基于GPON技术的智能配电接入网设计与实现

2016-11-17内蒙古电力集团有限责任公司鄂尔多斯电业局

电子世界 2016年20期

关键词：接入网用电配电

内蒙古电力集团有限责任公司鄂尔多斯电业局郑亮

内蒙古电力集团有限责任公司鄂尔多斯电业局郑亮

文章结合鄂尔多斯配电网络的现状，研究了利用GPON技术实现智能配电系统中接入网的设计实现方案。论文首先分析了智能配网中配电及用电环节的业务需求，然后研究了OLT/ONU设置方式、PON网络保护方式，论文还对功率预算进行了研究。

PON；网络规划；智能配电网

前言

配电通信网是配电自动化的重要组成部分，采取有效的通信手段能够精确并准备无误的将调度员的各种指令传送到配电终端设备上，配电终端设备也将执行的结果和当前参数反馈给调度员。由于配电网终端设备安装地理位置分布遍布城市网络，网络结点多、覆盖面积广、要求传输的数据量大、建设施工难度大，所以配电通信网组网方式的设计与实现方案非常关键［1］［2］。

目前，35kV及以上变电站基本建立了SDH/MSTP 的电力骨干光纤通信网络，具备了向下延伸的网络基础，主要包括10千伏通信接入网和0.4千伏通信接入网。10千伏通信接入网的范围为变电站10千伏出线至开关站（开闭所）、充电站、环网单元（柜）、柱上开关、电缆分支箱、（配电室、柱上、箱式）10千伏变压器等，支撑配电自动化、电动汽车充电站、用户用电信息采集、分布式能源、电力光纤到户等多种业务通信，是承上启下的多业务共用通信接入平台。0.4千伏通信接入网的范围为变压器0.4千伏出线至用户表计、充电桩、营业网点、电力光纤到户室内终端等，支撑用户用电信息采集系统本地通信（用户表计至采集器、集中器）、用电营业服务、用户双向互动等通信接入业务。

EPON、GPON以搭建网络灵活、运行维护简便、带宽比较高、网络覆盖面积广、网络运行可靠性较高、简化网络模型等领先性，是智能化配电网络组建优选的技术。相比EPON网络，GPON网络下行带宽更大、传输距离更远、动态资源分配算法更先进，因此本文主要研究GPON技术在智能配电网络中的应用［3］。

1.组网方案及业务需求分析

配电网的光纤布放主要呈链型或部分星型结构，采用GPON构建配电网自动化通信系统时，在各110kV、35kV变电站放置OLT设备，汇聚其子站供电区域内所有 ONU采集配电网自动化监控终端（FTU、DTU、环网柜、台变等）的实时工作数据，实现终端与子站的通信；并通过 OLT的1000M接口接入骨干通信网，实现子站与主站的通信如图1。

ONU通过无源分光器连接在主干光纤上，相互之间不受影响独立工作。任何一个ONU设备失效后完全不影响其他ONU设备的正常运行；在任何接入点分支光缆出现问题的情况下，不影响整个EPON系统的正常运作，无故障点的配电终端仍和主站系统保持正常通信，网络具有抗多点故障失效性。

图1　GPON技术组网方案

智能配电网主要包括配电及用电业务。配电业务包括配电自动化、电能质量监测、分布式电源接入（200kW以上）、配电视频监控等，其对通信可靠性，实时性、安全防护等级要求较高。为了统一计算标准，配电信息点假定如下：每个变电站32条配电出线，每条配电线路分别设置1个电能质量监控点、1个分布式电源监控点和2个视频监控点。每个配电信息采集点按照柱上开关15台，开闭站2座，环网柜8座，箱式变电站30座，杆上变压器50台计算，共105个站点均需要实现配电自动化“三遥”业务，其中20个站点需要实现分布式馈线自动化高级业务。

按终端流量与变电站汇总流量2个层面来统计流量需求，终端流量指每个终端节点完成数据通信需要保证的流量，变电站汇总流量指每种业务所有终端节点汇总到变电站的数据流量。配电环节通信流量需求统计如表1所示。

用电业务包括用电信息采集、智能用电服务（智能营业厅、互动化用电、电动汽车充换电设施）等，位于管理信息大区。用电业务终端数目庞大，但基本用电信息采集业务数据量较小，周期性轮询采集对通信速率要求较低，安全性和实时性要求也较低，业务特点如下：

（1）采集业务节点多，上下行流量差距较大，要求在预定时间集中采集全部用户的数据信息；

表2　用电环节流量测算

（2）远程控制类业务信息随机性强，实时性要求高，信息流量小；

（3）部分扩展业务对双向实时通信有较高的要求，高端业务具备语音、数据、视频多媒体通信的特点。

表1　配电环节通信流

用电信息点假定如下：每变电站100个台区，每台区200个居民用户和6个工商用户，区域内有智能营业厅一座，电动汽车充电桩10个。用电环节通信流量需求统计如表2所示。

结合配电业务及用电业务分析，GPON下行容量达到2.5G，比EPON 1.25G要大，因此GPON网络更适合鄂尔多斯的网络。把OLT的上联GE 口（4路可光可电的 COMBO 口，电口为100/1000M 自适应接口）和SDH设备GE对接，将终端节点采集到的数据汇聚后传送至主站系统，以达到配网自动化四遥功能的目的，对终端节点进行实时监控，整个配网系统安全可靠稳定运行就能实现。OLT采取50%冗余设计，每台设备配置40个 PON 口，实际使用20个，ONU 配置4个以太网口，运行一个，冷备三个，每个PON 口下预留5dB 的光功率作为扩容使用（在不改变网络基本结构的情况下）。

对于ONU设备，其带宽要就不大，但是接口类型多，因此ONU应4个以太网口和4个串口（RS232 或485），将RS485/RS232 接口或以太网接口与数据采集终端设备的上行接口连接，从而实现数据传输。