基于EPON技术的海岛智能微电网通信系统研究与设计

电工电气 (20 9 No.8)作者简介：庞亚杰(1990- )，女，助理工程师，硕士，从事电力通信设计相关工作；王志进(1978- )，男，高级工程师，本科，从事电力通信研究和设计相关工作。

基于EPON技术的海岛智能微电网通信系统研究与设计庞亚杰，王志进(中国电建集团海南电力设计研究院有限公司，海南 海口 570100)摘 要：为解决远海岛屿微电网的运行稳定性、可靠性、安全性等问题，提出了一种基于以太网无源光网络（EPON）技术的海岛智能微电网通信系统设计方案。

基于EPON 技术原理与组网优势以及海岛智能微电网通信系统需求，研究了海岛智能微电网通信网络整体架构，并对海岛光缆敷设方案以及EPON 光传输网络的具体组网方案进行了设计，实现了一个基于双EPON 光传输网络的高可靠性海岛智能微电网通信系统，实际应用表明，该通信系统可有效保障海岛微网的稳定运行。

关键词：海岛微电网；通信系统；EPON 技术；双网络；光纤通信中图分类号：TM727；TM732 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2019)08-0017-04Abstract: In order to solve the stability, reliability, safety and other operational problems of the remote island smart micro-grid this paper proposed a kind of design scheme of smart micro-grid communication system based on EPON technology. On the basis of the EPON technol-ogy principle and networking advantages and the demand for communication system of island smart micro-grid, this paper studied on the overall network architecture of the island microgrid communication system and designed the plan of cable laying and the specific network scheme of the EPON optical transmission network and realized a high reliability island intelligent micro-grid communication system based on dual EPON network. The practical application shows that the system can effectively guarantee the stable operation of the island micro-grid. Key words: island micro-grid; communication system; EPON technology; dual network; fiber communicationPANG Ya-jie, WANG Zhi-jin（Powerchina Hainan Electric Power Design and Research Institute Co., Ltd, Haikou 570 00, China ）Research and Design of Smart Island Micro-Grid CommunicationSystem Based on EPON Technology0 引言我国海洋资源丰富，拥有海岛数量众多，且国家越来越重视海洋战略、海军建设及海岛经济的发展，而建设一个可靠稳定的海岛电网是海岛开发的基础，可以解决远海岛屿和大型海上设施的供电问题[1-2]。

然而海岛独特的地理条件，使得传统电网技术已无法适应海岛电网的快速发展需求[3]，海岛微电网技术可充分利用当地光伏、风电、海洋能等清洁能源，是解决这一问题的一个行之有效的途径[4]，因此对海岛微电网的研究与建设具有很重要的实际意义。

海岛微电网较大电网规模小很多，但同样涵盖电力系统发、输、变、配、用、调度各大环节，而且包含的分布式电源种类多样[5-6]，所以微电网同样需要采用功率控制、继电保护、在线监测等方式来确保其安全稳定运行[7-9]，而实现这一目标的前提是微电网具备完整可靠的电力通信网络[10]。

本文首先对微电网通信需求进行了分析，接着对现有微网通信方式进行了对比并对以太网无源光网络(Ethernet Passive Optical Network，EPON)技术原理进行了阐述，在此基础上以西沙群岛这类远海岛屿为背景设计了一种基于EPON 技术的海岛智能微电网通信系统，该系统已于在南海一海岛智能微电网工程中投入使用，该海岛微电网是我国首个远海岛屿智能微电网，智能微网的建设使该岛屿的供电能力提高了8倍，而本系统的应用则有效保障了该微网的供电稳定性。

基于EPON技术的海岛智能微电网通信系统研究与设计电工电气 (20 9 No.8)1 海岛智能微电网通信系统需求分析海岛微电网建设环境复杂，网络架设及维护难度高；系统内各单元类型也不统一，包含柴油发电、光伏及风力等新能源发电、储能系统、配电系统及各类用电负荷等多种涉网设备。

海岛微电网通信系统的建设必须考虑以上因素，以及海岛微电网实时、高速、安全和高可靠性的通信要求，总的来说，海岛智能微电网对通信系统的需求主要为下述几点。

1)高信息综合性。

海岛微电网内涉网设备种类多，各单元需通过通信系统相互连接；信息产生的场景及种类也比较复杂，包括发电、输电、变电、配电、调度和用电等不同场景产生的数字信号、模拟信号等。

