用電信息采集系統(tǒng)EPON建設(shè)方案

1引言

改革開(kāi)放30年，隨著電力體制市場(chǎng)化改革進(jìn)程的不斷推進(jìn)，做為關(guān)系國(guó)家能源安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈的國(guó)家電網(wǎng)公司提出了建設(shè)“一強(qiáng)三優(yōu)”的戰(zhàn)略目標(biāo)。為建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的和諧社會(huì)，更好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，階梯電價(jià)政策執(zhí)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(xiàng)政策實(shí)施的一個(gè)重要技術(shù)手段。

通過(guò)建設(shè)用戶(hù)用電信息采集系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)量裝置在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和用戶(hù)負(fù)荷、電量、電壓等重要信息的實(shí)時(shí)采集，可及時(shí)、完整、準(zhǔn)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(tǒng)的3個(gè)重要部分，業(yè)務(wù)主站系統(tǒng)、用戶(hù)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(mǎn)足用戶(hù)用電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集的需求，其中數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)做為用戶(hù)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(hù)用電信息采集安全、可靠、準(zhǔn)確的運(yùn)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(diǎn)建設(shè)了用戶(hù)用電信息采集系統(tǒng)，其中在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的遠(yuǎn)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(tǒng)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(yùn)營(yíng)商的資源，將用戶(hù)用電信息在運(yùn)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(duì)于用戶(hù)用電信息采集系統(tǒng)需要選擇一種運(yùn)行安全可靠、能確保用戶(hù)用電信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)倪h(yuǎn)程通道。而光纖方式組網(wǎng)相對(duì)前2種方式，無(wú)論在保證系統(tǒng)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(duì)點(diǎn)方式的光纖覆蓋，成本過(guò)高，為了節(jié)約投資，采用EPON技術(shù)做為用戶(hù)用電信息采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)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(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(duì)其進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，可以支持1.25 Gbit/s對(duì)稱(chēng)速率。隨著光器件的進(jìn)一步成熟，IEEE將在2009年9月推出IEEE 802.3av 10 G EPON標(biāo)準(zhǔn)，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(guò)點(diǎn)到多點(diǎn)、單纖雙向的PON網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳送Ethernet報(bào)文，EPON 鏈路層采用以太網(wǎng)技術(shù)，因此，報(bào)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(xiàn)一個(gè)分布式以太網(wǎng)交換機(jī)的功能。EPON由3個(gè)部分組成：局端設(shè)備OLT(光線(xiàn)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(rèn)為OLT、ONU組成了1個(gè)分布式的以太網(wǎng)交換機(jī)。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(gè)光，如1：2、1：4、1：32等，這種無(wú)源點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的分發(fā)結(jié)構(gòu)構(gòu)成了PON的主要優(yōu)點(diǎn)。

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

EPON的主要標(biāo)準(zhǔn)由IEEE802.3ah-2004規(guī)定。運(yùn)營(yíng)商(如日本NTT、中國(guó)電信)在報(bào)文加密、OAM、DBA方面作了補(bǔ)充規(guī)定，并實(shí)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(bào)文封裝和轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)、接入認(rèn)證技術(shù)、DiffServ、隊(duì)列管理(PQ/WFQ)、擁塞控制WRED等技術(shù)靈活實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P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(xiàn)，增強(qiáng)了用戶(hù)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(diǎn)分散、野外環(huán)境復(fù)雜、接入點(diǎn)擴(kuò)容變化大，建設(shè)集抄和配電自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)需要一套技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠、擴(kuò)展便捷、成本最優(yōu)的通信接入系統(tǒng)。EPON作為全I(xiàn)P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(mǎn)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(wú)源光網(wǎng)絡(luò)可以很好工作于野外環(huán)境，對(duì)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(jī)房，沿變電站敷設(shè)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(dāng)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(shè)備;對(duì)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(xiàn)全光路保護(hù)，如圖3所示。

圖3 “手拉手”結(jié)構(gòu)的全光纖保護(hù)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(duì)于用戶(hù)用電信息采集系統(tǒng)如何應(yīng)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?fù)浣Y(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(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的通信接入平臺(tái)，直接采集全省范圍內(nèi)的所有現(xiàn)場(chǎng)終端和表計(jì)，集中處理信息采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)應(yīng)用，這種方式只適合用戶(hù)數(shù)較小區(qū)域;主站分布式部署，每個(gè)地市公司1套，由于低電壓等級(jí)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(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)影響，在電力行業(yè)的廣域網(wǎng)項(xiàng)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(tǒng)中必須根據(jù)3層架構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)，設(shè)置分布式多臺(tái)OLT分擔(dān)地市公司的負(fù)載。同時(shí)，為了確?？煽啃?，還可以將多臺(tái)OLT之間進(jìn)行環(huán)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)一個(gè)可靠的保護(hù)。如圖4所示。