基于EPON 的配電網(wǎng)中壓饋線二級(jí)分纖規(guī)劃

李東恒

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司韶關(guān)供電局，廣東 韶關(guān) 512000）

0 引言

配電網(wǎng)服務(wù)用電客戶，配電網(wǎng)通信則服務(wù)電網(wǎng)的其他二次專業(yè)，包括配電網(wǎng)計(jì)量、自動(dòng)化以及智能感知等。智能電網(wǎng)雖然一直在變化發(fā)展，但堅(jiān)強(qiáng)可靠的端到端信息傳輸通道是智能電網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。隨著《廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)指導(dǎo)原則》修編完成并發(fā)布，智能電網(wǎng)的發(fā)展逐漸明晰?！鞍踩?、可靠、綠色、高效”是智能配電網(wǎng)的總體建設(shè)要求，細(xì)化到配電網(wǎng)智能化水平的具體要求即“可觀、可測(cè)、可控”，適應(yīng)新能源、新技術(shù)和新應(yīng)用的發(fā)展需求。配電網(wǎng)通信規(guī)劃須結(jié)合配電網(wǎng)的基本情況展開。

配電網(wǎng)通信服務(wù)用戶數(shù)量多，分布廣，擁有豐富的線行通道資源，且建設(shè)光纖成本較運(yùn)營(yíng)商低。

當(dāng)前區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)通信的主要方式為無(wú)線公網(wǎng)、載波、衛(wèi)星和LoRa，其中LoRa 和衛(wèi)星通信為主要的補(bǔ)充方式，適用于山區(qū)、地下室以及室內(nèi)等部分無(wú)線公網(wǎng)信號(hào)薄弱區(qū)域。

配電網(wǎng)通信的主要問(wèn)題在于計(jì)量業(yè)務(wù)下行分段傳輸帶寬低。通道帶寬70%用于基本的計(jì)費(fèi)功能，限制了智能電網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的發(fā)展。隨著業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)，無(wú)線公網(wǎng)通道租賃費(fèi)用日益龐大，每年資費(fèi)已經(jīng)達(dá)到500 萬(wàn)元。此外，山區(qū)、地下室以及室內(nèi)等部分區(qū)域，無(wú)線公網(wǎng)信號(hào)存在盲區(qū)。

雖然信號(hào)盲區(qū)問(wèn)題部分可以通過(guò)與運(yùn)營(yíng)商談判或采用LoRa、衛(wèi)星等高成本方式解決，但網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)和資費(fèi)問(wèn)題并沒(méi)有得到根本解決。配電網(wǎng)通信規(guī)劃不能滿足未來(lái)智能電網(wǎng)的發(fā)展需求。

規(guī)劃服務(wù)于需求，同時(shí)引導(dǎo)需求。因此，高帶寬、低延時(shí)是未來(lái)配電網(wǎng)通信的規(guī)劃建設(shè)方向，同時(shí)電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)該結(jié)合自身配電網(wǎng)一次網(wǎng)架分層分段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用豐富的線行通道資源規(guī)劃建設(shè)配電網(wǎng)通信。

通過(guò)分析國(guó)內(nèi)以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Passive Optical Network，EPON）在電網(wǎng)中的運(yùn)用，總結(jié)EPON、LoRa、光纖以及4G 等配電網(wǎng)通信方式在區(qū)域中的規(guī)化建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，綜合分析比較成本和智能電網(wǎng)發(fā)展的多方面因素，分析選取適合的運(yùn)行方式。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)配電網(wǎng)引入EPON 技術(shù)已經(jīng)多有研究，也有相應(yīng)的《電力光纖到戶施工及驗(yàn)收規(guī)范》，但缺乏對(duì)縣域電網(wǎng)及老舊分散小區(qū)的建設(shè)規(guī)劃。究其原因，在于以往規(guī)劃都是基于運(yùn)營(yíng)商的光纖到戶標(biāo)準(zhǔn)，并沒(méi)有結(jié)合配電網(wǎng)的一次網(wǎng)架分層分段特點(diǎn)（配電房（分接箱）—公變臺(tái)區(qū)—用戶），不能有效利用線行通道資源，導(dǎo)致無(wú)源光網(wǎng)接入資源浪費(fèi)、投資成本較高。本文針對(duì)配電網(wǎng)通信服務(wù)的對(duì)象進(jìn)行分析，結(jié)合中壓饋線分層分段結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出基于EPON 的韶關(guān)10 kV 中壓饋線二級(jí)1:8+1:8分光規(guī)劃建設(shè)方案，以解決配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)接入受限問(wèn)題。

