本文關(guān)鍵詞：基于EPON的電力自動化信息傳送平臺，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第 42 卷 第 2 期 2014 年 1 月 16 日

電力系統(tǒng)保護與控制
Power System Protection and Control

Vol.42 No.2 Jan.16, 2014

基于 EPON 的電力自動化信息傳送平臺
殷志鋒，周 雅，張元敏
（許昌學(xué)院電氣信息工

程學(xué)院，河南 許昌 461000） 摘要：針對目前現(xiàn)有的電力自動化信息傳送網(wǎng)絡(luò)存在的問題和不足，簡要介紹了 EPON 技術(shù)的原理和優(yōu)勢。結(jié)合電力系統(tǒng)“三 集五大”體系建設(shè)對電力自動化信息網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)要求，提出了一種基于 EPON 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)作為自動化信息傳送平臺。詳細介紹 了平臺的規(guī)劃和設(shè)計方案，對平臺的實際效果進行了分析，滿足電力自動化信息對速度、質(zhì)量和可靠性的要求，可以作為供 電系統(tǒng)自動化信息傳送網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的模式推廣應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：EPON；自動化；電力通信；無源光網(wǎng)絡(luò)；調(diào)度主站

Electric power automation information transmission platform based on EPON
YIN Zhi-feng, ZHOU Ya, ZHANG Yuan-min (College of Electricity and Information Engineering, Xuchang University, Xuchang 461000, China) Abstract: In view of the present problems and shortcomings of electric power automation information transmission network, this paper briefly introduces the principle and advantage of EPON technology. Combining with the requirements of power system “San Ji Wu Da (Intensive management in human resources, financial resources, and material resources; large-scale movements in programming, construction, operation, overhaul, and production)” system construction for the electric power automation information network, the EPON technology based network is taken as an automation information transmission platform. The planning and design of platform is introduced in detail, and the actual effect of the platform is analyzed, to meet the requirements of electric power automation information for the speed, quality and reliability. The platform can be used as the extension and application model of network construction in power system automation information transmission network. Key words: EPON; automation; electric power communication; passive optical network; master scheduler 中圖分類號： TN91 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號： 1674-3415(2014)02-0111-05

0 引言
隨著電力系統(tǒng)“三集五大”體系建設(shè)的不斷深 入應(yīng)用，調(diào)度自動化主站建設(shè)的步伐也日趨加快， 變電站自動化信息的傳送方式也在快速的發(fā)生轉(zhuǎn) 變，而且對信息傳送的速度、質(zhì)量和可靠性要求也 越來越高。隨著“大運行” 、 “大集控”體系建設(shè)的 逐步完成，變電站的調(diào)度自動化信息都將統(tǒng)一、高 效的傳送至地調(diào)調(diào)度監(jiān)控中心，這就要求自動化信 息傳送方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，目前現(xiàn)有的傳送方式主要依 賴于電力通信網(wǎng)提供最簡單的傳送通道， 模式單一， 中間環(huán)節(jié)多，故障率較高，傳輸可靠性相對較差， 很難滿足未來新模式下的信息傳送需求，因此，有 必要尋找一種可靠的、性價比較高的傳送手段來適
基金項目：河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點項目（14B480004）

應(yīng)于新形勢、新模式下的調(diào)度自動化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。 無源光網(wǎng)絡(luò)(PON) 系統(tǒng)出現(xiàn)于90年代初，隨著 Internet 和計算機技術(shù)的快速發(fā)展， EPON(Ethernet Passive Optical Network) 技術(shù)應(yīng)運而生 [1] 。顧名思 義，EPON是利用PON的拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)以太網(wǎng)的接 入。因其有效緩解了網(wǎng)絡(luò)銅纜被盜嚴重、價格上漲 較快和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本不斷增加的狀況，以及自身具 有點對多點、抗多點實效、組網(wǎng)靈活、QoS高等多 方面的技術(shù)優(yōu)勢而大受青睞，文中正是結(jié)合EPON 的技術(shù)原理優(yōu)勢，提出了一種新的自動化信息傳送 平臺以滿足電網(wǎng)發(fā)展對新業(yè)務(wù)、 新技術(shù)的應(yīng)用需求。

