EPON网络在配网自动化中的应用

罗晨+阿丽米热·买买提吐逊+摆文志

摘 要 本文主要介绍了当前配网自动化通信网络的现状和发展趋势，着重探讨了配电自动化通信网络中最常用的EPON技术。从配电主站到变电站、变电站到配电终端两个层面对通信网组网方案进行了分析。

关键词 配网自动化；EPON；组网方式

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）172-0081-02

目前，随着地区新型工业化进程的加快，用户对电能质量和供电可靠性的要求进不断提高。用户对于用电质量的体验直接取决于配网系统是否稳定，为了增强配网系统的稳定性，提高供电可靠性、降低运维费用、减少运维人员劳动强度成为迫在眉睫的问题。配网自动化系统中的重要支撑平台配网自动化通信网主要负责自动化设备三遥信息的采集、传输和处理。因此构建网架坚强，组网灵活，安全可靠地配网自动化通信系统对于组建配网自动化系统至关重要。

1 配网自动化通信网络现状分析

从国内外配网自动化系统目前采用的通信技术来看，尚没有一种技术可以很契合的满足配网自动化系统的需要。因为配网的组网方式灵活多变，环境复杂恶劣，每个层次有自己所独有的通信需求，因此一个配网自动化的通信网中往往采用多种技术的混合。目前常见的配网通信技术有光通信接入网技术、无线通信技术和电力载波技术。

EPON和工业以太网技术是光通信接入网技术的两个重要分支。EPON是一种点到多点的网络，采用了新的组网方式。EPON网络由光线路终端、光网络单元、无源分光器组成。因为网络采用了无源分光器的级联方式组网，并且网络的最大传输距离有20km，极大程度上降低了对环境的依赖。EPON网络的组网方式极为灵活，常见的树型、星型、总线型、混合型都可以成为EPON的组网方式。EPON网络最大的优点是单个或多个ONU发生故障时不会影响整个系统的运行，为配网自动化系统提供了有力的通信保障。在配网自动化系统中各DTU、FTU等控制、监测、采集的装置处加装工业级交换机，通过光纤进行连接通信，这是工业以太网在配网自动化中最常用的应用方式。工业以太网可在极端环境下正常运行，并且带宽高，系统可靠性强，但是其成本过于高昂，不适应配网中的点到多点的网络架构，扩容性差。

无线通信技术在配网中的应主要有租用运营商的无线网络、WiMAX、Mobitex等方案。租用3G无线网络租用到电力系统配网中是目前最长用的方案。其主要特点是无需前期敷设光缆或其他有线通信线缆，接入灵活，在一些通信线缆难以到达的地方具有很强的优势。但是租用运营商的3G通道，在数据保密性上达不到电力网的要求、并且实时性和延展性较差。

电力载波技术是电力系统中一种特有的通信技术，是一项利用已有的电力线缆进行通信的方式。电力载波技术与无线通信技术有着相似的优点，不需要重新敷设通信线缆，可以满足任何地点的电力通信需求。但是电力载波通信提供的带宽小、信号抗干扰能力差等缺点。但是近几年PLC技术难关的逐渐攻破，不远的将来我们能够看到PLC技术在电力通信系统中的广泛应用。

2 EPON技术工作原理

EPON是由国际电气电子工程师协会提出并标准化的无源光纤网络。EPON由光线路终端、光分配网络和光网络单元组成。其中光分配网络由无源分光器和光缆组成。光信号在光缆中的传输采用波分复用技术，以实现单纤双向的传输需求。上行波长1 310nm，下行波长1 490nm，上下行光速率均达到1Gbit/s，最大传输距离20km。并且具有极强的抗多点失效的特点。其在物理层采用PON技术，在数据链路层采用以太网协议。EPON组网方式灵活，技术成熟，成本低。EPON网络下行采用广播的方式传送数据帧。OLT将发送给每一个ONU 的数据帧进行封装，打上标记。当数据帧达到ONU时，每个ONU会根据数据帧上的MAC地址和帧类型来判断该帧需不需要接受。上行数据由每个ONU采用共享的方式发送给OLT。因为这种上下行数据的不对称性，上行数据通信方式采用了TDMA（时分复用）技术。EPON网络的强大的扩容性，使得后期扩容ONU提供了可靠的技术保障。

EPON网络中每个OLT安装在各等级的变电站通信机房内，通过光纤与骨干通信网相连接。ONU是用户侧设备，通常安放在环网柜、柱上开关等配网设备上，通过RJ45或者RS232与DTU、FTU等设备相连。