配電網(wǎng)投入、產(chǎn)出評(píng)價(jià)指標(biāo)體系需要考慮多方面因素［1］，其中配電網(wǎng)通信主要體現(xiàn)在裝備水平方面，同時(shí)需綜合考慮效益。結(jié)合配電網(wǎng)實(shí)際情況，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在配電網(wǎng)通信中應(yīng)用具有綜合優(yōu)勢(shì)。電網(wǎng)企業(yè)在發(fā)展配電網(wǎng)通信中，需滿足自身高帶寬、低延時(shí)業(yè)務(wù)要求。在控制成本的前提下，利用本身豐富的線行通道資源和建設(shè)成本低于運(yùn)營(yíng)商的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)著力建設(shè)光纖及無(wú)源光網(wǎng)，并適時(shí)建設(shè)電網(wǎng)的5G 專網(wǎng)或?qū)①Y源租賃、共享［2］，從而為國(guó)家5G 發(fā)展添磚加瓦。下面將從現(xiàn)狀、需求分析、方案以及綜合因素評(píng)估等方面進(jìn)行闡述。

1 現(xiàn) 狀

配電網(wǎng)通信服務(wù)的對(duì)象主要有配電網(wǎng)計(jì)量130萬(wàn)智能電表用戶、配電網(wǎng)自動(dòng)化3 000 個(gè)10 kV 中壓饋線的自動(dòng)化開關(guān)和智能感知30 000 個(gè)低壓臺(tái)區(qū)。其中，配電網(wǎng)計(jì)量和自動(dòng)化業(yè)務(wù)現(xiàn)狀通信需求較為清晰。計(jì)量主要需求為基本的計(jì)費(fèi)功能需求，自動(dòng)化主要為三遙需求（遙信、遙測(cè)、遙控）。智能感知業(yè)務(wù)由于是智能電網(wǎng)發(fā)展的新需求，尚未明確，故重點(diǎn)闡述計(jì)量和自動(dòng)化業(yè)務(wù)現(xiàn)狀。

1.1 當(dāng)前配電網(wǎng)通信的主要方式

研究區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)通信主要方式為無(wú)線公網(wǎng)、載波、衛(wèi)星和LoRa，如圖1 所示。其中，計(jì)量低壓集抄為主站-集中器-智能電表，傳輸方式為無(wú)線公網(wǎng)和載波，即主站到集中器為無(wú)線公網(wǎng)，集中器至智能電表為載波方式；自動(dòng)化主要為無(wú)線公網(wǎng)；LoRa 和衛(wèi)星通信為主要補(bǔ)充方式，適用于山區(qū)、地下室以及室內(nèi)等部分無(wú)線公網(wǎng)信號(hào)薄弱區(qū)域。

1.2 配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)需求分析

配電網(wǎng)通信作為輔業(yè)，需要根據(jù)配電網(wǎng)其他二次專業(yè)需求制定規(guī)劃，但目前二次專業(yè)呈現(xiàn)各自為政、各自組網(wǎng)的狀態(tài)。計(jì)量專業(yè)采用主站+集中器+智能電表的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)果，自動(dòng)化采用主站+三遙點(diǎn)的二級(jí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。其中，?jì)量的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，主站到集中器采用無(wú)線公網(wǎng)通信方式，集中器至智能電表主要采用窄帶載波通信方式，可完成了歷史任務(wù)暨百分百的自動(dòng)化抄表率。由于在集中器至智能電表段（下文稱之為“下行”）的帶寬限制（在只有kb 級(jí)帶寬），下行段70%帶寬用于基本的計(jì)費(fèi)信息報(bào)送（見(jiàn)表1）。

自動(dòng)化專業(yè)采用主站+三遙點(diǎn)的二級(jí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，主要使用無(wú)線公網(wǎng)，能最快滿足自動(dòng)化普通三遙開關(guān)的通信需求。但是，隨著自動(dòng)化要求的不斷提高和智能電網(wǎng)的發(fā)展，通信作為配電網(wǎng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)支撐，對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性的支撐主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

