配網自動化區域保護使用EPON通信存在的問題及解決方法

引言：本文介紹了配變終端利用EPON通信網傳輸實時控制信息，終端間相互協調實現區域保護存在的問題和解決方法。

一、以EPON技術為基礎的配電通信網

電力配電網（配網）自動化實現三遙（遙信，遙測，遙控），建設配網系統的時候同時需要建設光纖通信專網實現配網終端聯網。由于配網終端的數量巨大，為配網終端服務的通訊終端在許多電網公司采用了適合高密接入的EPON通信系統。

配網自動化發展過程中，電網專業機構一直在研究進一步保障供電可靠性的控制方法。一種方法被稱之為配電網區域保護（或有的被稱為面保護）。這種保護就是在10Kv線路短路故障發生的時候，主斷路器整定時間內（通常為300ms），依靠智能化配網終端實現快速切除故障區域（通常150ms內），快速恢復供電，同時盡可能縮小停電范圍。但配網區域保護對現有的EPON（以太網無源光纖網絡）制式的配電通信網形成挑戰。

二、區域保護對EPON通信制式提出苛刻要求

配電網在區域保護方式下，當某條10Kv線路的某個點發生短路故障時，配變終端能夠根據相鄰終端傳輸來的短路電力變量并判斷故障點，并根據繼電邏輯自主決策開閘和合閘命令。通過故障點相鄰開關的閉合控制，可以在主斷路器跳閘前，把故障點切除，從而盡可能小地縮小因故障停電區域，提高供電可靠性。整個過程應該在150ms內完成，否則主斷路器跳閘，全區域停電了。這種區域防護的要求是通信和故障判決時間要足夠短，留下的時間是給故障區域相關開關裝置動作用。

在配變終端通信方面，需要在終端間實時傳輸（組播方式）電力線路測量值，開關狀態和時間同步信息（通常借用智能變電站標準IEC61850的SV，GOOSE報文）等，保證配變終端判斷故障，同步操作時序。

SV及GOOSE報文要求實時地均勻地傳遞，但原生EPON系統很難保證這種低時延抖動通信要求。問題來自于原本是EPON優勢的P2MP（點對多點）通信機制。在P2MP的通信方式下，變電站側的OLT對配變終端側的ONU的通信的下行數據流是TDM（時分復用）方式，信息脈沖可以非常及時地到達各個終端。而ONU對OLT的上行通信方式是TDMA（時分多址），ONU上行通信受到OLT的控制，OLT會根據通信繁忙情況和優先級情況動態分配每個ONU上傳數據窗口。因此ONU上行數據流并不是想發出就能發出的。特別是當OUN上行傳輸實時報文時，會因為上行時間窗口的不均勻而造成同步接收端獲得的是一個不可預估的同步信息。使得參與區域保護的多個配變終端延誤故障判決，擾亂相關開關動作時序。

三、改善EPON時序，優化終通信邏輯

問題的解決至少要從兩個方面入手。一方面減小EPON的傳輸抖動，改進現有的EPON系統：現有EPON系統的標準化比較完善，但面臨新問題仍然有改進空間。在P2MP機制中，上行時間窗口的令牌發放方式可以增加一種固定配額方式。在這種模式下，OLT為每個參與通信的ONU等時派送均勻的上行窗口。保證ONU的上行傳輸時延抖動小，或有規律，或可預估。

另一方面提高配變終端的抖動容限。既然配變終端已經向智能化發展，那么在通信方面的容錯能力也將是改進方向。可以從在發送報文長度，時序同步判決機制上改善。

四、結束語

電網會向智能化發展，配網自動化是智能配電的第一步，海量的配網終端使得電力傳輸的最后一個階段可查，可控。面對海量的配網終端，從綜合考慮，EPON以點對多點的通信方式可能是比較好的通信方式選項。面對配網保護的智能化發展，EPON仍然有潛力改進升級。這些改進就像EPON從民用產品向工業產品的改進一樣快速和有成效。

參考文獻

[1]鄭穎杰 EPON在配網自動化中的挑戰與對策， 中國電機工程學會電力通信專業委員會第九屆學術會議，2013.

[2]魏勇 智能變電站過程層網絡采用EPON 技術實用性研究.

[3]IEEE 802.3ah Ethernet in the First Mile Task Force[EB/OL].[2010-11-05].http：//www.ieee802.org/3/efm/.

[4]智能變電站繼電保護規范. 國家電網企業標準.Q/GDW 441-2010.

（作者單位：和記奧普泰通信技術有限公司）

作者簡介

左慶（1973.10），男，大學本科，信息系統項目管理師，主要研究方向為光通信網絡，傳輸網絡，數字通信，信息系統集成。