CN111446776A - 一种适用于城市配网的广域保护控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于城市配网的广域保护控制系统，包括智能控制终端、广域智能控制主机和通信模块，通信模块包括依次连接的无源光网络、无源分光器和光网络单元，广域智能控制主机内置光线路终端，该光线路终端连接无源光网络，智能控制终端连接光网络单元；光线路终端与广域智能控制主机内部的晶振同步，智能控制终端通过无源光网络与广域智能控制主机实现时钟同步；智能控制终端用于实时上传和接收数据，完成设备配置和对负荷开关或断路器的控制；广域智能控制主机用于接收数据，完成广域差动保护和故障后系统快速重构。与现有技术相比，本发明具有提高了系统可靠性和数据传输效率，同时节省了维护成本，时间同步精度高等优点。

Description

一种适用于城市配网的广域保护控制系统

技术领域

本发明涉及城市配网保护领域，尤其是涉及一种适用于城市配网的广域保护控制系统。

背景技术

传统配网自动化系统通常采用过流保护来隔离故障，存在着故障定位不精确，停电范围广，无法自动恢复供电等缺点。故障时往往打雷下雨，工作环境恶劣，人员工作强度大。目前依靠人工检测故障及复电，复电时间长，不安全因素多，因此自动故障定位及复电是现场亟待解决的问题。

另外目前在接纳终端设备上也面临巨大挑战。传统的配电网继电保护与控制系统已经不适应终端设备大量接入的情况，难以保证通讯的同步性的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种通讯同步性好、速度快的适用于城市配网的广域保护控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种适用于城市配网的广域保护控制系统，包括智能控制终端、广域智能控制主机和通信模块，所述通信模块包括依次连接的无源光网络、无源分光器和光网络单元，所述广域智能控制主机内置光线路终端，该光线路终端连接所述无源光网络，所述智能控制终端连接所述光网络单元；

所述光线路终端与所述广域智能控制主机内部的晶振同步，所述晶振与GPS或北斗系统同步，所述智能控制终端通过所述无源光网络与所述广域智能控制主机实现时钟同步；

所述智能控制终端用于实时上传SV和GOOSE数据，接收广域智能控制主机下发的GOOSE和MMS报文，完成设备配置和对负荷开关或断路器的控制；所述广域智能控制主机用于接收SV和GOOSE数据，完成广域差动保护和故障后系统快速重构，转发来自智能控制终端的通信信息。

进一步地，所述广域保护控制系统还包括工作站服务器，该工作站服务器通过以太网连接所述广域智能控制主机，所述工作站服务器用于进行系统功能配置和状态监视。

进一步地，所述广域智能控制主机内置多个光线路终端，每个所述光线路终端用于连接不超过32个智能控制终端。

进一步地，所述光线路终端与所述光网络单元间采用基于EPON改进的时间同步方法进行时间同步，所述基于EPON改进的时间同步方法包括以下步骤：

S101：光线路终端下发GATE报文时，将时间同步信息附带在报文中，下发给光网络单元，所述时间同步信息包括光线路终端本地实时时钟和下行路径时延Tdown；

S102：光网络单元在接收到包含时钟同步信息的GATE报文时，提取信息并计算出光线路终端本地实时时钟TA2；

S103：光网络单元计算出光网络单元本地实时时钟TB1与光线路终端本地实时时钟TA2之间绝对偏差Tdiff；

S104：光网络单元将绝对偏差Tdiff与预设的门限Tth比较，若绝对偏差Tdiff的绝对值不小于预设的门限Tth，则将光网络单元本地实时时钟TB1直接赋值为光线路终端本地实时时钟TA2的值；否则，通过预设的时间微调步长Tadj对光网络单元的本地时钟进行调整；

S105：重复依次执行步骤S101至S104，直至步骤S103中计算的绝对偏差Tdiff的绝对值小于预设的第二门限值。

进一步地，所述无源光网络的数量为多个，所述广域智能控制主机中光线路终端的数量与所述无源光网络的数量相对应，每个所述光线路终端均对应一个本地实时时钟，本地实时时钟分为一个主本地实时时钟和一个或多个从本地实时时钟，所述从本地实时时钟与所述主本地实时时钟同步，每个所述光线路终端与所述光网络单元间采用基于EPON改进的时间同步方法进行时间同步。

进一步地，所述广域智能控制主机还设有可选外部时间同步模块，该可选外部时间同步模块连接所述广域智能控制主机的本地实时时钟，用于接收外部时钟源信号，对本地实时时钟进行时间同步。

进一步地，所述广域智能控制主机的数量为多个，每个所述广域智能控制主机的可选外部时间同步模块均连接有至少一个广域智能控制主机的可选外部时间同步模块，实现所有所述广域智能控制主机的时间同步，所述每个所述广域智能控制主机的可选外部时间同步模块均连接有外部时钟源。

进一步地，所述光线路终端采用改进型的动态带宽分配算法向所述光网络单元分配带宽，所述改进型的动态带宽分配算法包括以下步骤：

S301：将光网络单元中的业务划分为三个队列中，并为这三个队列安排不同的优先级，光网络单元将三个优先级队列的大小上传给光线路终端；

S302：光线路终端首先将带宽按需分配给高优先级队列，满足高优先级业务的需求；然后判断分配给高优先级队列后的剩余带宽是否满足所有中优先级队列，若是则将带宽按需分配给中优先级队列，否则，将剩余带宽在所有中优先级业务中分配；最后，如果满足高优先级和中优先级业务请求后还有剩余带宽，则将剩余带宽在低优先级业务中进行分配。

进一步地，所述智能控制终端包括采样模块、本地保护主控CPU、三个二次抽样模块和两个光网络单元接口，所述采样模块通过二次抽样模块分别连接本地保护主控CPU和两个光网络单元接口。

进一步地，所述智能控制终端采用基于二次抽样的双无源光网络数据采集方法进行数据采集，所述基于二次抽样的双无源光网络数据采集方法包括以下步骤：

S201：通过光网络单元接口进行时间同步，并计算同步抽样脉冲；

S202：在二次抽样脉冲的上升沿锁存光网络单元本地AD采样计数器值Cnts；

S203：缓存二次抽样脉冲到来时的前N个采样周期的同步采样值Sample1，Sample2，...，SampleN；

S204：将Cnts、以及同步采样数据缓存值Sample1，Sample2，...，SampleN进行插值计算，并在二次抽样脉冲下降沿输出抽样插值结果，所述抽样插值结果是以同步采样数据缓存值Sample1，Sample2，...，SampleN以及Cnts，Cntcycle为变量的函数，其中Cntcycle为光网络单元本地AD采样计数器周期计数的最大值；