3 EPON技术的可行性分析

1）经济性。EPON网络通过无源光器件搭建，不用配置电源，铺设方便，基本不用维护。并且EPON网络具有较高的扩容性，对于后期得维护和扩建成本节省很大。

2）带宽大。EPON网络在现行技术下可以达到上下行对称的1.25Gbit/s的带宽，在不断的发展技术条件下，未来可以扩展至10Gbit/s，能够很好的应对配网自动化系统对通信网络不断提高的要求。

可靠性高。EPON网络在组网时采用光纤作为通信链路，因为光纤具有传输距离远。损耗低。频带宽等优点，而且在传输过程中具有很强的抗电磁干扰能力，大大提高信号的传输质量。

3）安全性。EPON网络中网架采用手拉手的环状网络，每个ONU双PON口。并且网络具有很好的抗多点失效能力。

4）带宽分配灵活。EPON网络可以通过带宽分配算法对每个ONU进行动态带宽分配，并且后期有新的ONU需要添加时，可以实现热分配，保证每个ONU的服务质量。

5）完善的网管功能。故障管理、性能管理、告警管理、配置管理、安全管理等是EPON网络基本的功能，能够通过OLT的网管系统，对设备进行管理。

4 基于EPON的配网通信组网方案

本文以乌鲁木齐配网自动化二期工程为例，主要说明EPON在配网自动化工程中的应用。乌鲁木齐配网自动化二期项目以无源光网络为主、无线公网技术为辅的组网方式。实现光纤覆盖8座110kV变电站，62条10kV线路。二期项目将承载区域配电网的用电信息采集、双向互动营销等各种智能电网的双向通信业务，满足一次设备对各种通信的需求。并以图1为二期配网自动化通信系统网络构图。

配网通信系统的好坏很大程度上决定着配网自动化工程的质量。此次设计的配网自动化通信系统分为两层层：配电主站到变电站通信层、变电站到配电终端通信层。

1）配电主站到变电站通信层。由于覆盖本次实施区域内的SDH设备承载业务过多，接口数量及容量不足，后期维护扩容难度大， 但骨干层光纤资源富裕度较高，新建PTN光纤传送网可操作性较好，且能更好的满足配电信息IP接入的要求，PTN具有带宽统计复用能力是交换核心分组化的重要体现，因此PTN在流量不确定，承载突发性较高的分组业务中表现十分突出。与此同时，PTN不但拥有OAM机制，而且具备与SDH类似的总动保护倒换功能，能够满足电力行业可靠性通信的要求。故采用新建PTN组网，实现配电通信系统骨干层通信。

2）变电站到配电终端通信层。变电站至配电终端选择以光纤通信EPON技术为主、无线公网GPRS作为必要补充的通信技术。

在EPON通信部分中：ONU采用双PON口设备，在组网过程中形成手拉手保护环；为了适应极端恶劣的环境条件，ONU应该选用工业级设备；ONU一般装设在柱上开关、环网柜等设备上，采集DTU、FTU等设备采集的信息，传送至就近变电站。OLT设备装设在变电站内，汇聚站属ONU的信息。见图2。

（1）根据城区配网的实际情况，无源光通信网络的架构主要有手拉手、环形和单链式结构。

（2）因为城区配电自动化系统通信网络需要手拉手的多级联络自愈保护结构，因此，ONU设备均采用双PON口。

（3）EPON网络具有很强的灵活性、网络拓扑结构、分光器级数、分光比都可以根据现场的实际情况进行自行选择。理论上EPON光网络的分光器可以无限级联，但是每个ONU的光通道衰减应该小于24dB，在设计组网结构的时候充分考虑分光器端口的利用率和网络的可维护性。在实际应用中，分光器的级联次数越多，越能够节省主干通信网的光纤资源，但也会增加接口数量、增大支路衰耗。因此在组网过程中要充分考虑主干通信网的光纤资源和网络拓扑结构。另外在组网过程中，要为今后的扩容留出空间。

（4）根据OLT到ONU之间光路衰耗的要求和以往配置ONU的经验，结合城区配电网的实际情况和为以后的扩容、改造升级做准备，对于采用非均匀分光器级联组网的链路，初期不超过5级，后期扩容不超过10级。采用均匀分光器的初期不超过2级、后期扩容不超过3级。

GPRS无线公网通信方式在初期建设期间，具有建设周期短、使用灵活、维护方便等优点。因此，在配电自动化通信通道建设阶段，对于光缆无法敷设到位及二遥型站点，GPRS无线公网可作为辅助补充通信方式。

5 结论

通过实施基于EPON技术配电自动化建设，实现对配电网的实时监控，提升配网调度安全性，避免由于支撑信息不足造成的“盲调”现象；自动确定和隔离故障点，实现自动恢复供电。减少了配电网的故障停电时间和保电成本，进一步提升乌鲁木齐电业局的社会责任能力。

参考文献

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