EPON在配网自动化系统中的应用研究

曹乃文

摘 要 随着人们对用电量的增加，电力配网系统的可靠性和自动化要求程度愈发被人重视， EPON技术是配网自动化建设中的一项重要通信技术，是一种基于以太网的PON技术，将EPON技术结合到电力配网系统中，是电网建设创新发展的重要体现，本文通过EPON技术在配网自动化系统中的应用进行了分析和研究，希望能够对相关人士起到一定的借鉴作用。

关键词 EPON技术;配网自动化系统;应用

引言

配网自动化系统是一种将高压电向生产、生活用电转变的系统，肩负着电能分配的重要使命，为了提高该系统的稳定性，EPON技术越来越广泛地被应用到该系统中。EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络），顾名思义，是基于以太网的PON技术。它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。将EPON技术结合到电力配网系统中，是电网建设创新发展的重要体现，对电能供应质量的提高有着实际的意义。

1EPON在配电自动化系统中应用的可行性

1.1 EPON基本结构

EPON属于点到多点结构的单纤双向光接入网方式，主要包括网络侧的光线路终端（OLT）、无源光分路器（POS）、用户侧光网络单元（ONU）等，可以形成樹型、星型、总线型等不同结构，如图1所示。

在实际操作中，下行方向处在变电站的OLT可以使得不同业务类型（例如音频、视频、数据等）利用广播形式通过POS分配到不同的ONU当中;上行方向EPON利用TDMA技术使得不同ONU上行信息形成TDM信息流传送到OLT。

1.2 EPON在配电自动化系统中应用的可行性分析

比较容易维护以及扩展。EPON光分路器采取的为无源器件，所以非常便于维护，可以通过较小的投入得到较好的效果。另外，EPON系统采取的是模块化方式，更加便于扩展。

具有较高可靠性。由于EPON系统不同ONU之间采取的是并联方式，所以和ONU连接的不同配网终端设备也采取的是并联方式，因此任何终端产生故障都不会影响到系统的整体运行。同时，EPON具有整套安全加密机制，能够确保安全运行。

具有比较大的宽带。从现阶段来看，EPON能够提供上下行对称的1.25Gbit/s的带宽，同时随着网络技术的快速发展能够不断优化升级，这样就可以很好的匹配后续配网自动化通信业务的带宽需要。

带宽具有灵活的分配方式，能够确保服务的有效进行。EPON能够利用DBA（动态带宽分配）算法来对每一个用户带宽实施动态性分配，能够确保每一个用户的QoS。

具有非常广阔的服务范围。EPON属于点到多点的网络结构，能够通过局端单个光模块和光纤资源涵盖大量并且较为分散的终端用户，确保每个用户的服务有效性。

具有非常强的网管功能。EPON具有多方面管理功能，包括性能管理、配置管理、故障管理、安全管理、告警管理等等，可以利用连接在OLT上的网管监控系统对和ONU连接的终端监控设备（例如FTU、TTU等）进行管理[1]。

2EPON在配网自动化系统中的应用分析

2.1 组网方案

利用通信网络现场终端和配电主站系统的通信通道，可以使得OLT设置在配电主站系统以及变电站自动化系统当中，通过不同的OLT形成主干通信网。而FTU、TTU相关数据主要通过变电站内部RTU进行转发，形成分支通信网。主干通信网通过环网保护协议（RRPP）能够进行快速业务倒换，能够大大提升主干网络可靠性，并且有效降低单点故障率。RRPP主要包括多个节点，一般会选择配电自动化主站OLT当作主节点，而采取不同配电子站OLT作为传输节点。利用RRPP进行流量的快速倒换，能够确保网络大流量业务的有效进行。

为了确保整个系统能够正常运行，可以将配电子站到不同监测终端的分支通信设置成为树状拓扑结构，此种拓扑结构的网络故障率相对较低，并且维护较为便利。而监控终端（FTU、TTU等）通过网线接入到变电站的ONU当中，这样能够确保通信效率。

EPON系统使得配网主站系统和不同终端子站系统有机融合，以此来实现数据信息的上行和下行，其最主要的应用就是使得OLT设置在变电站一侧。OLT属于多业务平台，业务类型较多，能够支持不同接口类型，包括RS485、光纤接口、以太网业务、WDM传输等等。除此之外，OLT能够按照用户对于QoS的不同要求实施宽带配置。POS属于简单的分路器设备，无须独立设置电源，能够应用户户外环境中，更便于维保。ONU能够将终端采集数据分别上下传输，向上可以传给控制中心，而向下发给监控设备。