S205：将二次抽样插值结果按照通讯规约组成以太网包，上传至光线路终端。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明智能控制终端通过无源光网络与所述广域智能控制主机实现时钟同步，实时上传SV和GOOSE数据，接收广域智能控制主机下发的GOOSE和MMS报文，完成设备配置和对负荷开关或断路器的控制，无源光网络避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性和数据传输效率，同时节省了维护成本。

(2)本发明采用无源光网络实现点对多点的结构，只需增加光网络单元数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级，充分保护运营商的投资，无源光网络仅有光纤、光分路器等光无源器件，可有效节省建设和运营维护成本；仅需一根主干光纤和一个光线路终端，在光网络单元侧通过光分路器分送给最多32个用户，因此可大大降低OLT和主干光纤的成本压力；高速宽带，充分满足接入网客户的带宽需求，并可方便灵活的根据用户需求的变化动态分配带宽。

(3)本发明提供的基于EPON改进的时间同步方法，不需要在光线路终端与光网络单元之间额外新增任何报文信息，增加光线路终端实时时钟TA1、下行路径时延Tdown后的GATE报文长度，仍在一个最小以太网报文长度64字节以内，因此此同步方案不浪费EPON带宽资源；EPON系统的GATE报文下发周期很短，频繁的时钟同步信息，能够有效消除光线路终端与光网络单元终端间因本地晶振存在的固有频偏、温漂而导致的同步偏差，达到了纳秒级别的时间同步精度。

(4)本发明广域智能控制主机还设有可选外部时间同步模块，当无源光网络系统内部同步时间不需要与外部时间同步时，光线路终端内本地实时时钟可以自由运行，系统内所有光网络单元连接的智能控制终端的时间都以主机光线路终端时间为准。当无源光网络系统内部同步时间需要与外部时间保持一致时，可选外部时间同步模块可接收外部IEEE-1588、IRIG-B码、秒脉冲等同步对时装置的校时，并对本地实时时钟进行调整，实现本地时间与外部时间完全同步。

(5)本发明智能控制终端，由一个独立的采样模块分别连接三个二次抽样模块，接入本地保护主控CPU和两个光网络单元，实现数据的冗余备份，该结构使得智能控制终端的数据采集不依赖于在多个无源光网络之间的时间同步关系，各无源光网络可采用独立的抽样频率，通过二次抽样模块，获得稳定、可靠的同步采集数据，实现了冗余热备份双系统，即满足数据高度的确定性、实时性、可靠性需求，又降低了智能控制终端的复杂度，进一步提高了系统可靠性。

(6)本发明提供的改进型的动态带宽分配算法，对高优先级带宽优先分配，保证高优先级带宽申请，并提高了带宽利用率。

附图说明

图1为本发明广域保护控制系统中网架、配电终端拓扑结构及通信示意图；

图2为PON系统中的上行方向工作原理示意图；

图3为PON系统中的下行方向工作原理示意图；

图4为EPON的测距机制示意图；

图5为本发明基于EPON改进的时间同步机制示意图；

图6为本发明基于EPON改进的时间同步方法示意图；

图7为本发明单个无源光网络内时间同步系统框图；

图8为本发明多个无源光网络内时间同步系统框图；

图9为本发明多个智能控制主机和无源光网络内时间同步系统框图；

图10为本发明智能配电终端内部数据采样示意原理框图；

图11为IPACT算法示意图；

图12为固定周期长度的周期轮询算法示意图；

图13为本发明动态带宽分配示意图；

图中，1、广域智能控制主机，11、光线路终端，111、主本地实时时钟，112、从本地实时时钟，12、可选外部时间同步模块，2、智能控制终端，21、光网络单元接口，22、二次抽样模块，23、采样模块，24、本地保护主控CPU，3、无源光网络，31、分光器、32、光网络单元，33、光分配网，4、工作站，5、配网主站，6、外部时钟源。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种适用于城市配网的广域保护控制系统，包括广域智能控制主机1、智能控制终端2和通信模块，通信模块包括依次连接的无源光网络3、无源分光器31和光网络单元32，广域智能控制主机1内置光线路终端11，该光线路终端11连接无源光网络3，智能控制终端2连接光网络单元32。

下面对广域保护控制系统各部分进行详细描述。

a、通信模块

智能控制终端主要通过无源光网络和广域控制主机相连，通信协议采用IEC-61850协议。可以在任何地方通过无源分光器分接多个智能控制终端。各终端和配网主站的通信均通过广域智能控制主机转发。广域智能控制主机和配网主站之间的通信方式和具体协议在设计联络会后商定，原则上可以采用IEC61850或104协议，通过以太网连接。

广域智能控制主机内置多个OLT。单个OLT可以和多至32个智能控制终端通过无源光网络连接，构成一个独立的快速同步通信系统。若系统内配置的智能终端超过32个，各终端可以分组通过多个OLT和主机相连，每个OLT均和主机内部高精度晶振同步，晶振可以和GPS或北斗系统同步。

b、智能控制终端

在配电室内安装智能控制终端、无源分光器、电源等设备。

各智能控制终端包括内置ONU(光网络单元32)功能、就地保护、三遥(遥测、遥信、遥控)等功能，通过无源光网络和安装于徐康站的广域智能控制主机相连。各智能终端通过无源光网络和广域智能控制主机实现时钟同步，通过IEC61850-9-2协议实时上送SV和GOOSE数据，接收广域智能控制主机或配网主站下发的GOOSE和MMS报文，完成设备配置和对负荷开关或断路器的控制。

c、广域智能控制主机

广域智能控制主机原则上可以安装于任何无源光网络可以到达的地点。广域智能控制主机接收所有智能控制终端的SV、GOOSE信息，完成广域差动保护和故障后系统快速重构功能，转发来自智能控制终端和配网主站的通信信息。

广域保护控制系统还包括工作站服务器，工作站服务器通过以太网和广域智能控制主机相连，完成系统功能配置、状态监视等功能，工作站服务器安装在10kV思泰站保护屏柜内。

本实施例还提供上述适用于城市配网的广域保护控制系统的同步和高速通讯方案，包括基于EPON改进的时间同步方法、改进型的动态带宽分配算法和基于二次抽样的双无源光网络数据采集方法。

