基于EPON技术的配电网自动化分析

朱挺萱，董立娟

国网甘肃省电力公司超高压公司，甘肃 兰州 730070

0 引言

作为光纤通信传输的核心技术，EPON技术的应用旨在构建双向传输模式下的一点到多点的数据传输网络体系。早在20世纪后期，EPON数据信号传输技术就已经诞生。截至目前，在配电网自动化的发展进程中，网络自动通信模式不断趋于成熟。从配电网的体系组成结构来看，现有的EPON配网结构体系主要包含中间分光设备、线路侧设备、用户侧设备等。配电网的数据信号能够达到实时的传播效果，保证配网用户能享受到更加优质的网络服务资源。

1 EPON技术概述

1.1 EPON技术的基本含义

EPON（以太网无源光网络）技术的本质是光纤通信的双向传输处理技术，涉及单纤数据在P2MP模式下的双向互动共享。诞生于20世纪末的EPON技术目前已经获得了全方位的普及[1]。通常，EPON传输结构体系应包含POS、OLT及ONU三个关键组成部分，分别用于中间分光、线路侧及用户侧的系统设备。

1.1.1 通信容量

网络通信容量在根本上关系到配电网络的实践运用效果，为了避免网络通信局限于配电网络数据传播的狭窄范围，配电系统的网络通信容量亟待扩展[2]。光纤通信手段的普及有助于拓宽配电网络通信容量，提升配电网络的数据信息传播效果。

1.1.2 通信介质

光纤通信网络的现有通信介质通常为光导纤维，其中包含纯度较高的玻璃材料。与传统的数据信号传播载体相比，光纤通信介质的数据传播速度更快，在同一时间段内可以允许多条路径的数据信号传递。光纤通信介质具有优良的抗干扰特性及稳定性，可以充分适应前的配电网络使用需求。光纤通信介质主要依靠光波完成网络数据的共享传递过程，可以防止重要数据信息的泄露。在传播配电网络的信号与数据时，正确运用光纤通信介质及传输渠道有助于保障数据传播的稳定性。光导纤维的载体材料具有较好的柔韧性，可以避免数据传播结构的断裂，从而保证配电信息传输处理过程的安全。

1.2 EPON技术的特征

1.2.1 高效、准确

相比于原有的网络数据信号传播共享技术，EPON技术最显著的特征是更高的网络资源利用效率及更加准确、完整的信号传输效果[3]。在单纤双向的全新网络数据传播技术平台的支撑下，无源分光系统的组成设备可以直接连接光纤网络体系，依靠系统中的主干线路实现实时的光信号辐射传输。光纤芯线的网络传输结构组成部分得到了明显的简化，依靠多点网络的分光器传播模式可以适应复杂信号传输状态，合理配置线路传输信号数据的系统资源。

1.2.2 稳定、灵活

分光器置于无源分光系统中，不必配置网络传输电源装置。即便在较恶劣的自然气候条件下，P2MP的网络通信传输模式也能具备优良的稳定性与适应性，防止产生系统结构的损毁。

EPON无源网络具有灵活、简便的技术优势，可以达到实时的系统扩展效果。在新线路及全新的网络终端融入现有网络结构时，可以实现灵活程度更高的系统扩展，避免新增网络设备给原有通信网络带来显著干扰。

1.2.3 覆盖广、便携

光纤传输网络的数据信号传播距离更长，可以合理控制配电数据信号的损耗风险。配电网络在传播数据时，其衰减消耗系数直接决定信号覆盖距离，因此光纤网络能够实现更长的数据传播覆盖里程。光纤网络数据即便经过较长距离的传播，信号数据的真实性也不会被削减，扩大配电网络的覆盖范围必须借助于光纤传播途径。光纤通信技术需要在传播数据信号的全过程借助光纤介质，以光作为网络数据信息的传递载体。光导纤维构成了网络通信传输中的关键载体，可以实现配网数据信号的更大范围的传播共享。

光纤传播介质具有便携性的优势，可以为安装施工提供方便。近些年，光纤通信技术正在全面渗透各个生产生活领域，并且达到了预期的实施效果。

2 配电网自动化中的通信技术

2.1 以太网交换机通信技术

光纤以太网应建立在组网协议的前提下，组网协议通常为EAPS的系统组网协议。以太网交换机本身具有工业级的组网使用性能，需要确保将交换机的系统终端组成设备均匀布置在网络监测点的所在位置[4]。通过实施科学规划，能够确保以太网的交换机通信结构体系可以最大化地实现预期使用功效。从现状来看，工业以太网已经能够表现优良的环网保护性能，组网模式趋向于IP化。同时，包含较高带宽的组网结构体系可以满足网络容量扩展需求，充分适应一点到多点的全新数据信息传输处理需求。

配电网络的原有传播媒介需要得到必要的创新，以切实提升配网自动化运行的安全水平[5]。光纤网络传播介质的采购成本较低，适用于配电网数据信号传播领域。技术人员应调整同轴电缆的数据传播方式，确保可以实时监测配电网数据的完整程度。在创新传播载体的工作中，还要健全配电网络传播的基础设施，定期维护配电网络传播的基础设备系统。配电信息传播应满足实时性标准，同时需要运用专门的技术方法来保障数据信号的传播过程的安全性[6]。为了确保配电网信息数据的安全传播，现阶段，应在构建光纤传播媒介的同时，全面扩展宽带入网的覆盖领域，深入推进双向化的数据传播模式改造工作。光纤传播载体经过技术优化与创新后，应具备更好的抗介质干扰性，以保证数据信息的可靠性；应严格控制光纤传播媒介的数据资源损耗程度，运用实时性的技术手段提升配电网络的数据传播效率[7]。

