淺談光波分復用技術在電力系統通信中的應用

摘要：電力通信網在電力系統中起著非常重要的作用，它主要為電網自動化控制、商業化運營以及現代化管理服務。它是現代電力系統重要的組成部分，優質可靠的通信平臺是電網安全穩定運行的基礎。進一步優化和完善電力通信網，不斷探索通信技術演進和行業發展規律，實現數據傳輸的數字化、網絡化、共享化是智能電網的發展趨勢。

關鍵詞：電力通信網光波分復用技術

近年來，隨著電力行業的生產與基建，電力系統的通信也有了相當規模的發展。它獨成體系，組成了專為電力業務服務的，具有自身特點的通信網絡。

1 WDM的基本概念及系統基本構成

光波分復用（WDM：Wavelength Division Multipxing）技術，是在一根光纖中同時傳輸多波長光信號的一項技術。其基本原理是在發送端將不同波長的光信號組合復用，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸；在接收端又將組合波長的光信號分解，并作進一步處理，恢復出原信號后送入不同的終端。

WDM將光纖的可用波段分成若干小信道，每個信道對應一波長，使單波長傳輸變成多波長同時傳輸，從而大大增加光纖的傳輸容量。目前，電力系統主干網、接入網在傳輸速率為2.5Gbps的一根光纖中同時使用4個波長后，這根光纖總的容量就達到了10Gbps，每個波長之間的間隔為0.8nm（一般是0.8nm的整數倍）系統所使用的波段是C波段1350—1565nm，未來可用8、16或更多個波長。

WDM系統的基本構成主要有兩種形式：一是雙纖單向傳輸；二是單纖雙向傳輸。前者在開發和應用方面比較廣泛，但使用的光纖和線路放大器的數量要多；后者在設計和應用時必須考慮幾個關鍵的系統因素，如抑制干擾、雙向隔離和雙向放大器等。目前電力系統主要使用前者。一般WDM系統主要由五部分組成：光發射機、光中繼放大、光接收機、光監控信道和網絡管理系統，其中光發射機是核心部分。

2 WDM的主要特點

2.1 增大傳輸帶寬，提高傳輸容量。WDM技術充分利用光纖的巨大帶寬資源（低損耗波段），使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍，從而降低成本，使電力系統原隨輸電線路架設的OPDW光纜（12~24芯）具有很大應用價值，在很大程度上解決了光纜數量不足問題。

2.2 傳輸多種不同類型信號。由于WDM技術使用的各信號波長彼此獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種通信業務的合成與分解，包括數字信號和模擬信號，以及準同步數字序列（PDH）信號和同步數字序列（SDH）信號，實現多媒體信號（視頻、音頻、數據、文字、圖像等）的傳輸。

2.3 多種網絡應用形式。根據不同的需求，WDM技術可有很多種應用形式，如主干線網絡、接入分配網絡、多路多址局域網絡應用等。

2.4 擴充網絡容量、減少投資。對已建光纖通信系統擴容方便，只要原系統的功率富余度較大，進一步增容不必大動。不用敷設更多的光纖線路，也無須使用高速率的網絡部分，只要更換光端機就可擴充網絡容量。

2.5 組網靈活可靠。可在網絡節點使用光分插復用器（OADM）直接上下光波長信號，或使用光交叉連接設備（OXC）對光波長直接進行交叉連接，組成具有高靈活性、高可靠性、高生存性的全光網絡。

2.6 實用高效、性能優良。業已成熟的摻餌光纖放大器（EDFA）技術在特定的頻帶內，無須進行光電轉換就可直接放大光波信號，這為高密度波分復用傳輸系統的應用提供了最佳擴展空間。

2.7 IP的傳送通道。波分復用通道對數據格式是透明的，與信號速率及電調制方式無關。通過增加一個附加波長即可引入想要的寬帶新業務或新容量，如IP over WDM技術。

2.8 降低器件的超高速要求。隨著傳輸速率的不斷提高，許多光電器件的響應速度已明顯不足。使用WDM技術可降低對一些器件在性能上的極高要求，同時又可實現大容量傳輸。

3 WDM的主要應用

3.1 為寬帶網絡建設提供了拓展平臺。可提供電力調度交換、行政交換、遠動數據交換和變電站視頻監控、輸電線路繼電保護、自動營抄、視頻會議等方式的完美匯聚傳輸，因此伴隨著光通信帶寬需要的日益增加，WDM將成為光纖應用領域的首選技術。

3.2 滿足網絡擴容需求。由于主要通過改變基礎速率和提高每根光纖的傳輸容量來提高光纜傳輸的總容量，故WDM能以較低的成本實現在有限的傳輸管纜芯數中逐步擴容升級。此外，它還可與IP技術結合，實現路由器數據在WDM中透明傳輸，從而簡化設備構成。2011年底，我們利用這一特性在我市中心區域的220KV變電站部署了電力調度數據交換網的第二平面。

3.3 應用與廣泛的區域范圍。WDM不僅能應付信息流量的劇增，保護原有線路投資，降低建設和維護成本，還可在建設和應用光子網絡方面發揮獨特的技術優勢。此外，它還將在發展超大容量的光傳輸、實現更為廣闊的區域范圍內的信息傳遞等方面發揮重要作用。

3.4 為日益增長的網絡規模提供擴展空間。由于具有透明性、可重構性、網絡生存性強等優點，未來的WDM光網絡將向基于光波長選路、光波長交換的靈活組網方向發展，并最終成為具有快速網絡恢復及重構能力的光傳輸網。

4 WDM發展趨勢

WDM是一種對光元件有很強依賴性的技術，這些光元件大部分是新開發的，投產量很低，因而價格昂貴。所以，必須要研究開發新的、性能更好的光元件，并開發低價的小型化集成光元件，如放大器、光交叉連接器（OXC）、光分插復用器（OADM）、濾波器、信號調節器、光背板、光存儲器和可變延遲線、發送器陣列和接收器陣列等項目的開發。另外，為了互通性和統一的服務質量，還必須將傳送協議和網管標準化。

隨著光纖網絡的不斷發展，以WDM為基礎的光網絡層將逐步實現用于端到端的全光網連接，實現用戶與光通信網絡的親密接觸。到時候，人們利用WDM技術，可方便、快捷地實現可視電視、可視會議和遠程技術支援，以及與Internet的連接，進行話音、數據和圖像等多媒體信息傳輸、處理和交換。毫無疑問，WDM技術的應用與逐步完善，將對電力系統通信及智能電網未來的發展起到積極的作用。

5 總結

語音傳送為設計目標的SDH，已經和以數據業務為主的電力通信網發展不相適應，SDH網絡雖然可以傳送數據、圖像、多媒體業務，但效率不高，同時容量有限。WDM通信以其容量大，傳輸距離長，不受電磁干擾，傳輸質量高、保密性強且電力系統可利用電力桿塔資源架設光纜等優勢，在電力系統得到廣泛應用，成為近年電力行業通信網絡系統建設的首選。在過去的幾年中，波分復用技術為電力系統光通信的繁榮作出了巨大的貢獻。在未來可預見的幾年里，典型的波分復用技術還將在電力系統光通信網絡上占據主要地位。但是，技術本身的發展總是技術的不斷成熟過程，所以波分復用技術的演進就成了各級電力通信部門、設備生產商、管理部門、研究部門所關心的一個問題。