5G 移動通信技術和光纖通信技術在電力通信中的實踐研究

2023-08-14 02:21:26江依純

通信電源技術 2023年10期

江依純

（國網江蘇省電力有限公司連云港供電分公司，江蘇連云港 222000）

0 引言

我國無線通信技術迅速發展，5G 逐漸進入市場，在多個行業領域被大范圍應用，獲得了顯著的應用成效，尤其是電力通信系統，提供超大數據流量，拓寬覆蓋范圍。智能控制技術為人們的日常工作生活帶來了較大便利，推動電力系統通信技術迅速發展。電力通信需要更加符合電力系統的管控需求，面對通信和調度需求的變化，需要合理應用光纖通信技術，進一步保證電力通信的安全可靠性，提高傳輸質量和效率。

1 5G 移動通信技術在電力通信中的應用實踐

1.1 5G 移動通信技術

5G 是第五代移動通信技術的簡稱，具有速度快、覆蓋廣、延遲低等特點，有效打破人和人、人和物之間存在的界限，將人和物處于數字生態系統內，實現數字化、信息化的交流方式。當前，5G 技術和設備獲得顯著的成果，促進5G 場景應用成為全球關注的焦點。5G 通信發展過程中，在現代多種科學技術的加持下，有機結合人工智能（Artificial Intelligence，AI）和大數據等技術，不斷出現虛擬現實（Virtual Reality，VR）、物聯網、無人機等新興產業，為我國創造奠定良好的基礎。但是，我國配電網運行中存在較多安全隱患，從而需要不斷加大對5G 通信的應用，全面整合各項資源，創造安全和高效的運行環境，減少安全隱患，最大限度保障配電網運行的安全可靠性[1]。

1.2 物聯技術的應用

信息時代發展背景下，市場上出現多種類型的電子設備，與通信技術具有密切關系，逐漸實現遠程操控等目標，為人們帶來更多便利服務。隨著科學技術的進步和發展，5G技術能夠更加高效地控制物聯網，具有覆蓋面廣泛、流量大等特點，進一步推動物聯網技術的普及和應用。另外，5G 技術能夠擴大物理網的連接規模，減少流量損耗，有效節約網絡建設成本，同時在物聯網中5G 通信能夠提供安全可靠的技術支持和保障，進一步保證物聯通信穩定性。5G 技術能有效連接電網運行設備，當設備出現故障問題時能夠及時、準確地遠程控制設備，由于其覆蓋面廣泛，且安全穩定，能夠保證電網遠程控制的準確性和及時高效性，防止電網通信問題的發生。

例如，智能化手機和家電之間借助4G 通信技術進行通信連接，實現手機能夠遠程操控家電，增強家電的智能化，但是在實際應用中依然存在一定不足。部分品牌家電合理設計通信聯系，借助5G 技術提高電力通信質量和效率，便于人們以手機遠程操控家電開關，調節室內空調溫度、電磁爐開關和火力等[2]。

1.3 人工智能的應用

人工智能在多個領域被廣泛運用，推動多個行業改革發展，電力領域同樣如此，逐漸加大人工智能技術的應用力度。人們日常工作生活中對移動通信技術提出更高要求，造成以往的移動通信無法符合其實際需求，5G 網絡應運而生，為通信提供更加安全、高效的支撐，全面提高電力通信水平。5G 移動通信技術流量大、覆蓋面廣、網絡延遲短以及傳輸速度快，有效推動人工智能在電力通信中的高效應用，降低通信風險，進一步保護各項信息數據的可靠性。

VR 直播過程中需要安全穩定的網絡技術和優質基礎環境為其提供支撐，促進VR 直播更加高效順利地進行。部分公司在VR 直播和虛擬仿真業務中合理應用AI 交互等先進技術，積極探索在直播、虛擬社區場景中AI、虛擬數字人的有機融合應用，如AI直播、AI 助理等。

1.4 云端技術的應用

信息傳輸持續發展中，信息技術傳輸的安全高效性、信息共享是信息時代體現出的主要特征，云端技術的運用獲得了顯著的應用效果。云端技術能夠有效存儲多種類型的信息數據，并且儲存的安全系數較高，有效避免數據丟失、篡改等問題的發生。5G 技術能夠為云端技術的運用提供基礎保障，數據量大、傳輸速度快，主要體現在以下幾個方面。

（1）5G 技術借助云端服務更加滿足現代人們的多元化需求，具有個性化特征，在電力通信系統順利運行中，實現自動化分析，為不同客戶群體提供個性化、多元化的電力通信服務，同時合理分析和應用云端向客戶及時推送針對性服務，全面增強用戶通信體驗，提高通信質量和服務水平[3]。

（2）促進移動通信設備逐漸向云方向創新發展。借助5G 技術，有效提高云端移動設備運行水平，豐富其功能，改善人們生活質量，同時有助于電力通信人員借助先進技術，創建更加便捷的信息平臺。

（3）云端技術的應用。針對多種電力設備的運行信息數據進行合理歸納、存儲和分析，便于相關人員全面掌握設備運行異常數據，采用合理措施，處理各項故障問題，保證設備運行安全穩定性。

