新型電力系統物聯網接入無源光網分光器分散式布置研究

摘""要：在新型電力系統建設背景下，“加快配電網改造升級，推動智能配電網、主動配電網建設，提高配電網接納新能源和多元化負荷的承載力和靈活性，促進新能源優先就地就近開發利用”成為重要工作。隨著智能配電網的加快建設，為了更好地支撐“遙信、遙測、遙控、遙調”的四遙應用，終端通信接入網光纖專網的覆蓋范圍、覆蓋規模將快速提升。基于無源光網絡（"Passive"Optical"Network，PON）技術下的接入網建設越來越多。當前電網PON網絡建設模式多為樹形結構組網模式，而分光器的布點位置更是極其講究，不僅需綜合考慮當下終端ONU設備的接入，還需考慮未來建設終端站點的ONU設備的接入及接入數量的預估。因此，分光器的布點位置及選擇分光比的類型極為重要。

關鍵詞：新型電力系統""PON""分光器""布點位置

中圖分類號：TM73

Research"on"Distributed"Layout"of"Passive"Optical"Network"Dividers"Based"on"New"Power"System"IoT"Access

FU"Shouxi""ZHUO"Xiuzhe""CHEN"Jian

Fujian"Yongfu"Electric"Power"Design"Co.，"Ltd.，"Fuzhou，"Fujian"Province，"350108China

Abstract："In"the"context"of"the"construction"of"a"new"power"system，"\"accelerating"the"transformation"and"upgrading"of"the"distribution"network，"promoting"the"construction"of"intelligent"and"active"distribution"networks，"improving"the"carrying"capacity"and"flexibility"of"the"distribution"network"to"accept"new"energy"and"diversified"loads，"and"promoting"the"priority"of"local"development"and"utilization"of"new"energy\""has"become"an"important"task."With"the"accelerated"construction"of"intelligent"distribution"networks，"in"order"to"better"support"the"four"remote"applications"of"\"remote"signaling，"telemetry，"remote"control，"and"remote"adjustment\"，"the"coverage"range"and"scale"of"the"terminal"communication"access"network"fiber"optic"private"network"will"be"rapidly"improved."There"are"more"and"more"access"network"constructions"based"on"Passive"Optical"Network"（PON）"technology."The"current"construction"mode"of"PON"networks"in"the"power"grid"is"mostly"a"tree"structure"networking"mode，"and"the"placement"of"splitters"is"extremely"particular."It"is"necessary"to"comprehensively"consider"not"only"the"access"of"current"terminal"ONU"equipment，"but"also"the"access"and"estimated"number"of"ONU"equipment"for"future"construction"of"terminal"sites."Therefore，"the"placement"of"the"spectral"splitter"and"the"type"of"spectral"ratio"selected"are"extremely"important.

Key"Words："New"power"system;"PON;"Optical"splitter;"Layout"location

本論文討論一種全網無源光網絡的分光器布點位置分散式布置方法，先利用業務接入點分布式矩陣計算最遠和最近的終端ONU設備衰耗特點，然后采用對角線元素構置整體布置模型，最后使用數字分布集合進行驗算。該方法實現統一規劃布置和管理，實現接入網業務分光器設置點快速定位，配網智能終端的安全準入統一管理。提高終端通信接入網可管理性、安全性、減少運行維護工作量[1]。

1""無源光網絡分光器分布式矩陣部署算法

1.1""站房類型和計劃部署點篩選

無源光網絡的分光器布點位置分散式布置方法，主要是對現有的站點分光器的布置進行科學、合理規劃，對接入層配電通信網覆蓋的配電室、環網柜、開閉所等配電終端需要建設PON設備的站點進行布點規劃。片域站房的分布設計矩陣方程式：

式（1）中：表示主干環站房的矩陣方程，其中ZF元素表示各個站房，由1和0構成，下角標通過站點數1～N分類表示1條光纜單環或支鏈的首至尾站點。

由于ONU終端設置點為輔控站點、“三遙”等重要站點，因此將輔控站點、“三遙”、主干環網等重要站房ZF標記為1，其他站房標記為0。

根據站房業務上送需求實際情況，規劃配置無源光網絡分光器的站點，形成擬建無源光網絡分光器矩陣方程式：

式（2）中：表示主干環站房的矩陣方程，其中PT元素表示各個站房，由1和0構成，下角標通過站點數1～N分類表示1條光纜單環或支鏈的首至尾站點。

其中計劃擬部署無源光網絡分光器PT標記為1，其他為計劃標記為0。

1.2""分光器部署點篩選

根據上述（1）式和（2）式站房類型矩陣和擬部署無源光網絡分光器矩陣成績，通過叉乘方式提取出（1）式中主干環網中需要擬部署分光器的站點集合：

通過上述方式對整個片域內站點進行集合選點，選出合適的分光器部署點。

2"""全網XPON光網絡矩陣式算法規劃

2.1""光鏈路衰耗計算

式（5）中：N表示光纖衰減；M表示連接器衰減；L表示熔接頭衰減；H表示分光器插損[2]。

2.1.1""光纖衰耗計算

從光纜起始成端點到最后一個站房光纜成端點，沿光纜有序地統計站房之間的光纜長度。站房光纜距離順序和上述（1）式中的矩陣順序一致，形成每個站房之間的光纜長度矩陣方程式如下所示：