第一，有效提高故障定位隔離后故障信息和開關(guān)分合閘信息的獲取及時(shí)性，輔以表計(jì)終端信息，可準(zhǔn)確判斷停電開關(guān)，提前發(fā)送故障信息安撫停電用戶。在電流級(jí)差型、電壓時(shí)間型以及電壓電流型技術(shù)路線下，假定運(yùn)維有效且通信可靠的前提下，它比傳統(tǒng)用戶報(bào)障停電可提前15 min，全局用戶故障平均停電時(shí)間預(yù)計(jì)減少0.25 h。

表1 計(jì)量現(xiàn)狀數(shù)據(jù)報(bào)送情況

第二，依托配電網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控，降低合環(huán)操作人身風(fēng)險(xiǎn)，以遠(yuǎn)程遙控（分合，功能軟壓板投退）降低運(yùn)維人員工作量。

第三，依托配電網(wǎng)通信快速遙控轉(zhuǎn)電，降低主配電網(wǎng)事件風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。30 min 可實(shí)現(xiàn)35 kV 及以上失壓母線及變電站10 kV 線路的快速轉(zhuǎn)電，降低事件風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

第四，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警，指導(dǎo)業(yè)擴(kuò)報(bào)裝及規(guī)劃，解決盲調(diào)問(wèn)題。

研究區(qū)域自動(dòng)化技術(shù)路線的通信需求，如表2所示。

表2 自動(dòng)化需求

普通控制區(qū)即普通三遙設(shè)備，智能分布式控制區(qū)即智能分布式功能三遙設(shè)備。無(wú)線公網(wǎng)4G 的理論時(shí)延50 ms，已經(jīng)無(wú)法滿足智能分布式控制區(qū)三遙設(shè)備的通信要求，同時(shí)山區(qū)、地下室以及室內(nèi)等部分區(qū)域無(wú)線公網(wǎng)信號(hào)存在盲區(qū)。雖然信號(hào)盲區(qū)問(wèn)題部分可以通過(guò)與運(yùn)營(yíng)商談判（增加基站布點(diǎn)、加裝信號(hào)中繼或放大器等方式）以及采用LoRa、衛(wèi)星等高成本方式解決，但網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)和資費(fèi)問(wèn)題并沒(méi)有得到根本解決，因此當(dāng)前的配電網(wǎng)通信規(guī)劃不能滿足未來(lái)智能電網(wǎng)的發(fā)展需求。

綜上所述，當(dāng)前配電網(wǎng)計(jì)量、自動(dòng)化的通信方式及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，已經(jīng)不能滿足未來(lái)智能電網(wǎng)的發(fā)展需求，如計(jì)量的下行通道帶寬冗余不足，自動(dòng)化開關(guān)使用無(wú)線公網(wǎng)存在不滿足時(shí)延要求和信號(hào)盲區(qū)的問(wèn)題。

配電網(wǎng)通信規(guī)劃不應(yīng)脫離配電網(wǎng)饋線的骨干，應(yīng)依附于配電網(wǎng)饋線發(fā)展延伸，同時(shí)考慮成本。在配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃的背景下，文獻(xiàn)［3］提出每個(gè)網(wǎng)格依據(jù)可靠性目標(biāo)制定備選規(guī)劃項(xiàng)目，構(gòu)建考慮停電損失的項(xiàng)目全壽命周期成本模型，將可靠性量化目標(biāo)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)成本。

2 EPON 對(duì)比其他通信方式的優(yōu)劣

無(wú)線公網(wǎng)+載波為主、LoRa 及衛(wèi)星為輔的規(guī)劃運(yùn)行方式，主要出發(fā)點(diǎn)是滿足基本業(yè)務(wù)需求。這種運(yùn)行方式中，帶寬及時(shí)延等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)落后，是各自為政、各自組網(wǎng)的結(jié)果。其中，集中器至智能電表的低壓載波集抄方式（非實(shí)時(shí)、秒級(jí)時(shí)延、kb 級(jí)帶寬）已經(jīng)不能滿足未來(lái)智能電網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的發(fā)展需求，因此統(tǒng)一規(guī)劃至關(guān)重要。從配電網(wǎng)通信服務(wù)的客戶來(lái)看，有數(shù)量大和基本沿電力線行分布兩個(gè)基本特點(diǎn)。

