摘要：配电通信网络是保证配电网安全运行的重要系统，是配电自动化及智能化运行的核心部分。为了提高配电网运行的安全性及可靠性，本文针对EPON技术在配电系统中的应用情况进行了分析。首先，对配电自动化智能系统和EPON系统的特点进行技术分析，提出了基于EPON技术的配电网建设需求分析及组网构架原则，设计了一种基于EPON技术的配电网通信技术方案。针对该方案进行了性能分析，并以工程实例进行了性能验证，结果表明，EPON技术的运用有效提高了配电自动化及智能化运行的安全性及可靠性。 引言 随着配电网信息通信智能化与现代化的快速发展，配电网的安全及稳定运行不得不面临严峻的挑战。基于安全可靠的通信系统，配电自动化系统才能实现数据的传输，以保证控制中心与终端采集数据的同步性与可靠性。基于以太网的无源光网络(EPON)作为一种点对点结构的单纤双向光接入技术，具备可靠性强、安全性高、经济性及扩容能力好等优点，可以有效地用于保证配电网数据安全传输过程。 全面实现配电网自动化及智能化需要构建安全、可靠、高效、经济的配电网通信系统。20世纪80年代初，PON技术[1]用于电力通信网构架建设中，该技术网络构架与配电网结构天然匹配，但是，PON技术的成熟度欠缺，无法更好的满足带宽与安全性能的需求。2005年，基于以太网的EPON技术[2]走向成熟，具备良好的组网可靠性与带宽分配能力，在国际上被广泛使用。GPON[3]虽然具备更好的带宽，但是经济要求较高，性价比不高，还未达到广泛使用的要求。 本文结合实际配电网智能化及自动化建设项目，着重进行EPON在配电网建设中的需求分析，讨论EPON的技术特点，给出基于EPON技术的配电网组网方案。 1 配电智能化结构分析 智能配电网要求实现配电网运行监控、操作及应急处理功能，对配电网通信系统的安全性、可靠性及高效性提出了更高的要求。 1.1 配电自动化系统 配电自动化系统[4]主要组成部分为：配电主站、配电子站、配电终端及通信信道。配电主站作为系统的功能核心，主要用于实现数据处理、存储及人机交互等控制功能;配电子站主要完成配电SCADA、故障处理及信息收集功能;配电终端包含馈线终端(FTU)、配变终端(TTU)及远方终端(RTU)，主要进行开关及配电变压器设备的信息采集、处理与监控功能;通信信道是连接配电自动化系统各个部分的纽带，实现信息的传输。 1.2 智能配电网数据传输 智能配电网数据传输主要包含以下内容： (1)配电自动化系统的数据采集。主要包含配变、故障信息、配电终端状态、储能信息及通信信道状态等信息数据的采集及上传; (2)配电自动化系统的设备监控信息。主要包含配电网设备及周围环境的运行监控信息等; (3)配电网自动化系统的设备控制信号。主要包含配电网开关的控制信息，用于实现配电网保护与远方重合闸的运行控制; (4)配电网自动化系统的查询信息。如储能情况、分布式电源及电网状态信息的查询。 2 EPON通信技术 IEEE802.3EFM研究组提出一种新兴的宽带接入技术，即基于以太网的无源光网络[5](EPON)。该技术在链路层采用以太网技术，在物理层使用PON技术，通过PON技术的拓扑结构完成以太网的接入，具备带宽较高、组网容易、便于用户接入、可靠性及实时性高、安全性能优良且不易受环境干扰等优点。 2.1 EPON技术基本原理 EPON技术是一种点对点结构的单纤双向光接入技术，主要由光线路终端(局端，OLT)、光网络(用户端，ONU)及光分配网络(ODN)组成(如图1所示)。 EPON系统通过OLT将数据以广播下发的方式分别分给下挂的ONU，以实现一对多点的数据传输方式。ONU采用时分复用的方式将数据传输至OLT，在此传输模式下，实现了数据的全双工双向传输。 2.2 EPON技术的主要性能 对比常见的通信技术，即无线专网、无线公网、配电载波[6]等，EPON技术具备以下优势： (1)传输速度。EPON系统的带宽较高，通常可以达到1.25Gbps，甚至可以升级高至10Gbps，足以覆盖信息传输业务的需求; (2)安全性能。EPON系统上升使用TDMA技术，用户端ONU可以实现时隙传输数据的功能，避免数据干扰的发生。基于三重扰动及AES128加密技术，EPON系统可以实现采用动态更新密钥以阻止恶意攻击的发生; (3)可靠性能。作为无源系统，EPON从源头上阻止电磁及雷电的干扰。ONU设备采用并联接入的方式，如发生部分中断或损坏，不会影响其他ONU设备进行正常运行。该系统同时采用1+1保护机制，极大提高网络的可靠性; (4)扩容能力。EPON系统基于点到多点的构建方式，增加终端用户时，只需更改光分路器，无需中断数据传输业务; (5)经济性能较好。EPON系统无需电子部件，维护费用较低，有利于节省长期运行及维护、管理成本。 