下面从控制基础、时间同步方法、同步采样方法和实时传输方法四个方面分别进行具体描述。

1、控制基础

1.1、控制目标

适用于城市配电网的广域智能控制系统采用无源光纤网络作为通信系统，为了满足配网保护要求，通信系统必选满足同步性和快速性，即要求系统内部所有终端时间同步，终端采集的SMV-92、GOOSE报文上传时延小、时延抖动小。本技术方案研究基于无源光纤网络的时钟同步技术、同步数据采集技术、数据实时传输技术，实现各终端同步采集误差＜1μs，SV报文从A/D采集到从ONU终端端口发出的延时≤1ms。

1.2、EPON系统

EPON(Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络)是一种新型的光纤接入网技术，将以太网和PON技术相结合，采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。

EPON接入系统具有如下特点：

局端(OLT)与用户(ONU)之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本；

EPON采用以太网的传输格式同时也是用户局域网/驻地网的主流技术，二者具有天然的融合性，消除了传输协议转换带来的成本因素；

采用单纤波分复用技术(下行1490nm，上行1310nm)，仅需一根主干光纤和一个OLT，在ONU侧通过光分路器分送给最多32个用户，因此可大大降低OLT和主干光纤的成本压力；

上下行均为千兆速率，下行采用广播传输的方式共享带宽，上行利用时分复用(TDMA)共享带宽。高速宽带，充分满足接入网客户的带宽需求，并可方便灵活的根据用户需求的变化动态分配带宽；

点对多点的结构，只需增加ONU数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级，充分保护运营商的投资。

EPON接入系统具有如下特点：

(1)局端(OLT)与用户(ONU)之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本；

(2)EPON采用以太网的传输格式同时也是用户局域网/驻地网的主流技术，二者具有天然的融合性，消除了传输协议转换带来的成本因素；

(3)采用单纤波分复用技术(下行1490nm，上行1310nm)，仅需一根主干光纤和一个OLT，在ONU侧通过光分路器分送给最多32个用户，因此可大大降低OLT和主干光纤的成本压力；

(4)上下行均为千兆速率，下行采用广播传输的方式共享带宽，上行利用时分复用(TDMA)共享带宽。高速宽带，充分满足接入网客户的带宽需求，并可方便灵活的根据用户需求的变化动态分配带宽；

(5)点对多点的结构，只需增加ONU数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级，充分保护运营商的投资。

EPON的工作原理如图2和图3所示，EPON系统采用WDM技术，实现单芯双向传输(下行1490nm，上行1310nm)。

下行方向的光信号被广播到所有ONU，通过过滤的机制，ONU仅接收属于自己的数据帧。上行方向通过TDMA方式进行业务传输，ONU根据OLT发送的带宽授权发送上行业务。

1.3、现有基于EPON的时间同步技术

EPON系统凭借着自身的诸多优势，在各种领域都得到广泛应用，包括应用到电力通信专网、电力配网保护系统中。在电力配网保护系统中，关键技术之一是采样数据的同步，即各配电终端之间的时间同步。

现有基于EPON的电力配网保护系统，通常采用两类时间同步技术方案：

(1)依靠外部独立同步时钟源进行同步，比如分别在主机、终端装置外挂GPS、IRIG-B码、秒脉冲等独立的同步时钟源，主机和终端分别于外挂同步时钟源进行同步，实现全网所有终端时间同步；

(2)通过类似于NTP的网络同步协议进行时间同步，比如应用最广泛的IEEE1588时间同步协议，基于EPON通信原理可知，EPON网络上行、下行不对称，导致标准的IEEE1588协议无法直接应用于EPON网络系统，需要对系统进行改进才能应用IEEE1588协议进行时间同步。

现有这两类时间同步技术方案，都需要依靠外部独立的同步对时装置，导致整个系统存在着架构复杂、不稳定、不可靠、成本高、时间同步精度低等不足。

2、时间同步方法

2.1、时间同步机制

传统基于网络的IEEE1588协议无法直接应用于现有的EPON网络，本技术方案研究一种独创的EPON网络内时间同步方案，利用EPON网络的测距功能，在EPON标准MPCP通信协议基础上进行改进，实现全网时间同步。

2.1.1、标准的EPON的时间“同步”机制

EPON的上行信道采用TDMA方式，所以OLT与ONU在开始通信之前必须达到同步，才会保证信息正确传输。要使在整个系统达到同步，必须有一个共同的参考时钟基准，在EPON系统中参考时钟为一个单位16ns的32位时间计数器，OLT和ONU都在本地维护一个此32位时间计数器，ONU的本地时间计数器跟踪并同步OLT的本地时间计数器，ONU在OLT动态分配的时隙内分时传输上行数据。

EPON通过测距和时延补偿技术实现ONU与OLT同步、防止数据时域碰撞。EPON的测距机制如图4所示。

OLT在T1时刻下发GATE报文，ONU在T2时刻收到此报文，提取出此报文中的时间标签T1(TimeStamp)，并将本地时间计算器赋值为T1(即T2＝T1)，然后在时刻T3上传REPORT报文，此报文中包含本地时间戳T3，OLT在T4时刻接收到此REPORT报文。通过此REPORT报文，OLT可以计算出OLT与ONU之间的信道往返路径时延RTT。

RTT＝Tdown+Tup＝(T4–T1)–(T3-T2)＝T4-T3(其中T2＝T1)

以上所述，OLT与ONU之间并非准确同步，他们内部时间计数器之间有一个Tdown时间偏差，此偏差为光信号在下行信道中传播时延。

2.1.2、基于EPON改进的时间同步方案

EPON系统中，上、下行数据都在同一条无源光纤中传输，上行路径时延Tup与上行路径时延Tdown即分别为光信号在光纤上行通道、下行通道中的传输时延。EPON系统中，上下行光纤链路完全相同，因此Tup和Tdown可以认为几乎相等，其中存在的微小差别为上行光波长(1310nm)和下行光波长(1490nm)不同而造成微小传播时延偏差，此部分偏差可忽略不计，因此，可以根据RTT计算出Tdown＝Tup＝RTT/2。

