基于EPON技术的电力通信系统分析

2022-06-16文章，刘晟

通信电源技术 2022年1期

文章，刘晟

（国网株洲供电公司，湖南株洲 412000）

0 引言

近年来，我国电力系统不断完善，在人们的生活和生产中发挥着不可替代的作用。为进一步提高供电可靠性、提升优质服务水平以及加快运维抢修速度，我国开始积极制定智能电网建设规划，配网自动化建设规模不断扩大，亟需建立可持续的发展模式，以满足配电网自动化信息的传输需求，而通信网络技术的引入便是关键。当前以太网无源光网络技术的出现和应用有效解决了传统配电通信网的些许问题，为其提供了有效的解决方案，本文主要围绕此展开具体分析。

1 EPON技术原理

EPON技术是现代一种无源光纤接入技术，主要应用了以太网技术和时分复用（Time-Division Multiplexing，TDM）技术，可在不同时间段发送数据信息，而且在码分复用技术的作用下，可以避免数据信息在传导的过程中出现碰撞的情况，提高整体网络效率[1]。以太网的最大速率可达到10 Gb/s，且信息传输距离也能够达到20 km以上。EPON系统由局端的光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）、无源分光器（Passive Optical Splitter，POS）以及用户侧的光网络单元（Optical Network Unit，ONU）3个部分组成，构成结构如图1所示[2]。

图1 EPON系统结构

EPON技术特性主要可归纳如下：（1）可采用点到多点的用户网络拓扑结构，实现数据、语音、视频全业务接入；（2）在光纤传导上使用无需电源的分光器，甚至可以在十分恶劣的外界环境下使用，具有良好的适应能力；（3）兼具了以太网扩展性优势，在组网方式上采用了链式结构，见图2。EPON系统在拓展终端以及新线路的过程中，对网络自身的影响相对较小，而且在无光源的设计理念下，EPON技术在使用的过程中可以达到灵活多变[3]。

图2 EPON链式结构组网扩展方式示意图

2 配电网对通信系统要求与EPON技术应用特点

2.1 配电网对通信系统要求

基于配电网自身特点与自动化发展要求，可将其对通信系统的要求归纳如下。一是实时性。配电网通信可向传递开关、负荷或者是分布式电源等设备发送指令，如状态信息、动作指令以及运行参数等，涉及的数据量较大，类型繁多，且实效性较强，对通信系统传递效率提出了较高的要求。二是可靠性。配电网设备多为露天运行，周边环境复杂多变，但电力对于人们的生产生活有着重要影响，为此必须提高运行质量，而从通信系统角度来说，则必须提升系统运行的稳定性。三是扩展性。根据负荷发展与供电可靠性需求，配电网规模和结构会不断发生变化，相应的通信系统建设将是一个长期的过程，因此要求其必须具有灵活的扩展性。四是适应性。配电网规模、结构以及运行环境具有多样性特征，通信设备部署与电力设备趋于同一点，通信线路敷设也可利用电力线路廊道，因此通信系统组网必须能够适应各种配电网结构[4]。五是经济性。配电网规模大、终端采集量大、面广且地理位置较为分散，通信系统建设必须在确保通信质量的同时，最大限度地降低投资成本。

EPON技术在配电通信网应用过程中可以很好地适应配电网系统的复杂性，而且也能够满足配电网各项系统的需求[5]。在EPON技术的作用下，通过利用网络接入技术，可以使得各项通信信息业务满足网络自身的需求，这也是其余技术所缺乏的，通信网骨干层网络结构如图3所示。另外，EPON技术在真正投入使用后，不仅所花费的成本相对较低，而且性能相对较高，具备良好的灵活性，值得推广应用。

图3 通信网骨干层网络结构

2.2 EPON技术应用特点

EPON技术在电力通信系统中的应用特点主要可归纳如下。

2.2.1 成本低

EPON技术是在以太网组织结构基础上形成的一种新型技术，在使用过程中并不需要独立的电源，而且也不需要其余电子元件的维护，这就使得在使用EPON技术构建通信网络结构时可以减少一定的成本。并且EPON系统的终端空间相对较小，但是信息集成程度较高，具备良好的兼容性，可以帮助电力企业节约一定的资金成本[6]。

2.2.2 性能高

EPON系统在实际使用过程中的功能与网络宽带有着一定的相同性。目前，所使用的EPON系统可以提供1.25 Gb/s的宽带服务，而且在使用过程中可以为多个终端用户进行服务，减少光缆的链接，并且可以增加网络服务范围。每一个终端都能够以并联的方式链接到光模板中，即便其中一个终端出现问题也不会对其余的终端造成任何影响，提高了网络的整体通信性能[7]。

2.2.3 接线方式灵活

配电网通信网络建设的过程中，使用EPON技术可以在不同的通信终端中进行网络接线。一般所采用的网络接线主要是以单电源辐射接电方式为主，也可以采用手拉手环线接线方式，前者又可以分为集中分光模式和串联多级分光模式[8]。

3 基于EPON技术的电力通信系统设计与应用

下文以某市供电区域通信系统设计为例展开分析，具体如下。

3.1 配网自动化通信结构设计

3.1.1 主站至变电站通信

通过充分调研，结合某市供电区域通信网络和通道的实际情况，本次方案设计将利用某县供电公司的生产调度大楼内机房及各公用变电站现有同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）设备，10 kV配电站点相关信息利用变电站或调度楼光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）汇集，接入现有电力骨干通信网实现信息传输。

3.1.2 变电站至配电终端通信

根据地理位置和终端位置不同，配电终端到变电站的通信网络选用EPON的光纤通信方式和无线公网方式并用，通过光纤和无线汇集至对应变电站中[9]。

3.2 EPON组网通信方式

本工程EPON组网采取单联络变电站同时串联环网柜完成组网通信。主干光纤网络使用两芯互为备份的光纤，具有双无源光纤网络（Passive Optical Network，PON）口的ONU可以实现1+1的冗余备份，有效传输距离为15 km以上。采用48芯具有防潮、抗挤压的防腐蚀型全介质自承式光缆（All Dielectric Self-Supporting，ADSS），利用公用变电站机房室内空间进行布置不少于48个PON口的OLT。以光链路中ONU的光衰情况为主要依据，主要选择1∶2和1∶4两种型号，充分满足运行要求。此外，结合配电终端的供电结构，该单元由低压直流电源供电，按照设计要求，瞬时最大功耗小于15 W（持续时间小于50 ms），额定功率小于10 W。装有至少4个具有双MAC地址、双PON口的10 M/100 M以太网口，串行接口全部按照RS232/485要求接入。

3.3 变电站OLT设备、SDH设备建设改造方案

按照需求，此次通信组网涉及某市城区的4座110 kV变电站及即将新建的自动化主站的通信骨干网。根据调查显示，此通信骨干网传输速率满足配电自动化接入的条件。本工程将充分利用变电站现有SDH设备，通过增加FE端口（以太网口）的以太网板，实现通过现有OLT将汇集的实时信息数据安全、快速、可靠地传送至配电主站。同时通信机房SDH设备需加装两块光口（Gigabit Ethernet，GE）板，用来满足新型站点的汇集工作需要。