无源光网络（EPON）技术在电力光纤入户与配网自动化中的应用

陈 亮

（国网河北省电力公司石家庄供电分公司，石家庄 050051）

1 概述

随着智能电网建设的深入推进和大量智能用电设备、设施、分布式电源的接入，用户与电网之间的实时信息呈爆发式增长，必须以强大的通信网络作为支撑平台，充分采用基于以太网方式的无源光网络（EPON）完成电力光纤入户工程建设。

电力光纤入户工程承载的业务分为两类，电力系统类业务和三网融合类业务。电力系统类业务：在智能用电小区的10kV 低压配电线路全部采用光纤复合低压电缆实现电力线和光纤同时入户，通过公共的无源光网络传输设备完成光纤通道的连接，将光纤敷设至电能表，再进一步延伸至用户配电箱，完成小区用电信息采集，实现小区配电自动化、分布式电源控制、电动汽车充电控制等业务管理；三网融合类业务：在满足小区配电管理需求的同时，以光纤复合低压电缆承载电信网、广播电视网、互联网业务信号，提供公共信息服务，通过专属的无源光网络传输设备完成电力流与信息流的同步传输。从而使智能电网成为电力流、信息流、业务流高度统一的新型公共服务基础平台，打造通信网、广播网、互联网三网融合的智能小区。

截止到目前国家电网公司在华北、北京等14个网省公司的23个城市，采用无源光网络和光纤复合低压电缆技术，完成36 740户电力光纤入户试点工程建设。“十二五”期间，国家电网公司计划电力光纤入户工程覆盖2 860万用户。

通过电力光纤入户工程的建设有效提升了智能小区配电的管控能力，提高了工作效率。实现配电自动化后，特别是实现数据集成共享后，主站可以充分利用各个应用功能来自动分析和处理各项管理事务，如报表统计、缺陷处理、停电管理等等，大大减少了人工参与量，不但提高了工作速度，也提高了工作的准确性。与此同时，在满足智能电网用电互动化、能效管理及分布式电源接入需求的同时，支持用户接入互联网、拨打电话、收看电视，以及水电气三表集抄、家庭安防等智能家居综合应用，为用户打造舒适美好、绿色环保的全新低碳生活方式。

2 无源光网络技术及特点

2.1 结构

a.物理层，采用单纤波分复用技术实现单纤双向传输，并定义了1000BASE－PX－10U／D 和1000BASEPX－20U／DEPON 2个无源光接口，分别支持10km 和20km 的距离传输。在无源光的传输机制上，通过MAC控制命令来控制和优化终端设备（ONU）和局端设备（OLT）之间突发性数据通信。

b.数据链路层，通过多点MAC 控制协议功能实现点到点仿真，支持点到多点的MAC 客户层实体，支持对MAC的控制功能。处理（ONU）的发行和注册，ONU 之间传输资源的分配，动态带宽分配，统计ONU 本地拥塞状态。

c.支持下行广播传输方式，提供高效传输下行视频广播和组播业务。提供远端故障指示和远端环回控制管理。支持管理、测试和诊断激活OAM 功能的链路。并支持特点扩展机制，提供对OAM 功能的扩展和其他链路层或高层应用的远程管控。

2.2 技术特点

a.测距特性，采用点到多点拓扑结构，通过波分复用技术实现信息和数据的传送。ONU 和OLT以不等同的逻辑距离存在。支持基于数字计时技术的带内开窗测距法，提供相应的测距功能实现ONU 与OLT 逻辑距离测量，实现调整ONU 发送信号时延，实现ONU 发送的信号与OLT 发送的信号准确复用。

b.突发接受，能够提供基于局端设备接受机能的突发接受功能，支持通过时延补偿技术实现全网时隙同步，使数据包按照确定的时隙到达OLT。支持通过突发接受功能解决由于ONU 与OLT 非等距所造成的信号接收问题和由于线路特性差异所造成的信号发送功率问题。

c.带宽分配，支持共享光纤机制，根据ONU 的具体要求，由OLT 完成带宽分配。支持各ONU 采集用户数据向OLT 高速上传的功能，支持不同的ONU 发送的数据占用不同时隙的功能，支持以不同的用户业务类型与特点差异分配带宽的功能，并提供在带宽相等的条件下扩展终端用户的功能。

d.时钟提取，支持系统高速率，提供快速同步的功能。实现ONU 和OLT 以及上下行比特码的时钟一致。要求采用锁定时延技术完成下行信号的时钟提取和帧同步字检测方法实现帧同步功能。

e.同步接收，支持OLT 和ONU 的快速同步，提供二者同步接收问题的解决方案。支持数据错位和相位突变纠错，支持数据接收内容校验和数据补偿。

3 无源光网络技术在电力光纤入户的应用

3.1 应用情况

110kV 变电站到智能用电小区10kV 配电室之间的输电线路采用光纤复合架空相线（OPPC）；智能用电小区的10kV 低压配电线路全部采用光纤复合低压电缆（OPLC），将光纤敷设至电能表，再进一步延伸至用户配电箱，实现电力和光纤同时入户。

智能用电小区内的电力光纤网分为专用通道和公用通道2个网络，二者采用完全物理隔离的方式，各自配置了一套独立的基于以太网方式的无源光网络（EPON）传输设备。专用通道的局端设备部署在110kV 变电站或小区配电室，终端设备部署在楼层电表箱，用于电表数据的透明传输；公用通道的局端设备部署在小区配电室，终端设备部署在用户家里，用于数据、语音、视频业务的传送。

