新型電力系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)接入無(wú)源光網(wǎng)分光器分散式布置研究

摘""要：在新型電力系統(tǒng)建設(shè)背景下，“加快配電網(wǎng)改造升級(jí)，推動(dòng)智能配電網(wǎng)、主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)，提高配電網(wǎng)接納新能源和多元化負(fù)荷的承載力和靈活性，促進(jìn)新能源優(yōu)先就地就近開(kāi)發(fā)利用”成為重要工作。隨著智能配電網(wǎng)的加快建設(shè)，為了更好地支撐“遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)”的四遙應(yīng)用，終端通信接入網(wǎng)光纖專網(wǎng)的覆蓋范圍、覆蓋規(guī)模將快速提升?；跓o(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（"Passive"Optical"Network，PON）技術(shù)下的接入網(wǎng)建設(shè)越來(lái)越多。當(dāng)前電網(wǎng)PON網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式多為樹形結(jié)構(gòu)組網(wǎng)模式，而分光器的布點(diǎn)位置更是極其講究，不僅需綜合考慮當(dāng)下終端ONU設(shè)備的接入，還需考慮未來(lái)建設(shè)終端站點(diǎn)的ONU設(shè)備的接入及接入數(shù)量的預(yù)估。因此，分光器的布點(diǎn)位置及選擇分光比的類型極為重要。

關(guān)鍵詞：新型電力系統(tǒng)""PON""分光器""布點(diǎn)位置

中圖分類號(hào)：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(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的分光器布點(diǎn)位置分散式布置方法，先利用業(yè)務(wù)接入點(diǎn)分布式矩陣計(jì)算最遠(yuǎn)和最近的終端ONU設(shè)備衰耗特點(diǎn)，然后采用對(duì)角線元素構(gòu)置整體布置模型，最后使用數(shù)字分布集合進(jìn)行驗(yàn)算。該方法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃布置和管理，實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)分光器設(shè)置點(diǎn)快速定位，配網(wǎng)智能終端的安全準(zhǔn)入統(tǒng)一管理。提高終端通信接入網(wǎng)可管理性、安全性、減少運(yùn)行維護(hù)工作量[1]。

1""無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)分光器分布式矩陣部署算法

1.1""站房類型和計(jì)劃部署點(diǎn)篩選

無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的分光器布點(diǎn)位置分散式布置方法，主要是對(duì)現(xiàn)有的站點(diǎn)分光器的布置進(jìn)行科學(xué)、合理規(guī)劃，對(duì)接入層配電通信網(wǎng)覆蓋的配電室、環(huán)網(wǎng)柜、開(kāi)閉所等配電終端需要建設(shè)PON設(shè)備的站點(diǎn)進(jìn)行布點(diǎn)規(guī)劃。片域站房的分布設(shè)計(jì)矩陣方程式：

式（1）中：表示主干環(huán)站房的矩陣方程，其中ZF元素表示各個(gè)站房，由1和0構(gòu)成，下角標(biāo)通過(guò)站點(diǎn)數(shù)1～N分類表示1條光纜單環(huán)或支鏈的首至尾站點(diǎn)。

由于ONU終端設(shè)置點(diǎn)為輔控站點(diǎn)、“三遙”等重要站點(diǎn)，因此將輔控站點(diǎn)、“三遙”、主干環(huán)網(wǎng)等重要站房ZF標(biāo)記為1，其他站房標(biāo)記為0。

根據(jù)站房業(yè)務(wù)上送需求實(shí)際情況，規(guī)劃配置無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)分光器的站點(diǎn)，形成擬建無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)分光器矩陣方程式：

式（2）中：表示主干環(huán)站房的矩陣方程，其中PT元素表示各個(gè)站房，由1和0構(gòu)成，下角標(biāo)通過(guò)站點(diǎn)數(shù)1～N分類表示1條光纜單環(huán)或支鏈的首至尾站點(diǎn)。

其中計(jì)劃擬部署無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)分光器PT標(biāo)記為1，其他為計(jì)劃標(biāo)記為0。

1.2""分光器部署點(diǎn)篩選

根據(jù)上述（1）式和（2）式站房類型矩陣和擬部署無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)分光器矩陣成績(jī)，通過(guò)叉乘方式提取出（1）式中主干環(huán)網(wǎng)中需要擬部署分光器的站點(diǎn)集合：

