電力通信系統(tǒng)中光纖通信技術(shù)應(yīng)用研究

國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司富縣供電分公司 屈 銘

智能電網(wǎng)建設(shè)加速，推動(dòng)著電力通信系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化更新，以此為智能電網(wǎng)的安全建設(shè)提供有力保障，維護(hù)整個(gè)配電網(wǎng)以及電力系統(tǒng)的高效、平穩(wěn)運(yùn)行。在電力通信系統(tǒng)的完善建設(shè)期間，光纖通信技術(shù)受到了更多關(guān)注，也逐漸在相應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)得到深入應(yīng)用，使電力通信的質(zhì)量水平大幅提高。

1 光纖通信技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

光纖通信實(shí)際具備的通信容量較高，多根光纖可以在1根光纜中完成布設(shè)，結(jié)合波分復(fù)用技術(shù)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)通信容量的明顯增加；中繼距離相對(duì)較長(zhǎng)，依托光纖接收等設(shè)施在光纖中的投放，即可促使中繼距離提升至數(shù)百千米；強(qiáng)適應(yīng)能力，抗彎性能理想，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多種外界干擾因素的有效防御與規(guī)避；光纜實(shí)際重量偏低，敷設(shè)靈活性更為明顯；保密性理想，由于僅在纖芯區(qū)內(nèi)進(jìn)行信息傳輸，因此發(fā)生傳輸信息泄露問(wèn)題的概率更低。

2 光纖通信技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

在我國(guó)信息技術(shù)高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的背景下，通信技術(shù)和信息技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。電力行業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和人們生活具有重要意義，高新技術(shù)的研發(fā)及其在電力行業(yè)中應(yīng)用也會(huì)對(duì)電力企業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生推動(dòng)作用[1]。在電力通信系統(tǒng)中，光纖通信技術(shù)的應(yīng)用可以為電力信息資源內(nèi)容的創(chuàng)新發(fā)展提供支持，在其硬件設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、運(yùn)行管理等方面，光纖通信組網(wǎng)基本框架中電力信息技術(shù)和通信技術(shù)具有十分重要的作用。隨著當(dāng)前電力通信系統(tǒng)發(fā)展數(shù)字化和智能化水平不斷提升，為電力企業(yè)的高效運(yùn)營(yíng)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，也對(duì)電力行業(yè)信息產(chǎn)業(yè)通道的開(kāi)拓和電力系統(tǒng)的高質(zhì)量發(fā)展提供更多動(dòng)力。

電力通信系統(tǒng)包含配電網(wǎng)、電力調(diào)度網(wǎng)等結(jié)構(gòu)。其中電力調(diào)度網(wǎng)在層次劃分中，要根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的具體要求，利用智能電網(wǎng)技術(shù)對(duì)電力資源進(jìn)行有效調(diào)度。但這種方式在實(shí)際運(yùn)行期間會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)承受較大負(fù)荷，同時(shí)面臨其通信網(wǎng)運(yùn)行負(fù)擔(dān)過(guò)大的問(wèn)題，傳統(tǒng)的設(shè)備組網(wǎng)方式都無(wú)法滿足現(xiàn)代電力通信系統(tǒng)的升級(jí)需求。對(duì)此，加大光纖通信技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，完善電力系統(tǒng)組網(wǎng)方式，創(chuàng)新通信技術(shù)體制，促進(jìn)我國(guó)配電設(shè)備的自動(dòng)化發(fā)展，使其網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不斷強(qiáng)化，最終達(dá)到智能化供電建設(shè)的目的。

