电力光纤复合型网络的建设探讨

电力光纤复合型网络的建设探讨一、前言现代电力系统通信技术是电力工业实现现代化的重要技术基础。跨大区联网的逐步实现，使得电力系统的规模越来越大，不同地区的资源通过电网互联得以合理有效的利用，发电各方通过互联电网相互合作又相互竞争。电力系统生产和运行的连续性、瞬时性和同时性，特别是全可控电力系统的发展极大地增加了对电力系统实施远方控制、调整、监视和操作的范围。电网控制中心的运行人员必须面对众多的、有时是互相矛盾的目标来做出决策，要在商业效益和电网安全的矛盾之间求得平衡，集系统运行与市场管理于一体。电力市场下的现代控制中心既是运行指挥中心又是电能交易中心，所处理的信息量和提供服务项目的规模将是空前的。因此，电网的通信系统必须时刻具备以极短时间传送大量信息的能力，未来的电力系统是一个基于信息互换而协调的时实决策系统。这样就必须利用先进的信息通信技术和在线决策支持工具，为电力系统的生产运行提供现代化的决策手段。所以，现代电力通信是现代电网安全稳定控制系统、电网调度自动化系统、电力市场技术支持系统和电力工业信息管理系统的基础，这就决定了电力通信网络在数据传输和网络应用方面必须具有大容量、高可靠、实时、安全、灵活的全面要求。如果要实现上述目的，现代电力通信必须是以光纤通信为主要解决手段的现代通信系统。同时，也只有光纤特殊的电气、电磁、通信特性才是唯一能最经济、最方便、高质量的与电网技术集成和融合的最佳方案。下面就以近几年来湖北省电力公司开展的“电力光纤复合型网络”系统示范工程进行介绍。二、电力光纤复合型网络的概念电力光纤复合型网络就是基于电力网的光纤通信网。是把电力网的网络资源作为光纤网的运行载体，通过一种带光纤的电线、电缆和系列的电光复合型设备，在输配电工程建设时，低成本、很便捷的把光纤网络覆盖到电力系统的每一个需要的位置，使电力系统的任何一个设备甚至每一个传感元件都能实现光纤连接（因为，电网系统必须有足够的传感器连接很多的资产和很多的设备，以进行需求的采集），因此电网的全程全网就有了高质量的通信能力。同时，这样的复合型网络实现后，电力系统的光纤也就随着电网到了每个客户的家里，实现“电力光纤到户（PFTTH：Powerfibertothehome）”的终极网络解决方案，使光纤通信技术与电力网络技术集成和融合为一体，服务于电网和全社会。（一）网络的拓扑结构传统的电力网、电话网、电视网和互联网，这四个网络的网络架构非常相似。特别是它们在城市、小区和进入大楼、家庭、办公室的设计施工以及敷设形态上也是一致的，它们的网络拓扑结构完全一样，它们的服务对象也完全一样，只是电力网的服务群体最大而已。所以，完全可以把传输信息的三个网络通过光纤网融合后与电力网复合成一个网络。（由于光纤通信技术已经非常成熟，使得电话网、电视网和互联网等所有的网络业务都可以复合到一根光纤上传输，这就是国家“十一五”规划提出的“三网融合”）。（二）电力光纤复合线缆新材料研制1．电力线、缆是光纤最好的复合载体，是电网唯一的传输材料。在国家基础网络中，电力配电网络的覆盖面是最大的，电力网作为电能输送的专用网络，其建设质量、机械强度、路权通道、安全经济技术指标等都是经过科学规划的。如果以电力光纤复合网来构架一种集电信、电视和互联网的光纤复合型电网，将大大节省光纤网络建设的人力、物力、财力和时间、空间。2．光纤是唯一最好的信息传输材料。如果把传输数据信息的金属媒质与电力线护套在一起，那是不行的。当电力线流过工频电流时，就会对护套在一起的其它金属导线产生严重的电磁干扰，信息网络将无法正常工作。那么，只有光纤，它的传输容量大、质量轻、体积小、成本低、抗腐蚀、没有电磁辐射、不被电磁干扰、传输衰耗小、雷电危害少等特性是金属导线无法相比的。而且，光纤通信增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽了对环境条件和供电等要求，简化了安装和维护工作，光纤通信是人们追求的最终目标。