胡帥

EPON技術(shù)在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

胡帥

（榆林電力設(shè)計(jì)院，陜西 榆林 719000）

配網(wǎng)自動(dòng)化是以配網(wǎng)通信為基礎(chǔ)，怎樣使建設(shè)的通信系統(tǒng)與配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)相適應(yīng)是通信建設(shè)過(guò)程中需要思考的問(wèn)題。根據(jù)配電網(wǎng)具體情況，EPON技術(shù)將是配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。從EPON技術(shù)在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)出發(fā)，對(duì)EPON技術(shù)在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析和探究。

EPON技術(shù)；配網(wǎng)自動(dòng)化；配網(wǎng)系統(tǒng)；ONU技術(shù)

近年來(lái)，智能電網(wǎng)的建設(shè)步伐逐漸加快。配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電網(wǎng)的運(yùn)行，做到配電網(wǎng)絡(luò)的信息化、系統(tǒng)化、自動(dòng)化。我國(guó)已經(jīng)把智能電網(wǎng)作為一個(gè)戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，而配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)智能電網(wǎng)的建設(shè)有很大的促進(jìn)作用。由于同種技術(shù)不能滿足全部配電網(wǎng)的通信需求，因此EPON技術(shù)逐漸得到廣泛應(yīng)用。

1 EPON技術(shù)在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)

主站系統(tǒng)和各個(gè)配電終端之間有通信信道，把OLT設(shè)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(guò)OLT設(shè)備對(duì)主干通信網(wǎng)絡(luò)加以組建。TTU和FTU數(shù)據(jù)從變電站系統(tǒng)或RTU進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并對(duì)分支通信網(wǎng)絡(luò)加以組建。這樣一來(lái)，各通信網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。同時(shí)，應(yīng)從分支通信系統(tǒng)和主干通信系統(tǒng)兩方面對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)冗余的信道備份加以考慮，通過(guò)信道備份選擇時(shí)刻路由通道。

1.2 主干系統(tǒng)設(shè)計(jì)

變電站或子站系統(tǒng)與核心主站組成了一個(gè)環(huán)狀的結(jié)構(gòu)，利用環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議成功倒換ms級(jí)業(yè)務(wù)，使配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性得到保障，降低出現(xiàn)單點(diǎn)故障產(chǎn)生的影響。許多節(jié)點(diǎn)組成了主干通信系統(tǒng)這個(gè)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，把任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)當(dāng)作主節(jié)點(diǎn)，通常是主站，其他的節(jié)點(diǎn)是傳送節(jié)點(diǎn)，一般選擇各個(gè)配電子站。把兩個(gè)環(huán)上的主節(jié)點(diǎn)分別標(biāo)記成主端口和從端口，并且主節(jié)點(diǎn)要定期從主端口發(fā)送相應(yīng)報(bào)文，如果端口能夠接收到報(bào)文，說(shuō)明論證環(huán)網(wǎng)是安全的；如果端口不能定期接收到報(bào)文，說(shuō)明環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)了故障，與其相鄰的節(jié)點(diǎn)會(huì)將相關(guān)報(bào)文發(fā)送到主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)在接收到此報(bào)文后會(huì)認(rèn)為環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)故障，然后打開(kāi)從端口，以報(bào)文形式提示其余節(jié)點(diǎn)更換轉(zhuǎn)發(fā)表，讓其余節(jié)點(diǎn)切換新路由來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。等到故障恢復(fù)之后，從端口就能接收到新的主端口報(bào)文，主節(jié)點(diǎn)便會(huì)認(rèn)為環(huán)網(wǎng)恢復(fù)了正常，并將從端口阻斷，提示其他節(jié)點(diǎn)將轉(zhuǎn)發(fā)表進(jìn)行刷新，恢復(fù)之前的轉(zhuǎn)發(fā)路由。

