智能配網(wǎng)EPON多業(yè)務(wù)接入方案研究

夏行宇，沈 巍，李 妮，趙錦輝

（1.湖北省電力勘測設(shè)計院，湖北 武漢 430040;2.國網(wǎng)湖北省電力公司信息通信公司，湖北 武漢 430077）

1 智能配網(wǎng)以及EPON簡介

國家電網(wǎng)對智能電網(wǎng)的定義為：以堅強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺為支撐，以智能控制為手段，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，是堅強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動的現(xiàn)代電網(wǎng)[1]。智能配網(wǎng)屬于智能電網(wǎng)的配電部分。

EPON即采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，利用光纖及無源器件傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)的通信技術(shù)[2]。EPON的基本組成包括OLT(Optical Line Terminal, 光 線 路 終 端)，ONU（Optical Network Unit，光網(wǎng)絡(luò)單元）和ODN（Optical Distribute Network，光分配網(wǎng)絡(luò)），包含光纜及分光器。EPON通過ODN將局端設(shè)備（OLT）和用戶端設(shè)備（ONU）連接起來，形成一個互聯(lián)互通的通信網(wǎng)絡(luò)。目前EPON技術(shù)廣泛用于電信運(yùn)營商寬帶接入領(lǐng)域。由于EPON組網(wǎng)方式靈活，天然吻合電力配電網(wǎng)線纜分布結(jié)構(gòu)，光纖線路布放沿著原有電力線纜桿塔或管道，無需考慮另外新建桿塔或開掘通信管道，可以節(jié)省大量成本，因此成為智能配網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的首選技術(shù)方案之一。

根據(jù)國家能源局“配電網(wǎng)建設(shè)改造行動計劃(2015～2020年)”的要求，2015～2020年，配電網(wǎng)建設(shè)改造投資不低于2萬億元，其中2015年投資不低于3 000億元，“十三五”期間累計投資不低于1.7萬億元。智能配網(wǎng)建設(shè)市場潛力巨大。智能配網(wǎng)有三個典型的業(yè)務(wù)需求：配電自動化；用電信息采集；營銷所寬帶接入。三大業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)均基于數(shù)據(jù)傳輸，離不開通信技術(shù)的支撐。因此，對智能電網(wǎng)EPON多業(yè)務(wù)接入方案進(jìn)行研究，具有重要經(jīng)濟(jì)意義。

2 EPON在智能配網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1 EPON在配電自動化中的應(yīng)用

配電自動化系統(tǒng)由主站、通信系統(tǒng)、自動化監(jiān)控終端設(shè)備三大部分構(gòu)成，形成一個完整的信息傳輸與處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程管理[3-4]。自動化監(jiān)控終端設(shè)備包括饋線終端設(shè)備（FTU）、配變終端設(shè)備（TTU）、開閉所終端設(shè)備（DTU）等。配電自動化系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)對轄區(qū)所需監(jiān)控的柱上開關(guān)、開閉站、環(huán)網(wǎng)柜、電纜分接箱、配變等實(shí)現(xiàn)基于地理信息的監(jiān)控與管理，實(shí)現(xiàn)10kV饋線上的故障診斷、故障隔離和非故障區(qū)域的快速恢復(fù)供電等功能。

針對配電自動化系統(tǒng)建設(shè)的EPON網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D 1所示。圖 1中三種組網(wǎng)模式比較如下：

圖 1 配電自動化EPON典型組網(wǎng)拓?fù)鋱DFig.1 Typical EPON networking topology in distribution automation

1）左邊為“手拉手”組網(wǎng)，這種組網(wǎng)方式可靠性最高，任何一個地方的設(shè)備或者鏈路出現(xiàn)故障，都不會影響其它設(shè)備的數(shù)據(jù)上傳。各地配網(wǎng)建設(shè)中多數(shù)采用這種組網(wǎng)方式。

2）中間為全保護(hù)組網(wǎng)方式，可靠性較高，缺陷是當(dāng)匯聚OLT設(shè)備出現(xiàn)故障時，下屬所有配網(wǎng)終端數(shù)據(jù)都不能上傳。早期配網(wǎng)建設(shè)中不方便鋪設(shè)光纖的部分地段采用這種組網(wǎng)方式。

