胡帥

EPON技術在配網自動化系統(tǒng)中的設計與應用

胡帥

（榆林電力設計院，陜西 榆林 719000）

配網自動化是以配網通信為基礎，怎樣使建設的通信系統(tǒng)與配網自動化系統(tǒng)相適應是通信建設過程中需要思考的問題。根據(jù)配電網具體情況，EPON技術將是配網自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。從EPON技術在配網自動化系統(tǒng)中的設計出發(fā)，對EPON技術在配網自動化系統(tǒng)中的應用進行分析和探究。

EPON技術；配網自動化；配網系統(tǒng)；ONU技術

近年來，智能電網的建設步伐逐漸加快。配網自動化系統(tǒng)能夠實時監(jiān)控電網的運行，做到配電網絡的信息化、系統(tǒng)化、自動化。我國已經把智能電網作為一個戰(zhàn)略發(fā)展目標，而配網自動化系統(tǒng)的建設對智能電網的建設有很大的促進作用。由于同種技術不能滿足全部配電網的通信需求，因此EPON技術逐漸得到廣泛應用。

1 EPON技術在配網自動化系統(tǒng)中的設計

1.1 總體設計

主站系統(tǒng)和各個配電終端之間有通信信道，把OLT設置在變電站系統(tǒng)、配電子站系統(tǒng)、配電主站系統(tǒng)中，通過OLT設備對主干通信網絡加以組建。TTU和FTU數(shù)據(jù)從變電站系統(tǒng)或RTU進行轉發(fā)，并對分支通信網絡加以組建。這樣一來，各通信網絡與配電終端、變電站系統(tǒng)或配電子站系統(tǒng)、配電主站系統(tǒng)就組成了配網自動化系統(tǒng)。同時，應從分支通信系統(tǒng)和主干通信系統(tǒng)兩方面對配網自動化系統(tǒng)進行設計，對冗余的信道備份加以考慮，通過信道備份選擇時刻路由通道。

1.2 主干系統(tǒng)設計

變電站或子站系統(tǒng)與核心主站組成了一個環(huán)狀的結構，利用環(huán)網保護協(xié)議成功倒換ms級業(yè)務，使配網自動化系統(tǒng)的可靠性得到保障，降低出現(xiàn)單點故障產生的影響。許多節(jié)點組成了主干通信系統(tǒng)這個環(huán)網結構，把任意一個節(jié)點當作主節(jié)點，通常是主站，其他的節(jié)點是傳送節(jié)點，一般選擇各個配電子站。把兩個環(huán)上的主節(jié)點分別標記成主端口和從端口，并且主節(jié)點要定期從主端口發(fā)送相應報文，如果端口能夠接收到報文，說明論證環(huán)網是安全的；如果端口不能定期接收到報文，說明環(huán)網出現(xiàn)了故障，與其相鄰的節(jié)點會將相關報文發(fā)送到主節(jié)點，主節(jié)點在接收到此報文后會認為環(huán)網出現(xiàn)故障，然后打開從端口，以報文形式提示其余節(jié)點更換轉發(fā)表，讓其余節(jié)點切換新路由來轉發(fā)數(shù)據(jù)。等到故障恢復之后，從端口就能接收到新的主端口報文，主節(jié)點便會認為環(huán)網恢復了正常，并將從端口阻斷，提示其他節(jié)點將轉發(fā)表進行刷新，恢復之前的轉發(fā)路由。

1.3 分支系統(tǒng)設計

從變電站或子站系統(tǒng)開始，順著電力線的方向把光纖敷設到每個柱上開關或開閉所。變電站或子站系統(tǒng)和下方各條光纖鏈路以星型組網的形式，變電站或子站系統(tǒng)OLT匯聚各方向光纖鏈路。變電站或子站系統(tǒng)到柱上開關或開閉所的鏈路運用EPON技術，在某終端出現(xiàn)故障后，其余終端都不會受到影響，有效降低設備或系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率，有利于對其進行維護和管理[1]。另外，每個柱上開關或開閉所安裝的ONU（光節(jié)點）設備都應支持IP/TCP協(xié)議，具有RJ45端口，F(xiàn)TU與DTU應通過當前端口接入EPON網絡，使全網通信效率得到提高。

2 EPON技術在配網自動化系統(tǒng)中的應用

由于EPON網絡上行的全部ONU信道資源與容量是共享的，并且網絡業(yè)務具有突發(fā)性的特征，容易使系統(tǒng)在高負載條件下產生時隙溢出的情況，增加其他數(shù)據(jù)幀時延，使系統(tǒng)在低負載條件下數(shù)據(jù)幀沒有填滿部分時隙而產生空載。這些現(xiàn)象都會在很大程度上浪費帶寬，需要通過相應帶寬分配機制對系統(tǒng)上行帶寬分配進行控制，從而使帶寬利用率得到提高，為不同業(yè)務在配電終端上的傳送提供保證。

2.1 IPACT算法

IPACT算法是一種基于授權或請求的自適應分配帶寬的算法，通過相關標準對授權幀或請求幀進行定義，做到帶寬分配和動態(tài)申請，OLT按照各個ONU緩存器收集的不同配電終端能夠容納的數(shù)據(jù)量為ONU進行時隙分配。通過REPORT/GATE輪詢間插的方法，有效提升了信道的利用率，又因輪詢周期具有一定的可變性特征，并且配網自動化系統(tǒng)有大量的配電終端，同時采集業(yè)務有一定差別，使其具有一定的缺陷，應運用EPON技術進行相應改進。監(jiān)測OLT上行鏈路流量數(shù)據(jù)，并發(fā)送GATA相關信息，一旦ONU上行鏈路流量數(shù)據(jù)超過1 h，應使輪詢的周期大于等于設定的最低值，從而對頻繁輪詢OLT的現(xiàn)象加以抑制，避免頻繁發(fā)送GATA而浪費大量的帶寬。把GATE的幀設到最高的級別，可以用排列下行鏈路信息的模型來進行。

