陳 亮

（國網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電分公司，石家莊 050051）

1 概述

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的深入推進(jìn)和大量智能用電設(shè)備、設(shè)施、分布式電源的接入，用戶與電網(wǎng)之間的實(shí)時(shí)信息呈爆發(fā)式增長，必須以強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)作為支撐平臺，充分采用基于以太網(wǎng)方式的無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）完成電力光纖入戶工程建設(shè)。

電力光纖入戶工程承載的業(yè)務(wù)分為兩類，電力系統(tǒng)類業(yè)務(wù)和三網(wǎng)融合類業(yè)務(wù)。電力系統(tǒng)類業(yè)務(wù)：在智能用電小區(qū)的10kV 低壓配電線路全部采用光纖復(fù)合低壓電纜實(shí)現(xiàn)電力線和光纖同時(shí)入戶，通過公共的無源光網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備完成光纖通道的連接，將光纖敷設(shè)至電能表，再進(jìn)一步延伸至用戶配電箱，完成小區(qū)用電信息采集，實(shí)現(xiàn)小區(qū)配電自動化、分布式電源控制、電動汽車充電控制等業(yè)務(wù)管理；三網(wǎng)融合類業(yè)務(wù)：在滿足小區(qū)配電管理需求的同時(shí)，以光纖復(fù)合低壓電纜承載電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)信號，提供公共信息服務(wù)，通過專屬的無源光網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備完成電力流與信息流的同步傳輸。從而使智能電網(wǎng)成為電力流、信息流、業(yè)務(wù)流高度統(tǒng)一的新型公共服務(wù)基礎(chǔ)平臺，打造通信網(wǎng)、廣播網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)三網(wǎng)融合的智能小區(qū)。

截止到目前國家電網(wǎng)公司在華北、北京等14個(gè)網(wǎng)省公司的23個(gè)城市，采用無源光網(wǎng)絡(luò)和光纖復(fù)合低壓電纜技術(shù)，完成36 740戶電力光纖入戶試點(diǎn)工程建設(shè)?！笆濉逼陂g，國家電網(wǎng)公司計(jì)劃電力光纖入戶工程覆蓋2 860萬用戶。

通過電力光纖入戶工程的建設(shè)有效提升了智能小區(qū)配電的管控能力，提高了工作效率。實(shí)現(xiàn)配電自動化后，特別是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成共享后，主站可以充分利用各個(gè)應(yīng)用功能來自動分析和處理各項(xiàng)管理事務(wù)，如報(bào)表統(tǒng)計(jì)、缺陷處理、停電管理等等，大大減少了人工參與量，不但提高了工作速度，也提高了工作的準(zhǔn)確性。與此同時(shí)，在滿足智能電網(wǎng)用電互動化、能效管理及分布式電源接入需求的同時(shí)，支持用戶接入互聯(lián)網(wǎng)、撥打電話、收看電視，以及水電氣三表集抄、家庭安防等智能家居綜合應(yīng)用，為用戶打造舒適美好、綠色環(huán)保的全新低碳生活方式。

2 無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及特點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)

a.物理層，采用單纖波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸，并定義了1000BASE－PX－10U／D 和1000BASEPX－20U／DEPON 2個(gè)無源光接口，分別支持10km 和20km 的距離傳輸。在無源光的傳輸機(jī)制上，通過MAC控制命令來控制和優(yōu)化終端設(shè)備（ONU）和局端設(shè)備（OLT）之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信。

b.數(shù)據(jù)鏈路層，通過多點(diǎn)MAC 控制協(xié)議功能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)仿真，支持點(diǎn)到多點(diǎn)的MAC 客戶層實(shí)體，支持對MAC的控制功能。處理（ONU）的發(fā)行和注冊，ONU 之間傳輸資源的分配，動態(tài)帶寬分配，統(tǒng)計(jì)ONU 本地?fù)砣麪顟B(tài)。