专用通道上行与用电信息采集主站相连，下行连接至楼层电表箱，用于采集智能电表的用电信息；公用通道上行与互联网相连，可与物业主站、95598门户网站进行交互，下行与用户家庭终端设备相连，实现智能家居，支撑“三网融合”业务。

智能用电小区10kV 配电室至楼宇配电柜及楼宇配电柜至用户电表箱均敷设三相四（五）线的光纤复合低压电缆（OPLC），电表箱至用户家庭配电箱敷设单相光纤复合低压电缆。

因智能用电小区内的电力光纤网的专用通道和公用通道采用物理上完全隔离的方式，所以需要配置2台局端设备。2台局端设备一般配置在小区10 kV 配电室，与光纤复合低压电缆构成的光纤通道相连接。专用通道OLT 与公司电力信息专网相连接，公用通道OLT 与公司信息外网相连接或与电信网、互联网和广播电视网相连接。

专用通道ONU 部署在楼层设备（电表）箱。使用485线将电能表485口串接，并与ONU485口连接，实现对电能表数据的采集。

公用通道ONU 部署在用户家里，通过ONU的以太网口、PSTN（公用交换电话网络）口和有线电视口实现用户数据、语音、视频业务的透明传送。

EPON 支持1：32 分 光，即OLT 的1 个PON口引出的1根光纤最大可分接32个终端ONU，分光需要通过分光器实现。分光器一般部署在楼宇配电柜和单元电表箱处。

3.2 技术特点

a.光信号的传输不会与其它电磁信号相互干扰。光传输和电能传输属于2种不同类型的传输方式，不会产生对抗性电磁干扰。同样，光纤和电力线属于2种不同介质的导体，2种材料复合在一起无需考虑电力传输和光传输的相互绝缘问题。

b.光电复合导线新材料使复合型公共传输网的实现成为可能。为了充分开发和挖掘电力网资源，应将电力网改造成全社会共享的复合型公共传输网；要想获得这样的公共传输网，必须解决语音、数据、视频等信息传送的问题。

c.完全没有“EMC”（电磁兼容性）及可靠性等一系列错综复杂的技术问题和频率管制问题。复合型电力导线不会像“PLC”（电力线载波）及其它技术那样产生高频电磁辐射。

由上可见，无源光网络在电力光纤入户的应用是可行的。实施容易，不需要攻关期和较大的攻关资金，只要投入较少的费用把现有的技术进行适当整合和提升，就可以实现光纤到户和理想的宽带接入。同时，电力光纤入户与我国信息产业发展的各项政策、战略步伐，与世界信息产业技术的发展方向是完全同步、完全融合的。

4 无源光网络技术在配网自动化的应用

4.1 应用情况

在通信主站安装1 套一体化通信监控管理平台，它首先完成1个通用的网管软件支撑平台系统，然后在此平台系统上完成各种通信设备的网元管理系统。变电站利用无源光网络EPON 技术构建宽带、稳定的通信网络。在架空线路及电缆线路铺设光缆，通过手拉手线路形成保护光环网，通过骨干光传输网接入配调EPON 中的局端设备集中安装在变电站中，并接入到调度数据网，通过通信网骨干层接入到配电通信主站中，在通信主站提供千兆以太网与配电自动化主站系统连接。ODN 根据实际线路情况配置，ONU 安装于公用或专用变压器、柱上开关附近的设备箱中，通过1个或多个以太网接口、RS232接口，与集中器或采集终端设备相连，实现配电终端的接入，并经变电站调度数据网通过通信网骨干层接入到配电通信主站中，以便于集中管理维护。

4.2 技术特点

配电通信网的组网方式为全光纤组网，该方式采用无源光网络（EPON）技术构建宽带、稳定的配电通信网络。OLT 集中安装在110kV 变电站中，以充分利用现有局所机房资源，减少配套投资，另外，便于集中管理维护。OLT 的理论覆盖距离达20km。光网络元设备一般安装在10kV 配电机房、环网柜、开闭所、公变等站点，如果在室外也可以安装在配电终端的机箱中，和配电终端等通过以太网、RS－485接口连接，实现配电终端信息的接入。

基于以太网方式的无源光网络中的局端设备分布位于2个高压变电站，和环网柜形成2串光网络元设备连接架构。光纤中间端口，可以“往左”和“往右”到不同OLT。和全保护要求不同的是，OLT 平时可处于主、备状态。当光纤故障或OLT 故障是能自动切换。各变电站之间的OLT，通过两两“手拉手”形成环路保护，因此各OLT 之间可以相互配置备份、保护关系。

5 应用效果

基于以太网方式无源光网络（EPON）技术的电力光纤入户是促使现代智能用电小区利用电力线通信等技术构建信息通信网络的主要手段。工程的实质是采用双向互动智能表计、用户智能交互终端等技术，建立用户与电网之间的实时连接和互动开发的数字网络，满足了电网互动营销的需求。工程应用实施过程中所实现的智能电网用户服务系统包含了电力线宽带网络信息采集系统、智能家庭网络系统和社区服务增值等系统，即以上所提及的智能家居电力网承载电信网、广播电视网、互联网的三网融合。

6 结束语

国家电网公司已明确要求在建和即将建设的智能用电小区均要实现电力和光纤同时入户。为此通过无源光网络技术实现电力光纤入户是智能电网乃至物联网的内在要求，电网推进光纤和电缆融合标志着智能电网和传统三网开始在用户端走向融合。

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