郝曉偉，郭麗

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司信息通信公司，山西太原030001；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司，山西太原030001）

以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能配用電通信網(wǎng)中的應(yīng)用

郝曉偉1，郭麗2

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司信息通信公司，山西太原030001；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司，山西太原030001）

簡(jiǎn)述了智能電網(wǎng)的概念，說明了配用電通信網(wǎng)在智能配用電系統(tǒng)中的作用。通過對(duì)3種無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的比較，闡述了以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以及應(yīng)用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能配用電通信網(wǎng)的具體方案，并對(duì)實(shí)際建設(shè)中可能存在的問題進(jìn)行了探討。

以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)；智能配用電；通信網(wǎng)

0 引言

智能電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。在智能電網(wǎng)構(gòu)架中，智能配用電系統(tǒng)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，應(yīng)用何種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)智能配用電系統(tǒng)中的通信網(wǎng)絡(luò)是研究重點(diǎn)。

1 智能配用電系統(tǒng)的特征

配用電系統(tǒng)主要任務(wù)是把從電源或輸電網(wǎng)獲得的電能直接分配給不同電壓等級(jí)的用戶，是用戶直接感受供電服務(wù)質(zhì)量的主要環(huán)節(jié)。如何提升配用電系統(tǒng)綜合服務(wù)質(zhì)量，建設(shè)經(jīng)濟(jì)、高效、實(shí)用的智能配電網(wǎng)已成為電力公司的重要發(fā)展方向。

配用電通信網(wǎng)作為配用電系統(tǒng)各類信息傳輸?shù)妮d體，支撐配電自動(dòng)化、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、分布式電源、用電信息采集及電動(dòng)汽車充換電等業(yè)務(wù)接入，是實(shí)現(xiàn)智能配用電系統(tǒng)的基礎(chǔ)。配用電通信網(wǎng)是指覆蓋110 kV及以下變電站、10 kV開關(guān)站、配電室、環(huán)網(wǎng)單元、柱上開關(guān)、配電變壓器、分布式能源站點(diǎn)、電動(dòng)汽車充電站和10 kV（或20 kV/6 kV）配電線路等，由終端業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口到骨干網(wǎng)下聯(lián)接口之間一系列傳送實(shí)體（如線路設(shè)施和通信設(shè)備等）組成，實(shí)現(xiàn)配電終端與系統(tǒng)間的信息交互，具有多業(yè)務(wù)承載、信息傳送、網(wǎng)管等功能。

傳統(tǒng)的GPRS或“CDMA1×”方式、有源光網(wǎng)絡(luò)、無源光網(wǎng)絡(luò)無疑都可以實(shí)現(xiàn)，但是傳統(tǒng)的GPRS或“CDMA1×”方式帶寬小、網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，難以實(shí)現(xiàn)智能配用電系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)、高可靠性的要求。有源光網(wǎng)絡(luò)AON（Active Optical Network）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)需要增加支路時(shí)，AON系統(tǒng)必須在支路節(jié)點(diǎn)增加光接口板以實(shí)現(xiàn)光方向的增加，從而使網(wǎng)絡(luò)成本激增。相較于前兩種技術(shù)，無源光網(wǎng)絡(luò)PON技術(shù)具有接入能力強(qiáng)、高可靠性、組網(wǎng)靈活的特點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)雙向通信網(wǎng)絡(luò)上具有很大的優(yōu)勢(shì)[1]。

2 PON技術(shù)概述

無源光網(wǎng)絡(luò)PON（Passive OpticalNetwork）主要由OLT光線路終端、ONU光網(wǎng)絡(luò)單元、ODN分光器三部分構(gòu)成[2]。

PON技術(shù)主要包括APON、EPON、GPON三種技術(shù)。

APON是ATM PON的簡(jiǎn)稱。利用ATM的集中和統(tǒng)計(jì)復(fù)用特性，提供從窄帶到寬帶等各種業(yè)務(wù)，不僅支持可變速率業(yè)務(wù)，也支持時(shí)延要求較小的業(yè)務(wù)，具有支持多業(yè)務(wù)多比特率的能力。對(duì)稱速率為155.52Mb/s，非對(duì)稱速率為下行622.08Mb/s，上行155.52Mb/s，傳輸距離最大20 km，支持的光分路比在32～64之間。APON技術(shù)存在利用ATM信元造成的傳輸效率較低、帶寬受限、系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜、價(jià)格較貴、需要進(jìn)行協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換等缺點(diǎn)。