3 光纖通信技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中的具體應(yīng)用探究

3.1 組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

3.1.1 ASON 技術(shù)

ASON 網(wǎng)絡(luò)主要可以理解為，在一定程序指令下，針對(duì)光傳送網(wǎng)絡(luò)實(shí)施連接以及交換的網(wǎng)絡(luò)，依托對(duì)平面的控制分配采集到的資源，促使通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能化。在電力通信系統(tǒng)建設(shè)與組網(wǎng)實(shí)踐中，ASON 技術(shù)所顯現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)更為明顯?，F(xiàn)階段，實(shí)際投入電力通信系統(tǒng)與組網(wǎng)中的ASON 設(shè)備不僅可以自身組網(wǎng)，也可以與傳統(tǒng)SDH 設(shè)備共同組網(wǎng)，并且實(shí)現(xiàn)網(wǎng)管的端到端管理?；诖?，在組網(wǎng)期間，出于對(duì)成本的考量，可以針對(duì)主要供配電線路進(jìn)行ASON 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，剩余線路可以暫時(shí)繼續(xù)使用SDH設(shè)備，但在網(wǎng)管上仍可以進(jìn)行全網(wǎng)的端到端業(yè)務(wù)發(fā)放、管理、監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接。同時(shí)，現(xiàn)網(wǎng)中支持ASON 能力的SDH 設(shè)備，可以隨著網(wǎng)絡(luò)改造節(jié)奏，開(kāi)啟ASON 功能將其并加入干線ASON 域中，從而擴(kuò)大ASON 網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍，最終實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)ASON。

在當(dāng)前電力通信系統(tǒng)與組網(wǎng)不斷擴(kuò)大的背景下，ASON 高可靠、安全、靈活、便于維護(hù)的優(yōu)勢(shì)得到充分地體現(xiàn)。ASON 是SDH 傳輸網(wǎng)絡(luò)向智能網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的技術(shù)革新，也必然會(huì)成為智慧電網(wǎng)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和推動(dòng)力。

3.1.2 OTN 技術(shù)

OTN 的信號(hào)傳輸主要應(yīng)使用光層組織網(wǎng)絡(luò)完成，相比于傳統(tǒng)WDM、SDH 等光傳輸網(wǎng)絡(luò)而言，OTN 實(shí)際具備的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，即從調(diào)度功能方面來(lái)看，OTN 擁有統(tǒng)一的光電交叉平臺(tái)，交叉顆粒為0DUk/波長(zhǎng)。從系統(tǒng)容量方面來(lái)看，OTN 擁有超大容量。從傳輸性能方面來(lái)看，OTN 支持長(zhǎng)距離傳輸，具備更加強(qiáng)大的FEC，不需要進(jìn)行全網(wǎng)同步。從監(jiān)控能力方面來(lái)看，OTN 主要通過(guò)光電層開(kāi)銷，能夠落實(shí)對(duì)各層級(jí)網(wǎng)絡(luò)的有效監(jiān)控；實(shí)施6級(jí)串行連接管理，在多設(shè)備供應(yīng)商/多運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控管理中有著更強(qiáng)的適用性。從保護(hù)功能方面來(lái)看，OTN 具備豐富的光層以及電層通道保護(hù)、共享保護(hù)。從智能特性方面來(lái)看，OTN 為波長(zhǎng)級(jí)別、0DUk 級(jí)別的智能調(diào)度提供支持。

3.1.3 EPON 技術(shù)

EPON 網(wǎng)絡(luò)結(jié)合應(yīng)用了Ethemet 以及PON 的技術(shù)特點(diǎn)，為智能電網(wǎng)系統(tǒng)信息平臺(tái)的構(gòu)建提供了更為理想的技術(shù)支持。EPON 網(wǎng)絡(luò)主要由交換機(jī)、OLT（光線路終端）設(shè)備、分光器、ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）設(shè)備等結(jié)構(gòu)組成，應(yīng)用EPON 技術(shù)實(shí)施組網(wǎng)，能夠?qū)⒃驹谄矫嬷休^為分散的點(diǎn)位，依托EPON網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)各區(qū)域、稀少點(diǎn)位的有效連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)煩瑣布線的減少。相比于組網(wǎng)技術(shù)而言，EPON組網(wǎng)的成本更小、維護(hù)更加簡(jiǎn)單、帶寬較大、網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積較大且支持一點(diǎn)至多點(diǎn)的信息傳輸，將其引入電力通信系統(tǒng)中，能夠促使整個(gè)系統(tǒng)的工作效率得到明顯提高。應(yīng)用光纖通信技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)期間，需要確保投放的通信設(shè)備滿足表1要求。