式（6）中：表示從光纜初始成端點（一般從變電站等地方引出）到第一個站房之間的距離；表示第一個站房與第二站方站房之間的距離，以此類推。

對于無源光網絡（GPON）常見的下行光波采用1"490"nm、1"310"nm，上行光波采用1"310"nm，在光纖通信中，光波長越短在傳時衰耗越大[3]，因此可采用光纖衰減較大的1nbsp;310"nm波長進行光纖鏈路損耗預算，光纖衰減確定：1"310"nm對應衰耗a=0.36"dB/km；根據站房之間的光纜長度計算對應的光纜衰耗：

式（8）中：a表示光鏈路衰耗，GSK表示對應第K個站房與第K-1個站房之間的光纖衰耗，N表示第K個點光纖總衰耗。

2.1.2接頭損耗計算

在未安裝分光器的站房進行跳纖，在此處是進行活動連接器實現光功率傳遞，存在活動連接器插入衰減，b=0.5"dB/個，第K個站房的活動連接器插入衰耗：

在安裝分光器的站房光纖直熔，存在光纖熔接頭衰減，c=0.01"dB/個[4]。第K個站房的光纖直熔插入衰耗：

式（10）中：b表示活動接頭損耗，c表示直熔接頭損耗，M表示第K個點活動接頭總衰耗，L表示第K個點直熔接頭總衰耗。

2.1.3""分光器損耗計算

分光器存在插損h，分光器的插損因為分光器的型號、分光比的不同，插損值也不相同[5]。常用的分光器分光比1∶2（5%～95%），通常使用5%這個端口連接ONU設備，95%端口傳遞至下一級，因此將連接至站房的插損定義為h1（5%），傳遞值下一級的插損定義為h2（95%），以分光比1∶2（5%～95%）為例，h1=11.8"dB，h2=0.6"dB，計算分光器插損比之和[6]：

式（11）中：h、h1、h2表示分光器插損，H表示傳遞到第K個點分光器的總衰耗。

2.1.4""光鏈路總衰耗計算

將上述（7）式、（8）式、（9）式、（10）式代入（5）式

2.2""衰耗判斷及組網方式

2.2.1""光鏈路衰耗判斷

安裝分光器需要滿足：

通過此方法對分光器和鏈路級數是否能達到設備正常工作的要求[7]。

從矩陣中的AK，從矩陣的第1行開始判斷，滿足AK=1，將該點代入式（12）中，根據該點的實際情況，計算出光鏈路衰耗，代入式（13）中，滿足則該站房可實現對應分光比分光器的安裝效果[8]，若到第K+1個點不滿足，則從第1點到第K點組成組網1，第K+1點屬于組網2。

2.2.2""組網方式

每一個組網都使用1芯光纖資源，在第K+1點與之后的部分點形成組網2，組網中的每個點都要進行上述光衰判斷是否滿足要求，組網1之后的光纜鏈路衰耗包含兩部分，一部分是經過前面組網站點跳纖衰耗和光纖衰耗（1～K），另一部分是K+1～x點之間的衰耗[9]。"相關的計算如下：

以此類推，從而劃分出一個鏈路中不同站點的之間形成不同的組網，直到涵蓋所有需要安裝分光器的站點。

4""結語

本文主要對XPON的分光器布點位置進行了研究和分析，給出了XPON技術應用于配電通信網中點位布置、光鏈鏈路衰耗計算的方法。該方法有效地解決在實現配電通信終端多業務采集、上送中的布置選點，通過精準的分布式布點計算，顯著降低新型電力系統及智慧線路建設成本。

參考文獻

1. "顏偉，姜海濤.PON技術在高校校園網中部署的利弊研究[J].電腦知識與技術，2023，19（3""""5）：94-96.
2. "余波.光接入網的物理層聯合帶寬分配技術的研究[D].成都：電子科技大學，2024.
3. "劉世春.1310nm和1550nm波長的光纖彎曲損耗及對光纜線路測試的探討[J].光纖與電"nbsp;"""纜及其應用技術，2001（1）：39-43.
4. "石穎博，趙淳.XGPON和GPON網絡鏈路衰耗指標設計模型[J].電腦知識與技術，2024，20""""""（7）：92-94.
5. "陳泳宏.PON的光路故障與改進分析[J].數字通信世界，2023（5）：99-101.
6. "李忠諭，遲景升.基于光衰段落分析的接入網質量管理體系[J].廣東通信技術，2020，40"""""（12）：78-80.
7. "張凌，周榮生.無源分光器及其在EPON網絡中的應用[J].廣東通信技術，2006（9）：23-26.
8. "辛培哲，李雋，王玉東，等.智能配電網通信技術研究及應用[J].電力系統通信，2010，31"""""（11）：14-19.
9. "劉毅.基于PON技術的接入網研究及工程實踐[D].北京：北京郵電大學，2012.

[10]"蔣海明，夏丹妮，石小敏，等.配電自動化PON網絡工程建設優化方案[J].電力信息與通信技術，2016，14（2）：87-91.