智能配网EPON多业务接入方案研究

夏行宇，沈 巍，李 妮，赵锦辉

（1.湖北省电力勘测设计院，湖北 武汉 430040;2.国网湖北省电力公司信息通信公司，湖北 武汉 430077）

1 智能配网以及EPON简介

国家电网对智能电网的定义为：以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网[1]。智能配网属于智能电网的配电部分。

EPON即采用点到多点结构，利用光纤及无源器件传输，在以太网之上提供多种业务的通信技术[2]。EPON的基本组成包括OLT(Optical Line Terminal, 光 线 路 终 端)，ONU（Optical Network Unit，光网络单元）和ODN（Optical Distribute Network，光分配网络），包含光缆及分光器。EPON通过ODN将局端设备（OLT）和用户端设备（ONU）连接起来，形成一个互联互通的通信网络。目前EPON技术广泛用于电信运营商宽带接入领域。由于EPON组网方式灵活，天然吻合电力配电网线缆分布结构，光纤线路布放沿着原有电力线缆杆塔或管道，无需考虑另外新建杆塔或开掘通信管道，可以节省大量成本，因此成为智能配网通信网络建设的首选技术方案之一。

根据国家能源局“配电网建设改造行动计划(2015～2020年)”的要求，2015～2020年，配电网建设改造投资不低于2万亿元，其中2015年投资不低于3 000亿元，“十三五”期间累计投资不低于1.7万亿元。智能配网建设市场潜力巨大。智能配网有三个典型的业务需求：配电自动化；用电信息采集；营销所宽带接入。三大业务的实现均基于数据传输，离不开通信技术的支撑。因此，对智能电网EPON多业务接入方案进行研究，具有重要经济意义。

2 EPON在智能配网中的应用

2.1 EPON在配电自动化中的应用

配电自动化系统由主站、通信系统、自动化监控终端设备三大部分构成，形成一个完整的信息传输与处理系统，实现对配电网运行的远程管理[3-4]。自动化监控终端设备包括馈线终端设备（FTU）、配变终端设备（TTU）、开闭所终端设备（DTU）等。配电自动化系统主要是实现对辖区所需监控的柱上开关、开闭站、环网柜、电缆分接箱、配变等实现基于地理信息的监控与管理，实现10kV馈线上的故障诊断、故障隔离和非故障区域的快速恢复供电等功能。

针对配电自动化系统建设的EPON网络拓扑如图 1所示。图 1中三种组网模式比较如下：

图 1 配电自动化EPON典型组网拓扑图Fig.1 Typical EPON networking topology in distribution automation

1）左边为“手拉手”组网，这种组网方式可靠性最高，任何一个地方的设备或者链路出现故障，都不会影响其它设备的数据上传。各地配网建设中多数采用这种组网方式。

2）中间为全保护组网方式，可靠性较高，缺陷是当汇聚OLT设备出现故障时，下属所有配网终端数据都不能上传。早期配网建设中不方便铺设光纤的部分地段采用这种组网方式。

3）右边为链形组网，可靠性较低，当光纤链路出现故障时，后续所有配网终端数据都不能上传。早期配网建设中不方便铺设光纤的部分地段经常采用这种组网方式。

2.2 EPON在用电信息采集中的应用

用电信息采集系统即采集、处理和实时监控用电信息的系统。该系统实现了用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互等功能，为实现阶梯电价、智能费控等营销业务策略提供了技术支持[5-6]。

EPON方案以其特有的技术优势成为用电信息采集系统的首选通信方案，能够在短时间内实现快速覆盖。如果电表比较集中，建议利用ONU设备的RS-485接口直接连接到智能电表的RS-485接口，实现抄表功能，这种方式成本最低；如果电表比较分散，则利用集中器，通过低压电力载波采集电表数据，再通过集中器把数据传递到ONU实现上传下达功能。

在部分偏远地区，建设光缆的成本过高，可采用无线公网的接入方式，作为用电信息采集系统通信方式的补充。用电信息采集系统EPON组网如图 2所示。

图 2 用电信息采集系统EPON组网示意图Fig.2 EPON networking topology in power information collection system

2.3 EPON在营销所宽带接入中的应用

利用配网通信网络（EPON通信网络），通过分光器分支接入办公大楼、供电所或营业厅，可以满足宽带上网、电话、视频等通信需求[7-8]，见图3。

图 3 营销所宽带接入EPON组网示意图Fig.3 EPON networking topology in marketing site network access

