，其中網(wǎng)絡的接入層采用了EPON接入方式，實現(xiàn)了一點對多點的無源光網(wǎng)絡信息交換，再通過以太網(wǎng)技術的引入，使整個網(wǎng)絡可以實現(xiàn)更加豐富的業(yè)務類型。

4.4 應用效果分析

實踐表明，EPON技術應用于配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)建設，在成本控制、性能提升、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面均起到了明顯的作用。由于配電網(wǎng)一般處于低壓區(qū)，直接面向用戶，涉及到復雜多樣的業(yè)務類型，EPON的應用很好地滿足了不同用戶的個性化需求，這是傳統(tǒng)的網(wǎng)絡技術無法比擬的。具體而言，EPON的應用達到了以下效果：（1）成本得到了良好的控制，可維護性理強，系統(tǒng)在未來可以實現(xiàn)方便的擴展，與其它通信系統(tǒng)具有很強的兼容能力。其中光纖的應用和無源網(wǎng)絡的應用是節(jié)省建設成本的關鍵。（2）大大提高了通信系統(tǒng)的帶寬，使系統(tǒng)具有更加優(yōu)異的性能。在本文設計的EPON網(wǎng)絡中，寬帶達到了1.25Gb/s。（3）EPON實現(xiàn)了一個分光器與多個用戶及業(yè)務進行對接，大大減少了光纜的使用，服務效率也更高。由于采用了星形拓撲結(jié)構(gòu)，各用戶之間的鏈路是完全并行的，避免了鏈路之間的相互干擾。（4）EPON允許網(wǎng)絡運營商對帶寬資源進行動態(tài)分配，使寬帶資源得到了最高效的利用，減少浪費。EPON具有十分完善的網(wǎng)絡管理能力，可以實現(xiàn)配置網(wǎng)絡、故障檢測、安全保護等許多智能化的功能。

5 結(jié)束語

配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡的建設為智能電網(wǎng)和堅強電網(wǎng)的建設提供了重要的技術保證，使整個電網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)不再相互孤立，而是組成一個互聯(lián)的整體，實現(xiàn)電網(wǎng)的實時監(jiān)控和統(tǒng)一管理。經(jīng)驗表明，EPON技術在配電網(wǎng)通信系統(tǒng)中的應用具有非常好的適用性，是我國配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。隨著我國智能電網(wǎng)和堅強電網(wǎng)戰(zhàn)略的不斷深入，EPON技術也將不斷進步，不斷適應電網(wǎng)的發(fā)展，在配電網(wǎng)中起到越來越重要的作用。

參考文獻：

[1]鄭毅，甘志洲，陳瀲.配電網(wǎng)EPON通信接入與分區(qū)自治[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，37（23）：114-118.

[2]徐光年，馬新祥，潘克菲，等.基于EPON技術的配電網(wǎng)通信系統(tǒng)設計和應用[J].電力系統(tǒng)通信，2008，29（5）：59-62.

[3]梁曉紅.基于EPON的電力配電網(wǎng)通信方案設計[J].光通信技術，2013，37（9）.

[4]劉曉忠.基于EPON技術的配電自動化通信系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].華北電力大學，2014.