基于EPON技術的電力信息網架構分析與研究

劉素芳，楊 洋，王溢澤

(1.張家口職業技術學院,河北張家口075000;2.浙江大學信息與電子工程學院,浙江杭州310058)

基于EPON技術的電力信息網架構分析與研究

劉素芳1，楊 洋2，王溢澤2

(1.張家口職業技術學院,河北張家口075000;2.浙江大學信息與電子工程學院,浙江杭州310058)

電力信息網不同于傳統的通信網絡，需要有更好的實時性、可靠性，需要更加高效穩定的網絡環境。針對電力信息網現狀，提出一套基于以太無源光網絡(EPON)的電力信息網構架。該系統可以有效地提升電力信息網質量，具有一定的推廣價值。

以太無源光網絡;智能電網;電力信息網

由于科學技術的進步、國家財政的支持，智能電網行業的發展如火如荼。電力信息網作為電力系統的綜合業務網，負責電力系統的各個獨立系統的聯網工作。就像只有好的公路建設才會有運輸業的發展一樣，只有建設一個高效、可靠的電力信息網才能推動智能電網產業更進一步的發展。

傳統的電力信息網是基于TCP/IP構建的，這種網絡結構具有方便交流理解、與具體實現無關和便于模塊化的特點。但是隨著電力信息網的發展，這種舊的網絡結構難以滿足電力信息網對實時監控越來越高的要求，因此尋求一種新型的網絡結構迫在眉睫。

無源光纖網絡(PON)是指在光配線網絡中不含有任何有源電子器件的傳輸網絡，其突出的優點是徹底消除了有源電子器件，使得所有信號處理都在交換機實現。目前常用的PON技術主要有基于以太無源光網絡(EPON)和基于ITU-TG.984.x的無源光網絡(GPON)[1]。

雖然在速率傳輸和多業務支持方面GPON優于EPON，但是GPON的成本遠高于EPON，并且GPON技術發展不成熟，故選擇EPON作為電力信息網的網絡結構。

1 電力信息系統構架

智能電網是在傳統的電網基礎上通過大量的信息采集，可靠的信息傳輸和高效的信息處理所實現的對電網設備的智能化處理，并為用戶提供智能化服務。智能電網的主要特點包括：

(1)可觀性強：智能電網通過各種信息服務系統實現實時性的數據監測；

(2)可靠性高：智能電網系統可以從系統震蕩中迅速恢復，具有較高的魯棒性；

(3)用電和發電雙方的信息交互：在智能電網中用戶可以實時監測到自己家用設備的耗電量，用戶可以據此調整自己的用電習慣達到節約電能的目的。電網的配電系統同樣可以采集到該區域中每個用戶的耗電情況，從而做出更合適的配電方案。

由此可見，在智能電網中至關重要的是信息的實時、可靠傳遞。電力信息網的建設是智能電網建設的基礎性部分。現有的電力信息系統主要包括配電網管理系統、電力自動化調度網絡及其供電系統、廣域監測系統、自動供電系統等。將這些系統有效的連接運行，需要強有力的電力信息網建設。本設計基于現有的電力信息系統架構，提出三層電力信息系統的架構，如圖1所示。

圖1 電力信息系統層次圖

在該模型中，由上往下分別是應用體系層、支撐平臺層和基礎設施層。基礎設施層是電力信息網架構的硬件基礎，主要為電力系統中物理信息的采集以及信息傳輸的通信與網絡，支撐平臺層主要對傳輸信息進行分析處理，應用體系層則是電源的供給，電網的傳輸和用戶的耗電具體實現。

2 基于EPON的電力信息網建設

2.1 EPON的網絡結構

EPON的基于PON的以太網無源光網絡，現在常見的EPON結構主要有三種[2]：樹狀結構，總線狀結構和環狀結構，具體的結構如圖2所示。

圖2 EPON網絡結構圖

樹狀結構是現在最常用的結構，其光線路終端(OLT)與遠程節點(RN)的連接方式是單根光纖，RN與光網絡單元(ONU)之間分別用自己的光纖連接。樹狀結構讀每個ONU都有大致相同的功率預算，因此可以通過大功率發送信號。總線型結構可以看作是特殊的樹狀結構，它的優點是節約光纖并且節點的布置相對比較靈活，但是缺點是節點的數量有限并且網絡成本高。環狀結構具有較好的魯棒性，由于每個ONU都通過兩個方向連接到OLT，因此當光纖斷裂時仍舊可以保持網絡的暢通。