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電力自動化傳送網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

電力自動化信息系統(tǒng)是利用計算機和通信技術(shù) 來實現(xiàn)變電站運行、管理自動化的系統(tǒng)，以電力通 信網(wǎng)作為傳輸載體，通過電力通信系統(tǒng)來完成相互

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間乃至與自動化主站間的信息交互。電力通信網(wǎng)是 實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化、管理現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。目 前，自動化信息主要采用載波通信、微波通信和光 通信三種傳輸方式， 從電力通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢來看， 因為載波通信速度低，在電網(wǎng)業(yè)務(wù)的傳送應(yīng)用中已 逐漸取消；微波通信也因其易受干擾且誤碼率較高 而應(yīng)用越來越少；光纖通信由于其傳輸性能好、容 量大、速度快、質(zhì)量好而迅速得到普及，現(xiàn)有的業(yè) 務(wù)應(yīng)用大多建立在光纖通信基礎(chǔ)之上，然而因光通 信投資較大，應(yīng)用場合也局部受限[2-3]。 1.1 電力自動化傳送網(wǎng)絡(luò)對比分析 1）串行通信方式 目前的變電站自動化系統(tǒng)中，大都采用簡單的 串行通信技術(shù)構(gòu)建的通信傳送網(wǎng)絡(luò)，也就是利用 RS232/RS485串行總線將保護設(shè)備互聯(lián)在一起，用 主從方式進行通信，屬于簡單的點對點通信，隨著 電網(wǎng)的不斷發(fā)展壯大[4-6]， 該方式逐漸暴露出以下不 足和問題。 ①傳輸速率較低。一般不超過9.6 kb/s，難以滿 足大容量實時數(shù)據(jù)的高可靠性傳輸?shù)囊蟆?②數(shù)據(jù)響應(yīng)式為命令響應(yīng)，系統(tǒng)靈活性和實時 性都較差。 ③網(wǎng)絡(luò)中僅可以有1個主節(jié)點，系統(tǒng)可靠性相 對較低，不滿足冗余系統(tǒng)構(gòu)建的需求。 ④子站間無法直接通信，必須經(jīng)主站中繼方能 完成相互間的通信。 2）現(xiàn)場總線方式 現(xiàn)場總線方式在通信速率、實時性、可靠性以 及組網(wǎng)的靈活性方面，均遠遠高于串行通信方式， 但一旦當(dāng)作為主干傳送網(wǎng)時， 應(yīng)用在通信節(jié)點較多、 數(shù)據(jù)傳送量大的變電站時，也會面臨以下幾個突出 問題。 ①當(dāng)通信節(jié)點超過規(guī)定數(shù)量時，系統(tǒng)響應(yīng)速率 會迅速下降，這樣以來便很難適應(yīng)目前大型變電站 對通信傳送的要求[7]。 ②由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及軟件 不得不需要專門設(shè)計，因此自動化的傳送標(biāo)準(zhǔn)很難 開放，導(dǎo)致目前不同廠家都有各自定義的通信協(xié) 議[5]。 ③傳送網(wǎng)絡(luò)的因電磁兼容性能較差導(dǎo)致其抗 干擾能力也相對較差。 ④傳送帶寬小，數(shù)據(jù)傳輸延遲大。 1.2 電力自動化傳送網(wǎng)絡(luò)需求分析 電力自動化信息傳送與其他數(shù)據(jù)傳送方式相 比，有其特殊性需求，大致有以下幾點。 ①網(wǎng)絡(luò)可靠性高：電力自動化信息要求必須準(zhǔn)