3）右邊為鏈形組網(wǎng)，可靠性較低，當(dāng)光纖鏈路出現(xiàn)故障時，后續(xù)所有配網(wǎng)終端數(shù)據(jù)都不能上傳。早期配網(wǎng)建設(shè)中不方便鋪設(shè)光纖的部分地段經(jīng)常采用這種組網(wǎng)方式。

2.2 EPON在用電信息采集中的應(yīng)用

用電信息采集系統(tǒng)即采集、處理和實(shí)時監(jiān)控用電信息的系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用電信息的自動采集、計量異常監(jiān)測、電能質(zhì)量監(jiān)測、用電分析和管理、相關(guān)信息發(fā)布、分布式能源監(jiān)控、智能用電設(shè)備的信息交互等功能，為實(shí)現(xiàn)階梯電價、智能費(fèi)控等營銷業(yè)務(wù)策略提供了技術(shù)支持[5-6]。

EPON方案以其特有的技術(shù)優(yōu)勢成為用電信息采集系統(tǒng)的首選通信方案，能夠在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速覆蓋。如果電表比較集中，建議利用ONU設(shè)備的RS-485接口直接連接到智能電表的RS-485接口，實(shí)現(xiàn)抄表功能，這種方式成本最低；如果電表比較分散，則利用集中器，通過低壓電力載波采集電表數(shù)據(jù)，再通過集中器把數(shù)據(jù)傳遞到ONU實(shí)現(xiàn)上傳下達(dá)功能。

在部分偏遠(yuǎn)地區(qū)，建設(shè)光纜的成本過高，可采用無線公網(wǎng)的接入方式，作為用電信息采集系統(tǒng)通信方式的補(bǔ)充。用電信息采集系統(tǒng)EPON組網(wǎng)如圖 2所示。

圖 2 用電信息采集系統(tǒng)EPON組網(wǎng)示意圖Fig.2 EPON networking topology in power information collection system

2.3 EPON在營銷所寬帶接入中的應(yīng)用

利用配網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)（EPON通信網(wǎng)絡(luò)），通過分光器分支接入辦公大樓、供電所或營業(yè)廳，可以滿足寬帶上網(wǎng)、電話、視頻等通信需求[7-8]，見圖3。

圖 3 營銷所寬帶接入EPON組網(wǎng)示意圖Fig.3 EPON networking topology in marketing site network access

EPON營銷所寬帶建設(shè)可以采用FTTO、FTTH、FTTx+LAN、FTTx+PLC、FTTx+DSL等多種組網(wǎng)模式，組網(wǎng)方式靈活，可以滿足辦公大樓、供電所、營業(yè)廳等多樣化的實(shí)際應(yīng)用需求。

3 EPON多業(yè)務(wù)接入方案

由以上所述，智能配網(wǎng)的三大業(yè)務(wù)均可以承載于EPON網(wǎng)絡(luò)上。一般隨配網(wǎng)一次網(wǎng)架同步架設(shè)的光纜都具有24芯或者48芯。三大業(yè)務(wù)均可將OLT安裝在110 kV變電站中，而ONU安裝的位置均不相同。因此，EPON多業(yè)務(wù)接入方案可以采用共用OLT和光纜的建設(shè)模式，ONU則需要單獨(dú)配置。智能配網(wǎng)EPON多業(yè)務(wù)接入如圖 4所示。

圖 4 智能配網(wǎng)EPON多業(yè)務(wù)接入示意圖Fig.4 EPON Multiservice Access Scheme in Intelligent distribution network

智能配網(wǎng)的三大業(yè)務(wù)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽啃跃哂胁煌燃壍囊蟆Ｅ潆娮詣踊到y(tǒng)屬于調(diào)度業(yè)務(wù)，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽啃砸笞罡撸挥秒娦畔⒉杉瘜儆跔I銷業(yè)務(wù)，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽啃砸筝^低；營銷所寬帶接入部分屬于營銷業(yè)務(wù)，部分屬于信息內(nèi)網(wǎng)業(yè)務(wù)，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽啃砸笞畹停瑢?shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽啃砸筝^低。實(shí)際組網(wǎng)中，配電自動化業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)為調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，營銷所寬帶業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，兩張網(wǎng)絡(luò)必須進(jìn)行物理隔離[9]，。因此，需要智能配網(wǎng)EPON對三大業(yè)務(wù)進(jìn)行隔離，并劃分相應(yīng)優(yōu)先級。