基于EPON改进的时间同步机制如图5所示。

在EPON系统的“同步”基础上，在下发GATE报文时，将OLT的本地实时时钟、下行路径时延Tdown附带在报文中，ONU根据此信息报文计算出经过时延补偿后的实时时钟信息，并依次进行本地实时时钟调整，实现与OLT之间时间完全同步。

OLT在T1时刻下发GATE报文，包括本地时间戳T1、OLT实时时钟TA1、Tdown信息，ONU在T2时刻收到此报文，根据报文中的时间计算出T2时刻对应的OLT实时时钟TA2：

TA2＝TA1+Tdown

ONU计算出本地实时时钟TB1与TA2之间绝对偏差Tdiff，根据此Tdiff值对本地实时时间进行校正，从而实现ONU与OLT实时时钟完全同步。

此改进的时间同步方案，不需要在OLT与ONU之间额外新增任何报文信息，增加OLT实时时钟TA1、下行路径时延Tdown后的GATE报文长度，仍在一个最小以太网报文长度64字节以内，因此此同步方案不浪费EPON带宽资源；EPON系统的GATE报文下发周期很短(DBA周期＝250uS)，频繁的时钟同步信息，能够有效消除OLT与ONU终端间因本地晶振存在的固有频偏、温漂而导致的同步偏差，达到了纳秒(nS)级别的时间同步精度。

2.1.3、时间同步流程

如图6所示，时间同步具体流程包括以下步骤：

(1)OLT(光线路终端11)在下发GATE报文时，将OLT本地实时时钟、下行路径时延Tdown等时钟同步信息附带在报文中，下发给ONU(光网络单元32)；

(2)ONU在接收到GATE报文并包含有效时钟同步信息时，提取信息并计算出OLT本地实时时钟TA2；ONU计算出本地实时时钟TB1与TA2之间绝对偏差Tdiff，根据此Tdiff值对本地实时时钟进行校正；

(3)设定一个时间偏差门限Tth、一个时间微调步长Tadj，如门限Tth＝50us，微调步长Tadj＝16ns；

(4)比较Tdiff与门限Tth，如果|Tdiff|≥Tth，将TB1直接赋值为TA2值；

(5)如果|Tdiff|＜Tth，则通过一个时间微调步长Tadj对时钟进行逐步调整，在本地时钟计数器上每次额外增加/减少一个Tadj值进行逐步校正，根据偏差Tdiff的正负值来确定是进行增加还是减少修正；

(6)反复执行此流程，直到绝对偏差Tdiff的绝对值小于预设的第二门限值，第二门限值可以为时间微调步长Tadj值，最终实现时间同步。

2.1.4、时间同步误差分析

上述2.1.2基于EPON的改进时间同步方案，其时间系统的误差主要来自于下行路径时延Tdown计算误差和各装置时钟晶振特性不一致两个环节。

(1)下行路径时延Tdown计算误差

本系统中假设Tdown＝Tup，计算出Tdown＝RTT/2，但此计算值与真实值存在着微小偏差。Tdown推导计算公式如下：

RTT＝Tdown+Tup

Tdown＝T1(OLT下行处理时间+ONU下行处理时间)+T2(下行光纤传输时间)

Tup＝T3(OLT上行处理时间+ONU上行处理时间)+T4(上行光纤传输时间)

Tdown＝RTT/2+(T1-T3)/2

其中，OLT的下行处理时间为OLT在测距过程中将本地时间戳值打上报文至此报文由电信号转换为光开始传输之间的延时；OLT的上行处理时间为OLT收到包含ONU本地时间戳值的光信号至将此光信号转换为电信号并提取出ONU本地时间戳值之间的延时；

ONU的下行处理时间为ONU收到包含OLT本地时间戳值的光信号至将此光信号转换为电信号并提取出OLT本地时间戳值之间的延时；ONU的上行处理时间为ONU将本地时间戳值打上报文至此报文由电信号转换为光开始传输之间的延时。

EPON系统中上下行光纤路径一致，因上行光波长1310nm和下行光波长1490nm不一致，导致传输时间T2与T4之间的微小误差，可以忽略不计。

T1≠T3，上下行处理时间，由OLT和ONU的实现方案决定，在实现方案确定后可计算出此T1和T3值，因此T1≠T3造成的误差，可根据公式：Tdown＝

RTT/2+(T1-T3)/2，对Tdown进行修正，消除此项误差。

(2)晶振误差

时间同步系统的另一个误差来源为晶振。晶振会因自身的精度、温漂等因素造成OLT主机与ONU终端内部时钟频率并不完全一致，导致OLT主机与ONU终端之间的时间存在偏差。

以±25PPM精度、125MHz的普通晶振为例，本同步系统两次校时最大间隔周期为250uS(DBA轮询周期设置为250uS)，可以计算出下一次校时之前最大的时间偏差Toffset＝125MHz*50PPM*8nS*250uS＝10.5nS。

此误差还可通过两种方式进一步减少，一是选用更高精度、更稳定的晶振；二是改进时间同步方式，采用一种基于FPGA的时钟晶振补偿方案，对主晶振的频率进行实时跟踪与补偿，实现频率与相位同时校时。

2.2、单个无源光网络内时间同步方法

上述2.1.2基于EPON改进的时间同步方案，描述了单个EPON网络内OLT与ONU之间如何实现时间同步的基本方法。图7为单个无源光网络内时间同步系统框图，此处智能控制主机内只包括一个OLT单板，OLT单板通过一个ODN(无源分光网络)与下级多个ONU终端相连，OLT单板内部维护一个本地实时时钟。OLT将内部本地实时时钟信息按照上述2.1.2时间同步方案下发至下级ONU终端，从而实现无源光网络3内所有ONU终端都与OLT端实时时钟同步。

当无源光网络系统内部同步时间不需要与外部时间同步时，OLT内本地实时时钟可以自由运行，系统内所有ONU终端的时间都以主机OLT端时间为准。当无源光网络系统内部同步时间需要与外部时间(比如UTC时间)保持一致时，智能控制主机内部增加一个可选的外部时间同步模块，此同步模块可接收外部IEEE-1588、IRIG-B码、秒脉冲等同步对时装置的校时，并对本地实时时钟进行调整，实现本地时间与外部时间完全同步。