確、可靠地傳輸。 ②傳送實時性高：變電站自動化信息必須保證 及時地傳送站內(nèi)的運行、操作和控制信息，因此， 傳送網(wǎng)絡(luò)必須保證數(shù)據(jù)傳送的實時性[8-9]。 ③抗干擾能力強：因變電站內(nèi)環(huán)境的特殊性， 相比其他場所，站內(nèi)的機械和電磁干擾相對較為嚴 重， 這就要求傳送網(wǎng)絡(luò)必須具備很強的抗干擾能力。

2 EPON 的技術(shù)原理
光纖接入網(wǎng)從技術(shù)方面一般分為有源和無源光 網(wǎng)絡(luò)兩種。EPON 作為一種新型光纖接人技術(shù)，主 要利用 PON 的拓撲結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)以太網(wǎng)的點到多點 的單纖雙向接入[10]。EPON 網(wǎng)絡(luò)典型的組網(wǎng)方式有 星型、樹形、總線型和環(huán)形拓撲。EPON 網(wǎng)絡(luò)主要 由光線路終端(Optical Line Terminal,OLT)、光分配 網(wǎng)絡(luò)(Optical Distributed Network,ODN)和用戶側(cè)光 網(wǎng)絡(luò)單元(Optical Network Unit, ONU)三部分組成。 (EPON 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示)。

圖 1 EPON 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) Fig. 1 Network structure of EPON

EPON下行采用廣播式，使用1490 nm波長，由 OLT發(fā)送信號通過ODN傳送至每個ONU，下行幀傳 輸速率一般為1.25 Gb/s，主要由一個個被分割為固 定長度的連續(xù)比特流組成，幀的開頭為同步標(biāo)識符 的時鐘信息，用于OLT和ONU間的同步。同步標(biāo)識 符占8比特，組成可變長度的數(shù)據(jù)包，每個ONU各 分配一個數(shù)據(jù)包，每個數(shù)據(jù)包則由信頭、可變長度 凈負荷及誤碼檢測域組成[11]。 EPON上行采用時分多址方式(TDMA)，使用 1310 nm波長，OLT為每個ONU分配一個專用時隙， 每個ONU只能在各自的時隙上按順序發(fā)送數(shù)據(jù)，從 而實現(xiàn)各路時隙匯聚到公共光纖時，每個ONU送來 的數(shù)據(jù)包不會相互干擾[12]。 ONU發(fā)送的數(shù)據(jù)信息只 能通過ODN到達OLT，而不會傳至其他ONU。 OLT作為EPON網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備， 一般放置在局 端，通常完成交換機和路由器的功能，是一個多業(yè) 務(wù)提供平臺，可以向網(wǎng)絡(luò)側(cè)提供諸如GE以太網(wǎng)、2 M、視頻以及SDH等多種業(yè)務(wù)接口；另外，還可向

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用戶側(cè)提供點到多點的PON接口。OLT主要功能包 括以廣播方式向所有ONU發(fā)送數(shù)據(jù)、測距過程的發(fā) 起和控制、ONU功率的發(fā)起和控制、ONU的帶寬分 配以及其他以太網(wǎng)功能[13]。 ONU作為用戶終端設(shè)備則放置在用戶側(cè)，主要 作用是選擇接收OLT發(fā)來的數(shù)據(jù)、OLT測距和功率 控制命令的響應(yīng)、調(diào)整或緩存用戶以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，為 用戶提供視頻、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)接口并在OLT分配 的發(fā)送窗口以時分復(fù)用的方式上傳數(shù)據(jù)。 ODN可以由光纖、POS、光衰減器、光連接器、 ODF等組成，在OLT和ONU之間提供光傳輸通道， ODN的連接方式可分為星型、 樹型、 總線型和環(huán)型。 EPON與其他無源光網(wǎng)絡(luò)相比較，主要有如下 幾個方面的技術(shù)性能優(yōu)勢： 1） 節(jié)省建設(shè)和運營維護成本： 由于OLT和ONU 間僅有光纖、光分路器等無源器件，，無需租用機房 及電源設(shè)備，無有源設(shè)備，減少了維護人員。 2）豐富的帶寬資源：EPON上下行均采用千兆 速率，可根據(jù)用戶需求靈活分配動態(tài)帶寬[14]。 3）采用點對多點結(jié)構(gòu)，方便系統(tǒng)擴容和升級。 4）具有同時傳輸時分復(fù)用、IP數(shù)據(jù)及視頻等多 種業(yè)務(wù)的能力。 5）全線采用光纖通信，抗干擾能力極強。