c.支持下行廣播傳輸方式，提供高效傳輸下行視頻廣播和組播業(yè)務(wù)。提供遠(yuǎn)端故障指示和遠(yuǎn)端環(huán)回控制管理。支持管理、測試和診斷激活OAM 功能的鏈路。并支持特點(diǎn)擴(kuò)展機(jī)制，提供對OAM 功能的擴(kuò)展和其他鏈路層或高層應(yīng)用的遠(yuǎn)程管控。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

a.測距特性，采用點(diǎn)到多點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的傳送。ONU 和OLT以不等同的邏輯距離存在。支持基于數(shù)字計(jì)時(shí)技術(shù)的帶內(nèi)開窗測距法，提供相應(yīng)的測距功能實(shí)現(xiàn)ONU 與OLT 邏輯距離測量，實(shí)現(xiàn)調(diào)整ONU 發(fā)送信號時(shí)延，實(shí)現(xiàn)ONU 發(fā)送的信號與OLT 發(fā)送的信號準(zhǔn)確復(fù)用。

b.突發(fā)接受，能夠提供基于局端設(shè)備接受機(jī)能的突發(fā)接受功能，支持通過時(shí)延補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)時(shí)隙同步，使數(shù)據(jù)包按照確定的時(shí)隙到達(dá)OLT。支持通過突發(fā)接受功能解決由于ONU 與OLT 非等距所造成的信號接收問題和由于線路特性差異所造成的信號發(fā)送功率問題。

c.帶寬分配，支持共享光纖機(jī)制，根據(jù)ONU 的具體要求，由OLT 完成帶寬分配。支持各ONU 采集用戶數(shù)據(jù)向OLT 高速上傳的功能，支持不同的ONU 發(fā)送的數(shù)據(jù)占用不同時(shí)隙的功能，支持以不同的用戶業(yè)務(wù)類型與特點(diǎn)差異分配帶寬的功能，并提供在帶寬相等的條件下擴(kuò)展終端用戶的功能。

d.時(shí)鐘提取，支持系統(tǒng)高速率，提供快速同步的功能。實(shí)現(xiàn)ONU 和OLT 以及上下行比特碼的時(shí)鐘一致。要求采用鎖定時(shí)延技術(shù)完成下行信號的時(shí)鐘提取和幀同步字檢測方法實(shí)現(xiàn)幀同步功能。

e.同步接收，支持OLT 和ONU 的快速同步，提供二者同步接收問題的解決方案。支持?jǐn)?shù)據(jù)錯位和相位突變糾錯，支持?jǐn)?shù)據(jù)接收內(nèi)容校驗(yàn)和數(shù)據(jù)補(bǔ)償。

3 無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電力光纖入戶的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用情況

110kV 變電站到智能用電小區(qū)10kV 配電室之間的輸電線路采用光纖復(fù)合架空相線（OPPC）；智能用電小區(qū)的10kV 低壓配電線路全部采用光纖復(fù)合低壓電纜（OPLC），將光纖敷設(shè)至電能表，再進(jìn)一步延伸至用戶配電箱，實(shí)現(xiàn)電力和光纖同時(shí)入戶。

智能用電小區(qū)內(nèi)的電力光纖網(wǎng)分為專用通道和公用通道2個(gè)網(wǎng)絡(luò)，二者采用完全物理隔離的方式，各自配置了一套獨(dú)立的基于以太網(wǎng)方式的無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）傳輸設(shè)備。專用通道的局端設(shè)備部署在110kV 變電站或小區(qū)配電室，終端設(shè)備部署在樓層電表箱，用于電表數(shù)據(jù)的透明傳輸；公用通道的局端設(shè)備部署在小區(qū)配電室，終端設(shè)備部署在用戶家里，用于數(shù)據(jù)、語音、視頻業(yè)務(wù)的傳送。

