用電信息采集系統EPON建設方案

1引言

改革開(kāi)放30年，隨著(zhù)電力體制市場(chǎng)化改革進(jìn)程的不斷推進(jìn)，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“一強三優(yōu)”的戰略目標。為建設可持續發(fā)展的和諧社會(huì )，更好的實(shí)現節能減排，階梯電價(jià)政策執行的腳步已經(jīng)邁近。而電力用戶(hù)用電信息的實(shí)時(shí)采集是此項政策實(shí)施的一個(gè)重要技術(shù)手段。

通過(guò)建設用戶(hù)用電信息采集系統，可以實(shí)現計量裝置在線(xiàn)監測和用戶(hù)負荷、電量、電壓等重要信息的實(shí)時(shí)采集，可及時(shí)、完整、準確掌控電力用戶(hù)信息，為此作為用戶(hù)用電信息采集系統的3個(gè)重要部分，業(yè)務(wù)主站系統、用戶(hù)信息采集、數據通信系統在建設之中要充分考慮如何滿(mǎn)足用戶(hù)用電數據實(shí)時(shí)采集的需求，其中數據通信系統做為用戶(hù)用電數據的傳輸通道更為關(guān)鍵，需要選擇最合適的技術(shù)手段，從而確保用戶(hù)用電信息采集安全、可靠、準確的運行。

2不同數據傳輸技術(shù)比較

前期部分網(wǎng)省公司已經(jīng)試點(diǎn)建設了用戶(hù)用電信息采集系統，其中在數據通信系統中的遠程通道主要采用GPRS/CDMA和230 MHz專(zhuān)網(wǎng)方式，這2種方式在保證系統通信可靠性、滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性及安全性要求的角度考慮都會(huì )存在一些問(wèn)題。GPRS/CDMA方式需要借助運營(yíng)商的資源，將用戶(hù)用電信息在運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行承載，存在一定的安全隱患，同時(shí)由于GPRS/CDMA和230 MHz在可靠性和滿(mǎn)足用戶(hù)用電信息實(shí)時(shí)性方面也存在問(wèn)題，因此，對于用戶(hù)用電信息采集系統需要選擇一種運行安全可靠、能確保用戶(hù)用電信息數據實(shí)時(shí)傳輸的遠程通道。而光纖方式組網(wǎng)相對前2種方式，無(wú)論在保證系統通信可靠性，還是滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性及安全性要求的方面都較為合適，由于用戶(hù)均處于電網(wǎng)的最末端，要全面采用點(diǎn)對點(diǎn)方式的光纖覆蓋，成本過(guò)高，為了節約投資，采用EPON技術(shù)做為用戶(hù)用電信息采集系統的遠程傳輸通信十分合適。

3 EPON技術(shù)簡(jiǎn)介

目前，基于PON(無(wú)源光網(wǎng)絡(luò ))的實(shí)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(jìn)行了標準化，可以支持1.25 Gbit/s對稱(chēng)速率。隨著(zhù)光器件的進(jìn)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)完美結合，因此，非常適合IP業(yè)務(wù)的寬帶接入技術(shù)。

EPON通過(guò)點(diǎn)到多點(diǎn)、單纖雙向的PON網(wǎng)絡(luò )來(lái)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(wú)額外開(kāi)銷(xiāo)。EPON的主要目的是充分利用PON的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現一個(gè)分布式以太網(wǎng)交換機的功能。EPON由3個(gè)部分組成：局端設備OLT(光線(xiàn)路終端)、終端設備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(gè)分布式的以太網(wǎng)交換機。分光器不需要電源，是玻璃體，可以根據需要把輸入光分成不同比例的多個(gè)光，如1：2、1：4、1：32等，這種無(wú)源點(diǎn)對多點(diǎn)的分發(fā)結構構成了PON的主要優(yōu)點(diǎn)。

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

EPON的主要標準由IEEE802.3ah-2004規定。運營(yíng)商(如日本NTT、中國電信)在報文加密、OAM、DBA方面作了補充規定，并實(shí)現了EPON設備的互通。

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(shí)現全IP化寬帶接入，提供接入安全和QoS保證。其特有的DBA和OAM實(shí)現，增強了用戶(hù)帶寬控制和可管理功能。

4 電力采集系統EPON系統建設方案

4.1 EPON技術(shù)適合電力采集系統應用

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

圖1 EPON用電信息采集系統應用模型

無(wú)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，沿變電站敷設光纜，采用總線(xiàn)型接入方式，通過(guò)分光器就近接入各變電站，總線(xiàn)型光纖接入方案實(shí)例，如圖2所示。

圖2 總線(xiàn)型光纖接入方案實(shí)例

當增加變電站時(shí)，可以就近從分光器引出分支光路接入，無(wú)需額外增加設備;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(shí)現全光路保護，如圖3所示。

圖3 “手拉手”結構的全光纖保護組網(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(diǎn)，對于用戶(hù)用電信息采集系統如何應用EPON技術(shù)來(lái)組網(wǎng)是非常關(guān)鍵的，其中更要重點(diǎn)考慮組網(wǎng)的拓撲結構和設備(OLT)的作用，能夠適合各網(wǎng)省公司以及直轄市的采集系統應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，實(shí)現統一的通信接入平臺，直接采集全省范圍內的所有現場(chǎng)終端和表計，集中處理信息采集、數據存儲和業(yè)務(wù)應用，這種方式只適合用戶(hù)數較小區域;主站分布式部署，每個(gè)地市公司1套，由于低電壓等級變電站在市區數量眾多，如果所以ONU均直接連接到市公司的OLT上，由于數量多，會(huì )對網(wǎng)絡(luò )穩定運行帶來(lái)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(gè)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(hù)用電信息采集系統中必須根據3層架構進(jìn)行組網(wǎng)，設置分布式多臺OLT分擔地市公司的負載。同時(shí)，為了確?？煽啃?，還可以將多臺OLT之間進(jìn)行環(huán)網(wǎng)連接，實(shí)現一個(gè)可靠的保護。如圖4所示。