唐東平

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面發(fā)展，各領(lǐng)域?qū)﹄娏Φ墓?yīng)要求越來越高，促使我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。然而龐大的電網(wǎng)又為其高效的管理和運(yùn)行帶來了巨大的挑戰(zhàn)，為此，國(guó)家近年提出了建設(shè)智能電網(wǎng)的策略，配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)智能化是建設(shè)智能電網(wǎng)的第一步，由于EPON技術(shù)具有成本低、容量大、兼容性好等特點(diǎn)，因而在配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)中受到了廣泛的應(yīng)用。文章首先介紹了EPON的基本概念，然后分析了EPON技術(shù)具有的特殊優(yōu)勢(shì)，并以實(shí)際案例分析對(duì)EPON技術(shù)在配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了剖析。工程實(shí)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(shè)提供有用的借鑒。

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

中圖分類號(hào)：TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(luò)，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(shè)施逐級(jí)將電能分配給用戶?？梢?，配電網(wǎng)在電網(wǎng)中起到了極為關(guān)鍵的作用。然而，隨著我國(guó)電力體制改革的深入，國(guó)家提出了建設(shè)智能電網(wǎng)的發(fā)展策略，而智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)必須依賴于配電網(wǎng)的自動(dòng)化。考慮到配電網(wǎng)的覆蓋范圍極大，涉及的專業(yè)技術(shù)繁雜、工程建設(shè)周期較大，因此對(duì)其進(jìn)行智能化改造并不是一件簡(jiǎn)單的事情[1]。本文將對(duì)EPON技術(shù)在配電網(wǎng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用問題進(jìn)行深入探討。

2 EPON基本原理

電網(wǎng)的運(yùn)行要求有一個(gè)構(gòu)架合理、安全可靠、靈活擴(kuò)展以及接口豐富的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，而EPON技術(shù)的特征恰好滿足了上述的一系列要求。與傳統(tǒng)通信技術(shù)不同的是，EPON在下行鏈路中采用廣播通信，波長(zhǎng)為1490nm，而在上行鏈路則采用了時(shí)分多址技術(shù)，波長(zhǎng)為1310nm，充分發(fā)揮了傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使得一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的光纖對(duì)接得已實(shí)現(xiàn)[2]。OLT是EPON網(wǎng)絡(luò)的核心，它對(duì)通信信道起著重要的監(jiān)控、配置和維護(hù)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(jìn)行接入[3]。

OLT的信息傳輸采用了IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，它與PON之間的信息傳輸是通過廣播的形式實(shí)現(xiàn)的，信息的長(zhǎng)度可以按需進(jìn)行變化，但信息的格式則是固定不變的。處于同一節(jié)點(diǎn)的ONU單元均可接收到OLT發(fā)出的信息包，但只有標(biāo)識(shí)位與自身相同時(shí)，ONU單元才會(huì)作出響應(yīng)。在EPON網(wǎng)絡(luò)中，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的對(duì)接形式關(guān)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(shì)分析

EPON中廣泛采用光纖進(jìn)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(yīng)用優(yōu)勢(shì)。首先，通過EPON進(jìn)行組網(wǎng)可以使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓屿`活多樣，用戶可以根據(jù)技術(shù)條件、資金條件和實(shí)際需求進(jìn)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(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以大大節(jié)省光纜的用量，還可以實(shí)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(jìn)的波分復(fù)用技術(shù)來提升傳輸容量，同時(shí)具有一對(duì)多的通信能力，也就是通過一個(gè)分光器、一根光纖、一個(gè)OLT就能實(shí)現(xiàn)同時(shí)給多個(gè)用戶傳輸數(shù)據(jù)[6]。EPON技術(shù)提供的各方面網(wǎng)絡(luò)性能，是智能電網(wǎng)建設(shè)的內(nèi)在要求，為用戶提供了一個(gè)更優(yōu)質(zhì)的用電環(huán)境；再次，EPON技術(shù)由于不涉及有源器件，其設(shè)備投資相對(duì)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(shè)，也大大提高了現(xiàn)場(chǎng)施工的便利性，簡(jiǎn)化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。由于采用無源設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，因此節(jié)省了機(jī)房的建設(shè)和運(yùn)維費(fèi)用。因此基于EPON技術(shù)的配電網(wǎng)通信系統(tǒng)在未來具有廣闊的市場(chǎng)前景。

