Page 37 - 网络电信2022年7/8月刊

基于光通信芯片的配电光通信解决方案

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汪波涛 ，齐生鹏 ，高冰 2
1. 国网信通产业集团北京智芯微电子科技有限公司
2. 国网衡水供电公司

摘要：目前国网实施配电自动化的城市中，其通信系统绝大部分采用基于以太网无源光网络(ethernet passive
optical network，EPON)光通信技术。提出一种配电光通信解决方案，其特点是基于配用电专用ONU 芯片设计光网络
单元(optical network unit，ONU)，将ONU 内嵌到配电终端中；同时将加密安全模块集成到ONU 模块中。与传统配
电通信EPON 解决方案相比，该方案综合考虑了配电终端通信系统的功能、性能，其将ONU 模块与配电终端进行一体
化设计，降低了模块功耗。通过配网现场试点表明，该方案不但能实现传统EPON 方案的环网保护、大数据量高速、
实时接入等功能，而且在系统功耗、安全、可维护性、经济性等方面具有较大优势。
关键词：配电自动化；以太网无源光网络(ethernet passive optical network，EPON)技术；嵌入式光网络单元
(optical network unit，ONU)模块；配电信息安全

一.引言 式配电光通信解决方案。该方案通过将ONU 模块与配电终端进
配电网自动化是利用通信、计算机、无线传感、网络等技 行一体化设计，一次性解决了上述传统电信级EPON 方案问题。
术，将配电网的在线数据和离线数据、用户数据、电网结构和 本文的设计将ONU 设备模块化内嵌到配电终端的主控制板内，
地理图形信息进行配电设备系统集成和信息数据集成，构成完 同时将配电加密功能集成到ONU模块中，提供适应不同配电业务
整的自动化系统。要实现配电自动化，通信系统是其中的一个 接入要求的RS485/232、以太网等接口形式。通过分析比较及现
[1]
关键环节 。 场试点表明，所提设计方案优于传统电信级EPON 解决方案。
国家电网公司在 2009 年开始了新一轮配电自动化试点 与电信级商用芯片比较，配用电专用芯片在以下方面进行
工程建设，同时发布了《配电自动化技术导则》，导则提出 了改进：
了“通信方式主要包括光纤专网、配电载波、无线专网和公 1）通过Pad 加固，所有PIN脚的ESD大于4000V；
网”，要求各地在实施过程中采用光纤为主，载波、无线等其 2）将千兆以太网接口速率降为10/100M接口，降低芯片功
他通信方式为辅的通信方式[2-3]。目前国网系统实施配电自 耗；
动化系统的城市，通信系统大部分实现方式是直接将传统电信 3）增设电力专用UART 接口，方便电力中断设备接入；
级以太网无源光网络(ethernet passive optical network， 4）增加开关量接口，直接接入现场干节点告警状态信号；
EPON)设备应用于配电通信系统中，通常是在配电终端箱体中放 5）简化芯片内嵌CPU 结构，降低成本和功耗，提高安全性
置电信级的桌面盒式光网络单元(optical network unit，ONU) 等。
设备[4]。由于电信 EPON 技术近几年开始在传统运营商系统应
用，加之核心芯片、主要器件及核心技术是直接采用国外的， 二.嵌入式配电光通信方案
存在如下问题：1）芯片基于公网商用要求开发，未充分考虑电 在传统配电通信EPON 解决方案中，通常将目前市场已有的
力运行环境要求；2）因核心技术由国外少数公司掌握而受制于 主流电信设备制造商的ONU、OLT产品直接配置在配电终端的上
人，设备存在安全隐患；3）其用户接口追求高速率(1 000 Mb/ 行通信系中，这些设备在配电通信环境下，存在EMC 性能差，
s)，无适用于电力配网设备的专用接口，应用灵活性差；4）芯 功耗大，设备造价高，数据安全没有保障等问题 [5-7] 。为解决
片功耗大(0.9~1.1 W)，导致设备耗能高；5）设备成本高，可 上述问题，本方案设计了嵌入式配电ONU模块方案。图1给出了
维护性差。 配电ONU模块的原理框图，模块由2片ONU芯片、2个光电转换模
本文基于配用电专用 ONU 芯片，结合配电自动化通信技术 块、加密模块、控制模块、交换模块及与配电终端接口电路等
特点，在充分考虑配电信息安全问题的基础上，提出一种嵌入 部分构成。

网络电信 二零二二年七，八月 67