基于EPON技術(shù)的電力通信系統(tǒng)分析

文 章，劉 晟

（國網(wǎng)株洲供電公司，湖南 株洲 412000）

0 引 言

近年來，我國電力系統(tǒng)不斷完善，在人們的生活和生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用。為進一步提高供電可靠性、提升優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平以及加快運維搶修速度，我國開始積極制定智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃，配網(wǎng)自動化建設(shè)規(guī)模不斷擴大，亟需建立可持續(xù)的發(fā)展模式，以滿足配電網(wǎng)自動化信息的傳輸需求，而通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入便是關(guān)鍵。當(dāng)前以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用有效解決了傳統(tǒng)配電通信網(wǎng)的些許問題，為其提供了有效的解決方案，本文主要圍繞此展開具體分析。

1 EPON技術(shù)原理

EPON技術(shù)是現(xiàn)代一種無源光纖接入技術(shù)，主要應(yīng)用了以太網(wǎng)技術(shù)和時分復(fù)用（Time-Division Multiplexing，TDM）技術(shù)，可在不同時間段發(fā)送數(shù)據(jù)信息，而且在碼分復(fù)用技術(shù)的作用下，可以避免數(shù)據(jù)信息在傳導(dǎo)的過程中出現(xiàn)碰撞的情況，提高整體網(wǎng)絡(luò)效率[1]。以太網(wǎng)的最大速率可達到10 Gb/s，且信息傳輸距離也能夠達到20 km以上。EPON系統(tǒng)由局端的光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）、無源分光器（Passive Optical Splitter，POS）以及用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU）3個部分組成，構(gòu)成結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。

圖1 EPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

EPON技術(shù)特性主要可歸納如下：（1）可采用點到多點的用戶網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音、視頻全業(yè)務(wù)接入；（2）在光纖傳導(dǎo)上使用無需電源的分光器，甚至可以在十分惡劣的外界環(huán)境下使用，具有良好的適應(yīng)能力；（3）兼具了以太網(wǎng)擴展性優(yōu)勢，在組網(wǎng)方式上采用了鏈式結(jié)構(gòu)，見圖2。EPON系統(tǒng)在拓展終端以及新線路的過程中，對網(wǎng)絡(luò)自身的影響相對較小，而且在無光源的設(shè)計理念下，EPON技術(shù)在使用的過程中可以達到靈活多變[3]。

圖2 EPON鏈式結(jié)構(gòu)組網(wǎng)擴展方式示意圖

2 配電網(wǎng)對通信系統(tǒng)要求與EPON技術(shù)應(yīng)用特點

2.1 配電網(wǎng)對通信系統(tǒng)要求

基于配電網(wǎng)自身特點與自動化發(fā)展要求，可將其對通信系統(tǒng)的要求歸納如下。一是實時性。配電網(wǎng)通信可向傳遞開關(guān)、負荷或者是分布式電源等設(shè)備發(fā)送指令，如狀態(tài)信息、動作指令以及運行參數(shù)等，涉及的數(shù)據(jù)量較大，類型繁多，且實效性較強，對通信系統(tǒng)傳遞效率提出了較高的要求。二是可靠性。配電網(wǎng)設(shè)備多為露天運行，周邊環(huán)境復(fù)雜多變，但電力對于人們的生產(chǎn)生活有著重要影響，為此必須提高運行質(zhì)量，而從通信系統(tǒng)角度來說，則必須提升系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。三是擴展性。根據(jù)負荷發(fā)展與供電可靠性需求，配電網(wǎng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)會不斷發(fā)生變化，相應(yīng)的通信系統(tǒng)建設(shè)將是一個長期的過程，因此要求其必須具有靈活的擴展性。四是適應(yīng)性。配電網(wǎng)規(guī)模、結(jié)構(gòu)以及運行環(huán)境具有多樣性特征，通信設(shè)備部署與電力設(shè)備趨于同一點，通信線路敷設(shè)也可利用電力線路廊道，因此通信系統(tǒng)組網(wǎng)必須能夠適應(yīng)各種配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)[4]。五是經(jīng)濟性。配電網(wǎng)規(guī)模大、終端采集量大、面廣且地理位置較為分散，通信系統(tǒng)建設(shè)必須在確保通信質(zhì)量的同時，最大限度地降低投資成本。

EPON技術(shù)在配電通信網(wǎng)應(yīng)用過程中可以很好地適應(yīng)配電網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且也能夠滿足配電網(wǎng)各項系統(tǒng)的需求[5]。在EPON技術(shù)的作用下，通過利用網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，可以使得各項通信信息業(yè)務(wù)滿足網(wǎng)絡(luò)自身的需求，這也是其余技術(shù)所缺乏的，通信網(wǎng)骨干層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。另外，EPON技術(shù)在真正投入使用后，不僅所花費的成本相對較低，而且性能相對較高，具備良好的靈活性，值得推廣應(yīng)用。

圖3 通信網(wǎng)骨干層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.2 EPON技術(shù)應(yīng)用特點

