光纤通信

为解决配电网智能分布式馈线自动化系统现有光纤通信方案存在建设成本高、运维困难及可拓展性差等难题，文章利用5G LAN全互联二层通信高可靠低时延网络技术，提出基于5G LAN技术的配电网智能分布式馈线自动化系统快速对等通信和组网实用化方案。文章围绕5G LAN适配应用、网络拓扑、业务通信指标等几个关键方面进行分析，开展实网试验验证，验证结果表明5G LAN通信技术满足智能分布式馈线自动化系统应用要求，可以快速、精确地切除故障，实现故障自愈，对提高配电自动化系统的智能化数字化运行水平和供电的可靠性有较高的实践应用价值。

本项目的总体思路是：依托电力光纤网、物联网技术，提出基于电力光纤网的光纤式架空线路微气象监测架构，推动电力光纤传感与电力光纤通信深度融合，在架空线路微气象光感知技术及监测模型算法、无源免维护型装置等方面取得了突破。本成果创新点：1、提出了基于光纤光栅传感技术的架空线路微气象监测方案；2、提出了覆冰、风速、风向、光照、雨量、湿度、气压等微气象参量转化成光纤光栅波长参量的测量技术及监测模型算法；3、研发了8类微气象参量的光纤传感监测装置。本成果实现了线路微气象的高可靠、免维护的集成监测，解决了架空线路微气象传统监测的四大技术难题。累计获得国内授权发明专利9项，实用新型专利12项，软件著作权1项，发表SCI、EI论文8篇。本成果具有：①无源监测长期可靠易维护；②测量与通信融合抗干扰；③光复用技术便于监测集成。装置及系统可用时间从1年左右提升为4年，提高了电网防灾减灾能力和运行维护水平，推动了电网监测和通信技术的进步。

5G 通信技术突破了光纤通信的制约，解决了光缆敷设和光衰对自动化设备数量组网的限制，让智能分布式馈线自动化保护具有更好的应用基础与更低的成本。同时，5G 技术具有高可靠性、高安全性和低时延等特点，可在 200毫秒内完成线路的故障定位、隔离和非故障区域自动恢复供电，实现配电自动化秒级向毫秒级转变，显著提升城乡配网供电可靠性，提升客户用电满意度。本成果以北京 2022 冬奥会为契机，围绕 5G 等技术实现配电网故障的毫秒级诊断、隔离和非故障区域恢复供电，突破光纤馈线自动化的瓶颈，逐步实现规模化普及。

智能配网集成通信系统是智能电网与电力企业信息化建设的重要组成部分。首先分析了智能配网对通信技术的应用需求，然后设计了智能配网集成通信系统验证与测试平台的总体架构与功能模块，所建立的平台涵盖了主流的配网通信技术，较以往对通信技术的研究，深化了多种应用场景下的功能设计和系统实现，最后以实验室模拟和现场应用方式验证了方案的可行性和有效性。

随着配电自动化技术的迅速发展，配电自动化三遥控制等配网业务对通信通道可靠性要求也目益提高。目前配电自动化光纤工业交换机网络以手拉手环的形式实现在单个配电房交换机故障或失电情况下，通过生成树协议单点自愈，但在两个以上电房工业交换机故障或失电时无法自愈，会导致配电自动化业务中断。另外，由于规划建设的不完善或者部分电房长期难以复电，存在部分电房光纤通信网为链状网络，处在链状网络中的任意一个节点故障也会造成通信中断，影响业务正常运行。根据运行数据统计，光纤交换机掉电占配电光纤网络缺陷的大多数，以广州局2016年6月数据为例，当月自动化终端电源故障及电房低压电源故障造成通信网业务中断占所有配网通信 缺陷的54.7%。因此，实现光纤交换机自动光旁路意义重大。 由于于开关房、配电房、室外柱上开关等配电系统在户外建设，配网通信设备如工业交换机等同样部署在户外环境。因用电用户所处环境不同，通信设备需要考虑高温、严寒、风雨、雷电、沙尘、尾气等各种恶劣环境的影响因素，经常导致设备掉电，故障无法运行，一旦上游设备故障掉电，导致下游设备或两故障节点间设备形成孤岛，完全断绝与上层设备互联关系。由于配电通信系统中的通信设备大都部署在户外，一旦出现故障就需要运维人员到现场维护，维护效率板低。 针对上述问题，本成果研制了一种用于配电光纤通信网络的光旁路装置，该装置可与广州供电局现有光纤工业交换机网络良好兼容，通过自动识别网络节点的供电状态及光信号输出状态，节点故障时系统进行光路瞬时切换，绕过故障的网络节点，从而能避免网络节点发生全阻障碍，保持系统连通正常。通过该光旁路装置可实现环型网络、链状网络抗多点设备故障的功能，提升配网通信网络的安全可靠性。

光纤放大器是光纤通信系统中广泛应用的一种重要器件。由于光纤本身具有传输损耗，使得光信号在经过一定距离的传输之后会衰减到接收机无法辨别的程度，EDFA通过对信号进行光放大使得长距离、大容量、高速率的光纤通信成为可能。在光纤通信系统中，光纤放大器一般用于前置放大、功率提升和中继放大等。

克尔效应和色散对相干光纤通信系统的传输距离和数据容量有极大限制。为了补偿光纤传输中的非线性损伤，结合卷积神经网络(convolutional neural network，CNN)、双向长短期记忆网络(bi-directional long short-term memory，BiLSTM)和注意力机制(attention)的特点，提出了一种基于CNN-BiLSTM-Attention模型的光纤非线性损伤补偿算法，并在DP-16QAM 30Gbaud的相干光通信系统中进行了仿真。仿真结果表明，与CNN-BiLSTM模型相比，在1200 km的传输距离下，该算法以降低0.03~0.23 dB的Q因子为代价，使复杂度降低了约31.6%；在相似复杂度下，该算法在最佳传输功率下的Q因子提高了0.43 dB。