GPON技術(shù)在智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)中的可行性研究

1、GPON技術(shù)在智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)中的可行性研究單位：內(nèi)蒙古烏拉特中旗電力有限責(zé)任公司部門：信息中心作者：趙鋼 康展 郭凱 摘要：隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，配網(wǎng)管理已經(jīng)成為智能電網(wǎng)發(fā)展中至關(guān)重要的一環(huán)，配網(wǎng)管理的實(shí)現(xiàn)需要依賴堅(jiān)實(shí)可靠的傳輸技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的監(jiān)測與控制，然而傳統(tǒng)通訊傳輸技術(shù)都存在著各種缺陷，難以滿足配網(wǎng)工程中所提出的各種要求，所以只有發(fā)展新技術(shù)，使用新設(shè)備才能打造出穩(wěn)定可靠地通訊傳輸系統(tǒng)。本文先從分析現(xiàn)有通訊技術(shù)開始，分析出現(xiàn)有通訊技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的通訊技術(shù)難以滿足配網(wǎng)建設(shè)中的各種需求，然后分析了GPON技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)GPON技術(shù)剛好符合配網(wǎng)建設(shè)的需求。關(guān)鍵詞：智能

2、電網(wǎng) 配網(wǎng)自動化 現(xiàn)有通訊技術(shù)分析比較 GPON技術(shù)ODN引言國家電網(wǎng)公司近年來不斷提高配網(wǎng)管理的地位，一改以往“重輸電，輕配電”的傳動格局，相繼成立了專門的配網(wǎng)管理部門，并在未來的電網(wǎng)投資安排中向配網(wǎng)傾斜。2010年明確提出了加強(qiáng)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的統(tǒng)一組織，策劃和實(shí)施，著力解決配網(wǎng)薄弱的問題的方針。要求組織開展配網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)與主網(wǎng)架規(guī)劃和地方城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展規(guī)劃的有效銜接，從源頭上解決電網(wǎng)結(jié)構(gòu)性不合理問題。加大城市配網(wǎng)和農(nóng)村配網(wǎng)的建設(shè)和改造力度，特別要加大中低壓配網(wǎng)投資比例，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)堅(jiān)強(qiáng)，結(jié)構(gòu)合理，安全可靠，運(yùn)行靈活，節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟(jì)高效的配網(wǎng)，解決供電“卡脖子”等突出問題，提高供電質(zhì)量和

3、可靠性。同時積極推出配網(wǎng)智能化工作，研究應(yīng)用相關(guān)新設(shè)備，新材料，新技術(shù)，提升配網(wǎng)技術(shù)的裝備水平。因此當(dāng)下的配網(wǎng)規(guī)劃要適應(yīng)新的形勢，滿足新的要求。1 智能電網(wǎng)對通信系統(tǒng)的要求 配電自動化系統(tǒng)的特點(diǎn)是規(guī)模大、涉及的自動化裝置多、終端數(shù)量多，而且地域分布廣，因此，需要一個有效、可靠的通信網(wǎng)。具體的要求主要有以下幾點(diǎn)： 1.1通訊系統(tǒng)的可靠性通信系統(tǒng)的可靠性配電自動化的通信系統(tǒng)是戶外安裝的，配電網(wǎng)所采集的數(shù)據(jù)和監(jiān)控對象運(yùn)行在溫度變化劇烈、環(huán)境污染、存在外力破壞可能性的惡劣的環(huán)境中，同時，通信系統(tǒng)應(yīng)能夠跨過故障區(qū)和停電區(qū)保持通信，抵抗強(qiáng)烈的瞬時干擾，保證長期穩(wěn)定可靠地工作，并要求在線路停電時，通信系統(tǒng)仍

