用電信息采集系統(tǒng)EPON建設(shè)方案

1引言

改革開放30年，隨著電力體制市場化改革進程的不斷推進，做為關(guān)系國家能源安全和國民經(jīng)濟命脈的國家電網(wǎng)公司提出了建設(shè)“一強三優(yōu)”的戰(zhàn)略目標。為建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的和諧社會，更好的實現(xiàn)節(jié)能減排，階梯電價政策執(zhí)行的腳步已經(jīng)邁近。而電力用戶用電信息的實時采集是此項政策實施的一個重要技術(shù)手段。

通過建設(shè)用戶用電信息采集系統(tǒng)，可以實現(xiàn)計量裝置在線監(jiān)測和用戶負荷、電量、電壓等重要信息的實時采集，可及時、完整、準確掌控電力用戶信息，為此作為用戶用電信息采集系統(tǒng)的3個重要部分，業(yè)務(wù)主站系統(tǒng)、用戶信息采集、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在建設(shè)之中要充分考慮如何滿足用戶用電數(shù)據(jù)實時采集的需求，其中數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)做為用戶用電數(shù)據(jù)的傳輸通道更為關(guān)鍵，需要選擇最合適的技術(shù)手段，從而確保用戶用電信息采集安全、可靠、準確的運行。

2不同數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)比較

前期部分網(wǎng)省公司已經(jīng)試點建設(shè)了用戶用電信息采集系統(tǒng)，其中在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的遠程通道主要采用GPRS/CDMA和230 MHz專網(wǎng)方式，這2種方式在保證系統(tǒng)通信可靠性、滿足實時性及安全性要求的角度考慮都會存在一些問題。GPRS/CDMA方式需要借助運營商的資源，將用戶用電信息在運營商的網(wǎng)絡(luò)上進行承載，存在一定的安全隱患，同時由于GPRS/CDMA和230 MHz在可靠性和滿足用戶用電信息實時性方面也存在問題，因此，對于用戶用電信息采集系統(tǒng)需要選擇一種運行安全可靠、能確保用戶用電信息數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)倪h程通道。而光纖方式組網(wǎng)相對前2種方式，無論在保證系統(tǒng)通信可靠性，還是滿足實時性及安全性要求的方面都較為合適，由于用戶均處于電網(wǎng)的最末端，要全面采用點對點方式的光纖覆蓋，成本過高，為了節(jié)約投資，采用EPON技術(shù)做為用戶用電信息采集系統(tǒng)的遠程傳輸通信十分合適。

3 EPON技術(shù)簡介

目前，基于PON(無源光網(wǎng)絡(luò))的實用技術(shù)主要有APON/BPON、GPON、EPON、WDM PON等幾種，其主要差異在于采用了不同的2層技術(shù)。為更好適應(yīng)IP業(yè)務(wù)，第1英里以太網(wǎng)聯(lián)盟(EFMA)在2001年初，提出了在2層用以太網(wǎng)取代ATM的EPON技術(shù)，IEEE 802.3ah工作小組對其進行了標準化，可以支持1.25 Gbit/s對稱速率。隨著光器件的進一步成熟，IEEE將在2009年9月推出IEEE 802.3av 10 G EPON標準，速率可以提升到10 Gbit/s，并兼容1.25 G EPON。由于其將以太網(wǎng)技術(shù)與PON技術(shù)完美結(jié)合，因此，非常適合IP業(yè)務(wù)的寬帶接入技術(shù)。

EPON通過點到多點、單纖雙向的PON網(wǎng)絡(luò)來傳送Ethernet報文，EPON 鏈路層采用以太網(wǎng)技術(shù)，因此，報文封裝上無額外開銷。EPON的主要目的是充分利用PON的優(yōu)點，實現(xiàn)一個分布式以太網(wǎng)交換機的功能。EPON由3個部分組成：局端設(shè)備OLT(光線路終端)、終端設(shè)備ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)及由分光器及光纖組成的光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN);可以認為OLT、ONU組成了1個分布式的以太網(wǎng)交換機。分光器不需要電源，是玻璃體，可以根據(jù)需要把輸入光分成不同比例的多個光，如1：2、1：4、1：32等，這種無源點對多點的分發(fā)結(jié)構(gòu)構(gòu)成了PON的主要優(yōu)點。

