EPON網絡在配網自動化中的應用

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摘 要 本文主要介紹了當前配網自動化通信網絡的現狀和發展趨勢，著重探討了配電自動化通信網絡中最常用的EPON技術。從配電主站到變電站、變電站到配電終端兩個層面對通信網組網方案進行了分析。

關鍵詞 配網自動化；EPON；組網方式

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）172-0081-02

目前，隨著地區新型工業化進程的加快，用戶對電能質量和供電可靠性的要求進不斷提高。用戶對于用電質量的體驗直接取決于配網系統是否穩定，為了增強配網系統的穩定性，提高供電可靠性、降低運維費用、減少運維人員勞動強度成為迫在眉睫的問題。配網自動化系統中的重要支撐平臺配網自動化通信網主要負責自動化設備三遙信息的采集、傳輸和處理。因此構建網架堅強，組網靈活，安全可靠地配網自動化通信系統對于組建配網自動化系統至關重要。

1 配網自動化通信網絡現狀分析

從國內外配網自動化系統目前采用的通信技術來看，尚沒有一種技術可以很契合的滿足配網自動化系統的需要。因為配網的組網方式靈活多變，環境復雜惡劣，每個層次有自己所獨有的通信需求，因此一個配網自動化的通信網中往往采用多種技術的混合。目前常見的配網通信技術有光通信接入網技術、無線通信技術和電力載波技術。

EPON和工業以太網技術是光通信接入網技術的兩個重要分支。EPON是一種點到多點的網絡，采用了新的組網方式。EPON網絡由光線路終端、光網絡單元、無源分光器組成。因為網絡采用了無源分光器的級聯方式組網，并且網絡的最大傳輸距離有20km，極大程度上降低了對環境的依賴。EPON網絡的組網方式極為靈活，常見的樹型、星型、總線型、混合型都可以成為EPON的組網方式。EPON網絡最大的優點是單個或多個ONU發生故障時不會影響整個系統的運行，為配網自動化系統提供了有力的通信保障。在配網自動化系統中各DTU、FTU等控制、監測、采集的裝置處加裝工業級交換機，通過光纖進行連接通信，這是工業以太網在配網自動化中最常用的應用方式。工業以太網可在極端環境下正常運行，并且帶寬高，系統可靠性強，但是其成本過于高昂，不適應配網中的點到多點的網絡架構，擴容性差。

無線通信技術在配網中的應主要有租用運營商的無線網絡、WiMAX、Mobitex等方案。租用3G無線網絡租用到電力系統配網中是目前最長用的方案。其主要特點是無需前期敷設光纜或其他有線通信線纜，接入靈活，在一些通信線纜難以到達的地方具有很強的優勢。但是租用運營商的3G通道，在數據保密性上達不到電力網的要求、并且實時性和延展性較差。

電力載波技術是電力系統中一種特有的通信技術，是一項利用已有的電力線纜進行通信的方式。電力載波技術與無線通信技術有著相似的優點，不需要重新敷設通信線纜，可以滿足任何地點的電力通信需求。但是電力載波通信提供的帶寬小、信號抗干擾能力差等缺點。但是近幾年PLC技術難關的逐漸攻破，不遠的將來我們能夠看到PLC技術在電力通信系統中的廣泛應用。

2 EPON技術工作原理

EPON是由國際電氣電子工程師協會提出并標準化的無源光纖網絡。EPON由光線路終端、光分配網絡和光網絡單元組成。其中光分配網絡由無源分光器和光纜組成。光信號在光纜中的傳輸采用波分復用技術，以實現單纖雙向的傳輸需求。上行波長1 310nm，下行波長1 490nm，上下行光速率均達到1Gbit/s，最大傳輸距離20km。并且具有極強的抗多點失效的特點。其在物理層采用PON技術，在數據鏈路層采用以太網協議。EPON組網方式靈活，技術成熟，成本低。EPON網絡下行采用廣播的方式傳送數據幀。OLT將發送給每一個ONU 的數據幀進行封裝，打上標記。當數據幀達到ONU時，每個ONU會根據數據幀上的MAC地址和幀類型來判斷該幀需不需要接受。上行數據由每個ONU采用共享的方式發送給OLT。因為這種上下行數據的不對稱性，上行數據通信方式采用了TDMA（時分復用）技術。EPON網絡的強大的擴容性，使得后期擴容ONU提供了可靠的技術保障。

EPON網絡中每個OLT安裝在各等級的變電站通信機房內，通過光纖與骨干通信網相連接。ONU是用戶側設備，通常安放在環網柜、柱上開關等配網設備上，通過RJ45或者RS232與DTU、FTU等設備相連。

