EPON在配網自動化系統中的應用研究

曹乃文

摘 要 隨著人們對用電量的增加，電力配網系統的可靠性和自動化要求程度愈發被人重視， EPON技術是配網自動化建設中的一項重要通信技術，是一種基于以太網的PON技術，將EPON技術結合到電力配網系統中，是電網建設創新發展的重要體現，本文通過EPON技術在配網自動化系統中的應用進行了分析和研究，希望能夠對相關人士起到一定的借鑒作用。

關鍵詞 EPON技術;配網自動化系統;應用

引言

配網自動化系統是一種將高壓電向生產、生活用電轉變的系統，肩負著電能分配的重要使命，為了提高該系統的穩定性，EPON技術越來越廣泛地被應用到該系統中。EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太網無源光網絡），顧名思義，是基于以太網的PON技術。它采用點到多點結構、無源光纖傳輸，在以太網之上提供多種業務。將EPON技術結合到電力配網系統中，是電網建設創新發展的重要體現，對電能供應質量的提高有著實際的意義。

1EPON在配電自動化系統中應用的可行性

1.1 EPON基本結構

EPON屬于點到多點結構的單纖雙向光接入網方式，主要包括網絡側的光線路終端（OLT）、無源光分路器（POS）、用戶側光網絡單元（ONU）等，可以形成樹型、星型、總線型等不同結構，如圖1所示。

在實際操作中，下行方向處在變電站的OLT可以使得不同業務類型（例如音頻、視頻、數據等）利用廣播形式通過POS分配到不同的ONU當中;上行方向EPON利用TDMA技術使得不同ONU上行信息形成TDM信息流傳送到OLT。

1.2 EPON在配電自動化系統中應用的可行性分析

比較容易維護以及擴展。EPON光分路器采取的為無源器件，所以非常便于維護，可以通過較小的投入得到較好的效果。另外，EPON系統采取的是模塊化方式，更加便于擴展。

具有較高可靠性。由于EPON系統不同ONU之間采取的是并聯方式，所以和ONU連接的不同配網終端設備也采取的是并聯方式，因此任何終端產生故障都不會影響到系統的整體運行。同時，EPON具有整套安全加密機制，能夠確保安全運行。

具有比較大的寬帶。從現階段來看，EPON能夠提供上下行對稱的1.25Gbit/s的帶寬，同時隨著網絡技術的快速發展能夠不斷優化升級，這樣就可以很好的匹配后續配網自動化通信業務的帶寬需要。

帶寬具有靈活的分配方式，能夠確保服務的有效進行。EPON能夠利用DBA（動態帶寬分配）算法來對每一個用戶帶寬實施動態性分配，能夠確保每一個用戶的QoS。

具有非常廣闊的服務范圍。EPON屬于點到多點的網絡結構，能夠通過局端單個光模塊和光纖資源涵蓋大量并且較為分散的終端用戶，確保每個用戶的服務有效性。

具有非常強的網管功能。EPON具有多方面管理功能，包括性能管理、配置管理、故障管理、安全管理、告警管理等等，可以利用連接在OLT上的網管監控系統對和ONU連接的終端監控設備（例如FTU、TTU等）進行管理[1]。

2EPON在配網自動化系統中的應用分析

2.1 組網方案

利用通信網絡現場終端和配電主站系統的通信通道，可以使得OLT設置在配電主站系統以及變電站自動化系統當中，通過不同的OLT形成主干通信網。而FTU、TTU相關數據主要通過變電站內部RTU進行轉發，形成分支通信網。主干通信網通過環網保護協議（RRPP）能夠進行快速業務倒換，能夠大大提升主干網絡可靠性，并且有效降低單點故障率。RRPP主要包括多個節點，一般會選擇配電自動化主站OLT當作主節點，而采取不同配電子站OLT作為傳輸節點。利用RRPP進行流量的快速倒換，能夠確保網絡大流量業務的有效進行。

為了確保整個系統能夠正常運行，可以將配電子站到不同監測終端的分支通信設置成為樹狀拓撲結構，此種拓撲結構的網絡故障率相對較低，并且維護較為便利。而監控終端（FTU、TTU等）通過網線接入到變電站的ONU當中，這樣能夠確保通信效率。

EPON系統使得配網主站系統和不同終端子站系統有機融合，以此來實現數據信息的上行和下行，其最主要的應用就是使得OLT設置在變電站一側。OLT屬于多業務平臺，業務類型較多，能夠支持不同接口類型，包括RS485、光纖接口、以太網業務、WDM傳輸等等。除此之外，OLT能夠按照用戶對于QoS的不同要求實施寬帶配置。POS屬于簡單的分路器設備，無須獨立設置電源，能夠應用戶戶外環境中，更便于維保。ONU能夠將終端采集數據分別上下傳輸，向上可以傳給控制中心，而向下發給監控設備。