1.3 分支系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從變電站或子站系統(tǒng)開(kāi)始，順著電力線的方向把光纖敷設(shè)到每個(gè)柱上開(kāi)關(guān)或開(kāi)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(wǎng)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(kāi)關(guān)或開(kāi)閉所的鏈路運(yùn)用EPON技術(shù)，在某終端出現(xiàn)故障后，其余終端都不會(huì)受到影響，有效降低設(shè)備或系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率，有利于對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和管理[1]。另外，每個(gè)柱上開(kāi)關(guān)或開(kāi)閉所安裝的ONU（光節(jié)點(diǎn)）設(shè)備都應(yīng)支持IP/TCP協(xié)議，具有RJ45端口，F(xiàn)TU與DTU應(yīng)通過(guò)當(dāng)前端口接入EPON網(wǎng)絡(luò)，使全網(wǎng)通信效率得到提高。

2 EPON技術(shù)在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于EPON網(wǎng)絡(luò)上行的全部ONU信道資源與容量是共享的，并且網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)具有突發(fā)性的特征，容易使系統(tǒng)在高負(fù)載條件下產(chǎn)生時(shí)隙溢出的情況，增加其他數(shù)據(jù)幀時(shí)延，使系統(tǒng)在低負(fù)載條件下數(shù)據(jù)幀沒(méi)有填滿部分時(shí)隙而產(chǎn)生空載。這些現(xiàn)象都會(huì)在很大程度上浪費(fèi)帶寬，需要通過(guò)相應(yīng)帶寬分配機(jī)制對(duì)系統(tǒng)上行帶寬分配進(jìn)行控制，從而使帶寬利用率得到提高，為不同業(yè)務(wù)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(quán)或請(qǐng)求的自適應(yīng)分配帶寬的算法，通過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)授權(quán)幀或請(qǐng)求幀進(jìn)行定義，做到帶寬分配和動(dòng)態(tài)申請(qǐng)，OLT按照各個(gè)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(jìn)行時(shí)隙分配。通過(guò)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(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)有大量的配電終端，同時(shí)采集業(yè)務(wù)有一定差別，使其具有一定的缺陷，應(yīng)運(yùn)用EPON技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。監(jiān)測(cè)OLT上行鏈路流量數(shù)據(jù)，并發(fā)送GATA相關(guān)信息，一旦ONU上行鏈路流量數(shù)據(jù)超過(guò)1 h，應(yīng)使輪詢的周期大于等于設(shè)定的最低值，從而對(duì)頻繁輪詢OLT的現(xiàn)象加以抑制，避免頻繁發(fā)送GATA而浪費(fèi)大量的帶寬。把GATE的幀設(shè)到最高的級(jí)別，可以用排列下行鏈路信息的模型來(lái)進(jìn)行。

2.2 傳輸介質(zhì)

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(zhì)的重要組成部分，光纖能夠架設(shè)不同電壓等級(jí)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(yīng)在配網(wǎng)通信里使用10 kV線路對(duì)ADSS光纜進(jìn)行架設(shè)，將12芯作為主要的光纜芯數(shù)，一些樞紐線路段需適當(dāng)考慮24芯光纜，而架設(shè)ADSS光纜相對(duì)靈活、方便，提供給EPON組網(wǎng)相應(yīng)的傳輸介質(zhì)。

2.3 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

EPON技術(shù)主要運(yùn)用的是單纖波分復(fù)技術(shù)，上行波長(zhǎng)為1 310 nm，下行波長(zhǎng)為1 490 nm，只需要1個(gè)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(jī)房，從而使運(yùn)營(yíng)維護(hù)與建設(shè)成本大大降低[2]。EPON使用的不但是用戶駐地網(wǎng)/局域網(wǎng)的主流技術(shù)，而且傳輸格式是以太網(wǎng)，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(zhuǎn)換時(shí)出現(xiàn)的成本因素。上行和下行都是千兆速率，上行運(yùn)用時(shí)分復(fù)用的共享帶寬，下行以加密廣播傳輸方法共享帶寬。同時(shí)，高速寬帶應(yīng)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(duì)帶寬進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。架設(shè)光纜需要沿配電網(wǎng)線路的路徑進(jìn)行，EPON網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上也要匹配電力配電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從而讓OUN可以便捷地對(duì)各種業(yè)務(wù)進(jìn)行連接。

