基于EPON技术的电力信息网架构分析与研究

刘素芳，杨 洋，王溢泽

(1.张家口职业技术学院,河北张家口075000;2.浙江大学信息与电子工程学院,浙江杭州310058)

基于EPON技术的电力信息网架构分析与研究

刘素芳1，杨 洋2，王溢泽2

(1.张家口职业技术学院,河北张家口075000;2.浙江大学信息与电子工程学院,浙江杭州310058)

电力信息网不同于传统的通信网络，需要有更好的实时性、可靠性，需要更加高效稳定的网络环境。针对电力信息网现状，提出一套基于以太无源光网络(EPON)的电力信息网构架。该系统可以有效地提升电力信息网质量，具有一定的推广价值。

以太无源光网络;智能电网;电力信息网

由于科学技术的进步、国家财政的支持，智能电网行业的发展如火如荼。电力信息网作为电力系统的综合业务网，负责电力系统的各个独立系统的联网工作。就像只有好的公路建设才会有运输业的发展一样，只有建设一个高效、可靠的电力信息网才能推动智能电网产业更进一步的发展。

传统的电力信息网是基于TCP/IP构建的，这种网络结构具有方便交流理解、与具体实现无关和便于模块化的特点。但是随着电力信息网的发展，这种旧的网络结构难以满足电力信息网对实时监控越来越高的要求，因此寻求一种新型的网络结构迫在眉睫。

无源光纤网络(PON)是指在光配线网络中不含有任何有源电子器件的传输网络，其突出的优点是彻底消除了有源电子器件，使得所有信号处理都在交换机实现。目前常用的PON技术主要有基于以太无源光网络(EPON)和基于ITU-TG.984.x的无源光网络(GPON)[1]。

虽然在速率传输和多业务支持方面GPON优于EPON，但是GPON的成本远高于EPON，并且GPON技术发展不成熟，故选择EPON作为电力信息网的网络结构。

1 电力信息系统构架

智能电网是在传统的电网基础上通过大量的信息采集，可靠的信息传输和高效的信息处理所实现的对电网设备的智能化处理，并为用户提供智能化服务。智能电网的主要特点包括：

(1)可观性强：智能电网通过各种信息服务系统实现实时性的数据监测；

(2)可靠性高：智能电网系统可以从系统震荡中迅速恢复，具有较高的鲁棒性；

(3)用电和发电双方的信息交互：在智能电网中用户可以实时监测到自己家用设备的耗电量，用户可以据此调整自己的用电习惯达到节约电能的目的。电网的配电系统同样可以采集到该区域中每个用户的耗电情况，从而做出更合适的配电方案。

由此可见，在智能电网中至关重要的是信息的实时、可靠传递。电力信息网的建设是智能电网建设的基础性部分。现有的电力信息系统主要包括配电网管理系统、电力自动化调度网络及其供电系统、广域监测系统、自动供电系统等。将这些系统有效的连接运行，需要强有力的电力信息网建设。本设计基于现有的电力信息系统架构，提出三层电力信息系统的架构，如图1所示。

图1 电力信息系统层次图

在该模型中，由上往下分别是应用体系层、支撑平台层和基础设施层。基础设施层是电力信息网架构的硬件基础，主要为电力系统中物理信息的采集以及信息传输的通信与网络，支撑平台层主要对传输信息进行分析处理，应用体系层则是电源的供给，电网的传输和用户的耗电具体实现。

2 基于EPON的电力信息网建设

2.1 EPON的网络结构

EPON的基于PON的以太网无源光网络，现在常见的EPON结构主要有三种[2]：树状结构，总线状结构和环状结构，具体的结构如图2所示。

图2 EPON网络结构图

树状结构是现在最常用的结构，其光线路终端(OLT)与远程节点(RN)的连接方式是单根光纤，RN与光网络单元(ONU)之间分别用自己的光纤连接。树状结构读每个ONU都有大致相同的功率预算，因此可以通过大功率发送信号。总线型结构可以看作是特殊的树状结构，它的优点是节约光纤并且节点的布置相对比较灵活，但是缺点是节点的数量有限并且网络成本高。环状结构具有较好的鲁棒性，由于每个ONU都通过两个方向连接到OLT，因此当光纤断裂时仍旧可以保持网络的畅通。

