PON技術的電力系統應用前景淺析

王 燕，王 宇 （.中國聯合網絡通信有限公司，北京00033；.北京市電力公司，北京0003）

0 前言

近年來，隨著通信技術和通信需求的飛速發展，全球范圍內通信接入層面“光進銅退”的發展趨勢已十分明朗。作為較理想的承載媒質，光纖接入具有不受電磁干擾、速率高、容量大、成本低、管理維護方便等諸多優勢。

當前，世界各國為應對氣候變化、保障能源安全，都日益重視發展清潔能源和提高能源利用率，呈現出了清潔化、低碳化、高效化的發展新趨勢，我國更加快了新能源、新材料、信息網絡、節能環保等高新技術研究和新興產業發展。作為實現低碳電力的基礎與前提，智能電網已成為未來電網發展重點。

通信技術是支撐智能電網發展的主要手段，通信平臺將貫穿于電力系統各個環節的智能化發展。現代通信技術在電力系統的推廣應用，將有助于實現其信息采集數字化、生產過程自動化、業務處理互動化、經營管理信息化，從而提升資源優化配置、風險控制與及時處置、智能分析與科學決策水平。

1 電力系統對通信的需求

從實體上看，電力系統除發電、輸電、配電外，還包括電網調度管理和末端用戶用電管理等。由于發電、輸電、調度管理等環節的通信需求已較成熟穩定，故不再贅述。本文將重點分析配電及用電環節的通信需求。

由于種種歷史原因，我國電力系統配電及用電環節發展相對滯后，其通信支撐也較薄弱。而電力系統未來發展的重點之一，就是要提高配電環節的智能化、協調用戶需求與電網及發電的相互平衡，以實現節能降耗及經濟目標。

目前，我國6～20 kV中壓配電網規模已非常龐大，線路總長達百萬公里，變壓器數量達百萬臺。隨著我國城市化建設步伐不斷加快，為滿足可靠的供電要求，中壓配電網智能化水平將會大幅提升，這無疑需要規模龐大的通信接入通道來支撐；同時，我國大部分省（市、區）已實現一戶一表，電表數以億計。隨著階梯電價政策的不斷推進，用電信息的采集也需要規模龐大的通信接入通道來支撐。

由于配電及用電的安全穩定，直接關系到供電的可靠性及用戶用電的穩定性，加之用電信息及電費信息是電力行業的核心數據資料，具有較高的保密性，因此對通信接入通道的安全可靠性有極為嚴格的要求。

2 接入技術與選擇

2.1 有線接入

2.1.1 銅線接入

銅線接入是利用傳統銅線的數字用戶線（DSL）系統，主要有非對稱數字用戶環線2+（ADSL2+）及超高比特速率數字用戶線2（VDSL2）等。

a）ADSL2+。ADSL2+技術成熟、售價低、互通性好，下上行速率分別為16及1 Mbit/s，采用annex M時上行速率還能提高到2 Mbit/s左右，是中低速率接入的主要技術手段。

b）VDSL2。VDSL2技術傳輸速率高，能與ADSL及ADSL2+模式實現后向兼容。測試表明，VDSL2設備500 m內的下行速率可高于 50 Mbit/s，1km內可高于20 Mbit/s。但目前VDSL2設備的互通性尚待進一步完善，設備售價仍相對較高。

2.1.2 光纖接入

光纖接入主要有點對點（P2P）光以太網和點對多點（P2M）無源光網絡（PON）（如 EPON、GPON 等）。

2.1.2.1 P2P光纖接入

P2P光纖接入是指局端與用戶間有1根（或1對）專用光纖、局端和用戶端各需1個光收發器的接入方式，具有用戶專用接入、設備簡單、高帶寬、傳輸距離長等優勢。該方式的用戶帶寬主要取決于設備（如以太網光纖收發器、PDH光端機和P2P光以太網設備）的選型，上下行帶寬都可達到100/1 000 Mbit/s甚至更高；其缺點是用戶不能共享主干光纖，在大規模應用下需大量光纖和光收發器資源，建設成本較高。因此，P2P光纖接入主要適用于用戶分布較分散、高帶寬（100 Mbit/s以上）及安全性要求較高的專線用戶，而不能成為公眾用戶接入的主流解決方案。