與 SDH/MSTP 組網(wǎng)示意圖如3所示)。

圖 2 OLT 與 ONU 組網(wǎng)示意圖 Fig. 2 Network diagram of OLT and ONU

3 EPON 組網(wǎng)應(yīng)用方案
目前，常用的 EPON 組網(wǎng)應(yīng)用主要有兩種，一 種是典型的 OLT 與 ONU 組網(wǎng)； 另一種則是 OLT 與 SDH/MSTP 組網(wǎng)。 1） OLT 與 ONU 組網(wǎng)方式： 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為簡單， 主要由 OLT 和若干 ONU 及 ODN 組成，其保護方 式主要有全光纖保護、手拉手保護和環(huán)形保護三種 方式。全光纖保護方式需占用 OLT 的2個 PON 口， 且 ONU 必須支持雙 PON 口，可實現(xiàn)全光路保護； 手拉手保護可實現(xiàn)不同變電站設(shè)備的檢修不會影響 網(wǎng)絡(luò)其他業(yè)務(wù)的傳輸，可靠性能比較高；而環(huán)形保 護方 式則要求 光纜必須環(huán) 形敷設(shè)迂 回至變電 站 (OLT 與 ONU 組網(wǎng)示意圖如2所示)。 2）OLT 與 SDH/MSTP 組網(wǎng)：此種組網(wǎng)方式可 使 EPON 技術(shù)結(jié)合 SDH/MSTP 技術(shù)兩者的優(yōu)勢， 組建更加靈活的傳送網(wǎng)。一種是利用電力系統(tǒng)現(xiàn)有 的 SDH 環(huán)網(wǎng)為變電站的 OLT 設(shè)備提供 GE 接口， 使各站間的 OLT 組成 GE 光纖環(huán)網(wǎng)，該方式可提高 SDH/MSTP 網(wǎng)絡(luò)的通道利用率， 也降低了 EPON 組 建環(huán)網(wǎng)的成本。另一種是 OLT 直接上聯(lián)至變電站 SDH/MSTP 設(shè)備， 各站點 OLT 和調(diào)度主站核心交換 機組成星型網(wǎng)絡(luò)，該方式可節(jié)約主干光纜資源(OLT

圖 3 OLT 與 SDH/MSTP 組網(wǎng)示意圖 Fig. 3 Network diagram of OLT and SDH/MSTP

4 基于 EPON 的電力自動化信息傳送網(wǎng)方案
截止 2012 年 12 月，許昌電力系統(tǒng)已建成 220 kV 變電站 9 座，110 kV 變電站 36 座，調(diào)度中心站 1 座，自動化信息維護工作越來越重。隨著國家電 網(wǎng)公司“三集五大”體系建設(shè)逐步推廣，目前已有 的自動化信息傳送網(wǎng)已無法滿足“大運行”和“大 集控”對自動化信息傳送的要求。本著利用新技術(shù) 和充分利用現(xiàn)有通信資源的目的，結(jié)合許昌電力通 信網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀和自動化主站對自動化業(yè)務(wù)傳輸方式 要求，許昌供電公司制定出了一種基于 EPON 的電