3 EPON技術的可行性分析

1）經濟性。EPON網絡通過無源光器件搭建，不用配置電源，鋪設方便，基本不用維護。并且EPON網絡具有較高的擴容性，對于后期得維護和擴建成本節省很大。

2）帶寬大。EPON網絡在現行技術下可以達到上下行對稱的1.25Gbit/s的帶寬，在不斷的發展技術條件下，未來可以擴展至10Gbit/s，能夠很好的應對配網自動化系統對通信網絡不斷提高的要求。

可靠性高。EPON網絡在組網時采用光纖作為通信鏈路，因為光纖具有傳輸距離遠。損耗低。頻帶寬等優點，而且在傳輸過程中具有很強的抗電磁干擾能力，大大提高信號的傳輸質量。

3）安全性。EPON網絡中網架采用手拉手的環狀網絡，每個ONU雙PON口。并且網絡具有很好的抗多點失效能力。

4）帶寬分配靈活。EPON網絡可以通過帶寬分配算法對每個ONU進行動態帶寬分配，并且后期有新的ONU需要添加時，可以實現熱分配，保證每個ONU的服務質量。

5）完善的網管功能。故障管理、性能管理、告警管理、配置管理、安全管理等是EPON網絡基本的功能，能夠通過OLT的網管系統，對設備進行管理。

4 基于EPON的配網通信組網方案

本文以烏魯木齊配網自動化二期工程為例，主要說明EPON在配網自動化工程中的應用。烏魯木齊配網自動化二期項目以無源光網絡為主、無線公網技術為輔的組網方式。實現光纖覆蓋8座110kV變電站，62條10kV線路。二期項目將承載區域配電網的用電信息采集、雙向互動營銷等各種智能電網的雙向通信業務，滿足一次設備對各種通信的需求。并以圖1為二期配網自動化通信系統網絡構圖。

配網通信系統的好壞很大程度上決定著配網自動化工程的質量。此次設計的配網自動化通信系統分為兩層層：配電主站到變電站通信層、變電站到配電終端通信層。

1）配電主站到變電站通信層。由于覆蓋本次實施區域內的SDH設備承載業務過多，接口數量及容量不足，后期維護擴容難度大， 但骨干層光纖資源富裕度較高，新建PTN光纖傳送網可操作性較好，且能更好的滿足配電信息IP接入的要求，PTN具有帶寬統計復用能力是交換核心分組化的重要體現，因此PTN在流量不確定，承載突發性較高的分組業務中表現十分突出。與此同時，PTN不但擁有OAM機制，而且具備與SDH類似的總動保護倒換功能，能夠滿足電力行業可靠性通信的要求。故采用新建PTN組網，實現配電通信系統骨干層通信。

2）變電站到配電終端通信層。變電站至配電終端選擇以光纖通信EPON技術為主、無線公網GPRS作為必要補充的通信技術。

在EPON通信部分中：ONU采用雙PON口設備，在組網過程中形成手拉手保護環；為了適應極端惡劣的環境條件，ONU應該選用工業級設備；ONU一般裝設在柱上開關、環網柜等設備上，采集DTU、FTU等設備采集的信息，傳送至就近變電站。OLT設備裝設在變電站內，匯聚站屬ONU的信息。見圖2。

（1）根據城區配網的實際情況，無源光通信網絡的架構主要有手拉手、環形和單鏈式結構。

（2）因為城區配電自動化系統通信網絡需要手拉手的多級聯絡自愈保護結構，因此，ONU設備均采用雙PON口。

（3）EPON網絡具有很強的靈活性、網絡拓撲結構、分光器級數、分光比都可以根據現場的實際情況進行自行選擇。理論上EPON光網絡的分光器可以無限級聯，但是每個ONU的光通道衰減應該小于24dB，在設計組網結構的時候充分考慮分光器端口的利用率和網絡的可維護性。在實際應用中，分光器的級聯次數越多，越能夠節省主干通信網的光纖資源，但也會增加接口數量、增大支路衰耗。因此在組網過程中要充分考慮主干通信網的光纖資源和網絡拓撲結構。另外在組網過程中，要為今后的擴容留出空間。

（4）根據OLT到ONU之間光路衰耗的要求和以往配置ONU的經驗，結合城區配電網的實際情況和為以后的擴容、改造升級做準備，對于采用非均勻分光器級聯組網的鏈路，初期不超過5級，后期擴容不超過10級。采用均勻分光器的初期不超過2級、后期擴容不超過3級。

GPRS無線公網通信方式在初期建設期間，具有建設周期短、使用靈活、維護方便等優點。因此，在配電自動化通信通道建設階段，對于光纜無法敷設到位及二遙型站點，GPRS無線公網可作為輔助補充通信方式。

5 結論

通過實施基于EPON技術配電自動化建設，實現對配電網的實時監控，提升配網調度安全性，避免由于支撐信息不足造成的“盲調”現象；自動確定和隔離故障點，實現自動恢復供電。減少了配電網的故障停電時間和保電成本，進一步提升烏魯木齊電業局的社會責任能力。

參考文獻

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