面向智能电网的EPON解决方案

刘旭生，鄢安娜，张富春，闫广华

（1.山西省电力公司忻州供电分公司 信通中心，山西 忻州 634000；2.华北电力大学 电气与电子工程学院，北京 102206）

面向智能电网的EPON解决方案

刘旭生1，鄢安娜2，张富春1，闫广华1

（1.山西省电力公司忻州供电分公司 信通中心，山西 忻州 634000；2.华北电力大学 电气与电子工程学院，北京 102206）

通信接入是坚强智能电网通信支撑的关键，而EPON能实现高宽带与新业务现代网络信息的发展需求，适用于电网的通信建设。在研究了EPON技术的原理以及相对于其他通信技术的优势的基础上提出了利用EPON设备实现电网智能抄表、电网智能营销所、配电自动化、电力智能大厦、电力智能小区的方案，具有适应性和可行性，配合保护策略构建统一坚强智能绿色电网。

EPON；智能电网；解决方案；保护策略

2009年5月21日，国家电网公司首次向社会公布了“智能电网”的发展计划，并初步披露了其建设时间表，将于2020年全面建成统一的“坚强智能网”。通信是智能电网的重要支撑，而通信接入是智能电网通信支撑的重要环节[1]。因为EPON系统网络拓扑能够与电力配电网环形、链形结构完全吻合，能够节省光纤，能够实现站点到配电终端之间链路的1+1保护功能并且实现50 ms保护切换，能够实现单纤双向高带宽业务承载，全程无源，能够完全满足智能电网坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的要求[2]，所以EPON是通信接入的最佳技术选择。

针对国家电网智能电网项目，在全面考虑业务多样、安全可靠、灵活组网、管理维护、成本控制等诸多因素前提下，为电力量身打造了基于EPON技术的光纤宽带接入综合解决方案，为国家电网目前实施的“配电自动化”和“用电信息采集”等工程提供统一、智能、坚强、绿色环保的解决方案。

1 EPON技术

1987年英国电信公司的研究人员最早提出了PON的概念。EPON在亚洲地区，尤其是日本使用较多，是一种单纤双向新型网络接入技术[3]，它的出现及时的满足了传统网络所不能实现的高宽带与新业务现代网络信息的发展需求，其物理结构如图1所示。ONU位于用户端[4]，放在一个住户、企业或MDU/MTU，提供客户的数据、视频和电话网络与PON间的接口；OLT位于中心交换局的机架上，是EPON的核心，它负责向下（向ONU）广播发送数据帧，收集来自各个ONU的数据帧，并作相应的处理；POS是一个连接OTL和ONU的无源设备，由光纤和光无源分配器（藕合器）组成，它完成下行光信号的分配和上行信号的集中[5]。

图1 EPON系统结构图Fig.1 Structure diagram of EPON system

相对于其它PON，EPON具有如下优势：

1）低成本：网络结构的大大简化，省去昂贵复杂的同步光网络（SONET）和ATM设备，大大降低了建网的费用。

2）宽带宽：采用的是Ethernet的技术，Ethernet可以做到平滑地升级。

3）高安全性：在底层采用搅动技术在下行方向对每个ONU的数据进行加密算法，隔离用户信息，保证每个ONU数据的私密性；对MAC控制帧和OAM帧进行加密，防止假冒；对用户进行认证管理、消息鉴权。

4）QoS保证：通过在MAC层中实现802.lp协议来提供与APON相类似的QoS。

2 电网EPON解决方案

该解决方案从电力现有网络宽带接入承载出发，本着“服务现在，着眼未来”的指导思想，为智能电网“四网融合”建设提供了全新的选择。整个解决方案实现电网语音、数据、视频、供电“四网融合”的需求，提供电网智能抄表、电网智能营销所、配电自动化、电力智能大厦、电力智能小区的综合解决方案。

2.1 电网智能抄表

图2 电网智能抄表EPON方案结构图Fig.2 Structure diagram of EPON program for AMR

EPON用电信息采集的自动抄表（AMR）解决方案如图2所示。

1）OLT放置于10 kV/20 kV变电站，各个10 kV/20 kV变电子站位于PTN/MSTP传输环上；

2）OLT出1个PON口组成1条链，各个配电房集中器处的ONU可以通过PON口连接到这条链上，分光器采用1*2非等分分光器。

2.2 配电自动化

EPON配电自动化解决方案如图3所示。

1）OLT放置于10 kV/20 kV变电站，各个10 kV/20 kV变电子站位于PTN/MSTP传输环上；

2）OLT可以出2个PON口组成2条链互为备份，各个开闭所、环网柜或柱上开关处ONU可以通过双PON口分别连接到这2条链上，每条链上的分光器均采用1*2非等分分光器，双PON口可以提供高可靠性。

2.3 电网智能营销所、电力智能大厦

图3 配电自动化EPON方案结构图Fig.3 Structure diagram of EPON program for distribution automation

图4 电网智能营销所及大厦EPON方案结构图Fig.4 Structure diagram of EPON program for smart grid marketing and building

电网智能营销所及大厦EPON方案结构如图4所示，通过FTTO、FTTH、FTTx+LAN等多种组网模式，满足智能电力大厦、电网智能营销所的实际应用需求通过EPON的多业务承载能力，高效、优质、安全的承载语音、数据、视频等多种业务。