4、能正常工作。因此，要求連接它們的通信系統(tǒng)具有很高的可靠性。 1.2通信系統(tǒng)的實(shí)時性 通信系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時采集和記錄監(jiān)測點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)以及發(fā)送各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表，實(shí)時監(jiān)控配電網(wǎng)的運(yùn)行，快速響應(yīng)。1.3接入業(yè)務(wù)的多需求通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)接入，承載話音、四線&EM 、RS485、RS232、Ethernet，視頻 等種多業(yè)務(wù)。2現(xiàn)有通信技術(shù)分析和比較2.1 電力線載波通信 電力線載波(PLC，Power Line Carrier)通信是電力系統(tǒng)特有的通信方式，利用現(xiàn)有的電力線將數(shù)據(jù)調(diào)制成載波信號或擴(kuò)頻信號，通過耦合器耦合到交直流電力線上。 PLC具有易維護(hù)、易使用、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其電力線問歇性噪聲較大

5、、信號衰減嚴(yán)重、線路阻抗經(jīng)常波動、大規(guī)模組網(wǎng)時非常困難，通常應(yīng)用于實(shí)時性、可靠性要求不高的系統(tǒng)中。2.2 SDH光傳輸通信 SDH光傳輸是電力系統(tǒng)通信傳輸網(wǎng)的主流技術(shù)，傳輸帶寬高、實(shí)時性好、可靠性強(qiáng)、支持多種環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議、抗干擾性能力強(qiáng)，為電力系統(tǒng)通信提供了可靠的傳輸平臺。但在配電自動化通信系統(tǒng)的接入層中采用SDH光傳輸設(shè)備，工作環(huán)境要求較高、帶寬利用率較低、施工難度較大、成本較高、部署困難。 2.3 基于工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的光通信 基于工業(yè)級以太網(wǎng)交換機(jī)的光通信是通過在配電網(wǎng)中各個通信站布放工業(yè)級交換機(jī)，以光纖為傳輸介質(zhì)組建光纖以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)具有高帶寬、環(huán)網(wǎng)保護(hù)、IP化趨勢等多方面優(yōu)

6、點(diǎn)，但其對配電網(wǎng)的光纖路由要求較高，無法滿足配電網(wǎng)通信的點(diǎn)到多點(diǎn)通信結(jié)構(gòu)及擴(kuò)容性，難以滿足抗多點(diǎn)失效等要求。2.4基于無線公網(wǎng)的通信方式 基于無線公網(wǎng)(GPRSCDMA)技術(shù)依靠租賃當(dāng)?shù)仉娦胚\(yùn)營商的無線資源組建電力無線專網(wǎng)，不需要電力投資線纜資源，組網(wǎng)靈活。但無線公網(wǎng)通信方式傳輸帶寬低，易受環(huán)境影響，信號不穩(wěn)定，運(yùn)營比較困難，并且無線公網(wǎng)受制于電信運(yùn)營商，帶寬較低，可靠性和實(shí)時性很差，不能廣泛滿足智能電網(wǎng)配電網(wǎng)通信要求。2.5無源光網(wǎng)絡(luò)(xPON)無源光網(wǎng)絡(luò)(xPON)技術(shù)是一種點(diǎn)到多點(diǎn)的光纖接入技術(shù)，由局端的 OLT(光線路終端)，用戶端的ONT/ONU(光網(wǎng)絡(luò)終端或稱作光網(wǎng)絡(luò)單元)，連接前

7、兩種設(shè)備由單模光纖(SM fiber)和無源分光器(Splitter)組成的ODN(光分配網(wǎng)絡(luò))以及網(wǎng)管系統(tǒng)組成。 在我國應(yīng)用前景十分看好、將得到規(guī)模應(yīng)用的是EPON和GPON 。GPON有著可靠性高，傳輸矩離遠(yuǎn)，抗干擾性能力強(qiáng)，高帶寬和高傳輸效率，在接入網(wǎng)層面上提供一個統(tǒng)一的接入平臺便于維護(hù)和管理等特點(diǎn)。通信技術(shù)PLCSDH工業(yè)以太交換機(jī)無線公網(wǎng)EPONGPON傳輸介質(zhì)電力線光纖光纖無線光纖光纖傳輸速率低速率高速率高速率低速率高速率高速率實(shí)時性較差好好差好好可靠性信號損耗大，抗干擾差，停電停止工作高可靠性高可靠性易受干擾，可靠性差高可靠性高可靠性安全性安全安全安全公網(wǎng)不安全安全安全組網(wǎng)方式?jīng)]