專用通道上行與用電信息采集主站相連，下行連接至樓層電表箱，用于采集智能電表的用電信息；公用通道上行與互聯(lián)網(wǎng)相連，可與物業(yè)主站、95598門戶網(wǎng)站進(jìn)行交互，下行與用戶家庭終端設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)智能家居，支撐“三網(wǎng)融合”業(yè)務(wù)。

智能用電小區(qū)10kV 配電室至樓宇配電柜及樓宇配電柜至用戶電表箱均敷設(shè)三相四（五）線的光纖復(fù)合低壓電纜（OPLC），電表箱至用戶家庭配電箱敷設(shè)單相光纖復(fù)合低壓電纜。

因智能用電小區(qū)內(nèi)的電力光纖網(wǎng)的專用通道和公用通道采用物理上完全隔離的方式，所以需要配置2臺局端設(shè)備。2臺局端設(shè)備一般配置在小區(qū)10 kV 配電室，與光纖復(fù)合低壓電纜構(gòu)成的光纖通道相連接。專用通道OLT 與公司電力信息專網(wǎng)相連接，公用通道OLT 與公司信息外網(wǎng)相連接或與電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)相連接。

專用通道ONU 部署在樓層設(shè)備（電表）箱。使用485線將電能表485口串接，并與ONU485口連接，實(shí)現(xiàn)對電能表數(shù)據(jù)的采集。

公用通道ONU 部署在用戶家里，通過ONU的以太網(wǎng)口、PSTN（公用交換電話網(wǎng)絡(luò)）口和有線電視口實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)、語音、視頻業(yè)務(wù)的透明傳送。

EPON 支持1：32 分 光，即OLT 的1 個(gè)PON口引出的1根光纖最大可分接32個(gè)終端ONU，分光需要通過分光器實(shí)現(xiàn)。分光器一般部署在樓宇配電柜和單元電表箱處。

3.2 技術(shù)特點(diǎn)

a.光信號的傳輸不會與其它電磁信號相互干擾。光傳輸和電能傳輸屬于2種不同類型的傳輸方式，不會產(chǎn)生對抗性電磁干擾。同樣，光纖和電力線屬于2種不同介質(zhì)的導(dǎo)體，2種材料復(fù)合在一起無需考慮電力傳輸和光傳輸?shù)南嗷ソ^緣問題。

b.光電復(fù)合導(dǎo)線新材料使復(fù)合型公共傳輸網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)成為可能。為了充分開發(fā)和挖掘電力網(wǎng)資源，應(yīng)將電力網(wǎng)改造成全社會共享的復(fù)合型公共傳輸網(wǎng)；要想獲得這樣的公共傳輸網(wǎng)，必須解決語音、數(shù)據(jù)、視頻等信息傳送的問題。

c.完全沒有“EMC”（電磁兼容性）及可靠性等一系列錯綜復(fù)雜的技術(shù)問題和頻率管制問題。復(fù)合型電力導(dǎo)線不會像“PLC”（電力線載波）及其它技術(shù)那樣產(chǎn)生高頻電磁輻射。

由上可見，無源光網(wǎng)絡(luò)在電力光纖入戶的應(yīng)用是可行的。實(shí)施容易，不需要攻關(guān)期和較大的攻關(guān)資金，只要投入較少的費(fèi)用把現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)整合和提升，就可以實(shí)現(xiàn)光纖到戶和理想的寬帶接入。同時(shí)，電力光纖入戶與我國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的各項(xiàng)政策、戰(zhàn)略步伐，與世界信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向是完全同步、完全融合的。