2.3、多个无源光网络内时间同步方法

图8为一种多个无源光网络内时间同步系统框图，此系统内包括多个无源光网络系统，每个无源光网络3分别与智能控制主机内一个OLT单板相连。单个无源光网络3内时间同步方法与上述2.2描述方法一致，多个无源光网络内时间同步区别在于：OLT单板内本地实时时钟有主从之分，一个智能控制主机只有一个主时钟，其它都为从时钟，主时钟可以自由运行或与外部IEEE1588、IRIG-B码等时钟源同步，主时钟将时间信息下发给从时钟，从时钟与主时钟同步。

图9为另一种多个无源光网络内时间同步系统框图，此系统内包括多个智能控制主机，单个智能控制主机内无源光网络系统时间同步方法与上述方法一致，多个智能控制主机之间时间同步方法如下：

当系统内部时间无需与外部时间同步时，可通过一个智能控制主机输出时间同步信息给其它控制主机，所有主机都与此主机时间同步，从而实现系统内所有终端时间同步；当系统内部时间需与外部时间同步时，所有智能控制主机都接收外部时钟源6校时，与外部时间同步。

3、同步采样方法

依据上述的时间同步方法，无源光网络3内所有终端都实现与主机内部时间或外部时间完全同步，终端在同步时间的控制下，控制A/D模块完成同步采样。

对于适用于城市配电网的广域智能控制系统，智能控制主机与终端之间需通过通信网络进行实时信息传递，为保证自动化装置安全、可靠的运行，必须确保通信系统具有高度的确定性、实时性、可靠性。常见的配电网通信系统以冗余备份形式存在，常规的无源光网络系统是通过全光纤保护倒换的方式实现冗余备份，但无源光网络主干光纤保护倒换时间较长，为了进一步提高系统可靠性，本实施例研究了一种冗余热备份双系统，取代传统的全光纤保护倒换备份方法，保证了系统更加稳定可靠。

其实现方法如下：通过两张独立的无源光网络3组成一套冗余备份双系统；每个配电终端内置两个独立的ONU端口，并通过两个独立的ONU端口分别和两台控制主机通信，以IEC61850协议上传每周波80点的同步采样数据、GOOSE信号，接收控制主机下发的GOOSE、MMS信号。智能配电终端配置不依赖于通道的就地保护功能。

两个无源光网络3完全独立，两个网络之间的时钟可以不同步或同步。根据以上功能要求，智能配电终端内需要实现三套独立数据采集系统，架构复杂，成本高。

本实施例提出一种基于二次抽样的双无源光网络采集数据方法，不依赖于在多个无源光网络3之间的时间同步关系，各无源光网络3可采用独立的抽样频率，通过二次插值算法，获得稳定、可靠的同步采集数据，实现冗余热备份双系统。

智能配电终端内部数据采样示意原理框图如图10所示：

如图10所示，终端内置一个独立的采样模块23，在本地时钟控制下自主地进行高速数据采样，并分别通过一个二次抽样模块22与三个数据采集主控(ONU端口1/2、本地保护主控CPU24)相连，实现三个数据采集主控共享一个采集模块。

基于二次抽样的多个无源光网络数据采集的具体实现方法如下：

1)ONU端口通过上文2.1.2时间同步技术，实现与各自网络主机内部时间完全同步，计算出同步抽样脉冲；

2)由二次抽样脉冲启动二次抽样功能模块，具体实现如下：

在二次抽样脉冲的上升沿锁存ONU本地AD采样计数器值Cnts；

缓存二次抽样脉冲到来时的前1个采样周期的同步采样值Sample1和前2个采样周期的同步采样值Sample2，...，前N个采样周期的同步采样值SampleN；

将得到的Cnts、以及同步采样数据缓存值Sample1，Sample2，...，SampleN传递至插值模块进行插值计算，并在二次抽样脉冲下降沿输出抽样插值结果；

在二次抽样脉冲下降沿的插值结果＝

f(Sample1，Sample2，...，SampleN，Cnts，Cntcycle)；N＝1，2，3，...

插值结果是以同步采样数据缓存值Sample1，Sample2，...，SampleN以及Cnts，Cntcycle为变量的函数。其中Cntcycle为ONU本地AD采样计数器周期计数的最大值；

3)将二次抽样插值结果按照不同应用对应的通讯规约(如，电力系统保护中采用IEC61850-9-2(SMV-92)协议等)组成以太网包，在OLT分配的对应授权内完成上传。

4、实时传输技术方案

依据电力配电网的特性，为了实现快速故障定位及保护，配电网系统对于重要的数据报文(SMV-92、GOOSE)要求能够实时传输，并且要求尽可能降低此类报文网络时延、时延抖动。

在EPON系统中，下行通道通过单拷贝技术将报文广播到所有ONU，上行通道采用TDMA(时分多址接入)通信方式实现多个ONU对上行带宽的共享，在某个时间，只能有一个ONU向OLT进行传输，以防止来自不同用户的信息包相互冲突。ONU不定期地向OLT发送带宽申请报告报文，OLT在每个轮询周期内根据收到的ONU的带宽申请报告，进行动态带宽分配，并将分配的带宽授权分别下发给相应的ONU，ONU在相应的带宽授权窗口内上行业务数据。根据EPON系统的通信原理，实时传输技术方案的关键在于DBA算法的实现方法，因此本节重点研究无源光网络系统的DBA算法的实现方法，针对配电网的特性，提出一种改进型DBA算法，以满足无源光网络3应用于电力配电网的实时性要求，并兼顾带宽分配公平、合理、利用率高等特性。

4.1常见的带宽分配算法分析

4.1.1静态带宽分配算法

EPON上行接入带宽的分配算法可分为两种：静态带宽分配和动态带宽分配，最先提出的算法是静态带宽分配算法，对带宽采取固定配置的方式，系统按照各ONU预定的带宽进行初始配置，运行期间其值保持不变，即在一个轮询时间内给每个ONU都分配同样大小的时隙。

此算法在每个周期内给每个ONU分配的带宽是固定的，所以这种带宽分配算法比较简单。此算法也存在一定的缺陷，它由于没有考虑到各个ONU实际的带宽需求，当ONU的负载较小时，OLT不能实时的调整带宽分配方案，造成带宽的浪费。当ONU的负载较大时，OLT无法保证ONU的业务按照业务的优先级传输，造成服务质量的降低。