4 EPON在配網(wǎng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 總體設(shè)計(jì)方案

智能電網(wǎng)和堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、安全性、可靠性等方面有著非常嚴(yán)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(gè)PON接口設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自愈性能。光網(wǎng)絡(luò)單元選用了高性能的工業(yè)級(jí)ONU設(shè)備，可以抵御外界環(huán)境的變化，保持長(zhǎng)期正常運(yùn)行。采集站收集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)也是通過光網(wǎng)絡(luò)單元來實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)摹Ｔ谧冸娬緝?nèi)一般會(huì)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(yuǎn)，因此通常需要借助城市現(xiàn)有的光纖骨干傳輸網(wǎng)進(jìn)行通信，但必須與配電網(wǎng)對(duì)通信系統(tǒng)的要求相一致，使電網(wǎng)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以正常運(yùn)行。隨著我國(guó)電網(wǎng)IP業(yè)務(wù)的迅速增加，骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(huì)擴(kuò)展出許多視頻業(yè)務(wù)、用電信息采集等業(yè)務(wù)類型，因而SDH骨干網(wǎng)當(dāng)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(shì)和智能電網(wǎng)的要求，重新設(shè)計(jì)一套配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)。本文設(shè)計(jì)的骨干傳輸網(wǎng)設(shè)由核心路由交換設(shè)備和接入路由設(shè)備組成，其中主站有2臺(tái)核心交換設(shè)備，每個(gè)變電站各有1臺(tái)接入設(shè)備，各接入設(shè)備均直接與核心交換機(jī)相連，形成了雙星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。主站與變電站之間的骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)的，因?yàn)閮烧咧g的距離一般不會(huì)很遠(yuǎn)，網(wǎng)絡(luò)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(jī)之間則是通過光纖來實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樽冸娬九c主站之間往往距離較遠(yuǎn)，甚至長(zhǎng)達(dá)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(jī)為各子站之間的信息共享提供了中心渠道。在實(shí)際的配電網(wǎng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般要求變電站和主站之間至少應(yīng)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(luò)實(shí)際上整個(gè)配電通信系統(tǒng)的接入層。對(duì)于新規(guī)劃的城市區(qū)域而言，由于市政基礎(chǔ)設(shè)施比較完善，光纜鋪設(shè)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(luò)的接入層采用了EPON接入方式，實(shí)現(xiàn)了一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無源光網(wǎng)絡(luò)信息交換，再通過以太網(wǎng)技術(shù)的引入，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)更加豐富的業(yè)務(wù)類型。

4.4 應(yīng)用效果分析

實(shí)踐表明，EPON技術(shù)應(yīng)用于配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)建設(shè)，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(fù)雜多樣的業(yè)務(wù)類型，EPON的應(yīng)用很好地滿足了不同用戶的個(gè)性化需求，這是傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無法比擬的。具體而言，EPON的應(yīng)用達(dá)到了以下效果：（1）成本得到了良好的控制，可維護(hù)性理強(qiáng)，系統(tǒng)在未來可以實(shí)現(xiàn)方便的擴(kuò)展，與其它通信系統(tǒng)具有很強(qiáng)的兼容能力。其中光纖的應(yīng)用和無源網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用是節(jié)省建設(shè)成本的關(guān)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(shè)計(jì)的EPON網(wǎng)絡(luò)中，寬帶達(dá)到了1.25Gb/s。（3）EPON實(shí)現(xiàn)了一個(gè)分光器與多個(gè)用戶及業(yè)務(wù)進(jìn)行對(duì)接，大大減少了光纜的使用，服務(wù)效率也更高。由于采用了星形拓?fù)浣Y(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(luò)運(yùn)營(yíng)商對(duì)帶寬資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，使寬帶資源得到了最高效的利用，減少浪費(fèi)。EPON具有十分完善的網(wǎng)絡(luò)管理能力，可以實(shí)現(xiàn)配置網(wǎng)絡(luò)、故障檢測(cè)、安全保護(hù)等許多智能化的功能。

5 結(jié)束語

配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)為智能電網(wǎng)和堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的建設(shè)提供了重要的技術(shù)保證，使整個(gè)電網(wǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)不再相互孤立，而是組成一個(gè)互聯(lián)的整體，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和統(tǒng)一管理。經(jīng)驗(yàn)表明，EPON技術(shù)在配電網(wǎng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用具有非常好的適用性，是我國(guó)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。隨著我國(guó)智能電網(wǎng)和堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)戰(zhàn)略的不斷深入，EPON技術(shù)也將不斷進(jìn)步，不斷適應(yīng)電網(wǎng)的發(fā)展，在配電網(wǎng)中起到越來越重要的作用。

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