同时，光传输和电能传输属于两种不同类型的传输方式，相互没有电磁干扰。同样，光纤和电力线属于两种不同类型的材料，复合在一起无需考虑相互的电气绝缘问题。因此，只有光纤才能与电力线复合成新的网络传输材料。3．复合的效果。（1）如果我们把一根光缆和一根电力线简单护套在一起的成本和体积理解为“1+1=2”的话，那么新型的“光纤复合电力线”的成本和体积就是“1+1≤1.2”，而≥0.8的部分就被节约了。因为把“光纤复合电力线”中的电力导线代替了光纤单元的加强保护件，外护套也只要一个，这样就节约了大量的金属、塑料等物质材料。由于线材的合一，使网络也全面合一，所以整个网络上的设备、器件、产品、技术、服务也全面复合为一，等等。使得产品的制造工时、材料用量、使用空间以及网络的建设时间和成本获得了全面的节约；（2）这种“光纤复合电力线”能够很好的保护导线里面的光纤单元；（3）这种“光纤复合电力线”将所有的网络建成了一条管线，所以，线路位置清晰，检测方便准确，简化了施工安装工作。同时，也消除了城市上空各种线路像蜘蛛网一样的视觉污染；（4）由于光、电复合为一根导线传输，所以电能输送到那里，光纤也同时到那里，因此电网的每一个位置都可以实现低成本的光纤通信。三、电力光纤复合网络系统的示范工程2004年2月和2005年9月先后建设了两个电力光纤网络的“四网合一”示范工程，这是湖北省电力公司的科技项目，由公安县供电公司与华中科技大学合作完成整个网络由光线路终端设备（OLT）、电光网络交接设备（EONB）、电光网络终端（EONT）、光纤复合电力线路、光（电）复合接插器件组成。整个网络非常透明、简单、美观，工程的全过程都以经济、便捷、高质量为目标。每一个客户家里的EONT把物理的电路和光路解复后电路连接到家庭电网实现电力供应，光路通过光网络单元（ONU）进行数据信号转换、加工、处理并与家庭各信息终端连接。每个EONT提供一个1000MHz的有线电视接口（需要时还可以往下分支至多个接口，该系统按每个家庭4台电视机设计）；提供2个IP数据接口（需要时可以再扩充接口），均为100Mbps上下行对称传输，共计算机、IP电话或者VOD和IPTV使用，另外提供2个普通电话接口。每个终端客户都高质量的获得了语音、有线电视、宽带数据和电力四项主要服务，IP电话和IP可视电话主、被叫可靠，画面及语音清晰流畅，数据速率非常稳定，电视节目的收视效果非常清晰。同时，还实现了对电力客户远程电能的抄录、计量，对欠费、过负荷、恶意用电、故障等状态实现自动与远程控制。网络工程即满足电力网的建设标准，又满足了光纤网络建设的每一项技术参数和工艺要求，光纤复合电力线的布放以及光（电）复合接插器件和相关光纤器件都安装在建筑物里面，只是在布线时光纤复合导线弯曲处的施工操作稍加注意就行，除了光纤的熔接工作外，其它与传统的电力线路施工和电气工程安装方式基本一样。而相对光纤网络的建设而言，管线施工基本没有了，只是节点位置的光纤接续工作仔细做好就行了。（一）光线路终端设备（OLT）光线路终端设备（OLT）提供与电光网络交接设备（EONB）之间的光接口，OLT一般位于中心局内，提供传送到电光网络终端（EONT）所需各种业务的手段。作为接入网的一端，OLT的关键特征和功能包括：1.为骨干WAN或者LAN的数据、语音、视频及有线电视和电网信息化等综合业务提供接口；2.网络的G或T比特以太网接口；3.交换或者路由；4.QoS保证和SLA（业务级别允许）；5.流量集中。6.由于设备的体积小，可以方便的安装在配电室、柜里面。(二)光纤复合电力导线（FOW）单相两线4芯光纤复合电力线，也可以根据组网要求采用3相4线、3相5线等光纤复合电线电缆，它为OLT、EONB、EONT、配电机房或者配电变压器之间提供电能和光信号传输的物理链路。该复合线是把电力导体和光纤单元制造在一个结构里的复合性线材，它的制造工艺、制造成本、技术指标、材料用量是考虑的重点。(三)电光网络交接箱（EONJJ）EONJJ是网络中各支路电能和光信号分配的设备，实现OLT与EONT之间的联接和交换。