摘要：配電通信網絡是保證配電網安全運行的重要系統(tǒng)，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(tǒng)中的應用情況進行了分析。首先，對配電自動化智能系統(tǒng)和EPON系統(tǒng)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(xiàn)代化的快速發(fā)展，配電網的安全及穩(wěn)定運行不得不面臨嚴峻的挑戰(zhàn)?；诎踩煽康耐ㄐ畔到y(tǒng)，配電自動化系統(tǒng)才能實現(xiàn)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(yōu)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(xiàn)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(tǒng)。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(xiàn)配電網運行監(jiān)控、操作及應急處理功能，對配電網通信系統(tǒng)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(tǒng) 配電自動化系統(tǒng)[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(tǒng)的功能核心，主要用于實現(xiàn)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(jiān)控功能;通信信道是連接配電自動化系統(tǒng)各個部分的紐帶，實現(xiàn)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(tǒng)的數據采集。主要包含配變、故障信息、配電終端狀態(tài)、儲能信息及通信信道狀態(tài)等信息數據的采集及上傳; (2)配電自動化系統(tǒng)的設備監(jiān)控信息。主要包含配電網設備及周圍環(huán)境的運行監(jiān)控信息等; (3)配電網自動化系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)的查詢信息。如儲能情況、分布式電源及電網狀態(tài)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(yōu)良且不易受環(huán)境干擾等優(yōu)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(tǒng)通過OLT將數據以廣播下發(fā)的方式分別分給下掛的ONU，以實現(xiàn)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(xiàn)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(yōu)勢： (1)傳輸速度。EPON系統(tǒng)的帶寬較高，通?？梢赃_到1.25Gbps，甚至可以升級高至10Gbps，足以覆蓋信息傳輸業(yè)務的需求; (2)安全性能。EPON系統(tǒng)上升使用TDMA技術，用戶端ONU可以實現(xiàn)時隙傳輸數據的功能，避免數據干擾的發(fā)生?；谌財_動及AES128加密技術，EPON系統(tǒng)可以實現(xiàn)采用動態(tài)更新密鑰以阻止惡意攻擊的發(fā)生; (3)可靠性能。作為無源系統(tǒng)，EPON從源頭上阻止電磁及雷電的干擾。ONU設備采用并聯(lián)接入的方式，如發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(yè)務; (5)經濟性能較好。EPON系統(tǒng)無需電子部件，維護費用較低，有利于節(jié)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(tǒng)的EPON系統(tǒng)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(tǒng)對通信系統(tǒng)的需求 目前，配電網基本實現(xiàn)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(tǒng)應具備如下要求： (1)安全性。配電系統(tǒng)傳輸的數據均為電力系統(tǒng)的重要數據，數據的安全性直接影響配電網的穩(wěn)定運行，因此，通信系統(tǒng)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(fā)生供電中斷，應該不能影響大面積供電情況。EPON系統(tǒng)中的ONU采用并聯(lián)接入的方式，不會影響其他ONU的運行，且EPON系統(tǒng)基于無源系統(tǒng)，不會受到雷電的干擾; (3)業(yè)務能力。配電網傳輸數據量大，針對帶寬要求較高，EPON系統(tǒng)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(xiàn)無縫對接; (4)可拓展性。配電系統(tǒng)的網絡規(guī)模需要根據地區(qū)的經濟及供電狀況的變化進行改變，EPON系統(tǒng)具備易拓展的特點，可以有效應用于配電智能系統(tǒng)中。 3.2 EPON技術在配電智能系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(huán)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(huán)網柜/分支箱出現(xiàn)多回路分段分叉情況，終端信息隨TTU分散。 (2)手拉手環(huán)網連接方式 手拉手環(huán)網通過主干線末端間進行直接連接，實現(xiàn)開環(huán)運行和閉網接線的特點(如圖4所示)。在該方式下，RTU根據環(huán)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(xiàn) 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(tǒng)采用分區(qū)自治的方式(如圖5所示)，將配電網分為多個區(qū)域，進行獨立IP段分配，通過以太網交換機及路由器實現(xiàn)OLT的互聯(lián)。 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(xiàn)2層互聯(lián)，快速實現(xiàn)樹狀鏈路。如果整個構架系統(tǒng)中的一部分設備發(fā)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(lián)，進一步提升了系統(tǒng)的穩(wěn)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(xiàn)分區(qū)自治的方案，不會受到其他區(qū)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(tǒng)的運行速率，同時保證了配電通信系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。 5 結束語 隨著信息技術的發(fā)展，配電網中信息傳輸的安全問題也面臨巨大的挑戰(zhàn)，為了提高數據傳輸安全問題，進一步保證電力系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的混合通信方案[J]. 電力系統(tǒng)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(tǒng)及其安全機制[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2010, 34(8):72-75
評論