基于EPON技術的電力通信系統設計研究

黃曉堯 ，樓其民 ，田 京 ，毛麗榮

（1.國網浙江省電力公司浙江杭州310007；2.國網浙江麗水供電公司浙江麗水323000）

在現代通信、信息、生產、自動化及管理技術不斷發展的過程中，其也正在不斷的融合，能夠有效實現視頻會議、數據信息傳輸、傳真、電話及即時通信等應用服務。信息及通信技術不斷發展影響了電力系統，比如數字化、自動化及標準化已經成為現代電力工業信息系統的主要發展趨勢[1]。電力行業屬于尤為重要的基礎產業，電網也是我國實現能源布局的主要手段。在現代電網信息通信實現現代化之后，電力通信穩定性及安全性也將面臨著較大的挑戰。在進入到全新的世紀之后，已經逐漸形成了智能電網的理念，并且對其進行了全面的研究。我國配電網的自動化雖然起步比較早，但是其發展比較慢[2]。目前，我國電網公司對其高度重視，組織了多方的力量，對于電力通信過程中的弱勢環節進行了創建及改造。電力系統通信方式主要包括有線及無線，其中有線的通信方式主要包括市話網、專線、現場總線及光纖通信等，無線通信主要包括數字微波、無線擴頻、數字電臺等。EPON技術表示國際中寬帶接入網最新的發展趨勢，其主要包括無源光及以太網兩種網絡技術的優勢，其也是今后寬帶接入網主要的發展技術，被廣泛應用到配電網電力通信中[3]。基于此，本文就實現基于EPON技術的電力通信系統的設計。

1 無源光網絡的類型

其一，EPON技術。EPON技術能夠支持對稱速率，其在光設備器件不斷發展過程中成熟，速度會提高。圖1為EPON接入技術的結構。

圖1 EPON接入技術的結構

此技術結合PON技術和以太網技術，所以其能夠實現IP業務寬帶的通信接入技術。EPON技術主要是通過點到多點作為基礎結構，實現多個終端用戶服務利用局端單個的光模塊進行實現[4]。

其二，APON技術。APON技術屬于無源光網絡技術和ATM技術的結合，但是其主要核心技術還是ATM技術，其能夠使語言分路器和ATM相互結合，從而實現光纖及光纖路終端進行共享，從而使業務能夠擴展到寬帶，實現多比特率及多業務[5]。圖2為APON技術的結構。

圖2 APON技術的結構

其三，GPON技術。EPON技術主要是使真協議能夠作為傳輸匯聚層主要的傳輸協議，其主要目的就是實現業務速率傳統格式的封裝，其沒有限制業務速率及類型，之后將封裝的業務通過PON實現傳輸，因為GFP幀頭長度指示字節能夠實現和變化數據包的傳遞，從而使其能夠獲得全部標準上行的速率[6]。圖3為GPON技術的光線路結構。

2 基于EPON技術的電力通信系統設計

2.1 EPON技術在電力通信系統中的可行性

EPON主要包括ONU、ODN、OLT，圖4為EPON技術的網絡結構。

圖3 GPON技術的光線路結構

圖4 EPON技術的網絡結構

EPON技術主要是利用業務節點接口和業務節點相互連接，利用用戶網絡接口和用戶設備相互連接。OLT屬于EPON的核心內容，其能夠對ONU廣播實現數據的發送、寬帶的分配等功能，ODN屬于點對多點結構，一般都是利用樹形連接方式實現，并且其使用以太網網絡協議通信，能夠保證服務質量，并且成本較低、寬帶的分配較為靈活，管理維護較為方便[7]。

2.2 電力通信系統的設計方案

因為EPON技術能夠被在所有單模光釬介質敷設式光纜中使用，并且傳送過程能夠有效實現數據的快速且高效傳遞。并且因為EPON能夠同時在電力系統多種組網結構中使用，所以可以不使用其他的通信，從而便于系統結構簡單操作。

為了能夠降低電力通信傳輸網的組成成本，還能夠使其在常用組網結構中使用，一般都是使用全鏈路及鏈型兩種組網方式，不需要實現通信管道的重新安裝。圖5為鏈型組網拓撲的第一種結構。通過圖5可以看出來，此種組網結構中的設備都具有大量PON，之后使OLT設備在相應配電子中串聯，此種設計不僅能夠提高通信半徑，還能夠實現單電源供電需求[9]。