EPON使用G.652標準的單模光纖，下行波長為1 490 nm、上行波長為1 310 nm;鏈路層速率是上下行對稱各1.25 Gbit/s;PON網(wǎng)絡(luò)中光纖的長度在0.5～20 km。

EPON的主要標準由IEEE802.3ah-2004規(guī)定。運營商(如日本NTT、中國電信)在報文加密、OAM、DBA方面作了補充規(guī)定，并實現(xiàn)了EPON設(shè)備的互通。

EPON繼承了以太網(wǎng)的全部特性，可以采用基于以太網(wǎng)的VLAN技術(shù)、報文封裝和轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)、接入認證技術(shù)、DiffServ、隊列管理(PQ/WFQ)、擁塞控制WRED等技術(shù)靈活實現(xiàn)全IP化寬帶接入，提供接入安全和QoS保證。其特有的DBA和OAM實現(xiàn)，增強了用戶帶寬控制和可管理功能。

4 電力采集系統(tǒng)EPON系統(tǒng)建設(shè)方案

4.1 EPON技術(shù)適合電力采集系統(tǒng)應(yīng)用

電力系統(tǒng)接入點分散、野外環(huán)境復雜、接入點擴容變化大，建設(shè)集抄和配電自動化網(wǎng)絡(luò)需要一套技術(shù)先進、穩(wěn)定可靠、擴展便捷、成本最優(yōu)的通信接入系統(tǒng)。EPON作為全IP化寬帶光纖接入系統(tǒng)，可以有星型、F型、一字型等多種組網(wǎng)方式，能很好滿足電力系統(tǒng)接入需求，EPON用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用模型，如圖1所示。

圖1 EPON用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用模型

無源光網(wǎng)絡(luò)可以很好工作于野外環(huán)境，對雷電、電磁波等干擾具有天然免疫能力;OLT放置于高壓變電所機房，沿變電站敷設(shè)光纜，采用總線型接入方式，通過分光器就近接入各變電站，總線型光纖接入方案實例，如圖2所示。

圖2 總線型光纖接入方案實例

當增加變電站時，可以就近從分光器引出分支光路接入，無需額外增加設(shè)備;對于可靠性要求高的接入環(huán)境，可以采用手拉手網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)全光路保護，如圖3所示。

圖3 “手拉手”結(jié)構(gòu)的全光纖保護組網(wǎng)

4.2 EPON部署方式建議

前面介紹了EPON技術(shù)的基本原理和技術(shù)特點，對于用戶用電信息采集系統(tǒng)如何應(yīng)用EPON技術(shù)來組網(wǎng)是非常關(guān)鍵的，其中更要重點考慮組網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)和設(shè)備(OLT)的作用，能夠適合各網(wǎng)省公司以及直轄市的采集系統(tǒng)應(yīng)用部署模式有集中和分布2種形式。

主站集中部署僅在省公司部署一套主站系統(tǒng)，實現(xiàn)統(tǒng)一的通信接入平臺，直接采集全省范圍內(nèi)的所有現(xiàn)場終端和表計，集中處理信息采集、數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)應(yīng)用，這種方式只適合用戶數(shù)較小區(qū)域;主站分布式部署，每個地市公司1套，由于低電壓等級變電站在市區(qū)數(shù)量眾多，如果所以O(shè)NU均直接連接到市公司的OLT上，由于數(shù)量多，會對網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行帶來影響，在電力行業(yè)的廣域網(wǎng)項目中，網(wǎng)絡(luò)劃分為核心、匯聚、接入3個層次。其中匯聚層非常關(guān)鍵，起到了承上啟下的作用，為此在用戶用電信息采集系統(tǒng)中必須根據(jù)3層架構(gòu)進行組網(wǎng)，設(shè)置分布式多臺OLT分擔地市公司的負載。同時，為了確保可靠性，還可以將多臺OLT之間進行環(huán)網(wǎng)連接，實現(xiàn)一個可靠的保護。如圖4所示。