2.2 IPACT算法应用

此种算法主要是基于授权或者请求自适应分配带宽算法，以相应标准来定义授权帧以及请求帧，能够形成带宽分配以及动态申请，OLT以不同ONU缓存器所收集到的配电终端可以收集的数据量来为ONU实施时隙分配。可以利用REPORT/GATE轮询间插的方式进一步提升信道利用率。由于轮询周期具有可变性特点，配网自动化系统存在非常多的配电终端，同时采集业务存在相应的差异，会形成某些缺陷，可以利用EPON技术对其实施优化。可以对OLT上行链路数据流量实施监测，同时发送GATA相应信息，若是监测到ONU上行链路数据流量超出1h，那么需要确保轮询周期≥设定最低值，这样就能够有效限制频繁轮询OLT的情况，从而防止多次发送GATA所形成的带宽浪费[2]。

2.3 传输介质应用

随着多年的发展，光纤通信已经成为目前最为重要的电力系统通信方式。光纤是光通信传输介质的关键部分之一，可以架设不同电压等级的线路，能够覆盖到绝大部分35kV以上的变电站。在配网通信中利用10KV线路对于ADSS光缆实施架设，可以采用12芯当作主要的光缆芯数，某些关键性枢纽线路可以采用24芯光缆，而进行ADSS光缆架设则更加的方便灵活，提供给EPON组网相应的传输介质。

2.4 设备供电、带宽以及业务接口方面的应用

正常情况下OLT设备大多设置在变电站机房当中，需要采用专用的48V电源实施供电，而ONU設备需要根据具体情况来设定取电方式，一般情况下采取FTU的合用电源。从现阶段来看，市场上绝大部分ONU设备都可以根据具体的需要灵活的选择相应电源接口。ONU业务接口要根据不同配电自动化中终端的具体需求灵活进行配置，这样就能够实现不同业务终端的接入。从目前来看，ONU设备可以提供不同接口，包括RS485、光纤接口、以太网业务、WDM传输等等。上行采取的是TDMA技术、下行采取广播技术能够使得配网自动化系统相应通信业务宽带和接口需要得到有效满足[3]。

2.5 网络性能以及网络安全方面的应用

EPON网络具有非常强的多点失效以及抗单点功能，ONU设备可以通过两个PON口实施上联，通过不同光缆路由来对OLT设备实施有效接入。若是整个网络中存在一条光缆或者一组OLT设备出现故障，那么ONU就能够及时检测出故障所在，能够第一时间切换到备用光缆路由实施工作。其中分光器属于无源器件，可以通过物理分光的方式运行，所以具有非常高的可靠性。若是其中一个光路发生故障也不会对剩余ONU的运行产生影响。同时利用ONU侧接入能够防止网络安全风险，可以避免外部侵入、伪装以及仿冒的问题。在ONU和OLT注册以及连接PON网络后，需要对所提供的逻辑标识和MAC实施认证，在ONU认证通过之后才允许进行接入。对于PON下行来说，可以通过广播技术将报文传送到所有PON口下的ONU，这样就能够确保下行数据通信的安全性。PON可以使得数据进行加密，可以采用三层搅动加密技术，从OLT向每一个ONU请求对应的密匙。同时ONU所提供的密匙会在特定的ONU以及OLT实施同步以及更新。OLT会对不同ONU下行数据使用相应的ONU密匙进行加密操作，这样能够确保其他ONU无法破解此ONU加密数据，从而大大提升了下行通信系统的安全性[4]。

3结束语

总的来说，EPON技术属于较为便利、成本较低并且具有较强性能的光纤通信方式，其有效应用能够满足配电子站到自动化终端的通信要求，具有较高的可靠性和性价比。通过EPON技术能够建立起基础性通信平台，实现更加智能、更加可靠、较强实用性的通信，本文主要就EPON在配网自动化系统中的实际应用情况进行了分析，通过本文的介绍能够对进一步推动配网自动化系统的发展具有现实作用，对于配电网自动化建设以及智能电网的发展具有非常实用的意义。

参考文献

[1] 陈强.EPON技术在电力配网自动化系统中的应用[J].通讯世界，2018（12）：15-17.

[2] 胡帅.EPON技术在配网自动化系统中的设计与应用[J].科技与创新，2018（10）：18-19.

[3] 张帅，虞松杰.EPON技术在配网自动化系统中的设计与应用[J]. 电气技术，2018（6）：88-91.

[4] 陈世鸣.EPON在配网自动化系统中的应用探讨[J].低碳世界，2016（3）：18-19.