4.1.2自适应循环周期时间的交织轮询算法

自适应循环周期时间的交织轮询算法是Kramer提出的一种动态带宽分配算法，简称IPACT算法，该算法是基于授权/请求的交织轮询的基本思想，在OLT和ONU之间交换控制信息。OLT以先到先处理为原则处理从ONU发来的请求。OLT有一个轮询表，记录了每个ONU的缓冲区中数据量和RTT大小。若某一时刻OLT收到ONUi发来的请求，则即时处理，根据请求的信息更新表，并立即向ONUi发送一个应答信号，准许其在指定时刻发送一定大小的数据。一旦ONUi接收到该授权信息，便开始上行发送以太网数据包，各个ONUi都必须在其欲发送的数据帧的尾部附加上请求消息，用于向OLT申请后续带宽。为了便于理解，现以三个ONU组成的系统为例，如图11所示，简单说明IPACT算法的工作原理：

具体步骤为：

(1)假设在某一时刻OLT精确的知道每一个ONU的缓存器中有多少数据等待传递和每个ONU的RTT，将这些信息保存在轮询表中。这一时刻OLT发出的GATE授权报文到ONU1，授权报文以广播的方式发送到每个ONU，授权报文中包括具体的ONU地址和允许发送的字长。

(2)ONU1接到授权报文后，按照指定字长发送数据到OLT，在数据帧的尾部，ONU1会发送REPORT报告帧到OLT，其中包括目前在ONU1缓存器中待发送的字节数，用于请求后续带宽。

(3)一段时间以后，ONU1的数据发送完毕，在数据的末尾是报告信息，报告ONU1缓存器中待发送的字节数，OLT据此更新轮询表中ONU1的待发送字节数；同时利用下行的授权帧和上行的报告帧，OLT可以完成一次测距，并据此更新轮询表中ONU1的RTT，为下一个周期的传输提供依据。

(4)在OLT接收ONU1发送的数据同时，ONU2也可以同时发送数据，这是因为OLT有如下工作模式：开始传递数据之前要经过一个往返时间(包括实际的往返时间，授权报文的处理时间以及OLT接收数据的准备时间，以及之间的空隙时间)。由于OLT知道ONU1有多少字节要传送，所以OLT知道什么时候ONU1的数据可以传送完。而且，OLT又知道其他ONU的实际RTT，这样提前给ONU2(通过OLT的判定)发送授权报文，以保证当OLT接收完ONU1发送的数据后，OLT可以马上接收ONU2发送的数据。两个ONU发送的数据间保留一个保护间隔带宽Tguard，以确保RTT随温度等因素变化引起的波动。

(5)同理，OLT也可以精确计算出何时向ONU3发送授权报文以使ONU3的数据紧跟在ONU2的数据之后，在每个ONU的数据和报告报文到达之后，OLT都会完成类似ONU1的更新轮询表的工作。

(6)此过程不断进行下去即实现了动态的分配带宽。另外，为避免数据量较大的ONU垄断整个系统带宽，OLT要限制ONU传输窗口，当ONU请求发送的数据大于最大传输窗口Wmax时，OLT将限制ONU发送，是其发送数据不大于Wmax。Wmax和最大轮询周期时间Tmax之间的关系如下式所示：

Tmax＝N(Tguard+Wmax/Rn)

其中N为ONU的个数，Rn是ONU到OLT的线路速率，Tguard为保护间隔带宽。

IPACT算法利用GATE/REPORT机制，动态地为每个ONU分配带宽，在接收第一个ONU上传数据的同时，又给下一个ONU发送授权，而不是等到接收完第一个ONU的数据才给第二个ONU发送授权，每两个ONU上传的数据之间仅相隔保护时间Tguard，从而充分利用了上行带宽。但IPACT算法的缺点也是显而易见的：

(1)上行带宽浪费

IPACT算法的轮询周期不是固定，而是随着所有ONU的总负载量而变化的。当所有ONU的负载都很小时，会导致轮询周期自适应的缩短，系统频繁的发送报告/授权报文，占据大量的上下行带宽，造成带宽的严重浪费。

(2)时延抖动

由于轮询周期不固定，当两个周期之间ONU的总负载量相差很大时，必然导致轮询周期相差很大，从而使业务的时延在很大的范围内变化，造成时延抖动，这对于时延敏感的业务数据来说是不可容忍的。

(3)不支持COS

原始的IPACT算法是不支持COS(服务等级)的，OLT对所有的ONU中的业务不加以区分，视为单一业务同样对待，这就造成了用户申请的带宽越大，所分得的带宽越多，尽管有最大传输窗口Wmax的限制，但仍然会带来不良的后果，一方面用户会为了获得更多的带宽而提出更大的申请，造成重载下网络传输质量的迅速下降；另一方面服务等级高的用户和业务没有得到应有的保障，时延较大，破坏了公平性。

4.1.3、固定周期长度的周期轮询算法

针对IPACT算法的不足之处，S.Choi提出了一种固定周期长度的周期轮询算法。周期轮询是指每个周期时间被划分为轮询时间和传输时间，GATE消息在轮询时间内集中发送给各ONU，各ONU依据其授权在传输时间向OLT发送数据(包括REPORT消息)。与IPACT算法不同的是，OLT在收到某个ONU发来的请求并更新轮询表后，并不会立即向这个ONU发送授权信息，而是等待本周期最后一个ONU的数据和REPORT上传结束后，将所有ONU上报的请求带宽进行汇总，集中为所有ONU统筹分配带宽，而后将GATE消息一次性发送给各ONU，每个ONU在收到授权信息后按照规定的时间和长度发送数据。由于每周期采用集中授权，OLT在授权时可以综合考虑各ONU的负载情况，从而可以很容易按服务优先级划分带。

为了便于理解，现以三个ONU组成的系统为例，图12为其算法工作原理示意图：

算法采用固定的轮询周期，使得轮询周期不会随负载的变化而改变，从而解决了IPACT算法在轻负载下轮询周期自适应收缩导致的上下行带宽浪费的问题；另一方面，固定的轮询周期使得轻负载和重负载下时延和时延抖动分别基本保持恒定，解决了IPACT算法的时延抖动问题，对时延敏感的业务来说是一个不错的选择。但仔细分析可以发现，算法依然存在不足：

