摘要：配電通信網絡是保證配電網安全運行的重要系統，是配電自動化及智能化運行的核心部分。為了提高配電網運行的安全性及可靠性，本文針對EPON技術在配電系統中的應用情況進行了分析。首先，對配電自動化智能系統和EPON系統的特點進行技術分析，提出了基于EPON技術的配電網建設需求分析及組網構架原則，設計了一種基于EPON技術的配電網通信技術方案。針對該方案進行了性能分析，并以工程實例進行了性能驗證，結果表明，EPON技術的運用有效提高了配電自動化及智能化運行的安全性及可靠性。 引言 隨著配電網信息通信智能化與現代化的快速發展，配電網的安全及穩定運行不得不面臨嚴峻的挑戰。基于安全可靠的通信系統，配電自動化系統才能實現數據的傳輸，以保證控制中心與終端采集數據的同步性與可靠性。基于以太網的無源光網絡(EPON)作為一種點對點結構的單纖雙向光接入技術，具備可靠性強、安全性高、經濟性及擴容能力好等優點，可以有效地用于保證配電網數據安全傳輸過程。 全面實現配電網自動化及智能化需要構建安全、可靠、高效、經濟的配電網通信系統。20世紀80年代初，PON技術[1]用于電力通信網構架建設中，該技術網絡構架與配電網結構天然匹配，但是，PON技術的成熟度欠缺，無法更好的滿足帶寬與安全性能的需求。2005年，基于以太網的EPON技術[2]走向成熟，具備良好的組網可靠性與帶寬分配能力，在國際上被廣泛使用。GPON[3]雖然具備更好的帶寬，但是經濟要求較高，性價比不高，還未達到廣泛使用的要求。 本文結合實際配電網智能化及自動化建設項目，著重進行EPON在配電網建設中的需求分析，討論EPON的技術特點，給出基于EPON技術的配電網組網方案。 1 配電智能化結構分析 智能配電網要求實現配電網運行監控、操作及應急處理功能，對配電網通信系統的安全性、可靠性及高效性提出了更高的要求。 1.1 配電自動化系統 配電自動化系統[4]主要組成部分為：配電主站、配電子站、配電終端及通信信道。配電主站作為系統的功能核心，主要用于實現數據處理、存儲及人機交互等控制功能;配電子站主要完成配電SCADA、故障處理及信息收集功能;配電終端包含饋線終端(FTU)、配變終端(TTU)及遠方終端(RTU)，主要進行開關及配電變壓器設備的信息采集、處理與監控功能;通信信道是連接配電自動化系統各個部分的紐帶，實現信息的傳輸。 1.2 智能配電網數據傳輸 智能配電網數據傳輸主要包含以下內容： (1)配電自動化系統的數據采集。主要包含配變、故障信息、配電終端狀態、儲能信息及通信信道狀態等信息數據的采集及上傳; (2)配電自動化系統的設備監控信息。主要包含配電網設備及周圍環境的運行監控信息等; (3)配電網自動化系統的設備控制信號。主要包含配電網開關的控制信息，用于實現配電網保護與遠方重合閘的運行控制; (4)配電網自動化系統的查詢信息。如儲能情況、分布式電源及電網狀態信息的查詢。 2 EPON通信技術 IEEE802.3EFM研究組提出一種新興的寬帶接入技術，即基于以太網的無源光網絡[5](EPON)。該技術在鏈路層采用以太網技術，在物理層使用PON技術，通過PON技術的拓撲結構完成以太網的接入，具備帶寬較高、組網容易、便于用戶接入、可靠性及實時性高、安全性能優良且不易受環境干擾等優點。 2.1 EPON技術基本原理 EPON技術是一種點對點結構的單纖雙向光接入技術，主要由光線路終端(局端，OLT)、光網絡(用戶端，ONU)及光分配網絡(ODN)組成(如圖1所示)。 EPON系統通過OLT將數據以廣播下發的方式分別分給下掛的ONU，以實現一對多點的數據傳輸方式。ONU采用時分復用的方式將數據傳輸至OLT，在此傳輸模式下，實現了數據的全雙工雙向傳輸。 2.2 EPON技術的主要性能 對比常見的通信技術，即無線專網、無線公網、配電載波[6]等，EPON技術具備以下優勢： (1)傳輸速度。EPON系統的帶寬較高，通常可以達到1.25Gbps，甚至可以升級高至10Gbps，足以覆蓋信息傳輸業務的需求; (2)安全性能。EPON系統上升使用TDMA技術，用戶端ONU可以實現時隙傳輸數據的功能，避免數據干擾的發生。基于三重擾動及AES128加密技術，EPON系統可以實現采用動態更新密鑰以阻止惡意攻擊的發生; (3)可靠性能。作為無源系統，EPON從源頭上阻止電磁及雷電的干擾。ONU設備采用并聯接入的方式，如發生部分中斷或損壞，不會影響其他ONU設備進行正常運行。該系統同時采用1+1保護機制，極大提高網絡的可靠性; (4)擴容能力。EPON系統基于點到多點的構建方式，增加終端用戶時，只需更改光分路器，無需中斷數據傳輸業務; (5)經濟性能較好。EPON系統無需電子部件，維護費用較低，有利于節省長期運行及維護、管理成本。 