內(nèi)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(shù)的智能配電接入網(wǎng)設(shè)計與實現(xiàn)

內(nèi)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(jié)合鄂爾多斯配電網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀，研究了利用GPON技術(shù)實現(xiàn)智能配電系統(tǒng)中接入網(wǎng)的設(shè)計實現(xiàn)方案。論文首先分析了智能配網(wǎng)中配電及用電環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)需求，然后研究了OLT/ONU設(shè)置方式、PON網(wǎng)絡(luò)保護方式，論文還對功率預(yù)算進行了研究。

PON；網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；智能配電網(wǎng)

前言

配電通信網(wǎng)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(diào)度員的各種指令傳送到配電終端設(shè)備上，配電終端設(shè)備也將執(zhí)行的結(jié)果和當前參數(shù)反饋給調(diào)度員。由于配電網(wǎng)終端設(shè)備安裝地理位置分布遍布城市網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點多、覆蓋面積廣、要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大、建設(shè)施工難度大，所以配電通信網(wǎng)組網(wǎng)方式的設(shè)計與實現(xiàn)方案非常關(guān)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(wǎng)絡(luò)，具備了向下延伸的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，主要包括10千伏通信接入網(wǎng)和0.4千伏通信接入網(wǎng)。10千伏通信接入網(wǎng)的范圍為變電站10千伏出線至開關(guān)站（開閉所）、充電站、環(huán)網(wǎng)單元（柜）、柱上開關(guān)、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(wù)通信，是承上啟下的多業(yè)務(wù)共用通信接入平臺。0.4千伏通信接入網(wǎng)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(wǎng)點、電力光纖到戶室內(nèi)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(wù)、用戶雙向互動等通信接入業(yè)務(wù)。

EPON、GPON以搭建網(wǎng)絡(luò)靈活、運行維護簡便、帶寬比較高、網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積廣、網(wǎng)絡(luò)運行可靠性較高、簡化網(wǎng)絡(luò)模型等領(lǐng)先性，是智能化配電網(wǎng)絡(luò)組建優(yōu)選的技術(shù)。相比EPON網(wǎng)絡(luò)，GPON網(wǎng)絡(luò)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(shù)在智能配電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用［3］。

1.組網(wǎng)方案及業(yè)務(wù)需求分析

配電網(wǎng)的光纖布放主要呈鏈型或部分星型結(jié)構(gòu)，采用GPON構(gòu)建配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)時，在各110kV、35kV變電站放置OLT設(shè)備，匯聚其子站供電區(qū)域內(nèi)所有 ONU采集配電網(wǎng)自動化監(jiān)控終端（FTU、DTU、環(huán)網(wǎng)柜、臺變等）的實時工作數(shù)據(jù)，實現(xiàn)終端與子站的通信；并通過 OLT的1000M接口接入骨干通信網(wǎng)，實現(xiàn)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?yīng)毩⒐ぷ?。任何一個ONU設(shè)備失效后完全不影響其他ONU設(shè)備的正常運行；在任何接入點分支光纜出現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)具有抗多點故障失效性。

圖1　GPON技術(shù)組網(wǎng)方案

智能配電網(wǎng)主要包括配電及用電業(yè)務(wù)。配電業(yè)務(wù)包括配電自動化、電能質(zhì)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(shè)置1個電能質(zhì)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(guān)15臺，開閉站2座，環(huán)網(wǎng)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(xiàn)配電自動化“三遙”業(yè)務(wù)，其中20個站點需要實現(xiàn)分布式饋線自動化高級業(yè)務(wù)。

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(shù)據(jù)通信需要保證的流量，變電站匯總流量指每種業(yè)務(wù)所有終端節(jié)點匯總到變電站的數(shù)據(jù)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(wù)包括用電信息采集、智能用電服務(wù)（智能營業(yè)廳、互動化用電、電動汽車充換電設(shè)施）等，位于管理信息大區(qū)。用電業(yè)務(wù)終端數(shù)目龐大，但基本用電信息采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)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(wù)特點如下：

（1）采集業(yè)務(wù)節(jié)點多，上下行流量差距較大，要求在預(yù)定時間集中采集全部用戶的數(shù)據(jù)信息；

表2　用電環(huán)節(jié)流量測算

（2）遠程控制類業(yè)務(wù)信息隨機性強，實時性要求高，信息流量??；

（3）部分擴展業(yè)務(wù)對雙向?qū)崟r通信有較高的要求，高端業(yè)務(wù)具備語音、數(shù)據(jù)、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(nèi)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(jié)合配電業(yè)務(wù)及用電業(yè)務(wù)分析，GPON下行容量達到2.5G，比EPON 1.25G要大，因此GPON網(wǎng)絡(luò)更適合鄂爾多斯的網(wǎng)絡(luò)。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(yīng)接口）和SDH設(shè)備GE對接，將終端節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)匯聚后傳送至主站系統(tǒng)，以達到配網(wǎng)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(wǎng)系統(tǒng)安全可靠穩(wěn)定運行就能實現(xiàn)。OLT采取50%冗余設(shè)計，每臺設(shè)備配置40個 PON 口，實際使用20個，ONU 配置4個以太網(wǎng)口，運行一個，冷備三個，每個PON 口下預(yù)留5dB 的光功率作為擴容使用（在不改變網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)的情況下）。

對于ONU設(shè)備，其帶寬要就不大，但是接口類型多，因此ONU應(yīng)4個以太網(wǎng)口和4個串口（RS232 或485），將RS485/RS232 接口或以太網(wǎng)接口與數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備的上行接口連接，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

2.GPON組網(wǎng)方式

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

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(wǎng)方案，主線是單輻射接線方式，通信網(wǎng)絡(luò)采用單鏈路結(jié)構(gòu)，每個信息接入點安放一個1：2不等比分光器；預(yù)留光纖與光功率，后期擴容，實現(xiàn)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(wǎng)

手拉手拓撲如圖3所示。

圖3　手拉手拓撲