电力主干波分复用智能网的应用研究

田宇 焦杰 刘彦扬

1.华北电力大学电气与电子工程学院,北京 102206；2.华北电网有限公司北京超高压公司,北京 102488

电力主干波分复用智能网的应用研究

田宇1焦杰2刘彦扬2

1.华北电力大学电气与电子工程学院,北京 102206；2.华北电网有限公司北京超高压公司,北京 102488

随着智能电网的不断发展，其原有的电力通信系统的通信压力日益加大。密集波分复用(DWDM)技术在智能电网中主干传输网上的应用也逐渐得到人们的重视。本文首先介绍了DWDM系统的概念、优点和关键技术。最后对DWDM在智能电网中主干传输网中的应用方案进行了研究。

智能电网；DWDM系统；主干传输网；应用研究

在社会发展巨大需求的带动下，电力事业的发展一日千里，对整个社会生活和现代化进程产生了极大的推动作用，智能电网是当前电网的发展趋势。智能电网对电力业务的实时性与可靠性传输要求提出了更高的要求，快速发展的电网也给电力通信系统带来巨大的扩容压力。而由于受器件自身特性的限制，原有电力通信系统光纤网的传输容量及扩容方式均无法满足实际需求，而也没有充分利用原有光纤的巨大带宽资源。因此，对现有电力通信系统的光纤通信网进行扩容是非常必要的。随着波分复用(Wavelength Division Multiplexing:WDM)和密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing:DWDM）的逐渐成熟，波分复用技术在电力通信系统中有着极为广泛的应用前景。

1 WDM概述

1.1 WDM和DWDM

在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息，称为光波分复用技术。如图1所示，在发送端，将两个或多个波长不同的光载波信号，经合波器汇合后耦合到某一根光纤中进行传输；在接收端通过分波器对不同波长的光载波进行分离，之后再由光接收机做进一步处理和提取信号。波分复用不仅可以单向传输，而且可以双向传输。

图1 波分复用原理图

WDM的实质是光域上的频分复用(FDM)技术。WDM系统中，每个信道通过频域的分割来实现，每个信道占用一段光纤的带宽。

WDM系统中，根据光纤中传送的相邻光载波的波长大小，可以分为粗波分复用(CWDM)和密集波分复用(DWDM)。其中CWDM是指相邻的光载波的波长间隔比较大，而DWDM是指相邻的光载波的波长间隔比较小。与通用的单信道系统相比，DWDM不仅极大地提高了通信系统的容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点，因此，密集波分复用技术的前景十分光明。

DWDM技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输。当前，密集波分复用技术就是将1550nm窗口附近的承载不同业务信号的不同波长的光信号耦合到同一根光纤中进行传输，并在接收端对其解复用后再分别进行接收。近年来，光电器件的迅速发展，特别是EDFA的成熟和商用化，使在1550nm窗口区域采用DWDM技术逐渐成熟并走向商用化。

1.2 DWDM的优点：

DWDM技术之所以在近几年得到迅猛发展，是因为它具有下述优点

1.2.1 能够同时传输多种且类型不同的信号。DWDM技术使用的各波长的信道是相互独立的。包括数字信号、模拟信号、PDH信号、SDH信号和多种业务的混合传输等。因此同时可以传输多种速率及特性完全不同的信号，可以便捷的做到综合传输各种电信业务信号;

1.2.2 充分挖掘光纤的巨大带宽资源。光线具有巨大的带宽资源（低损耗波段），DWDM技术使一根光纤的传输容量比但波长传输增加几倍至几十倍甚至几百倍，从而增加了光纤的传输容量，降低了通信成本，有很强的经济实用价值;

1.2.3 大容量传输的同时降低了器件的超高速要求。许多光电器件的响应速度由于传输速率的快速提升而显得吃力，而DWDM技术不仅可以大容量传输，还能够降低对部分器件在性能上的极高要求;

1.2.4 具有高度的组网经济性、可靠性和灵活性。DWDM技术有多路多址局域网、广播分配网、长途干线网等多种应用形式。利用DWDM技术可以选择路由，完成故障恢复和网络交换，从而实现经济实用、灵活的光网络;

1.2.5 减少线路的成本。采用DWDM技术 可使N个波长复用起来在单根光纤中传输，同时单根光纤也可以进行双向传输，在相隔距离较远且信号传输量大时可以减少大量光线的使用，另外，对已经建成的光纤通信系统扩容方便，只要原系统的功率余量较大，就可以进一步增容而不必对原系统做大的改动。