以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)EPON（Ethernet Passive OpticalNetwork）是一種新型的無源光纖接入網(wǎng)技術(shù)，采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)。EPON系統(tǒng)在物理層采用了PON技術(shù)，在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。因此，EPON系統(tǒng)融合了PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：低成本、高帶寬、擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活快速的服務(wù)重組、與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性等。目前，EPON技術(shù)已非常成熟，能夠滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用需求，現(xiàn)主要應(yīng)用于電力公司用電信息采集系統(tǒng)和配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)系統(tǒng)，EPON系統(tǒng)傳輸速率、可靠性均能很好地滿足配用電業(yè)務(wù)要求，在已開展的配用電試點(diǎn)工程中取得較好的應(yīng)用效果。

相比于EPON技術(shù)，GPON（Gigabit-capable PassiveOpticalNetwork）具有高帶寬、全業(yè)務(wù)接入、封裝簡(jiǎn)單、OAM能力強(qiáng)等特點(diǎn)，而且其非對(duì)稱特性更能適應(yīng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場(chǎng)。但GPON系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜度、組網(wǎng)成本均高于EPON，在我國(guó)電力系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用很少，在配電環(huán)境中其適用性還有待驗(yàn)證。

3 智能配用電通信網(wǎng)絡(luò)的解決方案

綜上所述，APON、EPON和GPON各有其優(yōu)、缺點(diǎn)。但是對(duì)于智能配用電通信網(wǎng)而言，EPON技術(shù)無疑是相對(duì)比較成熟可靠的。解決方案如圖1所示。

圖1 智能配用電通信網(wǎng)

若干OLT節(jié)點(diǎn)以光纖相連構(gòu)成核心主干環(huán)網(wǎng)，采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)極大提高了核心網(wǎng)絡(luò)的可靠性，當(dāng)環(huán)上某一條鏈路斷開時(shí)，能迅速啟用備份鏈路以恢復(fù)環(huán)網(wǎng)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信通路，保證業(yè)務(wù)不間斷。

接入層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與核心層網(wǎng)絡(luò)采用的以太網(wǎng)方式相同，只是終端設(shè)備的接口不一樣，若干個(gè)開關(guān)站分布在變電站附近，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的接入，各開關(guān)站根據(jù)實(shí)際地理位置及光源的衰減情況，配置相應(yīng)的分光器，每個(gè)開關(guān)站配置1臺(tái)ONU設(shè)備，2個(gè)千兆EPON光口上行，4個(gè)FE接口下行，滿足開關(guān)站最多3個(gè)終端接入的實(shí)際需求。

為了使分站到開關(guān)站之間的通信更加穩(wěn)定，采用手拉手主備模式，配置2個(gè)激光收發(fā)單元LU和RU，通過網(wǎng)絡(luò)中不同的光纖路由，分別構(gòu)成系統(tǒng)的2個(gè)通信方向，一個(gè)為工作方向，另一個(gè)為保護(hù)方向。組成這樣的網(wǎng)絡(luò)后，可靠性大大提高，不僅能抵抗單節(jié)點(diǎn)失效和多節(jié)點(diǎn)失效，還能抵抗光纖斷路。

4 實(shí)例應(yīng)用

山西省電力公司在2010年啟動(dòng)EPON工程，考慮首先應(yīng)用于用電采集系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)方案如下。

山西省縣級(jí)城市以上用電用戶用電信息采用PLC通信模式接入無源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，光纜利用城市10 kV線路建設(shè)，ONU單元放置在臺(tái)表側(cè)，采取分光器節(jié)約纖芯資源接入相鄰變電站OLT設(shè)備，各地區(qū)調(diào)度中心到各變電站已經(jīng)具備了SDH光傳輸網(wǎng)和綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)的條件。本方案采用雙OLT雙PON端口，主備或分擔(dān)模式建設(shè)EPON網(wǎng)，并采用100M/VPN網(wǎng)絡(luò)方式接入變電站綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)路由器，在綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)中采用專用VPN方式，高可靠性隔離防護(hù)方式運(yùn)行，以保證營(yíng)銷采集信息的交互性、時(shí)效性、安全性，結(jié)合山西省電力綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)現(xiàn)有運(yùn)行模式實(shí)現(xiàn)省—地、地—縣、縣—開閉站（營(yíng)業(yè)所）的一體化管理方式。