3 基于EPON的配电智能化网络分析 配电智能系统的EPON系统主要承载配电网安全运行、电费计量及配电自动化等关键数据的传输[7]，因此，安全性是重要的影响因素。 3.1 配电智能系统对通信系统的需求 目前，配电网基本实现全光纤覆盖，骨干传输层采用点对点传输的SDH光纤传输模式。为了保证数据传输的安全，对配电网通信系统应具备如下要求： (1)安全性。配电系统传输的数据均为电力系统的重要数据，数据的安全性直接影响配电网的稳定运行，因此，通信系统必须具备有效阻止外界攻击的能力。EPON技术采用无源的特点，有效保证数据传输的安全; (2)可靠性。配电网运行过程中不免遭受外界及恶劣天气的影响，一旦发生供电中断，应该不能影响大面积供电情况。EPON系统中的ONU采用并联接入的方式，不会影响其他ONU的运行，且EPON系统基于无源系统，不会受到雷电的干扰; (3)业务能力。配电网传输数据量大，针对带宽要求较高，EPON系统可以有效适应带宽及时延的特点，同时支持各种主流接口，可以达到与配电设备实现无缝对接; (4)可拓展性。配电系统的网络规模需要根据地区的经济及供电状况的变化进行改变，EPON系统具备易拓展的特点，可以有效应用于配电智能系统中。 3.2 EPON技术在配电智能系统中的应用 配电网的构建以树形组网方式(如图2所示)为主，与EPON系统的组网模式天然匹配，结合EPON技术的特点与配电网的需求，EPON技术可以有效地用于配电自动化及智能化系统中。 EPON网络的接入根据配电网馈线结构进行方案设计，通常具备两种结构，即单光源辐射状连接与手拉手环网连接方式。 (1)单光源辐射状连接方式 辐射状通信方式具备分段与分叉多、TTU分散的难点(如图3所示)。该方式下，开闭所/环网柜/分支箱出现多回路分段分叉情况，终端信息随TTU分散。 (2)手拉手环网连接方式 手拉手环网通过主干线末端间进行直接连接，实现开环运行和闭网接线的特点(如图4所示)。在该方式下，RTU根据环网柜/开闭所进行分别，接入至两个配电子站中，针对主设备形成通信保护。 4 配电智能化方案实现 本文针对配电网自动化工程某一实例进行EPON接入构架设计及实例分析。 4.1 网络构架 本系统采用分区自治的方式(如图5所示)，将配电网分为多个区域，进行独立IP段分配，通过以太网交换机及路由器实现OLT的互联。 基于该结构设计，网络被划分成接入层、汇聚层及交换层，结构清晰。多套OLT设备用于单一的IP段，并通过GE口实现2层互联，快速实现树状链路。如果整个构架系统中的一部分设备发生变化，由于保持相对独立的架构，因此，不会产生大面积互联，进一步提升了系统的稳定可靠性。 4.2 实例分析 某配电工程的链路测试记录数据如表1所示，该段工程光缆长4533米。 可见，该组网方式运行便利，可以实现分区自治的方案，不会受到其他区域的影响，且组网方法简单，更加安全可靠。 根据数据可知，该方案具备采用核心交换机及路由器处理数据的能力，提高了系统的运行速率，同时保证了配电通信系统的稳定可靠性。 5 结束语 随着信息技术的发展，配电网中信息传输的安全问题也面临巨大的挑战，为了提高数据传输安全问题，进一步保证电力系统的安全可靠运行，本文将EPON技术运用到配电自动化及智能化建设中。本文分析了配电网与EPON的技术特点，重点讨论了EPON技术可用于配电自动化的需求分析，通过设计了一个基于EPON技术的配电网通信技术方案，验证了该技术的运用可以有效提高配电网运行可靠性及安全性。 参考文献： [1] 王东晓, 吴照林, 张宝良等. 基于EPON的大容量实时数据共享技术研究[J]. 光通信技术, 2012, 36(2):33-35 [2] 冯宇. 对EPON的一些技术和应用的讨论[J]. 电信科学, 2002, 18(10):61-62 [3] 马福萍, 张江鑫, 李心平等. GPON网管系统主代理OLT模块的设计[J]. 光通信技术, 2008, 32(11):12-14 [4] 蔺丽华, 刘健. 配电自动化系统的混合通信方案[J]. 电力系统自动化, 2001, 25(23):52-54 [5] 张雅青, 许远忠. 10Gbit/s EPON ONU光模块的设计[J]. 光通信研究, 2011, 37(3):44-47 [6] 衷宇清, 王浩, 陈宝仁. 智能配电网通信技术应用原则研究[J]. 电力信息与通信技术, 2013, 11(5):43-47 [7] 孙中伟, 马亚宁, 王一蓉等. 基于EPON的配电网自动化通信系统及其安全机制[J]. 电力系统自动化, 2010, 34(8):72-75
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