2 DWDM的关键技术

DWDM技术的特点有：大容量的信息传递、网络平滑扩容、兼容性好、节约光纤资源、超长中继距离等。DWDM技术的特征正式有了以下几个方面技术的支撑才得以实现。

2.1 光合波与分波技术。光合波技术通过光复用器来实现，光复用器将不同波长的发送信号混合在一条单独的光纤上；分波技术由是光分解器来实现，分解器将混合信号分解为接收器的分支波长。光复用器和光分解器的性能的优劣决定着系统的传输质量，在超高速、大容量波分复用系统中起着关键作用。DWDM系统对其要求是：

2.1.1 低的偏差相关性；

2.1.2 损耗及其偏差小；

2.1.3 信道间的串扰小。

2.2 光放大技术。光放大技术是目前DWDM系统在大容量长距离的传输技术领域不可或缺的技术手段。在相距较远的距离中，光功率受限往往成为决定传输距离的主要障碍，而光放大器（OA）的出现和发展使得光功率受限不再是长距离传输的主要问题。在掺铒光纤放大器（EDFA）的实用化，有效地节省了大量的再生中继器，并且实现了直接光放大，简化了系统，扩大了传输容量，使得在传输过程中的光纤损耗不再成为主要问题；在光纤通信领域上是一次重大飞跃。促进了真正意义上的密集波分复用技术的飞速发展。

2.3 节点技术。DWDM光传送网中的节点分为光交叉连接（OXC）节点、光分插复用（OADM）节点和混合节点（同时具有OXC和OADM功能的节点）。当业务发展需要对网络结构进行调整时，OXC能够简单迅速地完成网络的调度和升级。当出现光缆中断或节点失效时，OXC能自动完成故障隔离、重选路由、重新配置网络节点等功能，OXC节点无需进行光/电转换和电信号处理。OADM节点的功能类似于SDH网络中的数字分插复用设备（ADM），它可以直接以光波信号为操作对象，利用光波分复用技术在光域上实现波长信道的上下。

2.4 功率均衡技术。在光网络中，从本地节点上路的光信号与其它由于传输了不同距离、从而光功率不同的一些信号复用在一起传输，由于光滤波器、EDFA和光开关等器件对各波长的信号响应略有不同，即使是复用在一起传输的光信号，在传输一段距离后，它们的功率也可能不同。在经过级联EDFA系统后，不同功率的波长信号中的一些波长的功率将可能进一步降低，导致该信道性能恶化。另外，因为光网络的网络恢复、上下话路或重新配置等原因，导致进入节点的各个波长通道的光功率也存在差异，由于光信号要经过多个节点和链路，各个波长通道之间的光功率差异不断累积，这使得各个光信道的信噪比不一致，直接影响到系统的服务质量。因此要保障通信质量，非常有必要在光网络中的节点处对每个波长的光功率进行均衡。

3 密集波分复用技术在智能电网主干传输网中的应用研究

在智能电网主干传输网中引入DWDM技术，不仅要考虑当前电网的整体运营状况，还要充分考虑未来电网业务发展对电力通信系统的需求、现有资源的利用和整合以及经济效益等诸多因素。

3.1 DWDM系统建设方案

DWDM系统是一种适合多业务、大容量的传输系统，具有低成本、易扩展、稳定性高的特点。随着我国电力通信网所要承载的系统宽带、业务类型和服务质量面临着巨大的压力，以语音和窄带数据为主的业务模式逐渐向宽带化、数字化、智能化和综合化的网络化模式发展。智能电网中主干DWDM系统的建设就变得越来越急迫。建设DWDM的方案如下。

3.1.1 电力主干DWDM系统不仅要满足当前电力数据通信业务宽带的快速发展，同时要成为电力生命线运行的基本保障。

3.1.2 采用通用多协议标记交换技术。若有某条干线光缆突发中断时，仍能快速自动地恢复光路，真正实现自动光交换。

3.1.3 DWDM系统的建设，要满足社会生产和经营管理信息化应用的需要。因此该系统不仅要满足日常大颗粒业务的高宽带传输的要求，同时还必须在各类灾害发生时满足调度中心EMS系统、营销和财务、生产MIS以及各分公司数据中心等各类数据业务的异地灾备需求。

