淺析電力系統(tǒng)通信中光纖通信的發(fā)展前景

【摘要】本文介紹了光纖通信在電力系統(tǒng)中應(yīng)用，并與其他傳統(tǒng)通信方式進(jìn)行比較，探討了光纖通信在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和主要特點(diǎn)以及發(fā)展的必然性。光纖通信技術(shù)具有傳統(tǒng)電力系統(tǒng)通信技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，被越來越廣泛的應(yīng)用在電力系統(tǒng)的通信中。介紹了電力系統(tǒng)中光纖電氣信號(hào)通信過程，闡述了電力系統(tǒng)中光纖通信的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)光纖通信新技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】光纖;通信;發(fā)展;內(nèi)涵;特征

引言

隨著電力系統(tǒng)不斷擴(kuò)大，超高壓輸電和大容量變電所不斷發(fā)展，電力網(wǎng)綜合自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的水平需求也不斷提升。當(dāng)前，在電力系統(tǒng)中的通信技術(shù)主要有微波通信技術(shù)，導(dǎo)引線通信技術(shù)以及電力載波通信技術(shù)等，在上述電力系統(tǒng)的通信技術(shù)中，使用最多的是電力載波通信技術(shù)。然而電力系統(tǒng)中電力載波通信技術(shù)的抗干擾性及系統(tǒng)容量已經(jīng)不能滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)的發(fā)展，同時(shí)隨著光纖技術(shù)的不斷提高，更重要的是光纖制作成本在不斷降低，這使得電力系統(tǒng)中光纖通信在得到了越來越廣泛的應(yīng)用，正逐漸變成電力系統(tǒng)通信的主干技術(shù)。

1.光纖通信的內(nèi)涵

1.1 自激光器和低損耗光纖問世以來，光纖通信系統(tǒng)以其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上無可比擬的優(yōu)越性而迅速崛起，并風(fēng)靡全球。該系統(tǒng)是以光纖為傳輸介質(zhì)，以光為載波信號(hào)傳遞信息的通信系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)由電端機(jī)、光端機(jī)、光纜和中繼器構(gòu)成。光纖可分為單模光纖（SMF）、多模光纖（MMF）、長波長低射散光纖（LMF）、保偏光纖（PMF）及塑料光纖（POF）等很多種：常用的為單模和多模光纖，多模光纖就是傳輸多個(gè)光波模式，而單模光纖只傳輸一個(gè)光波模式。單模光纖比多模光纖傳輸距離長，目前一般地，光信號(hào)在多模光纖內(nèi)可傳6km左右，在單模光纖內(nèi)可傳30km。因此，單模光設(shè)備的價(jià)格要高于多模光設(shè)備。實(shí)用的光纖通常都是由多根光纖、加強(qiáng)芯、保護(hù)材料、固定材料等組合成光纜構(gòu)成的傳輸線。

1.2 光纖MODEM可完成光信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換。光纖MODEM一般有一個(gè)以上的數(shù)據(jù)口用以傳遞同步或異步信號(hào)。通信速率可達(dá)到2Mbps或更高，配網(wǎng)常用的通信速率一般為同步N*64K或異步19200bps以下。故足以滿足配網(wǎng)通信的需要，光纖按照MODEM的連接;另外，還有一種光纖MODEM具有雙環(huán)自愈功能。這一功能使通信的可靠性大大增強(qiáng)。

1.3 A，B，C三點(diǎn)是通過自愈光MODEM實(shí)現(xiàn)的雙環(huán)網(wǎng)，若在D點(diǎn)發(fā)生故障，光路在A站和C站愈合（環(huán)回），使通信不受影響，同時(shí)向主站發(fā)出相應(yīng)的告警及定位信號(hào)，使維修人員及時(shí)修復(fù)故障段光纜。

2.光纖中電力系統(tǒng)電氣信號(hào)的通信過程

光發(fā)射機(jī)，中繼器，光纖以及光接收機(jī)共同組成了光纖通信。光纖通信中電信號(hào)通過光發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，而電信號(hào)又通過光接收機(jī)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。利用電調(diào)制器實(shí)現(xiàn)了將信息向合適信道傳輸信號(hào)的轉(zhuǎn)化，通常情況下將信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。而通過光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)將電調(diào)制器的信號(hào)向合適光纖信道傳輸光信號(hào)的轉(zhuǎn)化，通過中繼器實(shí)現(xiàn)放大信號(hào)的目的。光纖傳輸以后比較微弱的光信號(hào)利用光探測(cè)器將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，利用電解調(diào)器放大光信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了將原信號(hào)的輸出，如此，完成了光纖在電力系統(tǒng)通信中的信號(hào)一次傳輸。

3.電力系統(tǒng)中光纖通信的特征

相對(duì)于傳統(tǒng)的電力通信方式，光纖通信具有以下優(yōu)點(diǎn)：

3.1 光纖通信具有非常大的通信容量。當(dāng)前一般情況下，一對(duì)光纖能夠滿足幾百路甚至幾千路通過，一根光纜中可以包括幾十根光纖甚至幾百根的光纖。

3.2 由于光纖通常由硅或者玻璃制成，原料來源非常豐富，因此，無疑節(jié)約了金屬材料的使用。

3.3 在電力系統(tǒng)通信中，光纖通信具有非常好的保密性，不易受外界電磁的干擾，同時(shí)不怕雷擊，防腐蝕，不怕潮濕，敷設(shè)也非常方便。

3.4 由于光纖通信沒有感應(yīng)性能，因此，對(duì)于電力系統(tǒng)通信中容易受到地電位升高影響，暫態(tài)過程影響和其他干擾的金屬線路之間，光纖通信技術(shù)無疑是最為理想的通信技術(shù)。