2.4 設(shè)備供電、帶寬和業(yè)務(wù)接口

一般來(lái)說(shuō)，OLT設(shè)備都是配備于變電站機(jī)房里的，應(yīng)使用專門的-48 V電源進(jìn)行供電，并且OUN設(shè)備在取電時(shí)應(yīng)按照實(shí)際情況來(lái)決定，一般應(yīng)取FTU的合用電源。當(dāng)前各個(gè)市場(chǎng)主流廠家生產(chǎn)的ONU設(shè)備大多數(shù)都可以按照具體情況靈活地提供相應(yīng)電源接口。OUN業(yè)務(wù)接口需要按照各配電自動(dòng)化終端的實(shí)際要求靈活地進(jìn)行配置，從而接入多種業(yè)務(wù)終端。當(dāng)前ONU設(shè)備能夠提供語(yǔ)音口、ADSL口、RS232口、以太網(wǎng)接口等，上聯(lián)使用PON，使上下行的速率對(duì)稱，上行使用的是TDMA技術(shù)，下行使用的是廣播技術(shù)，使得配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)相關(guān)通信業(yè)務(wù)帶寬和接口的需要得到有效滿足。

2.5 網(wǎng)絡(luò)性能與網(wǎng)絡(luò)安全

EPON網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的多點(diǎn)失效和抗單點(diǎn)功能，其ONU設(shè)備能經(jīng)由兩個(gè)PON口進(jìn)行上聯(lián)，經(jīng)由各光纜路由對(duì)兩套OLT設(shè)備進(jìn)行接入，如果網(wǎng)絡(luò)中有一條光纜或一組OLT設(shè)備產(chǎn)生故障，ONU可以檢測(cè)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(gè)無(wú)源器件，利用物理分光，具有較高的可靠性，如果有一個(gè)光路出現(xiàn)故障，不會(huì)對(duì)其余ONU的工作造成影響[3]。同時(shí)，要想避免網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，例如侵入、欺詐、偽裝及仿冒等，應(yīng)認(rèn)證ONU的接入。當(dāng)ONU與OLT注冊(cè)并連接PON網(wǎng)絡(luò)之后，應(yīng)認(rèn)證其提供的邏輯標(biāo)識(shí)與MAC，在ONU認(rèn)證通過(guò)以后才可以視為合法，從而允許其接入。PON口的下行運(yùn)用廣播的方法，把報(bào)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(dòng)的加密技術(shù)，從OLT向每個(gè)OUN請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的密匙，而ONU所提供的密匙會(huì)在特定的ONU和OLT進(jìn)行同步與更新，OLT會(huì)對(duì)各ONU下行數(shù)據(jù)使用相應(yīng)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(jié)語(yǔ)

總而言之，將EPON技術(shù)應(yīng)用到配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中具有十分重要的意義。EPON技術(shù)在散熱、防護(hù)、外觀、安裝環(huán)境等方面都適用于配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，以其獨(dú)有的施工簡(jiǎn)單、成本低廉、性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)提供給配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)可靠而安全的平臺(tái)，同時(shí)也發(fā)揮著重要作用，推動(dòng)著我國(guó)配網(wǎng)自動(dòng)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(wǎng)——訪凌云光技術(shù)集團(tuán)總裁姚毅博士和凌云天博光電科技股份有限公司董事長(zhǎng)王文濤先生［J］.有線電視技術(shù)，2018（03）：119-120.

［2］宋艷慧，李紅高，李想.淺析偏遠(yuǎn)地區(qū)配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)對(duì)供電可靠性的影響［J］.山西農(nóng)經(jīng)，2018（04）：147.

［3］錢志昊.10 kV配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)介紹及調(diào)試過(guò)程中所遇問(wèn)題的相關(guān)解決方法淺析［J］.電器工業(yè)，2017（02）：72-73.

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕

2095－6835（2018）19－0152－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.19.152