同时，对每一电气支路的负荷进行远程时实检测、控制、抄录和计量，对该处操作摄像，并将这些所有的信息通过光纤传送到远方的电力信息中心，是电网“最后一公里”中一个关键的信息节点。(四)电光网络终端（EONT）电光网络终端（EONT）连接以一个OLT为网络系统的用户侧，EONT为用户数据、视频、电话和电力提供到“电力光纤网络”的接口。EONT的最重要的功能就是将接收到的光信号格业务转换成用户所需的格式（Ethernet，IP广播，POTS，T1等）业务。四、电力光纤复合网络系统的特点我们知道，网络基础设施的建设需要巨大的投资和存在很多建设中的困难，电力线路和通信线路的工程建设主要是在野外和建筑物上。野外作业受气象条件、地理条件、工地环境等诸多因素的影响，野外立杆架线，城区破路挖沟、地下管线建设等工作必须靠传统人工与半机械协助方式完成，没有办法较好的解决这些劳动强度和作业成本。另外，这样的建设工程对城市的有关设施和农民的田间作业、作物生长造成了一定的损坏和影响，这些必须给予补偿。即使这样，农民还是非常反对在他们的责任田里架设这样和那样的各种线路。同时，城市空间资源的使用也受到了非常严格的限制，城市管线使用的开销也非常昂贵。当社区、机关、企事业单位一旦建立，所有的各种线路就会蜂拥而至。几个施工队伍到处破路挖沟、凿洞打眼，建筑物内布满了各种线路，网络的重复建设和资源浪费十分严重。因此，以上诸多因素给电信企业和网络消费者以及国家都带来了很大的成本和负担。如果采用电光复合网络方案来实现光纤通信，那就会使很多困难和问题得到很好的解决甚至全面彻底的解决。（一）网络基础设施建设的成本及效益电光复合网络的产生使电力网这一优质的网络资源获得新的开发和综合再利用，电网的经济价值得到最大的发挥，也使电力和信息通信两大产业的物资资源、技术资源、时空资源等资源实现了集成整合、共享互补。因此，降低了整个光通信网络的建设、运维和管理成本。同时，这种电光复合网络系统给今后的电力网增加了新的产业功能和新的经济增长点，提升了电力网今后在学科理论、研发制造、建设运行中的科技含量，也给目前的PLC技术带来了新的发展空间。其结果将产生一系列全新的实用性技术、产品、工艺、标准和服务。（二）电光复合传输网络的技术优势“电力网络”与“光纤网络”复合成一个网是强强联合，各项技术指标随着电光复合网络的实用化和全业务化，使电、光两大网络所有的技术优势得到集成优化、整合放大。所以，它可以与任何一种光通信网络方案的技术融合，最容易实现系统的标准化。随同电力网工程一起，无论是PON的、有源以太网的、还是P2P的等各种光纤通信方案都能完全与电光复合网络融为一体、全面兼容。（三）电网优势的发挥与新的产业功能电力网的唯一性决定了它的自然垄断特性和网络覆盖优势。人类社会对电力的特别依赖决定了它的管线、路权、位置具有重要、优先、独占的行业特点和社会特性。人们工作、学习和生活的每一个角落都有电的存在，电网的无处不在使它的覆盖面最大。因此，电光复合网络有天然的市场优势，它从研发到制造、到建设、到技术标准，从电站（或者机房）到线路、到分配、到客户终端，从使用到服务、到维护管理，形成了一个完整而与众不同的电力复合传输网络系统，填补了国内外空白，大大的延长了电网的产业链。一旦电力光纤复合网络建成，电网自身所有的信息化业务就会全面实现，打造数字化电网、信息化企业的“一强三优”现代公司就有了进一步的保证。同时，电网企业还可以为国家信息化事业出力。已经拥有6项国家专利的“电力光纤到户（PFTTH）”系统技术是目前全球正在启动的光纤到户（FTTH：fibertothehome）市场最好的网络解决方案，是电网企业积极参与国家信息产业发展和建设的最好技术手段，也为电网企业提供了战略性的产业储备。它在使电网企业获得新的经济增长点的同时，还为电网企业获得了新的产业地位。五、有关建议一是组织专家组对“电力光纤复合网络”系统技术的进行可行性研究，做好国