4.光纖通信的發(fā)展前景

目前光纖通信已經(jīng)進(jìn)入了第五代，其高速率和大容量的特點(diǎn)大大促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展，隨著世界信息化程度的日新月異，對(duì)通信速率、通信距離、通信容量的要求也更加強(qiáng)烈。

4.1 光傳送網(wǎng)新技術(shù)

當(dāng)前，和諸如傳輸40GE/100GE的網(wǎng)絡(luò)具有緊密關(guān)系的高速傳輸技術(shù)主要要看了40Gbit/s與100Gbit/s兩種技術(shù)，這兩種傳輸技術(shù)主要包括了編碼的調(diào)制技術(shù)，非線性抑制技術(shù)，色散的補(bǔ)償技術(shù)以及OSNR保證對(duì)策。長距離的支撐技術(shù)主要有新型調(diào)制編碼技術(shù)、多種增強(qiáng)型的前糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)、采用電均衡功能的接收機(jī)、喇曼放大技術(shù)、動(dòng)態(tài)增益均衡和功率調(diào)整技術(shù)等。大容量體現(xiàn)在時(shí)分復(fù)用、頻（波）分復(fù)用、碼分復(fù)用和偏振復(fù)用等。為了實(shí)現(xiàn)大容量光纖通信，頻分復(fù)用技術(shù)，波分復(fù)用技術(shù)，偏振復(fù)用技術(shù)，時(shí)分復(fù)用技術(shù)以及碼分復(fù)用技術(shù)在未來電力系統(tǒng)光纖通信中的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。

4.2 光接入網(wǎng)新技術(shù)

基于當(dāng)前電力系統(tǒng)通信中光纖通信接入技術(shù)在實(shí)現(xiàn)時(shí)存在的差距，光纖的接入技術(shù)主要包括了EPON技術(shù)（以太無源光網(wǎng)絡(luò)），GPON技術(shù)（基于ITU-TG984標(biāo)準(zhǔn)的新寬帶無源光網(wǎng)絡(luò)）基于星型結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)接入技術(shù)以及基于樹型拓?fù)涞腁PON/BPON技術(shù)。這幾種PON技術(shù)的差異主要體現(xiàn)在分光比，傳輸距離，上下行速率，QoS及維護(hù)管理和業(yè)務(wù)支持能力等。一般，GPON的多業(yè)務(wù)支持能力優(yōu)于EPON，但 EPON 實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)簡單一些?；谛切屯?fù)浣尤爰夹g(shù)是基于傳統(tǒng)以太網(wǎng)的接入技術(shù)，適合于光纖資源非常豐富或者單用戶帶寬需求非常大的地區(qū)（單纖只能連接單個(gè)用戶），應(yīng)用范圍相對(duì)狹小，不是主流的光接入技術(shù)的發(fā)展方向。

4.3 光交換新技術(shù)

在光網(wǎng)絡(luò)中光交換是其典型屬性，同時(shí)也是光纖通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)。當(dāng)前，基于實(shí)現(xiàn)特征與交換顆粒進(jìn)行光交換技術(shù)的劃分，可以分為OPS即光分組交換，OBS即光突發(fā)交換，OCS即光路/波長交換。OCS主要以波長為交換單位，業(yè)務(wù)交換顆粒最大，實(shí)現(xiàn)最簡單，但統(tǒng)計(jì)復(fù)用特性/帶寬利用率最差;OPS "主要以分組為交換單位，業(yè)務(wù)交換顆粒最小，實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜，但統(tǒng)計(jì)復(fù)用特性/帶寬利用率最好;OBS主要結(jié)合OCS和OPS的特點(diǎn)，業(yè)務(wù)交換顆粒中等（突發(fā)分組），實(shí)現(xiàn)難度中等，統(tǒng)計(jì)復(fù)用特性/帶寬利用率也是中等。基于光路/波長光交換技術(shù)與光分組交換技術(shù)的光突發(fā)交換技術(shù)，相對(duì)來說較為容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，寬帶利用率和復(fù)用特性能較好，因?yàn)楣馔话l(fā)分組交換技術(shù)從實(shí)現(xiàn)，寬帶利用率等方面綜合考慮，其性能最高，因此，在未來電力系統(tǒng)通信中光纖通信的應(yīng)用中，光突發(fā)分組交換會(huì)處于主導(dǎo)位置。

5.結(jié)語

光纖通信作為一種新型的的通信方式， 它只是剛走出實(shí)驗(yàn)室開始進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)用的初期階段，無論是光纖本身，還是元器件或是整個(gè)光纖通信系統(tǒng)，目前都還存在一些間題，有待于繼續(xù)努力研究解決。然而通過近年來光纖通信在電力系統(tǒng)通信中的應(yīng)用現(xiàn)實(shí)，在電力系統(tǒng)中光纖技術(shù)的應(yīng)用前景非常好。隨著光纖技術(shù)的日益發(fā)展，光纖技術(shù)一定會(huì)電力系統(tǒng)提供更大的支持，從而促進(jìn)電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。

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