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力自動化信息傳送網(wǎng)，作為許昌地調(diào)新的自動化主 站建設(shè)的業(yè)務(wù)傳送平臺。 4.1 許昌電力通信網(wǎng)現(xiàn)狀 許昌電力通信網(wǎng)目前已實現(xiàn)了光纖通信全覆 蓋，所轄 35 kV 及以上變電站點光纜覆蓋率達 100%， 光傳輸網(wǎng)由 2 個 622 M 骨干環(huán)和 1 個 155 M 城域環(huán)及多條 155 M/622 M 鏈路組成，是電力調(diào)度 自動化信息的主要傳送承載網(wǎng)絡(luò)。 許昌所轄變電站監(jiān)控模式有兩種，一種是集控 站集中監(jiān)控；另一種是地調(diào)調(diào)度中心集中監(jiān)控。因 此映射出兩種電力自動化業(yè)務(wù)的傳送方式，一是由 自動化子站經(jīng) SDH/MSTP 網(wǎng)絡(luò)傳送至所歸屬的集 控站；而另一種則是由子站直接傳送至地調(diào)主站或 經(jīng)集控站轉(zhuǎn)接至地調(diào)主站。 鑒于許昌電力通信網(wǎng)和變電站監(jiān)控模式現(xiàn)狀， 結(jié)合“三集五大”體系建設(shè)對新的調(diào)度自動化主站 的要求，特制訂了兩種 EPON 的組網(wǎng)方式，集中將 所有110kV 變電站自動化子站的信息數(shù)據(jù)集中傳送 至地調(diào)主站。 4.2 EPON 組網(wǎng)方案及應(yīng)用 許昌現(xiàn)有 220 kV 集控站 3 座，分別是 220 kV 薛坡集控站、220 kV 付莊集控站和 220 kV 鈞州集 控站， 110 kV 變電站點按屬地化管理就近接入相應(yīng) 區(qū)域的 220 kV 集控站進行統(tǒng)一監(jiān)管。 本方案僅涉及 以上 3 座 220 kV 集控站及其所轄 110 kV 子站和地 調(diào)主站。 方案一：OLT 直接上聯(lián)至 SDH/MSTP 網(wǎng)絡(luò) 許昌轄區(qū)所有變電站均已實現(xiàn)光傳輸設(shè)備全覆 蓋，因此，在 3 個 220 kV 集控站各安裝一套 OLT、 ONU 和 ODN，所轄 110 kV 子站均放置一套 ONU。 各子站的自動化信息經(jīng) ONU 上傳至所屬集控站的 OLT，各集控站的 OLT 通過所在站點的 SDH/MSTP 設(shè)備提供的 GE 口直接上聯(lián)至站內(nèi) SDH/MSTP 設(shè)備， 經(jīng)地區(qū) SDH/MSTP 環(huán)網(wǎng)與地調(diào)主站的自動化核心交 換機互聯(lián)， 組成邏輯上的星型 EPON 網(wǎng)絡(luò)， 完成變電 站電力自動化信息及時、 準(zhǔn)確、 可靠的上傳至地調(diào)監(jiān) 控中心(方案一 EPON 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖 4 所示) 。 方案二：OLT 組建 GE 光纖環(huán)網(wǎng) 由于電力系統(tǒng)對自動化信息傳送的可靠性要求 極高，因此，為提高自動化信息傳送網(wǎng)的可靠性， 可將 3 個集控站的 OLT 組建成環(huán)網(wǎng)， 然后再接至地 調(diào)自動化核心交換機。組建方式有兩種，一是直接 利用 3 個集控站間的光纜線路直接組網(wǎng)，二是通過 SDH/MSTP 環(huán)網(wǎng)組建環(huán)網(wǎng)。兩種方式比較，前者組 網(wǎng)簡單，但需要占用較多的光纜纖芯資源，且中間 跳接點相對較多；后者無需中間站點跳接，且節(jié)約

圖 4 方案一 EPON 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 Fig. 4 EPON network structure diagram of Scheme One