2.1.2.2 P2M PON接入

與P2P光纖接入相比，P2M PON方式優勢明顯：能大量節約主干光纖和局端設備光接口資源，高密集用戶區域應用建設成本低，標準化程度高，業務透明性好，用戶帶寬配置調整靈活，是未來寬帶光纖接入及FTTH的主流解決方案。

PON 經 歷了 ATM/寬 帶、Ethernet、GE 和 10GE PON技術發展過程。

a）A/BPON。A/BPON由ITU于20世紀90年代推出，是最早出現的寬帶PON技術。A/BPON技術以ATM為核心，其成本較高、速率有限，已逐步退出市場，目前僅日本、北美和歐洲尚有少量應用。

b）EPON。EPON技術由IEEE提出并于2003年完成標準化工作。EPON以千兆以太網（GBE）技術為基礎，通過MAC層之上的點到多點控制協議（MPCP）實現PON的P2M傳輸。該協議雖實現簡單，但OAM能力稍弱。該技術目前業已基本成熟，商用芯片和設備較多，產品成熟度較高，售價不斷下降，基本解決了不同廠商的光線路終端（OLT）和光網絡單元（ONU）間的互通問題，能滿足近期寬帶業務發展需求，國外已有百萬量級的用戶規模，是現階段PON應用的主流技術。

c）GPON。GPON技術是在APON的基礎上發展而來。GPON沿用了APON標準協議框架，增加了GEM這一新的TC層幀封裝方式，對QoS和OAM有嚴格規定。GPON承載TDM業務的能力較強，但協議相對復雜。GPON的傳輸速率高、分路比大、組網成本低，能提供高定時精度的TDM業務，是歐美主要運營商的技術選擇。GPON產品可滿足FTTB、FTTH、FTTO等應用場景接入需求，支持Internet接入、話音、IPTV、視頻監控、E1等多種業務承載，業務質量良好，能基本滿足運營商業務發展需要。GPON產品具備端口、板卡和設備級保護倒換和故障恢復及ONU遠程維護管理功能，能基本滿足運營商維護管理需要。

d）10GE PON。10GE PON基于 IEEE802.3av標準，是EPON技術的更高速版本，并后向兼容GPON。目前已有下行10G、上行1G的PON設備，上下行均為10G端口的設備正在研制中。

2.2 無線接入

無線局域網（WLAN）是射頻（RF）數據傳輸系統，也是目前應用最廣泛的無線接入技術。該技術的出現決不是取代有線局域網絡，而是使其得以延伸，讓用戶透過它實現無距離限制的業務通暢。

目前，WLAN的協議標準有 IEEE 802.11b、11a、11g、11E、11i及無線應用協議（WAP）。

2.3 接入技術選擇

由于DSL接入速率主要取決于銅纜長度，加之視頻等寬帶多媒體業務的上行帶寬需求明顯增加，以及欲進一步提升其接入帶寬將面臨一定困難，故電力系統不宜采用DSL接入技術。

鑒于無線技術接入方式易受外界電磁干擾，加之受頻率資源政策限制，因此在電力系統進行規模應用難度較大。

在綜合考慮帶寬需求、網絡演進及業務安全等因素前提下，光纖接入技術較適合應用于電力系統末端大規模的通信接入。隨著其設備售價的繼續下降，該方式能方便地將光纖延伸到每個用戶家中。其中P2P光纖接入技術主要用于大客戶、商務客戶專線及用戶密集的行政村接入，而P2M PON則是公眾用戶接入的主流技術。考慮到GPON技術尚未大規模商用實際，建議目前應用以EPON為主、GPON為輔，將來根據技術發展、設備成熟及電力系統入網測試情況，再逐步擴大GPON應用范圍。