以一個辦公實例介紹云端技術的運用，普遍在外網移動辦公場景、總部辦公場景中的應用。如具有代表性的辦公系統為本地系統，利用本地系統服務器，便于管理者隨時查看所需信息，遠程登錄系統視圖辦公室數據，同時在電力通信中引入云端技術，提高信息交互能力，借助虛擬化技術，整合電力通信各項信息資源，提高存儲能力，并結合用戶的通信需求，合理調配計算和存儲資源，保障電力通信的安全穩定性。

1.5 加密上傳應用

加密電力通信內的報文，合理進行加密操作，利用5G 通信硬件設備上傳報文，從而有效防止上傳報文時產生非法攻擊、盜取以及篡改等現象發生。例如，某供電單位在智能配電網終端通信系統中引入該技術，配置相對應的配電專用安全芯片，進一步保證報文上傳的安全可靠性。該芯片基于5G 技術研發而成，具有較強的安全防護性，將其規范應用到終端安全技術中，為用戶身份驗證、報文加密和解密等相關功能順利進行提供有力的支撐和保障，提高相關信息數據在終端通信中的保密性、完整準確性。智能配電網終端安全技術設計的過程中，需要結合各項運行需求，合理選用安全芯片，為操作系統單獨運行和操作提供支撐，有效管理芯片上多種類型的密鑰、數據以及文件信息資料，同時在該芯片實際運行中，能夠有效響應外部串行外設接口（Serial Peripheral Interface，SPI）的傳送指令，從而有效提高加密、解密和簽名等操作的質量和效率[4]。另外，設計人員可以在該芯片結構內部設計存儲器保護單元、真隨機數發生器等功能結構，進一步保證其在物理層面的安全可靠性，同時在設計過程中設置最大擦寫次數為10 萬次，最小數據存儲時間為10 d，確保芯片儲存信息數據的可靠性。

2 光纖通信技術在電力通信中的應用實踐

2.1 光纖通信技術

該技術主要應用光導纖維材料當作數據傳輸載體，充分發揮光導纖維的通信媒介功能，在電力通信中被廣泛應用。主要運用的光纖材質包含涂層、包層以及纖芯。光纖內芯直徑較小，涂層對光纖具有良好的保護作用，增強其韌性；包層能夠和光纖內芯構建折射，結合兩者折射率的差異性，全反射光信號，有效傳輸光信號。在電力通信系統中常用的光纖類型如表1 所示。

表1 常見光纖類型

2.2 光纖傳輸組網技術的應用

電力通信中常用的組網形式有密集波分復用技術，在實踐應用中發揮著至關重要的作用，獲得理想的電力通信效果[5]。另外，結合相鄰峰值波長的間隔，波分復用技術劃分為粗波和密集波分復用，具有代表性的密集波分復用技術如圖2 所示。應用波長不一樣的信號在電力通信設備轉換下，在相同光纖設備上有效傳輸，達到符合技術的運用目的。當波長間距呈現出持續減小的趨勢時，光信號數量持續增加，實現光源在發送端數據包內進行安全完整的儲存，從而有效發送光信號。接收端設備能夠針對多種類型的光信號進行統一處理，保證電力通信傳輸安全和效率。

圖2 密集波分復用技術

2.3 全介質自承光纜的應用

我國電力通信系統通常在220 kV、110 kV、35 kV 電壓輸電線中運用，在修建完成的線路上該種光纖通信技術具有較好的適用性，便于電力企業在高壓輸電線桿直接構建通信網絡，同時在多種環境下能夠進行架空敷設，促進我國電力通信系統改革發展。電力企業運用光纖通信技術，能滿足企業本身的多種通信需求，能夠增設多種新通信業務，充分發揮全介質自承光纜較高的光纖傳輸和光纜機械性能、良好的環境性能。電力通信施工過程中，能夠和其他相關高壓電力傳輸線路共同鋪設，主要由于該技術在傳輸強電場環境內，光線傳輸信號不受到其他相關因素的影響，具有較強的抗干擾性能，屬于電力通信中高效便捷的傳輸模式。光纖通信技術具有顯著的應用優勢，其原因是全介質自承光纜普遍由非金屬材料組成，光纜外套包含聚乙烯、耐電痕外套。在設計和應用過程中，綜合考量了我國電力線路的現狀，在多種高壓輸電線路被高效應用。實際運用中，需要結合實際情況和需求，選擇最佳外護套。另外，光纜設計和應用中綜合考慮多種外部條件的相應影響范圍與程度，如風速變化、溫濕度變化以及自然氣候變化等因素，增強光纖通信技術的抗沖擊性能，施工操作簡單，在電力通信中的應用效果較佳。

例如，某電力通信企業新建220 kV 的高壓輸電作為通信干線走廊，為了確保通信和輸電線路運行壽命大于30 年的匹配性，綜合考慮光纖通信的安全可靠性、施工和維護的便捷性等多個方面，選擇光纖復合架空地線，不適合應用全介質自承光纜。但是，針對已經建成的220 kV 及以下的輸電線路，尤其是區域變電所之間的通信，合理選擇全介質自承光纜，考慮原有電力線路上假設的全介質自承光纜安全可靠性，綜合評估電力線路運行時間、桿塔老化現象等，明確全介質自承光纜架設的可行性與有效性。因此，架設全介質自承光纜，盡可能選擇線路桿塔條件良好的電力線路。