EPON营销所宽带建设可以采用FTTO、FTTH、FTTx+LAN、FTTx+PLC、FTTx+DSL等多种组网模式，组网方式灵活，可以满足办公大楼、供电所、营业厅等多样化的实际应用需求。

3 EPON多业务接入方案

由以上所述，智能配网的三大业务均可以承载于EPON网络上。一般随配网一次网架同步架设的光缆都具有24芯或者48芯。三大业务均可将OLT安装在110 kV变电站中，而ONU安装的位置均不相同。因此，EPON多业务接入方案可以采用共用OLT和光缆的建设模式，ONU则需要单独配置。智能配网EPON多业务接入如图 4所示。

图 4 智能配网EPON多业务接入示意图Fig.4 EPON Multiservice Access Scheme in Intelligent distribution network

智能配网的三大业务对数据传输的安全可靠性具有不同等级的要求。配电自动化系统属于调度业务，对数据传输的安全可靠性要求最高；用电信息采集属于营销业务，对数据传输的安全可靠性要求较低；营销所宽带接入部分属于营销业务，部分属于信息内网业务，对数据传输的安全可靠性要求最低，对数据传输的安全可靠性要求较低。实际组网中，配电自动化业务承载网络为调度数据网，营销所宽带业务承载网络为数据通信网，两张网络必须进行物理隔离[9]，。因此，需要智能配网EPON对三大业务进行隔离，并划分相应优先级。

实现EPON多业务接入有四种不同的办法，详细介绍如下。

方法1采用独立光纤芯、独立OLT（OLT隔离）

此方法相当于三大业务使用各自独立的EPON，只是各自使用的光纤芯在同一条光缆中。该方法实现了三大业务的完全意义上的物理隔离，可靠性和安全性最高，然而投资也最高，需要管理多张EPON网络，运维难度最大。

此方法不同业务的OLT相互独立，业务的优先级处理需要通过上层的网络设备实现。

方法2采用独立光纤芯，共用OLT并采用不同的PON板、上行板（板件隔离）

此方法与方法1类似，只是三大业务共用了OLT。但是由于采用了不同的PON板和上行板，因此实际上也实现了三大业务的物理隔离。由于共用了OLT，因此投资相应降低，运维难度小，然而调度数据网与数据通信网网络设备区分不明晰，安全可靠性比较低。

此方法采用不同的板卡，可以实现三大业务的隔离。通过OLT本身对板卡优先级的设置，即可实现三大业务的优先级处理。

方法3配电自动化与数据通信网业务采用独立OLT，用电信息采集与营销所宽带接入板件隔离（OLT隔离与板件隔离相结合）

此方法结合了方法1和方法2各自的优点，用电信息采集与营销所宽带接入共用OLT但采用板件隔离，配电自动化业务采用独立OLT。该方法既实现了调度数据网和数据通信网完全意义上的物理隔离，可靠性与安全性最高，网络设备区分清晰，同时实现了用电信息采集与营销所宽带接入对OLT的共用，减少了设备投资以及运维设备的数量，实现了整体投资效益的最大化。

此方法中用电信息采集与营销所宽带接入业务采用不同的板卡，通过OLT本身对板卡优先级的设置，即可实现以上两种业务的优先级处理。

方法4配电自动化与数据通信网业务采用独立OLT，用电信息采集与营销所宽带接入采用PON端口隔离（OLT隔离与PON端口隔离相结合）

此方法与方法3类似，在方法3基础上，用电信息采集与营销所宽带接入共用OLT板件，因此安全可靠性比方法三进一步降低，投资也相应降低。

此方法需要采用VLAN技术，实现用电信息采集与营销所宽带接入业务的隔离。通过OLT本身对PON板端口优先级的设置，可实现用电信息采集与营销所宽带接入业务的优先级处理。由于必须采用VLAN，配置及调试复杂，因此运维难度较大。

总结四种多业务接入的解决方法，EPON多业务解决方案建议采用方案三“OLT隔离与板件隔离相结合”的方法，以获得较高的可靠性，同时节省投资，降低运维难度。

4 应用展望

目前部分国外电网企业具有宽带运营牌照，可以采用同一张EPON网络承载智能配网三大业务。然而国内电网企业暂时还不具备宽带运营牌照，安全管控严格，电力宽带业务需要单独使用一张EPON网络[7]。未来国内电网企业若是获得宽带运营牌照，可以将智能配网三大业务规划到一张EPON网络，在保证安全可靠的前提下，实现投资和运维成本的最小化。

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