EPON技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中的應(yīng)用特點主要可歸納如下。

2.2.1 成本低

EPON技術(shù)是在以太網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的一種新型技術(shù)，在使用過程中并不需要獨立的電源，而且也不需要其余電子元件的維護，這就使得在使用EPON技術(shù)構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時可以減少一定的成本。并且EPON系統(tǒng)的終端空間相對較小，但是信息集成程度較高，具備良好的兼容性，可以幫助電力企業(yè)節(jié)約一定的資金成本[6]。

2.2.2 性能高

EPON系統(tǒng)在實際使用過程中的功能與網(wǎng)絡(luò)寬帶有著一定的相同性。目前，所使用的EPON系統(tǒng)可以提供1.25 Gb/s的寬帶服務(wù)，而且在使用過程中可以為多個終端用戶進行服務(wù)，減少光纜的鏈接，并且可以增加網(wǎng)絡(luò)服務(wù)范圍。每一個終端都能夠以并聯(lián)的方式鏈接到光模板中，即便其中一個終端出現(xiàn)問題也不會對其余的終端造成任何影響，提高了網(wǎng)絡(luò)的整體通信性能[7]。

2.2.3 接線方式靈活

配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程中，使用EPON技術(shù)可以在不同的通信終端中進行網(wǎng)絡(luò)接線。一般所采用的網(wǎng)絡(luò)接線主要是以單電源輻射接電方式為主，也可以采用手拉手環(huán)線接線方式，前者又可以分為集中分光模式和串聯(lián)多級分光模式[8]。

3 基于EPON技術(shù)的電力通信系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

下文以某市供電區(qū)域通信系統(tǒng)設(shè)計為例展開分析，具體如下。

3.1 配網(wǎng)自動化通信結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1.1 主站至變電站通信

通過充分調(diào)研，結(jié)合某市供電區(qū)域通信網(wǎng)絡(luò)和通道的實際情況，本次方案設(shè)計將利用某縣供電公司的生產(chǎn)調(diào)度大樓內(nèi)機房及各公用變電站現(xiàn)有同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）設(shè)備，10 kV配電站點相關(guān)信息利用變電站或調(diào)度樓光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）匯集，接入現(xiàn)有電力骨干通信網(wǎng)實現(xiàn)信息傳輸。

3.1.2 變電站至配電終端通信

根據(jù)地理位置和終端位置不同，配電終端到變電站的通信網(wǎng)絡(luò)選用EPON的光纖通信方式和無線公網(wǎng)方式并用，通過光纖和無線匯集至對應(yīng)變電站中[9]。

3.2 EPON組網(wǎng)通信方式

本工程EPON組網(wǎng)采取單聯(lián)絡(luò)變電站同時串聯(lián)環(huán)網(wǎng)柜完成組網(wǎng)通信。主干光纖網(wǎng)絡(luò)使用兩芯互為備份的光纖，具有雙無源光纖網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）口的ONU可以實現(xiàn)1+1的冗余備份，有效傳輸距離為15 km以上。采用48芯具有防潮、抗擠壓的防腐蝕型全介質(zhì)自承式光纜（All Dielectric Self-Supporting，ADSS），利用公用變電站機房室內(nèi)空間進行布置不少于48個PON口的OLT。以光鏈路中ONU的光衰情況為主要依據(jù)，主要選擇1∶2和1∶4兩種型號，充分滿足運行要求。此外，結(jié)合配電終端的供電結(jié)構(gòu)，該單元由低壓直流電源供電，按照設(shè)計要求，瞬時最大功耗小于15 W（持續(xù)時間小于50 ms），額定功率小于10 W。裝有至少4個具有雙MAC地址、雙PON口的10 M/100 M以太網(wǎng)口，串行接口全部按照RS232/485要求接入。

3.3 變電站OLT設(shè)備、SDH設(shè)備建設(shè)改造方案

按照需求，此次通信組網(wǎng)涉及某市城區(qū)的4座110 kV變電站及即將新建的自動化主站的通信骨干網(wǎng)。根據(jù)調(diào)查顯示，此通信骨干網(wǎng)傳輸速率滿足配電自動化接入的條件。本工程將充分利用變電站現(xiàn)有SDH設(shè)備，通過增加FE端口（以太網(wǎng)口）的以太網(wǎng)板，實現(xiàn)通過現(xiàn)有OLT將匯集的實時信息數(shù)據(jù)安全、快速、可靠地傳送至配電主站。同時通信機房SDH設(shè)備需加裝兩塊光口（Gigabit Ethernet，GE）板，用來滿足新型站點的匯集工作需要。

3.4 EPON光通信建設(shè)方案

本工程EPON光通信共建設(shè)9組EPON網(wǎng)，其中使用并建設(shè)ADSS-24芯光纜66.6 km，此外安裝3臺光纜轉(zhuǎn)接箱，5臺光纜接續(xù)盒[10]。

4 結(jié) 論

作為成熟的光纜通信技術(shù)，EPON技術(shù)已廣泛應(yīng)用于配電網(wǎng)通信建設(shè)，其在實時性、可靠性、擴展性、適應(yīng)性以及經(jīng)濟性等方面均表現(xiàn)較好。在配電網(wǎng)通信建設(shè)時，應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)的特點及項目要實現(xiàn)的功能，綜合衡量選擇通信系統(tǒng)，科學(xué)進行組網(wǎng)設(shè)計，全面保證通信網(wǎng)絡(luò)的安全可靠運行。