2.2 傳輸介質

光纖通信逐漸變成主要的電力系統(tǒng)通信方法，作為光通信傳輸介質的重要組成部分，光纖能夠架設不同電壓等級線路，完全覆蓋不同電力公司管轄的大于等于35 kV的變電站。應在配網通信里使用10 kV線路對ADSS光纜進行架設，將12芯作為主要的光纜芯數(shù)，一些樞紐線路段需適當考慮24芯光纜，而架設ADSS光纜相對靈活、方便，提供給EPON組網相應的傳輸介質。

2.3 組網結構

EPON技術主要運用的是單纖波分復技術，上行波長為1 310 nm，下行波長為1 490 nm，只需要1個OLT與1根光纖，擁有20 km的接入覆蓋半徑，使用光分路具能夠分給64名用戶使用，從而使主干光纖與OLT的成本有效降低。用電源和機房，從而使運營維護與建設成本大大降低[2]。EPON使用的不但是用戶駐地網/局域網的主流技術，而且傳輸格式是以太網，從某種程度上講，兩者具有一定的融合性，有效減少傳輸協(xié)議轉換時出現(xiàn)的成本因素。上行和下行都是千兆速率，上行運用時分復用的共享帶寬，下行以加密廣播傳輸方法共享帶寬。同時，高速寬帶應符合用戶接入的貸款要求，靈活地按照用戶不斷變化的需要對帶寬進行動態(tài)分配。架設光纜需要沿配電網線路的路徑進行，EPON網絡在結構上也要匹配電力配電網系統(tǒng)的結構，從而讓OUN可以便捷地對各種業(yè)務進行連接。

2.4 設備供電、帶寬和業(yè)務接口

一般來說，OLT設備都是配備于變電站機房里的，應使用專門的-48 V電源進行供電，并且OUN設備在取電時應按照實際情況來決定，一般應取FTU的合用電源。當前各個市場主流廠家生產的ONU設備大多數(shù)都可以按照具體情況靈活地提供相應電源接口。OUN業(yè)務接口需要按照各配電自動化終端的實際要求靈活地進行配置，從而接入多種業(yè)務終端。當前ONU設備能夠提供語音口、ADSL口、RS232口、以太網接口等，上聯(lián)使用PON，使上下行的速率對稱，上行使用的是TDMA技術，下行使用的是廣播技術，使得配網自動化系統(tǒng)相關通信業(yè)務帶寬和接口的需要得到有效滿足。

2.5 網絡性能與網絡安全

EPON網絡具有較強的多點失效和抗單點功能，其ONU設備能經由兩個PON口進行上聯(lián)，經由各光纜路由對兩套OLT設備進行接入，如果網絡中有一條光纜或一組OLT設備產生故障，ONU可以檢測出故障，快速切換至備用的光纜路由繼續(xù)工作。分光器是一個無源器件，利用物理分光，具有較高的可靠性，如果有一個光路出現(xiàn)故障，不會對其余ONU的工作造成影響[3]。同時，要想避免網絡安全風險，例如侵入、欺詐、偽裝及仿冒等，應認證ONU的接入。當ONU與OLT注冊并連接PON網絡之后，應認證其提供的邏輯標識與MAC，在ONU認證通過以后才可以視為合法，從而允許其接入。PON口的下行運用廣播的方法，把報文傳送到全部PON口下的ONU，從而使下行數(shù)據(jù)通信的安全得到保障。PON為數(shù)據(jù)提供加密，并使用三層攪動的加密技術，從OLT向每個OUN請求對應的密匙，而ONU所提供的密匙會在特定的ONU和OLT進行同步與更新，OLT會對各ONU下行數(shù)據(jù)使用相應ONU密匙采取加密操作，保證其余ONU不能破解該ONU加密數(shù)據(jù)，使下行通信系統(tǒng)安全得到了保證。

3 結語

總而言之，將EPON技術應用到配網自動化系統(tǒng)中具有十分重要的意義。EPON技術在散熱、防護、外觀、安裝環(huán)境等方面都適用于配網自動化系統(tǒng)，以其獨有的施工簡單、成本低廉、性能優(yōu)良等優(yōu)點提供給配網自動化系統(tǒng)可靠而安全的平臺，同時也發(fā)揮著重要作用，推動著我國配網自動化系統(tǒng)又好又快發(fā)展。

［1］李葦杭.10G EPON+2.5G MoCA，打造廣電超寬帶接入網——訪凌云光技術集團總裁姚毅博士和凌云天博光電科技股份有限公司董事長王文濤先生［J］.有線電視技術，2018（03）：119-120.

［2］宋艷慧，李紅高，李想.淺析偏遠地區(qū)配網自動化建設對供電可靠性的影響［J］.山西農經，2018（04）：147.

［3］錢志昊.10 kV配網自動化系統(tǒng)介紹及調試過程中所遇問題的相關解決方法淺析［J］.電器工業(yè)，2017（02）：72-73.

〔編輯：嚴麗琴〕

2095－6835（2018）19－0152－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.19.152