因此，海岛微电网通信系统必须具备很高的数据综合处理能力，能进行各类信号的融合，保证复杂数据流的正确处理。

2)安全通信冗余。

海岛微电网所处环境较复杂，系统内设备易发生故障，这就要求通信系统须具备很高的安全可靠性，以确保微电网在故障情况下依然能够监控到关键数据。

因此微电网通信网络的设计需保证一定的冗余性，最好采用双链路网络，同时对网络故障的发生也要具有相应的检测能力。

3)易于拓展维护。

微电网通信网络应具有高灵活性，后期网络扩建时能实现网络节点的“即插即用”，具有足够的通信容量与通信接口，且拓扑结构变化灵活、扩展能力强。

另外，微电网建设时应考虑经济性，满足集中监控、无人或少人值守的要求，网络具备故障诊断能力且运维简单。

4)协议规范统一。

微电网设备生产厂家多、类型杂，具备统一的数据格式、通信协议等才能满足系统内的兼容性，而且部分离陆地较近的海岛微电网采取并入大电网的模式，因此为了实现微电网系统间兼容接入，微电网通信必须采用公开公认的技术标准和协议规范。

2 海岛智能微电网通信技术选择2.1 现有微电网通信方式分析目前常用的海岛微网通信方式主要有EPON 技术、工业以太网技术、无线公网通信技术、无线专网通信技术、有源光网络(Active Optical Network，AON)、电力线载波技术等。

1)工业以太网技术为有源设备，扩容成本大，且无法抵挡多点失效。

2)无线公网通信技术，如GPRS、CDMA等，易受环境影响，使用费较高，且受制于运营商，安全性差。

3)无线专网通信技术需要专用频率资源，易受环境影响，投资较大。

4)AON技术体制成熟，网络运维困难，扩容成本大。

5)电力线载波技术通信噪声大，信号衰减严重，组网困难，实时性差。

2.2 EPON技术简析及其优越性分析EPON是无源光网络(Passive Optical Network，PON)技术的一种，该技术将PON技术与Ethernet技术进行结合，在链路层使用以太网协议，具有与以太网技术相同的数据帧结构，是一种采用点到多点结构的单纤数据全双工双向传输的光纤通信技术[11-12]。

EPON技术通过波分复用技术实现接收信号与发送信号在单纤中传输，其中接收波长为1310nm，发送波长为1490、1350nm。

一个典型的EPON系统主要包括放在中心机房的光线路终端OLT、放在用户设备端的ONU以及由分光器和光纤网络组成的用于给OLT、ONU提供光传输通道的光分配网络ODN三大部分[13]。

该系统采用时分复用(TDM)技术点对多点广播的方式将信号从OLT传输至下挂的ONU，采用时分多址复用(TDMA)技术将信号从ONU上传至OLT[14]。

EPON系统结构见图1。

EPON技术在海岛智能微电网通信系统应用中具有很高的优越性[15-17]，主要体现在如下几个方面：(1)采用单纤波分复用技术实现数据流的双向传输，节省系统光纤资源，且物理结构和数据传输均采取点到多点的方式，抗干扰能力强，能适应复杂的线路结构及恶劣环境。

(2)无源分光器的使用使得EPON网络拓扑结构非常灵活，用户终端可就近接入，且对网络性能的影响很小。

同时OLT可自动图1 EPON系统结构图基于EPON技术的海岛智能微电网通信系统研究与设计电工电气 (20 9 No.8)发现新加入ONU，网络扩容升级简单。

(3)网络稳定性强，能够抗多点失效，当出现某个光纤分支故障或者ONU 设备失效时，不会影响整体网络的正常通信。

(4)传输距离长且具有大带宽，可提供上下行对称的1.25Gbit/s 的带宽，同时可采用DBA 算法实现用户带宽的动态分配，达到带宽资源的共享效果。

(5)EPON 通信网络总体建网成本低、速度快且日常运维简单。

通过对海岛微电网通信系统需求的分析，以及对现有微网通信技术的比较，再结合EPON 技术的优势特点，可明显看出采用EPON 技术进行海岛智能微电网通信系统的设计，不仅可以满足海岛微电网对通信系统高安全稳定性、易拓展维护性、协议规范统一性等的需求，而且可以提供高可靠性、高性价比且易部署的通信网络。

因此，EPON 技术是海岛智能微电网通信系统建设的首选。

3 海岛智能微电网通信系统网络架构设计通过对微电网通信系统需求的分析以及对配电网自动化相关理论的研究[18-19]，再结合EPON 技术的组网特点，本文设计的海岛智能微电网通信网络整体架构见图2，从功能的角度主要分为数据采集终端部分、EPON 光传输网络及微网调度一体化系统。

1)数据采集终端部分包括与被测量对象直接相连的各种数据采集设备，例如计量信息采集装置、配网自动化终端DTU 等。

是分布式电源、配电自动化、用电信息采集、电能量监测等业务的接入点，通过以太网接口、RS232/485串口等接口与EPON 光传输网络连接。