表1 光纖通信技術(shù)對(duì)通信設(shè)備的要求

3.2 分層技術(shù)的應(yīng)用

在當(dāng)前的電力通信系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行期間，為促使相應(yīng)系統(tǒng)的覆蓋面得到有效擴(kuò)大，需要引入分層技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用分層技術(shù)優(yōu)化電力通信系統(tǒng)前，必須切實(shí)完成對(duì)用戶群體位置的確定，科學(xué)選取環(huán)形、逐層分層等技術(shù)，根據(jù)實(shí)際的覆蓋需求及不同的覆蓋效果選定具體技術(shù)[2]。在不同地區(qū)條件下，對(duì)于電力通信系統(tǒng)覆蓋面的要求也存在著一定的差異，且尚未形成較為固定、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以在實(shí)際使用光通信技術(shù)時(shí)，要提前展開(kāi)對(duì)多種問(wèn)題與可能發(fā)生的情況的考量，積極引入更為先進(jìn)的新型傳輸技術(shù)，確保電力通信系統(tǒng)的覆蓋面達(dá)到現(xiàn)實(shí)要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力通信系統(tǒng)傳輸效果的進(jìn)一步提升。

現(xiàn)階段，本地電網(wǎng)中對(duì)于分層技術(shù)的應(yīng)用也較為常見(jiàn)，更多是在格狀組網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)分層技術(shù)的引入。此時(shí)，在實(shí)際的電網(wǎng)運(yùn)行以及保護(hù)階段，并不需要對(duì)更多保護(hù)功能進(jìn)行設(shè)定與使用，以便在此基礎(chǔ)上更好完成相關(guān)業(yè)務(wù)。本地電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)踐中，為確保業(yè)務(wù)傳輸?shù)目煽啃?、安全性達(dá)到理想水平，就需要借助電網(wǎng)關(guān)聯(lián)。對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，其中所包含的各個(gè)成分之間均存在著較為緊密的聯(lián)系性，一旦某一環(huán)節(jié)產(chǎn)生故障問(wèn)題，則勢(shì)必會(huì)對(duì)整個(gè)業(yè)務(wù)傳輸產(chǎn)生負(fù)面影響。出于對(duì)維護(hù)電網(wǎng)運(yùn)行安全、可靠的考量，避免發(fā)生嚴(yán)重的業(yè)務(wù)流失問(wèn)題，在電網(wǎng)運(yùn)行與管理期間，必須切實(shí)納入光纖通信技術(shù)，依托分層技術(shù)的應(yīng)用避免在單一結(jié)構(gòu)故障條件下整個(gè)電網(wǎng)均無(wú)法運(yùn)行的問(wèn)題發(fā)生。

3.3 智能光纖檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

目前，配電網(wǎng)的覆蓋范圍逐年遞增，用戶的實(shí)際用電需求也表現(xiàn)出持續(xù)提高的發(fā)展趨勢(shì)，此時(shí)，電力通信系統(tǒng)實(shí)際所涉及的業(yè)務(wù)范圍及信息交互數(shù)量也隨之呈現(xiàn)出明顯提升的變化狀態(tài)。在這樣的大背景下，原有的電力通信系統(tǒng)監(jiān)管維護(hù)工作難度與復(fù)雜水平上升、監(jiān)測(cè)距離不足、故障點(diǎn)定位精準(zhǔn)性下降。為確保電力通信系統(tǒng)能夠在當(dāng)前高效、安全、平穩(wěn)運(yùn)行，可以應(yīng)用光纖通信技術(shù)落實(shí)對(duì)電力通信系統(tǒng)的優(yōu)化，完善電力光通信系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)體系。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，智能光纖檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用需受到更多關(guān)注。

