EPON组网在配电自动化中的应用研究

【摘要】 伴随EPON技术的发展，EPON组网相对传统通信组网方式在配电自动化的优势也愈加明显。本文研究分析了EPON在配电自动化中的组网方式、设备要求、通信速率、光链路损耗等，通过研究分析认为EPON在配电自动化中的应用具有良好的应用前景。

【关键词】 EPON 配电自动化 组网 光链路损耗 通信速率

随着经济、社会的日益发展，供电质量及可靠性在人们的生活及工作生产中具有越来越重要的影响。因此，在配电网中如何有效地减少停电故障次数，快速诊断故障地点、缩短事故停电时间显得至关重要。配电自动化技术的出现、发展为这些问题带来了有效的解决方案。配电自动化技术是以一次网架和设备为基础，以配电自动化系统为核心，能利用多种通信方式将配电网的实时运行、电网结构、设备等信息进行集成，实现配电网运行监控及管理的自动化、信息化。在配电自动化系统中，通信网络系统的搭建对配电自动化系统的性能具有重要影响[1]。

一、配电自动化系统现有通信技术及比较

目前配电自动化系统常用的通信方式主要有：无线通信，光纤通信，载波通信等。无线通信方式在可靠性、抗干扰性、安全性、实时性等方面性能均较差，但其成本较低，因此，常用于配电网中线路无法到达的偏远地区，来实现“一遥”或“两遥”控制。载波通信的通信速率和实时性较差，但组网简单，常用于光线难以敷设和无线信号较差的郊区；光纤在这几方面性能均优良，常用于组建市区的核心骨干网络，在配电网主干线路上常用于实现“三遥”，在分支线上常用于实现“两遥”。目前光纤通信在配电自动化系统中组网方式主要有EPON组网方式和工业以太网组网方式两种，但工业以太网组网方式成本较高，因此在配电自动化系统中EPON的应用更为广泛[2]。

二、EPON系统

2.1 EPON技术简介

EPON是基于PON技术和以太网协议的一种新的光纤接入技术。EPON系统一般由OLT、ONU和POS组成。EPON系统具有高带宽、高可靠性、易于扩展、时延低、节省网络设备等优点，因此有着广泛应用[3]。

2.2 EPON数据传输原理

EPON在进行数据通信时，只能在OLT与ONU之间通信，ONU之间不能进行通信。下行通信采用广播技术，上行通信采用TDMA技术。在下行通信时，下行方向由OLT发出一个广播，在数据包头上有各个目的ONU的地址，目的ONU只接收自己的数据包，丢弃其它无关的数据包。

在上行方向通信时如图2，每一个ONU都会被分配一个时隙，ONU按照分配的时隙进行数据传输。由于OLT在同一时刻只能接受一个数据包，因此为了避免冲突，ONU在向OLT发送数据时先进行信道监听，如果信道空闲ONU便可以发送数据包；若侦听到信道无空闲，该ONU便进行等待，直到信道空闲。

三、EPON在配电自动化中的应用

3.1 EPON配电自动化组网方式

在配电自动化组网中，EPON常用的组网形式有以下两种：手拉手双链路组网和双环网组网。

图3为手拉手双链路组网方式，这种方式在两个变电站OLT设备间采用双链路的方式连接，两个OLT设备均处于工作状态。每个ONU设备都会连接到两个分光器（每条链路上各一个），终端设备DTU、FTU、RTU再连接到ONU设备上。在这种手拉手双链路组网方式下，当其中一条链路、OLT设备或分光器发生故障时，ONU设备可倒换到另外一条链路或OLT设备上（备用）进行数据传输，实现了通信的可靠性[4]。

图4为EPON双环网组网方式，这种方式在一个变电站OLT设备建立一个双环网连接，每个ONU设备分别通过两个分光器连接到双环网中，终端设备DTU、FTU、RTU再连接到ONU设备上。在双环网方式下，当其中一个环网发生故障时，ONU设备可倒换到另外一个环网上进行数据传输，与手拉手双链路组网方式相比，双环网方式节省了OLT设备，但可靠性比手拉手双链路方式低。

3.2 EPON配电自动化组网设备要求分析

OLT设备一般放置在变电站内，OLT设备包含二个或者多个PON接口，应支持以太网/IP业务，提供以太网上联接口，可选支持STM-1口。OLT应支持双主控板配置，并支持主控板的1+1保护倒换，主控板倒换时间应小于50ms。

ONU一般放置在配电终端开关站、配电室、环网柜、箱式变电站、柱上开关、配电变压器、配电线路等地方，应具备承载以太网/IP业务的能力，至少支持提供1或4个FE以太网接口，支持RS232/485串口、选配E1口，具备可扩展能力，提供一个或两个PON接口。支持101规约、104 规约、CDT、DNP等多种电力通信规约。

配电终端FTU、DTU、TTU应根据不同的对象进行相应的选择，配电终端应具备运行信息采集、事件记录、对时、远程维护和自诊断、数据存储、通信等功能，同时应能支持以太网或RS232/485串口。对于配电终端设备，主要分为“电压型”设备和“电流型”设备。“电压型”设备能够自动隔离故障段并自动恢复非故障段线路的供电，但会因为支线故障导致全线路短暂停电，故障影响范围较大；“电流型”设备的特点是支线故障不影响主干线，故障影响范围小，但容易出现越级跳闸。根据这两种类型设备的特点，在配电主干线上应加装“电压型”设备，在负荷变化较小的分支线可加装“电流型”设备[5]。

3.3 EPON配电自动化组网链路损耗分析

在EPON组网光链路中，光链路损耗主要是光纤损耗、分光器插入损耗、活动接头损耗等几项损耗的总和：

光链路损耗=光纤损耗+分光器插入损耗+活动接头损耗（dB）

1.每条光链路的光缆损耗：Lt=αfD，其中Li为光损耗，αf为光纤衰减常数一般取0.3dB/km。

2.分光器插入损耗：Bt=B，其中N为分路数，B是第i路分光器插入损耗。

3.活动接头损耗：Et=E，E为接头附加损耗，单个接头损耗一般取0.3dB-0.5dB。

4.光链路总损耗：A=Lt+Bt+Et

在整个EPON网络中，光链路所允许的最大损耗为25dB，对于光链路损耗的计算，应按照上述公式进行相应的计算并进行实际的测量验证工作，以确保光链路总损耗在允许的范围内。

四、结束语

目前，EPON在配网中的应用还只是实验、发展阶段。随着配电自动化的发展和需要，EPON技术在配电自动化组网中的应用也将越来越广泛和成熟，EPON优越性也将会体现得越来越明显。

参 考 文 献

[1] 杜欣. 基于EPON的10kV终端通信网规划探讨. 电力系统通信[J]. 2011-7，32（225）：1-5

[2] 李涛. EPON技术在电力通信网中的应用. 电子设计工程[J]. 2011-5，19（10）：145-150

[3] 国家电网公司. Q/GDW 533.1-2010 基于以太网方式的无源光网络（EPON） 系统第一部分：技术条件[S]. 2011. SGCC. Q/GDW 533.1 -2010 Ethernet Passive Optical Network System， part I technical specification[S]. 2011.

[4] 刘伟，李伟. 混合通信方式在配电网自动化系统中的应用. 继电器[J]. 2002-12，30（12）：63-65

[5] 蔡万升，汤辉，张军，张浩. 基于EPON技术的配电自动化通信系统. 电力系统通信[J]. 2010-12，31（218）：11-15

[6] 张岚，高鹏，王澄. 南方电网配网自动化通信系统的建设. 电力系统通信[J]. 2010-11，31（217）：20-24