(1)周期间空闲损失

算法中当一个周期内最后一个ONU的数据和REPORT信息上传完毕后，OLT将调用DBA模块，对所有ONU的REPORT信息进行汇总，计算下一个周期给各ONU分配带宽的大小，完成DBA计算和生产授权表需要一定的时间，记为Tdba；而后，从OLT将所有授权发送给各ONU，至ONU发送报文到OLT接收之间的时间为RTT；在这个过程中，存在一段空闲时间Tidle，在这段时间内上行信道没有得到充分的利用，这种现象被称为周期间空闲损失，空闲时间Tidle＝Tdba+RTT。

当RTT较大时，空闲损失占用相当一部分带宽资料，极大地降低了EPON系统上行链路的带宽利用率。

(2)公平性问题

某一个ONU所获得的带宽由其请求的带宽在所有请求中所占的比例决定的，这就可能造成某一个ONU因为请求带宽很大而几乎独霸上行带宽的情况，也有可能出现某些“贪婪”的ONU为了获得更多的带宽故意产生超过需求的负载，都会破坏公平性。

(3)高优先级业务时延问题

算法中带宽分配为一次性分配，轮询周期固定，当轮询周期较长时，可能导致某个ONU的高优先级业务时延抖动比较大，对于网络时延抖动有要求的应用场合不太适用。

4.2改进型的动态带宽分配算法

根据上述对现有的带宽分配算法的分析研究，结合电力配电网的特性，为了满足配网保护快速性的要求，并且兼顾带宽利用率高、网络报文时延低、时延抖动低、支持多优先级的带宽申请和公平原则，本技术方案提出了一种改进型的动态带宽分配算法，基于固定轮询周期，能够为不同的业务提供不同的Qos，改善高业务的时延特性，并能优先保证高优先级业务的时延要求。

改进型的DBA算法，将ONU中的业务划分为三个队列中，并为这三个队列安排不同的优先级，每个ONU将三个优先级队列的大小报告给OLT，OLT利用这些队列大小分别对每个优先级进行带宽分配。带宽首先分配给高优先级队列，满足高优先级业务的需求；然后DBA算法才考虑中优先级的需求，如果分配给高优先级业务后的剩余带宽可以满足所有中优先级业务的话，就按需分配，如果不能，剩余带宽将在所有中优先级业务中分配；最后，如果满足高优先级和中优先级业务请求后还有剩余带宽，这些剩余带宽将同所有中优先级业务不能完全被满足情况下一样的方式在低优先级流中统一分配。

为了便于理解，现以三个ONU组成的系统为例，简要说明其动态带宽分配的工作原理，如图13所示：

DBA算法原理如下：

(1)ONU上行带宽(BW)申请分为低、中、高三个优先级，可分别对应终端的MMS报文、GOOSE报文、SMV-92报文，优先级高的带宽申请优先分配；

(2)OLT DBA算法采用250uS固定轮询周期，轮询周期与ONU终端A/D采样周期一致(终端A/D每秒4000点采样)；

(3)DBA算法采用三次带宽分配、两次带宽授权(GATE)；高、中优先级带宽按需分配，低优先级带宽按ONU申请比例平均分配；

(4)当OLT收到一个ONU上传的REPORT报文时，根据报文中的高优先级带宽申请值，立即下发一个高优先级带宽授权报文(G1-3 GATE报文)，授权的带宽按实际申请值进行分配，将中、低优先级带宽申请值保存到缓冲区中；

(5)等待所有ONU上传REPORT报文后，计算缓冲区中所有中优先级带宽申请值总和，在剩余带宽中扣除此部分带宽申请值；然后计算ONU低优先级带宽申请所占比例，根据此比例平均分配剩余带宽；最后将中、低优先级带宽分配值累加合并成一个带宽授权(Gs1-3 GATE报文)下发给ONU；

(6)ONU在高优先级带宽授权窗口(G1-3窗口)到达时，上传高优先级的数据报文如SMV-92，并在窗口结尾处上传一个带宽申请报告(Report)报文；

(7)ONU在中、低优先级带宽授权窗口(Gs1-3窗口)到达时，依次上传中、低优先级的数据报文，如先上传GOOSE报文，再上传MMS报文。

通过采用此改进型的固定周期动态带宽分配方案，EPON通信网络可以满足配网保护快速性的要求，并具有以下优点：

(1)改进的算法采用了固定周期进行轮询，在一定程序上解决了由于轮询周期不固定引起的时延不确定，时延抖动大的问题，轮询周期不随着网络负载改变，也就不会出现在网络负载比较轻时，频繁的发送控制报文，也就在一定程序上解决了“轻负载惩罚”问题。

(2)区分数据优先级，提供了更优的Qos服务保证；高优先级带宽优先分配，保证高优先级带宽申请；

(3)高优先级带宽分配时隙相对位置固定，DBA轮询周期与采样周期一致，每个ONU上传的高优先级数据如SMV-92，每个DBA周期上传一次，SMV-92报文上传等间隔，网络时延小，时延抖动小；

(4)三次带宽分配，两次授权，将中、低优先级带宽申请合并，即保证QOS也降低频率下发GATE报文所导致的带宽开销；提高带宽利用率；

(5)带宽利用率高:传统的带宽分配方法，OLT是在接收到所有REPORT报文后才进行带宽分配的，因此存在一个空闲时间的问题，带来带宽浪费；改进型DBA，其DBA计算时是分配下一个DBA周期带宽，DBA算法计算时间开销，不占用网络带宽资源。

4.3算法验证及后续问题

上述动态带宽分配算法，在实际产品样机上经过初步验证，在轮询周期为250uS条件下，终端上传的SMV-92报文传输延时都小于1mS，而且在一个DBA周期内，所有ONU终端上传的SMV-92报文的SmtCnt值相同，每个ONU终端上传的相邻两个SMV-92报文到达主机端时间间隔偏差≤3uS，初步验证完全能够满足电力配电网保护系统的实时性要求。

当DBA轮询周期设定为250uS，此改进型的固定周期DBA方案，比较适合于最远传输距离10～15km左右(RTT≤150uS)的EPON网络应用，对于更远或超过20km的应用，可以通过加大DBA轮询周期，如轮询周期改为250uS的整数倍，或者采用长距离应用方案，此问题待后续进行更深入分析及验证。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于城市配网的广域保护控制系统，其特征在于，包括智能控制终端(2)、广域智能控制主机(1)和通信模块，所述通信模块包括依次连接的无源光网络(3)、无源分光器(31)和光网络单元(32)，所述广域智能控制主机(1)内置光线路终端(11)，该光线路终端(11)连接所述无源光网络(3)，所述智能控制终端(2)连接所述光网络单元(32)；