電網(wǎng)企業(yè)的最大優(yōu)勢(shì)在于通道資源。光纖建設(shè)主要沿電力線行鋪設(shè)，大部分不需要另行開挖敷設(shè)通道，光纖建設(shè)成本遠(yuǎn)低于運(yùn)營(yíng)商。智能電表直接面對(duì)客戶，是與用戶交互的“端”。信息流的接入點(diǎn)，也可以是輸出點(diǎn)（競(jìng)爭(zhēng)性業(yè)務(wù)或交互終端等）。但是，當(dāng)前沿用的無(wú)線公網(wǎng)+載波形式，70%帶寬用于基本電量計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)傳送，無(wú)論是安全性和可靠性，還有數(shù)據(jù)接入能力，都極大受限。

在電力規(guī)劃層面，智能電網(wǎng)大規(guī)模新建或改造10 kV 線路，同期配套建設(shè)光纖，形成了智能電網(wǎng)神經(jīng)系統(tǒng)的骨干通道。只需要強(qiáng)化接入能力，完善改造光纖接入網(wǎng)即可。堅(jiān)強(qiáng)、可靠、高帶寬、低延時(shí)的端到端信息傳輸通道，是智能電網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。

下面對(duì)主要通信方式進(jìn)行對(duì)比分析，見(jiàn)表3。

表3 技術(shù)路徑網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對(duì)比

由于5G 尚未正式商業(yè)化，預(yù)測(cè)存在盲區(qū)問(wèn)題，暫無(wú)官方定價(jià)。公網(wǎng)4G 方面同樣存在偏遠(yuǎn)地帶和地下區(qū)域等弱信號(hào)、無(wú)信號(hào)盲區(qū)。光纖作為通信的主要方式，其沿電力線鋪設(shè)成本低，但存在地埋管道光纜建設(shè)成本高、實(shí)施面臨道路開挖限制的難題。

NB-IoT 和LoRa 覆蓋廣，電池壽命長(zhǎng)，終端成本低。其中，NB-IoT存在商業(yè)化但尚不成熟的問(wèn)題。LoRa 雖然自建網(wǎng)絡(luò)無(wú)需通道租賃費(fèi)用，但建設(shè)成本總體偏高。LoRa 造價(jià)參考研究區(qū)域的實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，50 萬(wàn)建設(shè)25 個(gè)點(diǎn)接近衛(wèi)星通信造價(jià)，可見(jiàn)其在特定應(yīng)用場(chǎng)景可以作為補(bǔ)充通信模式。

寬帶載波可以利用線路資源優(yōu)勢(shì)，但由于技術(shù)老舊，更換模塊成本高，存在受外界信號(hào)干擾和噪聲的影響大等問(wèn)題，且其網(wǎng)絡(luò)參數(shù)較為落后。文獻(xiàn)［4］提出能源互聯(lián)網(wǎng)利用互聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)達(dá)到能量按需雙向流動(dòng)的目的，同時(shí)以等值投資成本和運(yùn)行成本為最小目標(biāo)?？梢?jiàn)，提高通信系統(tǒng)支撐能力是智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。

無(wú)源光網(wǎng)中的EPON 技術(shù)成熟，對(duì)原有光纖網(wǎng)架改動(dòng)量少，使得光纖利用率以幾何倍數(shù)級(jí)提高，具備配電網(wǎng)業(yè)務(wù)全接入能力。文獻(xiàn)［5］配電網(wǎng)路徑規(guī)劃復(fù)雜，但結(jié)合配電網(wǎng)線路現(xiàn)狀，主要作為附屬設(shè)備建設(shè)。初步評(píng)估成本后發(fā)現(xiàn)，它的建設(shè)成本與寬帶載波建設(shè)成本差別不大。

低時(shí)延和高帶寬是通信發(fā)展的方向。在綜合考慮成本的情況下，結(jié)合配電網(wǎng)通信服務(wù)的客戶分布特點(diǎn)，以沿電力線行鋪設(shè)主干光纜為主，以個(gè)別情況另行建溝鋪設(shè)為輔。利用無(wú)源光網(wǎng)技術(shù)中EPON 大接入能力的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的全覆蓋，從10 kV 主干線路的自動(dòng)化三遙逐步延伸至公變臺(tái)區(qū)，并最終接入智能電表或計(jì)量交互終端。這是配電網(wǎng)邁向智能化通信規(guī)劃的最優(yōu)方案。