3 PON技術在智能電網中的應用展望

作為一種拓撲靈活、支持多種業務接口的純光媒質接入技術，PON在電力系統末端通信接入領域有著廣闊的應用前景。

3.1 在中壓配電網中的應用

我國中壓配電網有多種接線方式，目前以星形和環形方式為主。通常可較方便地利用電力線路徑資源建設通信光纜網絡。鑒于中壓配電網本身的自然屬性，通信光纜網絡一般宜采用星形或樹形拓撲結構；在可靠性要求較高的地區，也可采用手拉手冗余保護結構。在組建中壓配電網的通信網方面，PON技術的優勢非常明顯。

PON由局側OLT、用戶側ONU及其間的光配線網絡（ODN）組成。ODN由光纖和無源設備（光分路器）組成。若承載可靠性要求較高的配電自動化業務時，ONU可選擇雙PON接口，并支持光路全保護方式。某一光纖中斷時，業務可由另一光纖傳輸。接口可根據業務接入接口及上級通信網接口情況綜合選擇。

3.2 在用電信息采集中的應用

我國用戶電表基數規模十分龐大。面對電力系統不斷推廣智能電表及龐大電表數，電表信息遠程自動采集將非常關鍵。這與互聯網寬帶業務末端接入的點多面廣多樣化情況十分相似，因此PON技術應用于電表信息遠程自動采集的優勢也同樣會非常顯著。

考慮到末端智能電表業務比較單一，帶寬需求也不是很高，因此選擇總線方式利用RS-485線將若干電表串接在一起，信息經初步匯集后再通過PON進行傳送，可實現資源優化配置、建設運營低成本目標。

在實際部署時，OLT通常安裝在接入配電室或變電站內，ONU可安裝在樓層電表箱或設備間內，光分路器的安裝位置可根據OLT覆蓋范圍及安裝條件靈活選擇（如光纜交接箱、光纖接頭盒內或ODF上）。

4 PON技術在電力系統應用需注意的問題

PON技術在電信行業已應用多年，有較為豐富的組網和運營經驗，但在電力行業尚處于試用階段，大規模應用時需注意以下有關問題。

4.1 工業化環境

由于電力系統站點大多位于強電磁環境下，特別是末端接入站點的溫/濕度和防塵等環境較為惡劣，因此PON設備選型時應特別關注其電磁兼容性、溫/濕度及防塵等性能指標，應選擇適合于電力系統環境的工業級產品，同時在選擇核心及匯聚節點時也應綜合考慮其工作環境因素。

4.2 維護管理

由于電力系統末端通信接入數量規模龐大，因此在部署PON時，應充分考慮到電力通信系統的外部管理環境，選擇可靠性高、維護少、便于網管的設備，在穩定可靠和智能靈活間做好選擇。

4.3 設備供電

通信設備電源供給對通信網絡的安全運行至關重要。通常電力系統站點供電的可靠性都是比較高的，但需注意通信設備的供電類型。PON設備應具備直流24/48 V及交流220 V等多種電源模塊，同時電源模塊的耐壓性能應適合電力系統站點電壓的特殊性。

4.4 設備兼容性

根據電力系統通信接入業務發展的特點，通信接入網并非完全的板塊式全覆蓋，而是分階段的縱深推進，因此對OLT和ONU提出了兼容性要求。EPON在對OLT與ONU的接入兼容性方面有較規范的國際通用標準，有其先天優勢。在設置系統時應注意盡量采用公有協議，以減少后期兼容問題。

5 結束語

PON是一種可靠、靈活、高帶寬的光纖接入技術，相關標準和產品已相當成熟，電信行業也積累了豐富的大規模應用經驗。隨著低碳社會及智能電網的發展、國家能源政策向節約型和可持續型的轉變，以及電網神經末梢向用戶的延伸，通信技術在電力系統的應用將會迎來難得大發展機遇。已走向成熟的PON技術，應是電力系統智能化建設的較好選擇。

［1］劉振亞.智能電網技術［M］.北京：中國電力出版社，2010.