圖6為全鏈路保護組網的第一種結構，圖7為全鏈路保護組網的第二種結構，通過圖6可以看出來，OLT設備能夠連接配電子站，其中的POS在光方向中向下延伸，通過ONU的上行鏈路冗余設計能夠保護鏈路，從而使網絡運行能夠更加的安全且順暢。和第一種結構并不同，第二種結構主要是在不同配電子站中實現相應POL設備的安裝，從而能夠根據光照的方向通過T型的線纜結構實現組網[10]。

通過以上3種結構可以看出來，其中的每個組網能夠將無源分光器和ONU通過并聯創建光纖通信網絡，并且他們之間不受其他干擾，此種設計能夠有效提高運行的可靠性及安全性，并且還能夠有效保證組網信號傳輸的安全性。

圖5 鏈型組網拓撲的結構

圖6 全鏈路保護組網的第一種結構

圖7 全鏈路保護組網的第二種結構

3 電力通信系統可靠性的設計

電力通信系統組網可靠性主要指的是網絡互聯通信備份，利用備份設備和線路能夠實現隨時隨地路由的可達[11]。圖8為基于EPOM技術電力通信的系統結構。

3.1 核心層

系統中的核心主站與子站創建主干環狀結構，能夠使核心網絡可靠性得到有效提高，還能夠避免出現單點故障。RRPP屬于通過大量節點創建的環網，其某個節點屬于主節點，一般都是使用配電自動化主站實現，其他的節點屬于傳輸節點，一般都是利用配單子站實現，主節點的端口主要包括主端口及從端口[12]。圖9為核心層主站和子站的主干環狀結構。

圖8 基于EPOM技術電力通信的系統結構

圖9 核心層主站和子站的主干環狀結構

其中主節點一般都是利用周期性通過主端口發送環報文，假如主節點通過端口接收報文，那么此環網完整。如果出現故障，那么相鄰端口及節點就會中斷對故障進行檢測。如果故障恢復，那么故障的端口及節點就會恢復工作，這個時候故障節點就會將此端口短時間阻塞，但是此端口還是能夠通過RRPP協議報文，主節點實現HELL報文的發送，如果能夠通過端口實現報文的接收，那么主節點就已經恢復正常，之后將端口阻斷，使業務流量對正常鏈路進行切換[13]。

3.2 分支網

通過變電站，光纜就會順著電力管線鋪設到其中的所有開閉所或者柱開關中，變電站和所有的光纜鏈路都是使用星型方式接線，變電站中的OLT設備能夠實現不同方向光纜鏈路的千兆關口聚集。分支網使用EPON技術，其中的所有終端設備故障都不會對終端設備造成影響，從而降低設備出現故障的機率[14]。圖10為分支網利用EPON技術的結構。

其分支結構為：

DO CASE

CASE＜條件1＞

圖10 分支網利用EPON技術的結構

＜命令組1＞

CASE＜條件2＞

＜命令組2＞

CASE＜條件N＞

＜命令組N＞

END CASE

3.3 配電終端

其中的每個柱及開閉所中的ONU設備都設置了10/100M端口，其能夠實現TCP/IP協議，使用FTU或者DTU通過網線連接，能夠使全網通信效率進一步提高[15]。圖11為配電終端EPON接入的方式。

圖11 配電終端EPON接入的方式

4 配網方案的使用

某用電管理所以智能電網綜合示范園區工程建設需求為基礎，根據配電自動化的建設，使用EPON技術實現開發區開關的配網通信網建設及改造，使用互聯組網方式，ONU中的兩個PON口和鏈路分光器相互連接，從而能夠全網保護PON端口、分光器及主干管線，此網絡中的任何設備都不會對ONU使用造成影響。圖12為某用電管理所的電力通信系統組網方案。

圖12 某用電管理所的電力通信系統組網方案

使用EPON技術能夠使網絡的結構更加的清晰、簡潔，并且還能夠實現設備的集中維護及建設，而且還具有一定的后向兼容性，能夠有效促進區域中全新開關站的接入。本文所設計的組網方案，能夠有效滿足智能電網朝著深入化的方向發展，其在變電所和開關站中使用，能夠實現區域電力配網通信網網絡的多級分層，還能夠實現站點的全面覆蓋[16]。

5 結束語

文中在電力通信系統中使用EPON技術，并且以配電自動化通信系統網絡結構的優勢及EPON技術的優勢實現全新組網方案的設計。通過配網方案在具體用電管理所中的使用表示，其能夠有效滿足現代配電自動化通信系統的需求，并且能夠提高電力通信過程中的安全性，完善傳統電力通信中的問題。