智能光纖檢測(cè)技術(shù)的構(gòu)建基礎(chǔ)為光時(shí)域反射儀，通過(guò)向光纖內(nèi)發(fā)送測(cè)試光脈、對(duì)反射光進(jìn)行接收與監(jiān)測(cè)的方式，完成對(duì)光纖的實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)。例如，在測(cè)試光的實(shí)際傳輸過(guò)程中，如果發(fā)生連接器故障或是光電斷裂問(wèn)題，抑或是遇到光纖末端，則均會(huì)依托脈沖的形式在OTDR 上反射，通過(guò)對(duì)光反射過(guò)程實(shí)際所經(jīng)過(guò)的時(shí)間進(jìn)行分析與判斷，能夠完成對(duì)故障發(fā)生位置的精準(zhǔn)確定[3]。在應(yīng)用智能光纖檢測(cè)技術(shù)對(duì)鏈路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)以及定位故障點(diǎn)位期間，需要完成的主要操作包括：對(duì)正常狀態(tài)下光路運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)量與相關(guān)信息存儲(chǔ)，形成健康水平條件下的數(shù)據(jù)曲線；對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)下OTDR 測(cè)試數(shù)據(jù)落實(shí)實(shí)時(shí)性刷新，對(duì)比健康數(shù)據(jù)，以此完成對(duì)光路性能的在線檢測(cè)；如果發(fā)現(xiàn)OTDR 測(cè)試數(shù)據(jù)與健康數(shù)據(jù)之間存在著較為明顯的差別，系統(tǒng)會(huì)迅速發(fā)出預(yù)警信息，提示光纖線路存在故障，并通過(guò)比較分析健康曲線以及故障曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)位的精準(zhǔn)定位。

3.4 混沌保密光纖通信技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，電力通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大發(fā)展對(duì)電力通信系統(tǒng)傳輸安全提出了更高要求，此時(shí)，依托混沌保密光纖通信技術(shù)的應(yīng)用，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力通信系統(tǒng)傳輸安全的有效維護(hù)。實(shí)踐中，為更好地實(shí)現(xiàn)電力通信系統(tǒng)傳輸安全保護(hù)方面的多樣需求，要持續(xù)落實(shí)對(duì)混沌保密光纖通信技術(shù)的更新，促使電力通信系統(tǒng)傳輸安全保護(hù)工作與時(shí)俱進(jìn)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可以在基于光—電—光混沌保護(hù)光通信的基礎(chǔ)上，組織開(kāi)展對(duì)時(shí)頻相關(guān)加密模塊的加設(shè)，對(duì)時(shí)延標(biāo)簽實(shí)施消除處理，以此促使密鑰空間得到進(jìn)一步提升，為電力通信系統(tǒng)傳輸安全的更好維護(hù)提供更為理想的技術(shù)支持。

在當(dāng)前的電力通信系統(tǒng)傳輸安全保護(hù)實(shí)踐中，基于馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器的混沌保密光纖通信系統(tǒng)更加常用，相應(yīng)裝置圖如圖1所示。結(jié)合該裝置圖能夠明確的是，在基于本混沌保密光纖通信系統(tǒng)的電力通信中，實(shí)現(xiàn)由變電站1至變電站2的混沌保密光纖通信傳輸。其中，變電站1主要承擔(dān)著發(fā)射端的任務(wù)，包含的主要結(jié)構(gòu)如下。激光器LD1（波長(zhǎng)為1500nm）、直調(diào)激光器LD2（波長(zhǎng)為1550nm）、馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器（帶寬為10GHz）、光電探測(cè)器（帶寬為10GHz）、光延遲線、基于電放大器的光電延遲反饋環(huán)（帶寬為10GHz）、光耦合器等。實(shí)際信號(hào)傳輸期間，能夠混合經(jīng)過(guò)加密處理的光信號(hào)以及混沌信號(hào)，以此實(shí)現(xiàn)在混沌信號(hào)內(nèi)隱藏經(jīng)過(guò)加密處理的光信號(hào)，提升加密傳輸效果。變電站2主要承擔(dān)著接收端的任務(wù)，包含的結(jié)構(gòu)基本與變電站1保持一致。在信號(hào)接收期間，依托光耦合器的應(yīng)用，能夠?qū)⒔邮盏降墓庑盘?hào)劃分為通過(guò)混沌復(fù)制、通過(guò)光電探測(cè)器接收的這兩部分，提取混沌載波，對(duì)兩部分信號(hào)實(shí)施相減處理，以此完成信號(hào)解密。

圖1 基于馬赫—曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器的混沌保密光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語(yǔ)

光纖通信技術(shù)有著較高的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前的電力通信系統(tǒng)構(gòu)建期間逐步得到了深入應(yīng)用。實(shí)踐中，要加大光纖通信技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，完善電力系統(tǒng)組網(wǎng)方式，開(kāi)發(fā)并著力應(yīng)用更多新技術(shù)，創(chuàng)新光纖通信技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)我國(guó)配電設(shè)備持續(xù)向著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)智能化供電建設(shè)。