實(shí)現(xiàn)EPON多業(yè)務(wù)接入有四種不同的辦法，詳細(xì)介紹如下。

方法1采用獨(dú)立光纖芯、獨(dú)立OLT（OLT隔離）

此方法相當(dāng)于三大業(yè)務(wù)使用各自獨(dú)立的EPON，只是各自使用的光纖芯在同一條光纜中。該方法實(shí)現(xiàn)了三大業(yè)務(wù)的完全意義上的物理隔離，可靠性和安全性最高，然而投資也最高，需要管理多張EPON網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)維難度最大。

此方法不同業(yè)務(wù)的OLT相互獨(dú)立，業(yè)務(wù)的優(yōu)先級處理需要通過上層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

方法2采用獨(dú)立光纖芯，共用OLT并采用不同的PON板、上行板（板件隔離）

此方法與方法1類似，只是三大業(yè)務(wù)共用了OLT。但是由于采用了不同的PON板和上行板，因此實(shí)際上也實(shí)現(xiàn)了三大業(yè)務(wù)的物理隔離。由于共用了OLT，因此投資相應(yīng)降低，運(yùn)維難度小，然而調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備區(qū)分不明晰，安全可靠性比較低。

此方法采用不同的板卡，可以實(shí)現(xiàn)三大業(yè)務(wù)的隔離。通過OLT本身對板卡優(yōu)先級的設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)三大業(yè)務(wù)的優(yōu)先級處理。

方法3配電自動化與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)業(yè)務(wù)采用獨(dú)立OLT，用電信息采集與營銷所寬帶接入板件隔離（OLT隔離與板件隔離相結(jié)合）

此方法結(jié)合了方法1和方法2各自的優(yōu)點(diǎn)，用電信息采集與營銷所寬帶接入共用OLT但采用板件隔離，配電自動化業(yè)務(wù)采用獨(dú)立OLT。該方法既實(shí)現(xiàn)了調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)完全意義上的物理隔離，可靠性與安全性最高，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備區(qū)分清晰，同時實(shí)現(xiàn)了用電信息采集與營銷所寬帶接入對OLT的共用，減少了設(shè)備投資以及運(yùn)維設(shè)備的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了整體投資效益的最大化。

此方法中用電信息采集與營銷所寬帶接入業(yè)務(wù)采用不同的板卡，通過OLT本身對板卡優(yōu)先級的設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)以上兩種業(yè)務(wù)的優(yōu)先級處理。

方法4配電自動化與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)業(yè)務(wù)采用獨(dú)立OLT，用電信息采集與營銷所寬帶接入采用PON端口隔離（OLT隔離與PON端口隔離相結(jié)合）

此方法與方法3類似，在方法3基礎(chǔ)上，用電信息采集與營銷所寬帶接入共用OLT板件，因此安全可靠性比方法三進(jìn)一步降低，投資也相應(yīng)降低。

此方法需要采用VLAN技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用電信息采集與營銷所寬帶接入業(yè)務(wù)的隔離。通過OLT本身對PON板端口優(yōu)先級的設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)用電信息采集與營銷所寬帶接入業(yè)務(wù)的優(yōu)先級處理。由于必須采用VLAN，配置及調(diào)試復(fù)雜，因此運(yùn)維難度較大。

總結(jié)四種多業(yè)務(wù)接入的解決方法，EPON多業(yè)務(wù)解決方案建議采用方案三“OLT隔離與板件隔離相結(jié)合”的方法，以獲得較高的可靠性，同時節(jié)省投資，降低運(yùn)維難度。

4 應(yīng)用展望

目前部分國外電網(wǎng)企業(yè)具有寬帶運(yùn)營牌照，可以采用同一張EPON網(wǎng)絡(luò)承載智能配網(wǎng)三大業(yè)務(wù)。然而國內(nèi)電網(wǎng)企業(yè)暫時還不具備寬帶運(yùn)營牌照，安全管控嚴(yán)格，電力寬帶業(yè)務(wù)需要單獨(dú)使用一張EPON網(wǎng)絡(luò)[7]。未來國內(nèi)電網(wǎng)企業(yè)若是獲得寬帶運(yùn)營牌照，可以將智能配網(wǎng)三大業(yè)務(wù)規(guī)劃到一張EPON網(wǎng)絡(luò)，在保證安全可靠的前提下，實(shí)現(xiàn)投資和運(yùn)維成本的最小化。

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