2.4 电力智能小区

PFTTH是电网最后一公里信息化的理想建设方案，EPON的PFTTH解决方案如图5所示。该方案能够实现智能电网语音、数据、视频、供电“四网融合”，结合物联网和智能家电等技术实现智能电网应用；实现智能电网阶梯电价；实现家庭的智能宽带网络；实现语音、数据、视频、供电全业务应用。

图5 电力智能小区EPON方案结构图Fig.5 Structure diagram of EPON program for smart community

2.5 保护策略

1）电源 1+1保护；

2）主控板1+1保护；

3）主干光纤冗余保护：OLT的PON口处内置1*2的光开关，通过光功率、误码率检测线路状态，实现对主干光缆的保护；

4）OLT双PON口冗余保护：OLT采用双PON口方式，OLT通过光功率、误码率检测线路状态，从而实现对OLT PON口及主干光缆的保护；

5）OLT及ONU全保护：局端双 OLT/OLT双 PON口，ONU采用双PON口上行，实现对OLT、OLT PON口、ONU、主干光缆、配线光缆的全保护；

6）手拉手全保护：在不改变原有光纤网络结构的情况下实现全光保护倒换，重要站点采用2个OLT各出1个PON口组成手拉手的2条链的组网方式，各个双PON口ONU分别连接到这2条链，实现OLT设备、主干光纤、PON端口、分光器、分支光缆全网的保护，任何1台OLT、任何一个PON口、任何一个分光器、任何一条光缆出现故障都不影响ONU的正常使用；

7）OLT环网保护：通过STP和RSTP实现OLT环网保护。

3 方案分析

该解决方案以“统一”为前提，以“坚强”为基础，以“智能”为关键，以“绿色”为目标。 “统一”指语音、数据、视频、供电四网的统一，实现调度、自动化、通信、营销以及科信、运维中心等相关综合业务承载。“坚强”体现在EPON设备的高可靠性和高安全性以及各种保护策略的应用。“智能”旨在提供电网智能抄表、配电自动化、电网智能营销所、电力智能大厦、电力智能小区的智能化设计。“绿色”是因为EPON设备集成度高、容量大、低功耗以及全热插拔设计易于运维和服务，设备功耗仅为同类产品的1/2。

本文涉及的方案采用了单纤双向传输，节省光缆资源；设备特性以及保护策略提供了高可靠性和高安全性；终端信息层采用的ONU提供多类型用户接口，适用于多种环境应用；易于管理及运营。为了进一步提高安全性、可靠性，重要站点还可以采用手拉手保护方式；终端信息层采用的ONU可以提供 FE、RS232、RS485 等接口与 RTU、FTU、TTU、DTU等设备互联，并且能适应各种恶劣环境；而主站系统控制层主要完成用电信息的提取、分析以及优化等各种管理功能，并完成对通信汇聚设备、通信终端等设备的管理[6]。

4 结束语

EPON综合了PON技术和以太网技术的优点，适用于电网的建设。在本文的整理方案中重点提出了支撑坚强电网的保护策略以及在电网智能抄表、配电自动化、电网智能营销所、电力智能大厦、电力智能小区的综合解决方案。方案一方面能够适用于电网这一特殊应用，另一方面同时具有很高的安全性、可靠性、低耗性，体现出统一坚强智能绿色的特色。

[1]谭智，刘建华，薛玮.EPON技术在配网自动化中的应用[J].电气开关，2012（1）:84-86.

TAN Zhi，LIU Jian-hua，XUE Wei.Application of EPON technology in distribution network automation[J].Electric Switchgear，2012（1）:84-86.

[2]冯利伟.电力无源光网络接入架构的研究分析 [D].北京：华北电力大学，2011.

[3]张见.EPON的发展现状与关键技术[J].中国新通信，2012（9）:16-17.

ZHANG Jian.Development status and key technologies of EPON[J].China New Telecommunications，2012（9）:16-17.

[4]马悦.EPON技术研究及实践应用 [D].北京：北京邮电大学，2010.

[5]尧昱，张静，王允，等.10G EPON技术及应用方案研究[J].光通信技术，2011（11）:1-3.

YAO Yu，ZHANG Jing，WANG Yun，et al.Study on 10G EPON technology and application[J].Optical Communication Technology，2011（11）:1-3.

[6]胡秀国，周兴凤.县城电力用光纤网络实施方案设计分析全国电力企业信息化大会论文集[C]//北京：中国电力出版社，2011：55-58.

Solution of applying EPON for smart grid

LIU Xu-sheng1， YAN An-na2， ZHANG Fu-chun1， YAN Guang-hua1
（1.Information and Communication Center， Xinzhou Supply Branch of Shanxi Power Company， Xinzhou 634000， China；2.School of Electrical and Electronic Engineering， North China Electric Power University， Beijing 102206， China）

Communication access is the key to support strong and smart grid communication，and EPON can achieve high broadband and new business development needs of modern network information， so it’s suitable for power system communication construction.On Using EPON equipments to achieve grid smart meter reading， grid intelligence marketing，distribution automation， Intelligent Building and intelligent community of electricity power scheme is adaptive and feasible，with protection strategy to construct unified， strong， smart and green grid based on the research of the principles of EPON technology and the advantages compared with other communication technologies.

EPON；smart grid；solution；protection strategy

TN929.1

A

1674－6236（2013）04-0128-03

2012-10-19稿件编号201210131

刘旭生（1978—），男，山西忻州人，硕士，工程师。 研究方向：电力系统通信。