通過(guò)上述方式對(duì)整個(gè)片域內(nèi)站點(diǎn)進(jìn)行集合選點(diǎn)，選出合適的分光器部署點(diǎn)。

2"""全網(wǎng)XPON光網(wǎng)絡(luò)矩陣式算法規(guī)劃

2.1""光鏈路衰耗計(jì)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(jì)算

從光纜起始成端點(diǎn)到最后一個(gè)站房光纜成端點(diǎn)，沿光纜有序地統(tǒng)計(jì)站房之間的光纜長(zhǎng)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(gè)站房之間的光纜長(zhǎng)度矩陣方程式如下所示：

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

對(duì)于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）常見(jiàn)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(zhǎng)越短在傳時(shí)衰耗越大[3]，因此可采用光纖衰減較大的1nbsp;310"nm波長(zhǎng)進(jìn)行光纖鏈路損耗預(yù)算，光纖衰減確定：1"310"nm對(duì)應(yīng)衰耗a=0.36"dB/km；根據(jù)站房之間的光纜長(zhǎng)度計(jì)算對(duì)應(yīng)的光纜衰耗：

式（8）中：a表示光鏈路衰耗，GSK表示對(duì)應(yīng)第K個(gè)站房與第K-1個(gè)站房之間的光纖衰耗，N表示第K個(gè)點(diǎn)光纖總衰耗。

2.1.2接頭損耗計(jì)算

在未安裝分光器的站房進(jìn)行跳纖，在此處是進(jìn)行活動(dòng)連接器實(shí)現(xiàn)光功率傳遞，存在活動(dòng)連接器插入衰減，b=0.5"dB/個(gè)，第K個(gè)站房的活動(dòng)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(gè)[4]。第K個(gè)站房的光纖直熔插入衰耗：

式（10）中：b表示活動(dòng)接頭損耗，c表示直熔接頭損耗，M表示第K個(gè)點(diǎn)活動(dòng)接頭總衰耗，L表示第K個(gè)點(diǎn)直熔接頭總衰耗。

2.1.3""分光器損耗計(jì)算

分光器存在插損h，分光器的插損因?yàn)榉止馄鞯男吞?hào)、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(gè)端口連接ONU設(shè)備，95%端口傳遞至下一級(jí)，因此將連接至站房的插損定義為h1（5%），傳遞值下一級(jí)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(jì)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(gè)點(diǎn)分光器的總衰耗。

2.1.4""光鏈路總衰耗計(jì)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(wǎng)方式

2.2.1""光鏈路衰耗判斷

安裝分光器需要滿足：

通過(guò)此方法對(duì)分光器和鏈路級(jí)數(shù)是否能達(dá)到設(shè)備正常工作的要求[7]。

從矩陣中的AK，從矩陣的第1行開(kāi)始判斷，滿足AK=1，將該點(diǎn)代入式（12）中，根據(jù)該點(diǎn)的實(shí)際情況，計(jì)算出光鏈路衰耗，代入式（13）中，滿足則該站房可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)分光比分光器的安裝效果[8]，若到第K+1個(gè)點(diǎn)不滿足，則從第1點(diǎn)到第K點(diǎn)組成組網(wǎng)1，第K+1點(diǎn)屬于組網(wǎng)2。

2.2.2""組網(wǎng)方式

每一個(gè)組網(wǎng)都使用1芯光纖資源，在第K+1點(diǎn)與之后的部分點(diǎn)形成組網(wǎng)2，組網(wǎng)中的每個(gè)點(diǎn)都要進(jìn)行上述光衰判斷是否滿足要求，組網(wǎng)1之后的光纜鏈路衰耗包含兩部分，一部分是經(jīng)過(guò)前面組網(wǎng)站點(diǎn)跳纖衰耗和光纖衰耗（1～K），另一部分是K+1～x點(diǎn)之間的衰耗[9]。"相關(guān)的計(jì)算如下：

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

4""結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)XPON的分光器布點(diǎn)位置進(jìn)行了研究和分析，給出了XPON技術(shù)應(yīng)用于配電通信網(wǎng)中點(diǎn)位布置、光鏈鏈路衰耗計(jì)算的方法。該方法有效地解決在實(shí)現(xiàn)配電通信終端多業(yè)務(wù)采集、上送中的布置選點(diǎn)，通過(guò)精準(zhǔn)的分布式布點(diǎn)計(jì)算，顯著降低新型電力系統(tǒng)及智慧線路建設(shè)成本。

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