EPON技术在配网自动化系统中的设计与应用

2018-11-30胡帅

科技与创新 2018年19期

胡帅

胡帅

（榆林电力设计院，陕西榆林 719000）

配网自动化是以配网通信为基础，怎样使建设的通信系统与配网自动化系统相适应是通信建设过程中需要思考的问题。根据配电网具体情况，EPON技术将是配网自动化系统发展的趋势。从EPON技术在配网自动化系统中的设计出发，对EPON技术在配网自动化系统中的应用进行分析和探究。

EPON技术；配网自动化；配网系统；ONU技术

近年来，智能电网的建设步伐逐渐加快。配网自动化系统能够实时监控电网的运行，做到配电网络的信息化、系统化、自动化。我国已经把智能电网作为一个战略发展目标，而配网自动化系统的建设对智能电网的建设有很大的促进作用。由于同种技术不能满足全部配电网的通信需求，因此EPON技术逐渐得到广泛应用。

1 EPON技术在配网自动化系统中的设计

1.1 总体设计

主站系统和各个配电终端之间有通信信道，把OLT设置在变电站系统、配电子站系统、配电主站系统中，通过OLT设备对主干通信网络加以组建。TTU和FTU数据从变电站系统或RTU进行转发，并对分支通信网络加以组建。这样一来，各通信网络与配电终端、变电站系统或配电子站系统、配电主站系统就组成了配网自动化系统。同时，应从分支通信系统和主干通信系统两方面对配网自动化系统进行设计，对冗余的信道备份加以考虑，通过信道备份选择时刻路由通道。

1.2 主干系统设计

变电站或子站系统与核心主站组成了一个环状的结构，利用环网保护协议成功倒换ms级业务，使配网自动化系统的可靠性得到保障，降低出现单点故障产生的影响。许多节点组成了主干通信系统这个环网结构，把任意一个节点当作主节点，通常是主站，其他的节点是传送节点，一般选择各个配电子站。把两个环上的主节点分别标记成主端口和从端口，并且主节点要定期从主端口发送相应报文，如果端口能够接收到报文，说明论证环网是安全的；如果端口不能定期接收到报文，说明环网出现了故障，与其相邻的节点会将相关报文发送到主节点，主节点在接收到此报文后会认为环网出现故障，然后打开从端口，以报文形式提示其余节点更换转发表，让其余节点切换新路由来转发数据。等到故障恢复之后，从端口就能接收到新的主端口报文，主节点便会认为环网恢复了正常，并将从端口阻断，提示其他节点将转发表进行刷新，恢复之前的转发路由。

1.3 分支系统设计

从变电站或子站系统开始，顺着电力线的方向把光纤敷设到每个柱上开关或开闭所。变电站或子站系统和下方各条光纤链路以星型组网的形式，变电站或子站系统OLT汇聚各方向光纤链路。变电站或子站系统到柱上开关或开闭所的链路运用EPON技术，在某终端出现故障后，其余终端都不会受到影响，有效降低设备或系统出现故障的概率，有利于对其进行维护和管理[1]。另外，每个柱上开关或开闭所安装的ONU（光节点）设备都应支持IP/TCP协议，具有RJ45端口，FTU与DTU应通过当前端口接入EPON网络，使全网通信效率得到提高。

2 EPON技术在配网自动化系统中的应用

由于EPON网络上行的全部ONU信道资源与容量是共享的，并且网络业务具有突发性的特征，容易使系统在高负载条件下产生时隙溢出的情况，增加其他数据帧时延，使系统在低负载条件下数据帧没有填满部分时隙而产生空载。这些现象都会在很大程度上浪费带宽，需要通过相应带宽分配机制对系统上行带宽分配进行控制，从而使带宽利用率得到提高，为不同业务在配电终端上的传送提供保证。