2.2 EPON的保护架构

国际电信联盟远程通信标准化组织 (ITU-T)提出两种EPON的保护架构：Type A和Type C。Type A架构对主干光纤网采取冗余保护策略，Type C架构的整个网络采取冗余保护策略。相比较而言Type C有更好的可靠性与稳定性，但是Type C的保护成本相对较高。

为了降低保护成本，同时提高保护的可靠性与稳定性，人们提出了邻接保护方案和环状保护方案。邻接保护方案：邻接保护的基本原理是在两个相邻的ONU之间采用互联光纤进行彼此的保护，在OLT和RN之间采用备份保护。这样降低了PON建设的消耗光纤总数，从而降低了保护成本。环状保护方案：环状保护方案的模型如图3所示。在正常工作的条件下，OLT发出的命令沿着逆时针的方向传输到T/R 1，同时T/R 1发出的上行信号经顺时针传送到OLT。但是当ONUi和ONUi+1之间的光纤断裂以后，正常的传输被打断，这时候从第ONUi+1开始一直到最后一个ONU节点打开T/R 2，进行数据的重新连接。同时OLT将开关拨向2，这部分的ONU信号沿着顺时针方向传输而另一部分则还是按照原来的逆时针方向进行传输。环状的设计方案使得光纤的链路长度小于直线型架构，减少了保护成本。

图3 环状保护结构模型

2.3 电力信息网的EPON构架

前文已经详细介绍了EPON的网络结构和保护架构，在此基础上设计电力信息网的架构模型。众多的设备单元通过POS与ONU等设备在局端的机房EPON设备相互连接，并且同时连接到主干网上。这样有效地实现了发电站、变电站、电力营业机构、远程控制系统以及视频监控系统的接入，保证了本地网与主干网的互联通信[3]。

为了确保网络的安全性与可靠性，在EPON网和主干网连接处采用双环状保护结构，使得系统具有双总线，保证了网络构架的灵活性和信息传输的可靠性，具体的设计图如图4所示。

图4 电力信息系统的EPON构架

在基于EPON的电力信息网架构中，主干网采用电力系统中的SDH传输网的信号传输信道来搭建主干数据的网络平台，采用IPoverSDH技术的信息传输网的最大传输速率能达到100 Mbit/s。本设计的网络结构是基于现有的电网结构搭建，只需要在电网的SDH设备上添加INTERNET上网设备即可，不需要改变原有的电网结构，这样在建设过程中减少了成本的支出。EPON子网可以在主干线的沿线接入，根据接入的距离使用无源分光器进行逐级的接入方式。这样可以保证EPON网的数据接入速率在1 Mbit/s到1 Gbit/s之间，使得电力信息网为电网提供安全、可靠、稳定的服务，既满足了电网的管理需求，又满足了市场发展的需求。

3 总结

针对智能电网发展的现实需求，结合现在的电力信息网发展的趋势，本文对基于EPON技术的电力信息网进行了深入的分析与研究。EPON技术是电力信息网通信接入的有效方式，它一方面为电网管理者提供了安全可靠的通信基础，为智能电网的视频监控，远程控制提供了有力的保证，另一方面也为用户更方便快捷的查询耗电量提供服务。

[1]顾碗仪,黄永清,陈雪，等.光纤通信[J].北京:人民邮电出版社,2006:26-29.

[2]李学易,韩一石,韩国军,等.基于EPON的综合接入组网设计[J].光通信技术，2009(9)：17-19.

[3]马强,陈启美,李勃.跻身未来的电力线通信(二)电力线信道分析及模型[J].电力系统自动化,2003,27(4):72-76.

Electric-information-network based on EPON

LIU Su-fang1,YANG Yang2,WANG Yi-ze2
(1.Zhangjiakou Vocational Colege of Technology,Zhangjiakou Hebei 075000,China;2.College of Information Science&Electronic Engineering,Zhejiang University,Hangzhou Zhejiang 310058,China)

The electric information network is different from tradition network,which need better real-time,reliable and efficient network.According to the current situation,the electric information network based on EOPN was proposed,which could improve the quality of electric information network and had a certain popularization value.

EPON;smart grid;electric information network

TM 7

A

1002-087 X(2017)07-1068-03

2016-12-11

刘素芳(1965—)，女，河北省人，硕士，副教授，主要研究方向为电气工程。