2.2 电力线载波通信技术

电力线载波通信技术的应用主要依赖电力系统，体现在扩频信号及载波信号的调制转化过程[8]。电力线路传输的原始数据信号经过实时性的转化处理以后，能够转变成电力载波的通信数据。直流或交流的耦合器能够全面连接电力系统线路，客观上达到了降低使用成本以及方便网络维护的效果。然而，电力线载波通信技术容易产生信号衰减及间歇性的系统传输噪声，线路阻抗具有较显著的波动特征。目前，电力线载波通信技术可以用在可靠性与实时性传输需求较低的网络结构中。

光纤网络结构系统可以直接连接滤波器装置，达到实时检测与过滤外界干扰波形数据的目的。配电系统的管理技术人员可以将屏蔽网布置在适当的配电信号网络区域，以便全面消除信号传送与转换过程的干扰；技术人员应将滤波器安装在卫星自动接收装置，屏蔽网络可以全面滤除各类外界干扰信号。在全面滤除常见干扰信号的过程中，应用光纤移动数据网络可以实时调整网络屏蔽参数，合理设置和选取网络屏蔽参数对象，配电信号具有稳定性，能够依赖滤波器进行普遍传输。

2.3 GPRS无线网络通信技术

无线通信技术中的GPRS无线网络通信技术避免了电缆线路的大规模接入，体现了灵活性更强的组网运行特征，如图1所示。目前，应用电力无线专网，可以帮助全方位推广无线通信技术。然而，GPRS无线网络通信技术普遍表现为较低的网络带宽，无法全面满足大规模配电网接入终端的需求。并且，GPRS无线网络通信技术的网络扩展性与传输实时性较差，无法保证传输的遥控信号的精确度。

图1 GPRS无线网络通信示意图

对于配电网的体系结构而言，能否达到最佳的通信传输可靠程度，取决于自动化配网通信方案的数据指标。在配网有效性的评估判断中，技术人员可以根据平均的配网故障修复概率及修复时长进行评估。配网体系结构中的各个子站（OLT）能够直接连接于不同的配网分段单元模块，确保配网运行中的突发系统故障能得到及时、妥善的处理，缩短了配网自动化故障的处理检修时间。在基于EPON的自动化配网运行控制模式下，各个POS网络终端都能直接连接PON口的适当节点部位，确保将分光器布置在系统开关的所在位置。现有的配电网光纤结构可以实现20 km以上的通信半径覆盖，确保5 km左右的供电用户能获得稳定的电源电能供给。

3 基于EPON技术的配电网自动化优化措施

3.1 组网结构优化

当前，配电网自动化的发展趋向集中体现为载波通信技术与光纤通信技术的融合，并且配备了与之适应的无线传输处理模式。在全面优化系统组网结构时，应确保配电网结构范围内的电缆线路连接走向正确，确保光缆基础设施的总体结构走向符合基本技术要求。例如，“手拉手”的双电源全链路保护组网模式主要采用级联延伸的配网运行方式，可以确保达到链路冗余保护的良好实施效果。

配电网在接入不同业务流量时，配电网的各种组网方式将会表现出差异性的延时现象。配电网的平均传输延时主要取决于电流的负荷，在电流负荷较大时，配电网的平均传输延时会呈现明显增加的变化特征。例如，采用以太网环的配网组织结构模式比较容易丢失字节，要对其进行优化整改。将配电网的系统通信方案建立在EPON技术的基础上，配电网的带宽较大，能够缩小平均网络传输延时。

3.2 通信介质优化

配网自动化的通信介质主要集中于光纤传输介质，需要确保光纤传输介质具备更加优良的使用效能。对于网络结构内的电缆线路，各条电缆线路需要完整覆盖现有的配电网通信体系。在此基础上，配电线路组成了光纤网络的体系结构，需要表现为良好的通信介质安全性。对于省级的调度通信网络，现阶段的调度通信网多数由优质的光纤设备组成，符合组网通信的介质传输要求。例如，配电网的DTU通信终端接口的主要配置为RS485或RS232，可以达到2 Mbps的最大传输速率，最低的信号传输速率不会小于300 bps。

3.3 网络安全性能优化

配电网自动化的网络安全性能主要体现在配网本身具备的业务保护功能。应用EPON技术可以让网络结构具备更好的抵抗失效特征。配网通信体系是否表现为优良的安全使用效能，取决于并联组网的技术实施方式。如果光信号传输设计为多点发送模式，即便某个网络传输终端突然表现为系统死机或者接口故障等，其他与之连接的网络系统传输链路仍然可以保持良好的运行效能。“1+1”模式的系统保护支路及主干光纤共同组合成了完整的配网结构体系，可以减少系统运行中的失效安全风险。EPON系统的最大上下行信号传输速率为1.25 Gbps，而无源分光器的价格是光模块的价格的1/5左右。

4 结束语

综上所述，配电网自动化完善路径包含自动化组网结构的完善、网络通信介质的创新、网络安全使用性能的优化等。EPON技术在客观上允许实时性的网络数据共享传输，可以提升配电网自动化的建设水平。技术人员需要着眼于EPON技术，进行合理的推广和应用，构建多元化、全方位的配网自动化体系结构，节约配网自动化的运行成本。