2.2 IPACT算法應用

此種算法主要是基于授權或者請求自適應分配帶寬算法，以相應標準來定義授權幀以及請求幀，能夠形成帶寬分配以及動態申請，OLT以不同ONU緩存器所收集到的配電終端可以收集的數據量來為ONU實施時隙分配。可以利用REPORT/GATE輪詢間插的方式進一步提升信道利用率。由于輪詢周期具有可變性特點，配網自動化系統存在非常多的配電終端，同時采集業務存在相應的差異，會形成某些缺陷，可以利用EPON技術對其實施優化。可以對OLT上行鏈路數據流量實施監測，同時發送GATA相應信息，若是監測到ONU上行鏈路數據流量超出1h，那么需要確保輪詢周期≥設定最低值，這樣就能夠有效限制頻繁輪詢OLT的情況，從而防止多次發送GATA所形成的帶寬浪費[2]。

2.3 傳輸介質應用

隨著多年的發展，光纖通信已經成為目前最為重要的電力系統通信方式。光纖是光通信傳輸介質的關鍵部分之一，可以架設不同電壓等級的線路，能夠覆蓋到絕大部分35kV以上的變電站。在配網通信中利用10KV線路對于ADSS光纜實施架設，可以采用12芯當作主要的光纜芯數，某些關鍵性樞紐線路可以采用24芯光纜，而進行ADSS光纜架設則更加的方便靈活，提供給EPON組網相應的傳輸介質。

2.4 設備供電、帶寬以及業務接口方面的應用

正常情況下OLT設備大多設置在變電站機房當中，需要采用專用的48V電源實施供電，而ONU設備需要根據具體情況來設定取電方式，一般情況下采取FTU的合用電源。從現階段來看，市場上絕大部分ONU設備都可以根據具體的需要靈活的選擇相應電源接口。ONU業務接口要根據不同配電自動化中終端的具體需求靈活進行配置，這樣就能夠實現不同業務終端的接入。從目前來看，ONU設備可以提供不同接口，包括RS485、光纖接口、以太網業務、WDM傳輸等等。上行采取的是TDMA技術、下行采取廣播技術能夠使得配網自動化系統相應通信業務寬帶和接口需要得到有效滿足[3]。

2.5 網絡性能以及網絡安全方面的應用

EPON網絡具有非常強的多點失效以及抗單點功能，ONU設備可以通過兩個PON口實施上聯，通過不同光纜路由來對OLT設備實施有效接入。若是整個網絡中存在一條光纜或者一組OLT設備出現故障，那么ONU就能夠及時檢測出故障所在，能夠第一時間切換到備用光纜路由實施工作。其中分光器屬于無源器件，可以通過物理分光的方式運行，所以具有非常高的可靠性。若是其中一個光路發生故障也不會對剩余ONU的運行產生影響。同時利用ONU側接入能夠防止網絡安全風險，可以避免外部侵入、偽裝以及仿冒的問題。在ONU和OLT注冊以及連接PON網絡后，需要對所提供的邏輯標識和MAC實施認證，在ONU認證通過之后才允許進行接入。對于PON下行來說，可以通過廣播技術將報文傳送到所有PON口下的ONU，這樣就能夠確保下行數據通信的安全性。PON可以使得數據進行加密，可以采用三層攪動加密技術，從OLT向每一個ONU請求對應的密匙。同時ONU所提供的密匙會在特定的ONU以及OLT實施同步以及更新。OLT會對不同ONU下行數據使用相應的ONU密匙進行加密操作，這樣能夠確保其他ONU無法破解此ONU加密數據，從而大大提升了下行通信系統的安全性[4]。

3結束語

總的來說，EPON技術屬于較為便利、成本較低并且具有較強性能的光纖通信方式，其有效應用能夠滿足配電子站到自動化終端的通信要求，具有較高的可靠性和性價比。通過EPON技術能夠建立起基礎性通信平臺，實現更加智能、更加可靠、較強實用性的通信，本文主要就EPON在配網自動化系統中的實際應用情況進行了分析，通過本文的介紹能夠對進一步推動配網自動化系統的發展具有現實作用，對于配電網自動化建設以及智能電網的發展具有非常實用的意義。

參考文獻

[1] 陳強.EPON技術在電力配網自動化系統中的應用[J].通訊世界，2018（12）：15-17.

[2] 胡帥.EPON技術在配網自動化系統中的設計與應用[J].科技與創新，2018（10）：18-19.

[3] 張帥，虞松杰.EPON技術在配網自動化系統中的設計與應用[J]. 電氣技術，2018（6）：88-91.

[4] 陳世鳴.EPON在配網自動化系統中的應用探討[J].低碳世界，2016（3）：18-19.