4 無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在配網(wǎng)自動化的應(yīng)用

4.1 應(yīng)用情況

在通信主站安裝1 套一體化通信監(jiān)控管理平臺，它首先完成1個(gè)通用的網(wǎng)管軟件支撐平臺系統(tǒng)，然后在此平臺系統(tǒng)上完成各種通信設(shè)備的網(wǎng)元管理系統(tǒng)。變電站利用無源光網(wǎng)絡(luò)EPON 技術(shù)構(gòu)建寬帶、穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)。在架空線路及電纜線路鋪設(shè)光纜，通過手拉手線路形成保護(hù)光環(huán)網(wǎng)，通過骨干光傳輸網(wǎng)接入配調(diào)EPON 中的局端設(shè)備集中安裝在變電站中，并接入到調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，通過通信網(wǎng)骨干層接入到配電通信主站中，在通信主站提供千兆以太網(wǎng)與配電自動化主站系統(tǒng)連接。ODN 根據(jù)實(shí)際線路情況配置，ONU 安裝于公用或?qū)Ｓ米儔浩?、柱上開關(guān)附近的設(shè)備箱中，通過1個(gè)或多個(gè)以太網(wǎng)接口、RS232接口，與集中器或采集終端設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)配電終端的接入，并經(jīng)變電站調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通過通信網(wǎng)骨干層接入到配電通信主站中，以便于集中管理維護(hù)。

4.2 技術(shù)特點(diǎn)

配電通信網(wǎng)的組網(wǎng)方式為全光纖組網(wǎng)，該方式采用無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）技術(shù)構(gòu)建寬帶、穩(wěn)定的配電通信網(wǎng)絡(luò)。OLT 集中安裝在110kV 變電站中，以充分利用現(xiàn)有局所機(jī)房資源，減少配套投資，另外，便于集中管理維護(hù)。OLT 的理論覆蓋距離達(dá)20km。光網(wǎng)絡(luò)元設(shè)備一般安裝在10kV 配電機(jī)房、環(huán)網(wǎng)柜、開閉所、公變等站點(diǎn)，如果在室外也可以安裝在配電終端的機(jī)箱中，和配電終端等通過以太網(wǎng)、RS－485接口連接，實(shí)現(xiàn)配電終端信息的接入。

基于以太網(wǎng)方式的無源光網(wǎng)絡(luò)中的局端設(shè)備分布位于2個(gè)高壓變電站，和環(huán)網(wǎng)柜形成2串光網(wǎng)絡(luò)元設(shè)備連接架構(gòu)。光纖中間端口，可以“往左”和“往右”到不同OLT。和全保護(hù)要求不同的是，OLT 平時(shí)可處于主、備狀態(tài)。當(dāng)光纖故障或OLT 故障是能自動切換。各變電站之間的OLT，通過兩兩“手拉手”形成環(huán)路保護(hù)，因此各OLT 之間可以相互配置備份、保護(hù)關(guān)系。

5 應(yīng)用效果

基于以太網(wǎng)方式無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）技術(shù)的電力光纖入戶是促使現(xiàn)代智能用電小區(qū)利用電力線通信等技術(shù)構(gòu)建信息通信網(wǎng)絡(luò)的主要手段。工程的實(shí)質(zhì)是采用雙向互動智能表計(jì)、用戶智能交互終端等技術(shù)，建立用戶與電網(wǎng)之間的實(shí)時(shí)連接和互動開發(fā)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，滿足了電網(wǎng)互動營銷的需求。工程應(yīng)用實(shí)施過程中所實(shí)現(xiàn)的智能電網(wǎng)用戶服務(wù)系統(tǒng)包含了電力線寬帶網(wǎng)絡(luò)信息采集系統(tǒng)、智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和社區(qū)服務(wù)增值等系統(tǒng)，即以上所提及的智能家居電力網(wǎng)承載電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的三網(wǎng)融合。

6 結(jié)束語

國家電網(wǎng)公司已明確要求在建和即將建設(shè)的智能用電小區(qū)均要實(shí)現(xiàn)電力和光纖同時(shí)入戶。為此通過無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力光纖入戶是智能電網(wǎng)乃至物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)在要求，電網(wǎng)推進(jìn)光纖和電纜融合標(biāo)志著智能電網(wǎng)和傳統(tǒng)三網(wǎng)開始在用戶端走向融合。

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