電網(wǎng)有著豐富的線行通道資源，建設(shè)光纖成本較運(yùn)營(yíng)商低。它在解決配電網(wǎng)通信資源無(wú)法支撐智能電網(wǎng)需求的同時(shí)，也為國(guó)家應(yīng)對(duì)5G 商營(yíng)中遇到的難題提供了一種解決思路。5G 網(wǎng)絡(luò)試運(yùn)營(yíng)階段，中國(guó)電信獲得了3 400～3 500 MHz 共100 MHz 帶寬的5G 試驗(yàn)頻率資源，中國(guó)聯(lián)通獲得了3 500～3 600 MHz 共100 MHz 帶寬的5G 試驗(yàn)頻率資源，中國(guó)移動(dòng)獲得了2 515～2 675 MHz、4 800～4 900 MHz 頻段的5G 試驗(yàn)頻率資源［6］。

表4 頻段、波長(zhǎng)分布

對(duì)比2G、3G 和4G 可以發(fā)現(xiàn)，5G 本質(zhì)是高頻短波，其高頻段頻率傳播半徑短的特性將導(dǎo)致光纖建設(shè)需求大增，同時(shí)基站布點(diǎn)需更加密集。參考WiFi 的頻率波長(zhǎng)可以得出，5G 的信號(hào)傳輸距離將從4G 的百米量級(jí)降為十米量級(jí)。

5G 同樣基于光纖，十米量級(jí)的單位將導(dǎo)致光纖建設(shè)需求大增。電網(wǎng)企業(yè)擁有豐富的線行資源，光纖成本低廉，建設(shè)成本主要為通道資源費(fèi)用。在建設(shè)電網(wǎng)的通信專網(wǎng)滿足自身專網(wǎng)通信需求的同時(shí)，可以將光纖和無(wú)源光網(wǎng)資源作為與運(yùn)營(yíng)商合作的前提，或是租賃給運(yùn)營(yíng)商，或是自建5G 專網(wǎng)。

3 基于配電網(wǎng)饋線結(jié)構(gòu)提出1:8+1:8二級(jí)分光模式

3.1 EPON 技術(shù)解決電網(wǎng)問(wèn)題的原理

EPON 是基于以太網(wǎng)的PON 技術(shù)（無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）［7-9］。它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用無(wú)源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

EPON 具備全部智能電表量級(jí)接入能力，下行方向采用廣播方式，即OLT 發(fā)出的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)經(jīng)過(guò)一個(gè)1:n的無(wú)源光分路器或幾級(jí)分路器傳送到每一個(gè)ONU［10-15］，這里n的典型取值在范圍為4～64（受可用的光功率預(yù)算限制）。這種行為特征與共享媒質(zhì)網(wǎng)絡(luò)相同。在下行方向，OLT 廣播數(shù)據(jù)包，而目的ONU 有選擇地提取。二級(jí)分光模式通過(guò)-10log(1/n)進(jìn)行計(jì)算（n=m時(shí)，n為分纖數(shù)，m為接入電表數(shù)或終端）。采用的1/8 二級(jí)分纖方案，主干光纖網(wǎng)架末端增加分光網(wǎng)架，即主干2 →64 →512 →4 096 個(gè)業(yè)務(wù)接入能力。

它針對(duì)不同用戶配置靈活，能夠解決配電網(wǎng)通信運(yùn)行方式接入帶寬低的問(wèn)題。EPON 上行方向采用時(shí)分多址接入（Time Division Multiple Access，TDMA）方式，實(shí)現(xiàn)多個(gè)ONU 對(duì)上行帶寬的多址接入。它的帶寬分配方案可分為靜態(tài)帶寬分配和動(dòng)態(tài)帶寬分配。靜態(tài)帶寬分配方式的原理是OLT 周期性地為每個(gè)ONU 分配固定的時(shí)隙作為上行發(fā)送窗口，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但存在帶寬利用率低、帶寬分配不靈活以及對(duì)突發(fā)性業(yè)務(wù)適應(yīng)能力差等問(wèn)題。動(dòng)態(tài)帶寬分配（Dynamic Bandwidth Allocation，DBA）是實(shí)時(shí)地（ms/ns 量級(jí)）改變EPON 的各ONU 上行帶寬的機(jī)制。根據(jù)業(yè)務(wù)流量突發(fā)情況，可以利用該機(jī)制動(dòng)態(tài)分配帶寬。用電信息采集等業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，主要依附于以分支箱/分接箱為父節(jié)點(diǎn)的星型或樹狀結(jié)構(gòu)，與文獻(xiàn)［16］智能變電站的過(guò)程層、間隔層以及站控層設(shè)備的通信層級(jí)類似。