2.1 IPACT算法

IPACT算法是一种基于授权或请求的自适应分配带宽的算法，通过相关标准对授权帧或请求帧进行定义，做到带宽分配和动态申请，OLT按照各个ONU缓存器收集的不同配电终端能够容纳的数据量为ONU进行时隙分配。通过REPORT/GATE轮询间插的方法，有效提升了信道的利用率，又因轮询周期具有一定的可变性特征，并且配网自动化系统有大量的配电终端，同时采集业务有一定差别，使其具有一定的缺陷，应运用EPON技术进行相应改进。监测OLT上行链路流量数据，并发送GATA相关信息，一旦ONU上行链路流量数据超过1 h，应使轮询的周期大于等于设定的最低值，从而对频繁轮询OLT的现象加以抑制，避免频繁发送GATA而浪费大量的带宽。把GATE的帧设到最高的级别，可以用排列下行链路信息的模型来进行。

2.2 传输介质

光纤通信逐渐变成主要的电力系统通信方法，作为光通信传输介质的重要组成部分，光纤能够架设不同电压等级线路，完全覆盖不同电力公司管辖的大于等于35 kV的变电站。应在配网通信里使用10 kV线路对ADSS光缆进行架设，将12芯作为主要的光缆芯数，一些枢纽线路段需适当考虑24芯光缆，而架设ADSS光缆相对灵活、方便，提供给EPON组网相应的传输介质。

2.3 组网结构

EPON技术主要运用的是单纤波分复技术，上行波长为1 310 nm，下行波长为1 490 nm，只需要1个OLT与1根光纤，拥有20 km的接入覆盖半径，使用光分路具能够分给64名用户使用，从而使主干光纤与OLT的成本有效降低。用电源和机房，从而使运营维护与建设成本大大降低[2]。EPON使用的不但是用户驻地网/局域网的主流技术，而且传输格式是以太网，从某种程度上讲，两者具有一定的融合性，有效减少传输协议转换时出现的成本因素。上行和下行都是千兆速率，上行运用时分复用的共享带宽，下行以加密广播传输方法共享带宽。同时，高速宽带应符合用户接入的贷款要求，灵活地按照用户不断变化的需要对带宽进行动态分配。架设光缆需要沿配电网线路的路径进行，EPON网络在结构上也要匹配电力配电网系统的结构，从而让OUN可以便捷地对各种业务进行连接。

2.4 设备供电、带宽和业务接口

一般来说，OLT设备都是配备于变电站机房里的，应使用专门的-48 V电源进行供电，并且OUN设备在取电时应按照实际情况来决定，一般应取FTU的合用电源。当前各个市场主流厂家生产的ONU设备大多数都可以按照具体情况灵活地提供相应电源接口。OUN业务接口需要按照各配电自动化终端的实际要求灵活地进行配置，从而接入多种业务终端。当前ONU设备能够提供语音口、ADSL口、RS232口、以太网接口等，上联使用PON，使上下行的速率对称，上行使用的是TDMA技术，下行使用的是广播技术，使得配网自动化系统相关通信业务带宽和接口的需要得到有效满足。

2.5 网络性能与网络安全

EPON网络具有较强的多点失效和抗单点功能，其ONU设备能经由两个PON口进行上联，经由各光缆路由对两套OLT设备进行接入，如果网络中有一条光缆或一组OLT设备产生故障，ONU可以检测出故障，快速切换至备用的光缆路由继续工作。分光器是一个无源器件，利用物理分光，具有较高的可靠性，如果有一个光路出现故障，不会对其余ONU的工作造成影响[3]。同时，要想避免网络安全风险，例如侵入、欺诈、伪装及仿冒等，应认证ONU的接入。当ONU与OLT注册并连接PON网络之后，应认证其提供的逻辑标识与MAC，在ONU认证通过以后才可以视为合法，从而允许其接入。PON口的下行运用广播的方法，把报文传送到全部PON口下的ONU，从而使下行数据通信的安全得到保障。PON为数据提供加密，并使用三层搅动的加密技术，从OLT向每个OUN请求对应的密匙，而ONU所提供的密匙会在特定的ONU和OLT进行同步与更新，OLT会对各ONU下行数据使用相应ONU密匙采取加密操作，保证其余ONU不能破解该ONU加密数据，使下行通信系统安全得到了保证。