3 基于EPON的配電智能化網絡分析 配電智能系統的EPON系統主要承載配電網安全運行、電費計量及配電自動化等關鍵數據的傳輸[7]，因此，安全性是重要的影響因素。 3.1 配電智能系統對通信系統的需求 目前，配電網基本實現全光纖覆蓋，骨干傳輸層采用點對點傳輸的SDH光纖傳輸模式。為了保證數據傳輸的安全，對配電網通信系統應具備如下要求： (1)安全性。配電系統傳輸的數據均為電力系統的重要數據，數據的安全性直接影響配電網的穩定運行，因此，通信系統必須具備有效阻止外界攻擊的能力。EPON技術采用無源的特點，有效保證數據傳輸的安全; (2)可靠性。配電網運行過程中不免遭受外界及惡劣天氣的影響，一旦發生供電中斷，應該不能影響大面積供電情況。EPON系統中的ONU采用并聯接入的方式，不會影響其他ONU的運行，且EPON系統基于無源系統，不會受到雷電的干擾; (3)業務能力。配電網傳輸數據量大，針對帶寬要求較高，EPON系統可以有效適應帶寬及時延的特點，同時支持各種主流接口，可以達到與配電設備實現無縫對接; (4)可拓展性。配電系統的網絡規模需要根據地區的經濟及供電狀況的變化進行改變，EPON系統具備易拓展的特點，可以有效應用于配電智能系統中。 3.2 EPON技術在配電智能系統中的應用 配電網的構建以樹形組網方式(如圖2所示)為主，與EPON系統的組網模式天然匹配，結合EPON技術的特點與配電網的需求，EPON技術可以有效地用于配電自動化及智能化系統中。 EPON網絡的接入根據配電網饋線結構進行方案設計，通常具備兩種結構，即單光源輻射狀連接與手拉手環網連接方式。 (1)單光源輻射狀連接方式 輻射狀通信方式具備分段與分叉多、TTU分散的難點(如圖3所示)。該方式下，開閉所/環網柜/分支箱出現多回路分段分叉情況，終端信息隨TTU分散。 (2)手拉手環網連接方式 手拉手環網通過主干線末端間進行直接連接，實現開環運行和閉網接線的特點(如圖4所示)。在該方式下，RTU根據環網柜/開閉所進行分別，接入至兩個配電子站中，針對主設備形成通信保護。 4 配電智能化方案實現 本文針對配電網自動化工程某一實例進行EPON接入構架設計及實例分析。 4.1 網絡構架 本系統采用分區自治的方式(如圖5所示)，將配電網分為多個區域，進行獨立IP段分配，通過以太網交換機及路由器實現OLT的互聯。 基于該結構設計，網絡被劃分成接入層、匯聚層及交換層，結構清晰。多套OLT設備用于單一的IP段，并通過GE口實現2層互聯，快速實現樹狀鏈路。如果整個構架系統中的一部分設備發生變化，由于保持相對獨立的架構，因此，不會產生大面積互聯，進一步提升了系統的穩定可靠性。 4.2 實例分析 某配電工程的鏈路測試記錄數據如表1所示，該段工程光纜長4533米。 可見，該組網方式運行便利，可以實現分區自治的方案，不會受到其他區域的影響，且組網方法簡單，更加安全可靠。 根據數據可知，該方案具備采用核心交換機及路由器處理數據的能力，提高了系統的運行速率，同時保證了配電通信系統的穩定可靠性。 5 結束語 隨著信息技術的發展，配電網中信息傳輸的安全問題也面臨巨大的挑戰，為了提高數據傳輸安全問題，進一步保證電力系統的安全可靠運行，本文將EPON技術運用到配電自動化及智能化建設中。本文分析了配電網與EPON的技術特點，重點討論了EPON技術可用于配電自動化的需求分析，通過設計了一個基于EPON技術的配電網通信技術方案，驗證了該技術的運用可以有效提高配電網運行可靠性及安全性。 參考文獻： [1] 王東曉, 吳照林, 張寶良等. 基于EPON的大容量實時數據共享技術研究[J]. 光通信技術, 2012, 36(2):33-35 [2] 馮宇. 對EPON的一些技術和應用的討論[J]. 電信科學, 2002, 18(10):61-62 [3] 馬福萍, 張江鑫, 李心平等. GPON網管系統主代理OLT模塊的設計[J]. 光通信技術, 2008, 32(11):12-14 [4] 藺麗華, 劉健. 配電自動化系統的混合通信方案[J]. 電力系統自動化, 2001, 25(23):52-54 [5] 張雅青, 許遠忠. 10Gbit/s EPON ONU光模塊的設計[J]. 光通信研究, 2011, 37(3):44-47 [6] 衷宇清, 王浩, 陳寶仁. 智能配電網通信技術應用原則研究[J]. 電力信息與通信技術, 2013, 11(5):43-47 [7] 孫中偉, 馬亞寧, 王一蓉等. 基于EPON的配電網自動化通信系統及其安全機制[J]. 電力系統自動化, 2010, 34(8):72-75
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