因此，綜合電網(wǎng)的線行資源優(yōu)勢(shì)，沿中壓線路鋪設(shè)主干光纜，同時(shí)將配電房、分接箱及臺(tái)區(qū)作為節(jié)點(diǎn)，利用EPON 接入能力，沿低壓線組建無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，滿足智能電網(wǎng)臺(tái)區(qū)視頻環(huán)境監(jiān)控等業(yè)務(wù)對(duì)大帶寬和低延時(shí)通道的需求。

3.2 配電網(wǎng)EPON 的1:8+1:8 二級(jí)分光模式

配電網(wǎng)計(jì)量和自動(dòng)化業(yè)務(wù)的二級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要是針對(duì)其業(yè)務(wù)所在節(jié)點(diǎn)而形成的，如圖3 的饋線分層分段結(jié)構(gòu)所示。計(jì)量業(yè)務(wù)和自動(dòng)化業(yè)務(wù)分別處于環(huán)網(wǎng)點(diǎn)和變壓器，因此需根據(jù)配電網(wǎng)饋線結(jié)構(gòu)來(lái)規(guī)劃光纖結(jié)構(gòu)，這是配電網(wǎng)通信規(guī)劃的重點(diǎn)。

EPON 分光模式的最大分光比能達(dá)到128，但此分光模式的層級(jí)節(jié)點(diǎn)單一、有效傳輸距離過(guò)短，不適應(yīng)配電網(wǎng)的一次網(wǎng)架分層分段結(jié)構(gòu)。結(jié)合電網(wǎng)10 kV 線路長(zhǎng)度要求，10 kV 線路A+、A 類供電區(qū)域供電半徑不宜超過(guò)3 km，B、C 類不宜超過(guò)5 km，D 類不宜超過(guò)15 km。

考慮到配電網(wǎng)低運(yùn)維強(qiáng)度需求和實(shí)際運(yùn)行條件限制，接入衰耗在22 dB 時(shí)為最佳運(yùn)行條件。此外，根據(jù)10 kV 線路節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（配電房（分接箱）—公變臺(tái)區(qū)—用戶），提出二級(jí)1:8+1:8 分光模式，分別將OLT 和OBD 布置于配電房和臺(tái)區(qū)，并可根據(jù)分支線靈活配置。10 kV 典型“2-1”單環(huán)網(wǎng)，如圖3 所示。

由分光衰耗計(jì)算公式得：

因此，n=8 時(shí)，分光節(jié)點(diǎn)衰耗為-10.7 dB。

二級(jí)分光模式下，基于EPON 的PON 口最低靈敏度為-28 dB，ODF 插入損耗為-0.5 dB，二級(jí)分纖的耦合衰耗為2 dB。當(dāng)發(fā)射功率為+3 dB時(shí)，3 km 線路長(zhǎng)度和15 km 線長(zhǎng)度的線路總衰耗分別為：

結(jié)果表明，在適配配網(wǎng)饋線二級(jí)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也可以滿足在極限長(zhǎng)度下的傳輸衰耗要求。

在研究區(qū)域的配電網(wǎng)通信規(guī)劃中，EPON 的應(yīng)用場(chǎng)景主要為分散居民區(qū)和大型新建小區(qū)。

3.2.1 分散居民區(qū)

該類區(qū)域主要集中在老舊城區(qū)、縣城區(qū)等，具有居民相對(duì)分散的特點(diǎn)，因此規(guī)劃側(cè)重點(diǎn)在臺(tái)區(qū)。

采用1:8+1:8 二級(jí)分光模式的主要目標(biāo)是優(yōu)先覆蓋低壓臺(tái)區(qū)。在如圖4 所示的臺(tái)區(qū)結(jié)構(gòu)的配電變壓器節(jié)點(diǎn)設(shè)置二級(jí)分光點(diǎn)，以O(shè)NU 模塊實(shí)現(xiàn)光纖到表，從而實(shí)現(xiàn)多協(xié)議接入及高帶寬信息傳送通道搭建，如高清實(shí)時(shí)視頻、無(wú)人機(jī)巡視、實(shí)時(shí)電量以及實(shí)時(shí)控制等。