8、有保護(hù)架設(shè)光纜，可組環(huán)，鏈等多種組網(wǎng)方式，多種保護(hù)方式架設(shè)光纜，可組環(huán) 單一保護(hù)點(diǎn)對多點(diǎn)，扁平組網(wǎng)，沒有保護(hù)架設(shè)光纜，可組環(huán)，鏈等多種組網(wǎng)方式，多種保護(hù)方式架設(shè)光纜，可組環(huán)，鏈等多種組網(wǎng)方式，多種保護(hù)方式維護(hù)管理維護(hù)管理困難可統(tǒng)一管理可統(tǒng)一管理公網(wǎng)運(yùn)營商管理可統(tǒng)一管理可統(tǒng)一管理各種通信方式的對比3 GPON技術(shù)在智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)中優(yōu)點(diǎn)和組網(wǎng)方式3.1 GPON技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：可靠性高高帶寬2 .5 Gbps擴(kuò)展性強(qiáng)與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性方便管理這種解決方案可以在離中心站20公里的范圍提供服務(wù)并且支持交叉環(huán)和網(wǎng)狀環(huán)等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提供2.5Gbps的下行帶寬，在一根光纖上集成話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為每個用戶提供

9、T1/E1和快速Ethernet的服務(wù)。信息安全 配電自動化通信系統(tǒng)是一個綜合通信平臺，業(yè)務(wù)的隔離和信息安全是一個十分重要的問題。在OLT至主站的數(shù)據(jù)傳輸中，可以采用專網(wǎng)或通過電力通信光纖網(wǎng)中劃分單獨(dú)VC時隙實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)隔離。GPON系統(tǒng)上行時采用時分復(fù)用的方式，在每個0NU的時隙內(nèi)向OLT發(fā)送自己的業(yè)務(wù)，同時由于ODN的方向性，上行業(yè)務(wù)不存在安全性的問題。在下行方向，由于OLT以廣播的方式向ONU發(fā)送數(shù)據(jù)，每個ONU都能接收到來自目的地址為其他ONU的數(shù)據(jù)，有個別惡意用戶可以修改0NU的地址來獲取其他0NU的數(shù)據(jù)，為了防止惡意用戶盜取其他用戶信息，同時保障業(yè)務(wù)的安全性，可以采用VLAN的方式對用

10、戶及業(yè)務(wù)進(jìn)行邏輯隔離，以保障用戶及業(yè)務(wù)的安全性。3.2 GPON的組網(wǎng)方式GPON系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中一般將OLT設(shè)備安裝在變電站(配網(wǎng)子站)的專用通信機(jī)房中，每個配電自動化通信終端安裝ONU設(shè)備，實(shí)現(xiàn)終端數(shù)據(jù)信號的集中匯集到變電站機(jī)房，再通過SDH光纖網(wǎng)絡(luò)匯集到配電主站。配電自動化通信系統(tǒng)。GPON的組網(wǎng)方式從機(jī)房OLT到配電通信終端ONU的通信網(wǎng)絡(luò)通常稱為ODN(Optical Distribution Network光配線網(wǎng)絡(luò))。ODN一般根據(jù)配電網(wǎng)的線路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，光纜沿著l0 kV電力線敷設(shè)。對于架空單輻射線路ODN可以設(shè)計(jì)為單鏈路結(jié)構(gòu)。ODN（光配線網(wǎng)絡(luò)）結(jié)構(gòu)OLT位于2個不同的變電站，相互保護(hù)的2個PON口位于不同的0LT設(shè)備上，PON口倒換需要在2臺OLT之間進(jìn)行，同時每個ONU的2個PON口可以互為主備，配置數(shù)據(jù)到不同的OLT。手拉手全保護(hù)方案不但可以實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中單節(jié)點(diǎn)失效保護(hù)，還可以實(shí)現(xiàn)OLT的PON口或整個OLT失效時的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，能非常好的保護(hù)方案。ODN手拉手全保護(hù)方案5 結(jié)語 通信系統(tǒng)是配電自動化系統(tǒng)的重要組成部分，是配電