电力光通信系统的全光技术发展

电力行业属于典型的垂直行业，在智能电网、能源互联网的建设过程中，新一代信息通信技术充分使能，可在计量采集、配网自动化、差动保护、智能调控、智能巡检等方面发挥重要作用。通信系统包含信源、信道和信宿三大环节，从通信角度看电力系统，同样有发电、输电、用电三个环节，不同的是在电力系统中，由于电压等级不同、输电距离不同、用户不同，还需要对电力完成变电和配电。伴随“发输变配用”环节，电力系统发展了多种类型的通信系统。






电力光纤通信网是电网中覆盖范围最广、铺设距离最长、传输容量最大的基础网络。为了保证在超长站距间传输光信号的质量或者延长光传输系统的信号传输距离，除了对信号功率进行有效放大外，还要考虑光纤的色散、非线性效应、偏振旋转、研制超低损耗光纤等，特别是逐步建设的大容量超高速的光纤通信传输系统，更要考虑这些因素对系统性能的影响。变电站的通信承载了电力设备运行状态、电网业务数据传输等重要信息，事关电网能否安全可靠稳定运行。因此，在电力系统建设一张可靠稳定的高速全光通信网络，更好为大电网做好通信传输的支撑，促进信息通信技术在能源互联网建设中的使能和支撑作用，一直是电力通信建设发展中的研究热点。
全光网络一般认为只在发射端和接收端有电信号向光信号的转换和光信号向电信号的转换，在信号整个传输过程中，始终以光的形式存在和传输。随着电力光通信传输网中，OTN设备的铺设、业务量的增加，电力光通信网也面临着带宽、传输速率和进一步延长传输距离的瓶颈，而SDH网络中大量光-电-光转换节点的布放，受限于电子线路的速率瓶颈，随着数据量速率的提升，就会限制了信息处理速率和信息传输容量。因此尽量减少光-电-光转换节点数目，利用全光信号处理技术构建全光节点，是建设高速大带宽全光网的必然选择。在光信号耦合进入光纤传输网以及光信号被光电探测器检测前，会对光信号进行放大，因此全光放大技术是全光网的关键技术之一；根据业务不同类型，需要在不同目的终端进行落业务或者对业务进行选路发送，那就需要对承载业务的光信号进行路由和交换，在SDH网络中一般利用电交叉设备，因此研发全光交叉设备，在波长量级上实现对光信号的交换也是全光网的关键技术之一；为了提高网络带宽利用率和频谱效率，根据不同网络类型和传输速率也会选用不同类型调制格式的信号，长距离骨干通信网承载了电网中的重要业务，数据量大、速率高，采用复杂高阶调制格式信号；而短距离配电通信网只承载电网的保护、电表数据采集、变电站设备参数、电话业务等，数据量小、速率低，采用简单低阶调制格式信号，那么在短距离配电通信网向电力骨干通信网汇聚时，承载一部分电网骨干通信业务的低阶调制格式信号也会汇聚成复杂高阶调制格式信号，继续在电力骨干通信网中传输，因此在不同网络节点处，需要构建具有全光调制格式转换功能的网关。除了全光低噪放大、全光格式转换、全光波长转换外，全光网还应有全光采样、全光3R再生、全光调制等功能。
今年在成都举办的2020中国信息通信大会上，有一篇关于光调制格式转换技术在电力光通信网中应用额文章报道，文章介绍了在电力长距离骨干通信网和短距离接入网的网关节点处，构建具有调制格式转换功能的网关来实现高阶调制的8PSK信号向低阶调制的OOK信号的转换方案，为能源互联网建设中构建高速大容量全光通信网提供了备选技术方案。

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随着社会经济的发展和用电终端的指数级增长，全社会用电量也在逐年攀升，这对大电网骨干网架和配电网输配电能力都提出了更高可靠性要求，因此对承载电网保护业务、设备状态信息、调度控制指令等信息的电力光通信网络也提出了更高要求。同时，随着智能终端接入电力物联网，对电力通信网的容量和传输速率也提出了新的考验，通信网和大电网深度融合，信息流和能源流也汇聚融合，在电力系统建设一张全光高速通信网已成为电力通信发展的必然选择！