本站原创关键词：EPON通信 继电保护及控制 过程层通信 仿真平台 智能变电站
1007-9416（2013）01-0036-03
智能变电站是智能电网的重要基础结点和支撑，智能变电站的核心技术之一是网络通信技术，现阶段，国内智能变电站主要采用工业以太网交换机进行过程层通信系统的网络体系设计，过程层工业交换机相对普通工业交换机更加昂贵，据调研，国内已投运的智能变电站，仅工业交换机部分的成本几乎和整个变电站二次保护控制设备成本相当，甚至更高。另外考虑到目前过程层以太网交换机基本由国外设备制造商提供，如罗杰康（RuggedCom）等，从国家安全的角度考虑，也需要探讨和研究一种与采用过程层工业以太网交换机相比更经济实用、更适应通信技术光纤化的发展趋势的通信技术。
EPON（Ethernet Passive Optical Network）以太网无源光网络技术是一种光纤接入网技术，在电信宽带入户、网吧建设等领域得到了广泛应用，在电力系统的配网自动化和用电自动化业务领域有初步的应用经验，如江西瑞昌基于EPON的用电信息采集应用、浙江海盐基于EPON的配网应用。基于EPON和Oplc（Optical Fiber Composite Low-voltage Cable）光纤复合低压电缆的电力光纤入户技术在智能小区及智能家居、物联网、电动汽车充换电站自动化系统等领域有较好的应用前景。
本文作者曾发表文章对智能变电站过程层采用EPON通信技术组网的关键通信指标如GOOSE传输时延、SV传输时延、离散度等进行了实验研究，但尚缺乏对完整的继电保护及控制业务功能实现情况进行研究[3]。
本文在分析智能变电站继电保护及控制功能实现对过程层通信系统业务特性要求基础上，设计了基于EPON通信技术的智能变电站继电保护及控制技术仿真平台，以一个典型的、完整的智能变压器差动保护功能的实现为研究及评测对象，结合实验现象，围绕几个关键技术指标进行分析。
1 业务分析
1.1 通信业务特点
EPON技术以光纤作为信息传输网络的载体，链路层采用以太网协议，和智能变电站现有的以太网应用一致，非常适合智能变电站环境的通信系统应用。智能变电站自动化系统的继电保护及控制设备基本属于“分散数据采集，集中功能处理”的工作方式，即通过智能变电站过程层网络分散采集合并器送来的SV采样值数据，进行继电保护功能运算后，通过智能终端设备进行跳闸操作。光纤介质传输抗干扰性好，非常适合于智能变电站信息传输，若采用EPON技术进行过程层网络组网，则整个通信传输系统在不考虑冗余情况下，只需要1台OLT及分光器、若干ONU即可实现终端设备和监控系统的通信。如果能够满足智能变电站实时性和可靠性传输要求，在成本上具有明显优势，EPON技术在智能变电站自动化系统过程层通信组网的应用可行性研究具有一定的现实意义[4]。
1.2 关键通信指标
1.2.1 网络流量
通常智能变电站中的站控层网络所传递的监控数据信息较少，100M以太网完全能很好地满足网络流量的要求；而实时性要求更高的GOOSE报文和采样值报文所产生的网络流量较大，因此在实际的智能变电站网络设计中，常常是需要预估站内的网络流量GOOSE报文和采样值报文的数据流量来设计它们的组网模式和网络划分。1.2.2 网络带宽
网络带宽是指在一个固定的时间内（通常是1秒），网络能通过的最大位数据。就好像公路的宽度一样，越宽就越能通过更多的汽车一样，网络带宽的越宽则网络能通过的数据信息越多。因此，带宽是衡量网络的数据传递通过能力的技术指标，它的单位是bit/s（比特/秒）。目前通常所使用的以太网是100Mbit/s。1.2.3 网络时延
网络延时是指数据信息从发送计算机发出到接收计算机收到的传递过程所费的时间。在以太网中影响网络延时的主要因素是路由的跳数（因为每次交换机的路由转发都需要处理时间，因此路由跳数越多，网络延时越多）和网络流量（网络流量越大，交换机和路由器排队的时间也就越长，网络延时也就越大）。1.2.4 采样值离散度
一个智能变电站过程层合并器发送采样值的一个关键指标，反映了采样值发送的均匀性，正常工作的合并器需要有基本恒定的采样值发送间隔，80点采样的合并器一般要求250us的发送间隔。1.2.5 GOOSE传输时延
GOOSE是智能变电站特有的一种快速信息传输机制，尤其是通过GOOSE进行联闭锁及保护跳闸的重要操作需要有较高的传输性能要求。2 基于EPON的继电保护控制装置设计
目前智能变电站一般采用基于过程层工业以太网的网络通信技术，各单元保护控制设备提供电以太网口和光以太网口，户外安装的设备基本都要求采用光以太网口方式。智能变电站若采用基于EPON的通信网络技术，工业以太网交换机将被替代为EPON设备，如ONU，OLT，分光器等设备，各单元保护控制设备也相应地需要提供EPON通信接口。
支持EPON通信接口的智能变电站保护控制
源于：论文大纲www.udooo.com
设备研制最成熟快捷的方式就是在原有的以太网通信板上加入一块“以太网--EPON”的转换接口板。这块“以太网--EPON”转换接口板主要角色类似ONU设备，相当于ONU的内置设计。为进一步提升通信传输效率，可考虑“内部总线直连”方式，即业务功能CPU通过FIFO或者其它高速总线，如PCIE直接将业务数据转换为EPON通信接口形式的传输数据，不必通过以太网的中间转换过程。源于：论文集www.udooo.com