3.2 智能电网主干传输网中DWDM系统设计

3.2.1 网络结构

DWDM系统的网络结构设计要综合考虑业务需求和分布、光纤铺设、技术能力以及实际网络的兼容性等诸多因素。由于DWDM系统中波道的数量较多，在实际工程设计中要因地制宜，根据不同的波道分别组织线形、树干形、格形和环形等不网络结构。另外，光缆干线工程设计中，省际干线和省内干线两种传输系统需要分别进行设计，在DWDM系统工程中可有效利用不同的光波道，分别组成省际干线、省内干线和其他专业网的传输系统。

3.2.2 设备选型

DWDM设备选型是一项非常重要的工作，需要考虑设备的性能、网络结构、设备上下兼容性、网管性能等诸多方面的因素。智能电力主干DWDM系统的终端部分由现有的SDH设备构成，线路传输部分由DWDM设备和光纤等构成。因此，设备选型的工作主要包括DWDM设备、光纤和终端设备和三方面内容。

3.2.2.1 光纤。DWDM系统要求对光纤的要求较高，要求光纤小的偏振模色散和小的色度色散，同时工作波长区的色度色散不能为零。当前，我国已建的近百万公里光缆线路采用的光纤，基本上全是ITU-TG G.652单模光纤，该光纤适合传输波道基础速率为2.5Gbit/s的DWDM系统。新建的光缆线路工程，已改用G.655非零色散位移单模光纤，G.655光纤既适合传输波道基础速率为2.5Gbit/s、10Gbit/s的DWDM系统也适合传输高速率的时分复用系统。

3.2.2.2 DWDM设备。DWDM设备的技术指标主要包括设备制式、波道数量、波道系统速率、技术性能指标和网管性能等。DWDM设备主要分为集成式和开放式两种。相比于集成式DWDM设备，开放式DWDM设备为了可以兼容不同的工作波长和不同厂家生产的SDH设备，在系统中采用了波长转换器，使得仅仅使用DWDM设备就可以构成光纤通信链路的传输系统，而只在链路的终端接入SDH设备。这使得网络的组织、管理、维护、扩容等均非常有利。因此，在工程设计中选用开放式DWDM设备。目前，可商用的DWDM系统的波道基础速率有2.5Gbit/s和10Gbit/s两种设备，根据选定系统传输容量和所使用的光纤种类进行选用。

3.2.3 站段配置

DWDM传输系统设有光放站、再生站、转接站和终端站。光放段一般按照等增益原则设计，并确保再生段内全部的光线路放大器的输出功率电平及其接收灵敏度完全相同。再生段的主要参数是长度及可接受的总色散和信噪比指标要求。同时为了系统的维护和调测，一般只选用相同增益类型的光放大器。再生段单波光波道的信噪比一般要求不小于20dB。转接站和终端站主要根据通路组织和网络结构进行设计，在该两种站内配置DWDM的合波器、波长转换器、分波器和SDH的终端复用器等。

3.2.4 系统网络管理要求

DWDM系统的网络管理系统是维护网络及设备稳定工作的重要途径，是DWDM系统发展的最重要问题，DWDM系统应用能否取得成功很大程度上取决于网络管理。DWDM系统的网络管理系统能够实现DWDM系统的配置管理、安全管理、故障管理和性能管理等。网络管理系统主要由网络网络管理和网元网络管理两大部分构成。其中网络网管的级别比网元网管要高一级，前者主要负责对整个DWDM系统的网络进行管理和监控，能够及时地反映网络的工作状况，并对网络拓扑结构进行参数配置和维护管理。而网元网管的主要工作是完成对网元设备的管理和监控，对网元设备进行配置并实时反应网元设备的运行状况。

4 结语

在智能电网的通信系统中利用DWDM技术构建的是一个光网络层，可以搭建在现有电力通信系统的SDH网络之上，来对现有电力通信系统网络进行整合、优化。DWDM技术以其众多的优点必然逐渐在只能电网中得到越来越广泛的应用。智能电网中主干光纤DWDM系统的建成，可以大大提高目前电力通信系统的速率和带宽容量，能充分适应未来一段时间内电力通信业务对大容量和高速率的需求。DWDM系统自身具有健壮的自愈能力，这使得DWDM系统在出现设备检修或光缆中断等情况时，依然可以确保所有电网重要业务传输的高可靠性和安全性。另外，DWDM系统还大大减少了电网的重要生产调度、经营管理信息中断次数，大大减少了人工倒接电路的工作，同时也保证了电网生产、经营、管理工作的正常运行，有效地解决了电力通信业务IP化需求。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.03.007