所述光线路终端(11)与所述广域智能控制主机(1)内部的晶振同步，所述晶振与GPS或北斗系统同步，所述智能控制终端(2)通过所述无源光网络(3)与所述广域智能控制主机(1)实现时钟同步；

所述智能控制终端(2)用于实时上传数据，接收广域智能控制主机(1)下发的报文，完成设备配置和对负荷开关或断路器的控制；所述广域智能控制主机(1)用于接收数据，完成广域差动保护和故障后系统快速重构。

2.根据权利要求1所述的一种适用于城市配网的广域保护控制系统，其特征在于，所述广域保护控制系统还包括工作站服务器，该工作站服务器通过以太网连接所述广域智能控制主机(1)，所述工作站服务器用于进行系统功能配置和状态监视。

3.根据权利要求1所述的一种适用于城市配网的广域保护控制系统，其特征在于，所述广域智能控制主机(1)内置多个光线路终端(11)，每个所述光线路终端(11)用于连接不超过32个智能控制终端(2)。

4.根据权利要求1所述的一种适用于城市配网的广域保护控制系统，其特征在于，所述光线路终端(11)与所述光网络单元(32)间采用基于EPON改进的时间同步方法进行时间同步，所述基于EPON改进的时间同步方法包括以下步骤：

S101：光线路终端(11)下发GATE报文时，将时间同步信息附带在报文中，下发给光网络单元(32)，所述时间同步信息包括光线路终端(11)本地实时时钟和下行路径时延Tdown；

S102：光网络单元(32)在接收到包含时钟同步信息的GATE报文时，提取信息并计算出光线路终端(11)本地实时时钟TA2；

S103：光网络单元(32)计算出光网络单元(32)本地实时时钟TB1与光线路终端(11)本地实时时钟TA2之间绝对偏差Tdiff；

S104：光网络单元(32)将绝对偏差Tdiff与预设的门限Tth比较，若绝对偏差Tdiff的绝对值不小于预设的门限Tth，则将光网络单元(32)本地实时时钟TB1直接赋值为光线路终端(11)本地实时时钟TA2的值；否则，通过预设的时间微调步长Tadj对光网络单元(32)的本地时钟进行调整；

S105：重复依次执行步骤S101至S104，直至步骤S103中计算的绝对偏差Tdiff的绝对值小于预设的第二门限值。

5.根据权利要求4所述的一种适用于城市配网的广域保护控制系统，其特征在于，所述无源光网络(3)的数量为多个，所述广域智能控制主机(1)中光线路终端(11)的数量与所述无源光网络(3)的数量相对应，每个所述光线路终端(11)均对应一个本地实时时钟，该本地实时时钟分为一个主本地实时时钟(111)和一个或多个从本地实时时钟(112)，所述从本地实时时钟(112)与所述主本地实时时钟(111)同步，每个所述光线路终端(11)与所述光网络单元(32)间采用基于EPON改进的时间同步方法进行时间同步。

6.根据权利要求4所述的一种适用于城市配网的广域保护控制系统，其特征在于，所述广域智能控制主机(1)还设有可选外部时间同步模块(12)，该可选外部时间同步模块(12)连接所述广域智能控制主机(1)的本地实时时钟，用于接收外部时钟源(6)信号，对本地实时时钟进行时间同步。

7.根据权利要求6所述的一种适用于城市配网的广域保护控制系统，其特征在于，所述广域智能控制主机(1)的数量为多个，每个所述广域智能控制主机(1)的可选外部时间同步模块(12)均连接有至少一个广域智能控制主机(1)的可选外部时间同步模块(12)，实现所有所述广域智能控制主机(1)的时间同步，所述每个所述广域智能控制主机(1)的可选外部时间同步模块(12)均连接有外部时钟源(6)。

8.根据权利要求1所述的一种适用于城市配网的广域保护控制系统，其特征在于，所述光线路终端(11)采用改进型的动态带宽分配算法向所述光网络单元(32)分配带宽，所述改进型的动态带宽分配算法包括以下步骤：

S301：将光网络单元(32)中的业务划分为三个队列中，并为这三个队列安排不同的优先级，光网络单元(32)将三个优先级队列的大小上传给光线路终端(11)；

S302：光线路终端(11)首先将带宽按需分配给高优先级队列，满足高优先级业务的需求；然后判断分配给高优先级队列后的剩余带宽是否满足所有中优先级队列，若是则将带宽按需分配给中优先级队列，否则，将剩余带宽在所有中优先级业务中分配；最后，如果满足高优先级和中优先级业务请求后还有剩余带宽，则将剩余带宽在低优先级业务中进行分配。

9.根据权利要求1所述的一种适用于城市配网的广域保护控制系统，其特征在于，所述智能控制终端(2)包括采样模块(23)、本地保护主控CPU(24)、三个二次抽样模块(22)和两个光网络单元接口(21)，所述采样模块(23)通过不同的二次抽样模块(22)分别连接本地保护主控CPU(24)和两个光网络单元接口(21)，每个所述光网络单元接口(21)连接一个所述无源光网络(3)。

10.根据权利要求9所述的一种适用于城市配网的广域保护控制系统，其特征在于，所述智能控制终端(2)采用基于二次抽样的双无源光网络(3)数据采集方法进行数据采集，所述基于二次抽样的双无源光网络(3)数据采集方法包括以下步骤：

S201：通过光网络单元接口进行时间同步，并计算同步抽样脉冲；

S202：在二次抽样脉冲的上升沿锁存光网络单元本地AD采样计数器值Cnts；

S203：缓存二次抽样脉冲到来时的前N个采样周期的同步采样值Sample1，Sample2，...，SampleN；

S204：将Cnts、以及同步采样数据缓存值Sample1，Sample2，...，SampleN进行插值计算，并在二次抽样脉冲下降沿输出抽样插值结果，所述抽样插值结果是以同步采样数据缓存值Sample1，Sample2，...，SampleN以及Cnts，Cntcycle为变量的函数，其中Cntcycle为光网络单元本地AD采样计数器周期计数的最大值；

S205：将二次抽样插值结果按照通讯规约组成以太网包，上传至光线路终端。

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