主干光纜纖芯資源， 但對 SDH/MSTP 環(huán)網(wǎng)容量提出 了很高的要求， 可通過 SDH/MSTP 環(huán)網(wǎng)升級擴容實 現(xiàn)，因此，綜合考慮，決定采用后者(方案二 EPON 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖 5 所示)。

圖 5 方案二 EPON 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 Fig. 5 EPON network structure diagram of Scheme Two

5 結(jié)束語
EPON 作為光纖接入技術(shù)之一，以其獨特的天 然優(yōu)勢必將在電力自動化信息傳送領(lǐng)域取得突飛猛

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進的發(fā)展和更深層次的應(yīng)用。文中研究的兩種基于 EPON 的電力自動化信息傳送網(wǎng)絡(luò)以其廣泛的實用 性得到了系統(tǒng)業(yè)界專家們的一致好評，方案一的具 體應(yīng)用正在逐步開展，至于方案二中組網(wǎng)方式涉及 到許昌電力通信傳輸網(wǎng)傳輸容量整體升級，因此， 有待于今后進一步研究�？傊� EPON 的電力 自動化信息傳送平臺與供電企業(yè)以及電網(wǎng)的發(fā)展均 到達了良好匹配，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)也與電力通信網(wǎng)現(xiàn)狀結(jié) 合比較緊密，具有很強適應(yīng)性，信道維護成本低， 隨著智能電網(wǎng)和“三集五大”體系的不斷完善， EPON 技術(shù)在電力自動化和電力通信等領(lǐng)域?qū)⒂懈?為廣闊的應(yīng)用前景。 參考文獻
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基于EPON的電力自動化信息傳送平臺
作者： 作者單位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 殷志鋒， 周雅， 張元敏， YIN Zhi-feng， ZHOU Ya， ZHANG Yuan-min 許昌學(xué)院電氣信息工程學(xué)院,河南 許昌,461000 電力系統(tǒng)保護與控制 Power System Protection and Control 2014(2)

參考文獻(14條) 1.林添順 基于 GPRS 的新型配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)設(shè)計及實用性分析 2008(19) 2.王建華;榮命哲;耿英三 數(shù)字化電力設(shè)備的概念與內(nèi)涵 2009(06) 3.王亞非;胡四全;馬力 基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度備用通道 2009(16) 4.陳昌松;段善旭;殷進軍 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光伏陣列發(fā)電預(yù)測模型的設(shè)計 2009(09) 5.董張卓;唐明;李寧 電力調(diào)度主站的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) 2008(18) 6.韓國政;徐丙垠;索南加樂 基于IEC 61850 的配網(wǎng)自動化通信技術(shù)研究 2013(02) 7.帥智康;羅安;劉定國 串聯(lián)諧振注入式混合型有源電力濾波器及濾波特性分析 2009(05) 8.王華偉;胡寶華;楊淑雯 新一代無源光網(wǎng)絡(luò)-EPON 2004(01) 9.馮倩 電力自動化的通信網(wǎng)絡(luò)分析研究 2011(20) 10.李亞玲 淺析電力自動化的通信網(wǎng)絡(luò)分析研究 2011(03) 11.張繼東;陶智勇 EPON的發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù) 2002(01) 12.孫中偉;馬亞寧;王一蓉 基于 EPON 的配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)及其安全機制 2010(08) 13.孔錦標(biāo);葉志軍;余杰 EPON在智能配網(wǎng)中的研究與應(yīng)用 2012(06) 14.李學(xué)易;韓一石;韓國軍 基于EPON的綜合接入組網(wǎng)設(shè)計 2007(09)

引用本文格式：殷志鋒.周雅.張元敏.YIN Zhi-feng.ZHOU Ya.ZHANG Yuan-min 基于EPON的電力自動化信息傳送平臺[期刊論文]-電力系 統(tǒng)保護與控制 2014(2)



  本文關(guān)鍵詞：基于EPON的電力自動化信息傳送平臺，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。