如圖5 所示，以研究區(qū)域內(nèi)某縣城區(qū)為例進(jìn)行說(shuō)明，其中配電房和分接箱下方標(biāo)注的數(shù)字為用戶數(shù)。

線路匯接點(diǎn)選取在配電房。光纜分配點(diǎn)選在用戶較為集中的低壓臺(tái)區(qū)和各分接箱，負(fù)責(zé)該低壓臺(tái)區(qū)和各分接箱用戶接入點(diǎn)的匯接。此外，在智能電表較為集中的低壓臺(tái)區(qū)附近設(shè)置一個(gè)用戶接入點(diǎn)。最終，線路布局圖如圖6 所示。

3.2.2 大型新建小區(qū)

大型新建小區(qū)具有利用EPON 進(jìn)行光纖到表的先天優(yōu)勢(shì)，方案種類繁多。經(jīng)過(guò)論證，本次規(guī)劃參照《住宅區(qū)四網(wǎng)融合設(shè)計(jì)技術(shù)原則》的原則，選擇實(shí)施1:8+1:8 二級(jí)分光模式，如圖7 所示。

一級(jí)分纖節(jié)點(diǎn)選取小區(qū)匯接點(diǎn)如會(huì)所、幼兒園等公用配電站，二級(jí)分纖節(jié)點(diǎn)選取各公變低壓房，負(fù)責(zé)該公變低壓房所帶樓棟用戶接入點(diǎn)的匯接。對(duì)于每層3 戶的樓棟，每5 層15 戶設(shè)置一個(gè)用戶接入點(diǎn)，并利用皮纖延伸。對(duì)于低容積區(qū)域住戶（疊院、別墅區(qū)），在電表房設(shè)置匯聚點(diǎn)，利用皮纖延伸。

由公變低壓房向每個(gè)用戶接入點(diǎn)建設(shè)一條配線光纜，導(dǎo)致管廊資源和ODF 安裝位置占用多。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)安裝位置考慮，在每棟樓的負(fù)一層強(qiáng)電井設(shè)置光纜分纖箱，由公變電壓房至光纜分纖箱敷設(shè)一條配線光纜。樓層用戶接入點(diǎn)放置光分路器，通過(guò)尾纖接至負(fù)一層光纜分纖箱。建筑布局如圖8所示。

4 結(jié)語(yǔ)

雖然智能電網(wǎng)在不斷發(fā)展變化，但堅(jiān)強(qiáng)、可靠、高帶寬以及低延時(shí)的端到端信息傳輸通道是智能電網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)［17-20］。綜合比較可知，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的EPON 費(fèi)效比最優(yōu)，但目前基于EPON 的光纖規(guī)劃都是基于運(yùn)營(yíng)商的光纖到戶標(biāo)準(zhǔn)，不能有效利用電力線行通道資源，導(dǎo)致無(wú)源光網(wǎng)接入資源浪費(fèi)、投資成本較高。規(guī)劃設(shè)計(jì)的分散居民區(qū)應(yīng)用場(chǎng)景方案和參考《住宅區(qū)四網(wǎng)融合設(shè)計(jì)技術(shù)原則》的大型新建小區(qū)應(yīng)用場(chǎng)景方案，均需要根據(jù)配電網(wǎng)實(shí)際情況在實(shí)施過(guò)程中不斷完善。因此，結(jié)合中壓饋線通信業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)分層分段結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)衰耗特性計(jì)算，提出EPON 技術(shù)在配電網(wǎng)通信中更優(yōu)的1:8+1:8 二級(jí)分光模式。老舊分散居民類型和新建大型小區(qū)場(chǎng)景充分利用電網(wǎng)的線行通道資源，可沿低壓線延伸至智能電表側(cè)，解決了研究區(qū)域配電網(wǎng)通信規(guī)劃存在的運(yùn)行方式單一、帶寬及時(shí)延等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)落后、無(wú)法應(yīng)對(duì)智能電網(wǎng)發(fā)展需求等問(wèn)題，有助于加快四網(wǎng)融合，推進(jìn)5G 發(fā)展。