2.2 EPON的保護架構

國際電信聯盟遠程通信標準化組織 (ITU-T)提出兩種EPON的保護架構：Type A和Type C。Type A架構對主干光纖網采取冗余保護策略，Type C架構的整個網絡采取冗余保護策略。相比較而言Type C有更好的可靠性與穩定性，但是Type C的保護成本相對較高。

為了降低保護成本，同時提高保護的可靠性與穩定性，人們提出了鄰接保護方案和環狀保護方案。鄰接保護方案：鄰接保護的基本原理是在兩個相鄰的ONU之間采用互聯光纖進行彼此的保護，在OLT和RN之間采用備份保護。這樣降低了PON建設的消耗光纖總數，從而降低了保護成本。環狀保護方案：環狀保護方案的模型如圖3所示。在正常工作的條件下，OLT發出的命令沿著逆時針的方向傳輸到T/R 1，同時T/R 1發出的上行信號經順時針傳送到OLT。但是當ONUi和ONUi+1之間的光纖斷裂以后，正常的傳輸被打斷，這時候從第ONUi+1開始一直到最后一個ONU節點打開T/R 2，進行數據的重新連接。同時OLT將開關撥向2，這部分的ONU信號沿著順時針方向傳輸而另一部分則還是按照原來的逆時針方向進行傳輸。環狀的設計方案使得光纖的鏈路長度小于直線型架構，減少了保護成本。

圖3 環狀保護結構模型

2.3 電力信息網的EPON構架

前文已經詳細介紹了EPON的網絡結構和保護架構，在此基礎上設計電力信息網的架構模型。眾多的設備單元通過POS與ONU等設備在局端的機房EPON設備相互連接，并且同時連接到主干網上。這樣有效地實現了發電站、變電站、電力營業機構、遠程控制系統以及視頻監控系統的接入，保證了本地網與主干網的互聯通信[3]。

為了確保網絡的安全性與可靠性，在EPON網和主干網連接處采用雙環狀保護結構，使得系統具有雙總線，保證了網絡構架的靈活性和信息傳輸的可靠性，具體的設計圖如圖4所示。

圖4 電力信息系統的EPON構架

在基于EPON的電力信息網架構中，主干網采用電力系統中的SDH傳輸網的信號傳輸信道來搭建主干數據的網絡平臺，采用IPoverSDH技術的信息傳輸網的最大傳輸速率能達到100 Mbit/s。本設計的網絡結構是基于現有的電網結構搭建，只需要在電網的SDH設備上添加INTERNET上網設備即可，不需要改變原有的電網結構，這樣在建設過程中減少了成本的支出。EPON子網可以在主干線的沿線接入，根據接入的距離使用無源分光器進行逐級的接入方式。這樣可以保證EPON網的數據接入速率在1 Mbit/s到1 Gbit/s之間，使得電力信息網為電網提供安全、可靠、穩定的服務，既滿足了電網的管理需求，又滿足了市場發展的需求。

3 總結

針對智能電網發展的現實需求，結合現在的電力信息網發展的趨勢，本文對基于EPON技術的電力信息網進行了深入的分析與研究。EPON技術是電力信息網通信接入的有效方式，它一方面為電網管理者提供了安全可靠的通信基礎，為智能電網的視頻監控，遠程控制提供了有力的保證，另一方面也為用戶更方便快捷的查詢耗電量提供服務。

[1]顧碗儀,黃永清,陳雪，等.光纖通信[J].北京:人民郵電出版社,2006:26-29.

[2]李學易,韓一石,韓國軍,等.基于EPON的綜合接入組網設計[J].光通信技術，2009(9)：17-19.

[3]馬強,陳啟美,李勃.躋身未來的電力線通信(二)電力線信道分析及模型[J].電力系統自動化,2003,27(4):72-76.

Electric-information-network based on EPON

LIU Su-fang1,YANG Yang2,WANG Yi-ze2
(1.Zhangjiakou Vocational Colege of Technology,Zhangjiakou Hebei 075000,China;2.College of Information Science&Electronic Engineering,Zhejiang University,Hangzhou Zhejiang 310058,China)

The electric information network is different from tradition network,which need better real-time,reliable and efficient network.According to the current situation,the electric information network based on EOPN was proposed,which could improve the quality of electric information network and had a certain popularization value.

EPON;smart grid;electric information network

TM 7

A

1002-087 X(2017)07-1068-03

2016-12-11

劉素芳(1965—)，女，河北省人，碩士，副教授，主要研究方向為電氣工程。