在省中心設(shè)置EPON管理中心和數(shù)據(jù)庫，在各地市分公司設(shè)置二級(jí)管理中心和本市備份數(shù)據(jù)庫，用于省市兩級(jí)管理中心對(duì)轄區(qū)范圍內(nèi)的EPON設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理?？紤]到該光通信平臺(tái)將承載的配網(wǎng)自動(dòng)化、用電信息采集等不同種類業(yè)務(wù)系統(tǒng)，因此應(yīng)具備將所承載業(yè)務(wù)系統(tǒng)劃分在不同邏輯環(huán)境的設(shè)備技術(shù)系統(tǒng)。

在具體實(shí)施過程中需考慮以下問題。

a）根據(jù)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，EPON通信網(wǎng)可以采用單輻射、手拉手、環(huán)形、星型等網(wǎng)絡(luò)接線方式；ONU終端設(shè)備全部選用雙PON口設(shè)備，為全網(wǎng)最終形成手拉手及多聯(lián)絡(luò)自愈保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)預(yù)留空間。

b）具備有效的安全隔離措施：如端口隔離與限速，MAC綁定，終端綁定，OLT集成安全部署等。

c）統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理功能。包括用戶、業(yè)務(wù)和資源的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)EPON網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涔芾?、性能監(jiān)控、告警管理和故障檢測(cè)等強(qiáng)大功能。

d）分光器的具體串接方式應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際光纜情況來設(shè)計(jì)，不能統(tǒng)一按照一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來盲目的施工。如原先可能設(shè)計(jì)為串接12個(gè)1∶2分光器，但根據(jù)光纜情況，只能串接8個(gè)，或者需要改為1∶3的分光器。

e）工程實(shí)施中光纜的架設(shè)問題。一是利用原有管道敷設(shè)光纜難度大，存在管道空間已滿等問題。二是主干線桿塔到臺(tái)變的最后幾十米采用何種方式敷設(shè)光纜，如采用三通接頭盒可能造成盤留光纜過多，影響市容市貌等問題。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇光纜架設(shè)方式，實(shí)在無法進(jìn)行光纜敷設(shè)的區(qū)域，可考慮結(jié)合無線方式組網(wǎng)。

f）業(yè)務(wù)流量的估算問題。對(duì)于配用電通信網(wǎng)今后所承載的所有業(yè)務(wù)應(yīng)進(jìn)行流量估算，保證EPON設(shè)備的容量配置滿足業(yè)務(wù)需求，可擴(kuò)展對(duì)未來智能用電服務(wù)業(yè)務(wù)的開展，如智能小區(qū)等。必要時(shí)還要考慮地區(qū)骨干通信網(wǎng)的升級(jí)擴(kuò)容。

5 結(jié)束語

通過EPON技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能配用電通信網(wǎng)，把開關(guān)站的各類防盜、監(jiān)控、監(jiān)測(cè)等信息通過光纖傳回中心站，從而提高了這些信息的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)徹底解決了傳統(tǒng)方式中有源光Modem易受斷電的影響，以及開關(guān)站同時(shí)存在光纖和GPRS的設(shè)備重復(fù)投資的問題，從而實(shí)現(xiàn)較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］王成山，王守相，郭力.我國(guó)智能配電技術(shù)展望［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2010，4（1）：18-22.

［2］于曉東，于昉.無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在配用電通信網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)通信，2010（5）：28-29.

The Schemes of Applying EPON Technology to Smart Power Distribution Communication Network

HAO Xiao-wei1，GUO Li2
（1.State Grid Shanxi Electric Power Corporation Information Comm unication Center，Taiyuan，Shanxi 030001，China;2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The conceptof smartgrid is elaborated and the role of distribution communication network in smart power distribution system is introduced.Through comparing three PON technologies，the advantagesofEPON technology are highlighted，and the scheme of applying EPON technology to realize smartpower distribution communication network is elaborated.Finally，the issues thatmay exist in the construction areexplored.

EPON；smartdistribution；communication network

TN915

B

1671-0320（2014）04-0050-03

2014-05-06，

2014-06-15

郝曉偉（1982-），男，山西運(yùn)城人，2004年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電子信息工程專業(yè)，工程師，從事電力通信傳輸運(yùn)行、維護(hù)工作；

郭麗（1978-），女，山西運(yùn)城人，2007年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)運(yùn)行、變電設(shè)計(jì)、同業(yè)對(duì)標(biāo)等工作。