服务雄安·交通光电网创新发展论坛——“交通7+1论坛”第五十一次会议

彭宏勤，张国伍

(1.北京交通大学 中国综合交通研究中心,北京100044；2.中国交通运输系统工程专业委员会,北京100044)

“交通7+1论坛”第五十一次会议于2018年6月30日下午在北京召开.参加会议的有论坛核心专家段里仁、石定寰、于景元、张国伍、毛保华、王江燕、郭继孚，主题发言人苑宝义、徐征、吕安强，以及余祖俊、郭小碚、周伟、姚明德、李玉涛、荣朝和、赵坚、宋瑞、沈培钧、高爱荣、高玉好、王国清等专家学者、政府部门决策者、企业界管理者共50余人.会议的主题为“服务雄安·交通光电网创新发展论坛”.会议由荣毅集团承办，毛保华、郭继孚、张国伍、王江燕主持.

苑宝义：荣毅集团主要从事光电网、光通信、智能交通、智慧城市等领域产品与设备的研发、生产与销售，是光电网一站式服务商.荣毅光电网获得了第1个光电缆发明专利，制定了第1个光电网标准，通过产业+资本的发展模式推进光电网产业在国内和“一带一路”国家的应用与发展.

光电网是同时、同路、同走向传输电能和信息的综合能源信息网.未来它将延伸到社会每一个角落，为广大人民提供一个能源和信息资源平等共享的平台.它就好比人体的血管和神经，在传递能量的同时传递信息.

光电网具有三大优势：科技创新优势、产业平台优势、人才资本优势.通过光电网产业集成创新，可以带动新能源与节能环保，推进信息化与先进制造，加强光电网智能城镇化建设.“一缆传输，多网合一”光电网，是构成智能社会的基础网络.

光电网在融合创新方面，我们提出光电+新模式.光电网用于交通就是交通光电网，用于智慧社区就是社区光电网，用于城市就是城市光电网，用于小区就是小区光电网，用于企业就是智能企业光电网.光电网具有多领域的应用，如智慧园区、智慧农业、智慧能源、智慧社区等.实际上在社会各行各业都已得到了应用.

光电网在张涿高速已经投入应用.高速公路有收费站、服务区、交通诱导系统、交通照明、ETC等多种设施设备.这些设施设备的正常运转需要有能源和信息的传输.交通光电网的解决方案是在高速沿线建1 100 kv光电网变电站，50～100 km建1座电站，构成自己的交通光电网，为设施设备提供能源与信息传输通道.这样既可提高系统安全性，还可在高速沿线服务区设置储电站和提供充电桩，并能服务高速沿线周边区域.

光电网在服务雄安和“一带一路”也有很大的进展.在雄安新区未来的建设方面包括智慧城市建设，我们提出的一网共享制一定会取代多网分离制.

我们在光电网方面的研发和实践，得到保定市政府与国家能源局的认可和支持.保定市政府发布了“关于推进光电网示范城市及产业基地建设的实施意见”.国家能源局认为：光电网作为一种新兴产业，符合国家创新驱动发展战略，对于加快产业结构优化升级、推动经济发展方式转变、助推“一带一路”建设，具有重要意义；大力发展光电网产业，必将推动智慧城市、智能电网、智能交通、物联网产业快速发展.

光电网可以共建共享，可以实现与政府、与各部门、与投资人、与企业、与百姓的共赢.光电网产业有三大红利，包括节能减排、网络和智慧城市.

光电网可以多方合作，以创建光电网体系和产业，创新推广光电网，培养光电网人才.创建光电网体系的重点是在中国光电网联盟的基础上，推动国际光电网联盟建设，推动制定国际光电网标准，占领国际光电网的制高点，争夺国际光电网的话语权.

现在是大创新、大融合、大发展的时代，光电网属于高质量发展的产业，政产学研用相结合，一定能在光电网新领域取得突破性的成果.

徐征：随着新能源、可再生能源的快速发展，能源结构和能源种类增多，需要有一个平台，将各种各样的用户和各种各样的能源联系到一起，能源互联网应运而生.能源互联网是互联网、新能源和可再生能源技术融合的能源系统.基于新能源和可再生能源技术特点，通过能源物理网和互联网融合平台，进行能源相关产品和服务的多边交易，实现整个能源系统效率的最优化.

能源互联网具有几个特点：①能源来源广泛且种类多样；②能源来源地域分散；③不同能源之间需要互联；④能源网络需要共享；⑤新能源基础建设要融入传统电网；⑥具有很强的自愈功能；⑦具备系统运行的高效性；⑧响应环境友好的政策.

能源互联网不同于智能电网，它不仅关注电力系统，也关注供热、供冷、供气、电气化交通等综合能源系统，以实现多种能源系统的开放互联.能源互联网不同于互联+“能源”.它不只是通过互联网将能源信息联系起来，而是强调所有能源的互联.

真正的能源互联网是通过互联网技术使可再生能源和各种能源结合到一起，使可再生能源成为主导能源.通过采用特高压技术将全球的区域能源互联网联接起来，实现全球可再生能源的共享，形成全球能源互联网.

能源互联网布局的思路和原则主要有：低碳发展、本地优先、经济高效和技术可行，既要统筹考虑集中式和分布式清洁能源开发的关系，又要考虑本地和长距离输送的关系，还要考虑到各地电力的平衡.

在现有的能源交易体系中，供需信息的传输模式是直线式的，是相对静态的.从发电到供电再到用电各端口信息缺乏有效的交流机制.由于电力是发、供、用同时完成，单向的信息传递容易导致供需信息不对称，造成能源浪费或供应不足.

在能源互联网没有建成之前，从发电、供电到用电的体系存在着以下问题：发电端到输配端、发电端到用电端、输配端到用电端都存在着一些错位问题.

电力需求是能源需求的重要组成部分.电力系统能源互联网的主要架构包括智能发电、智能电网调度、智能储能、智能用电、智能能源市场及智能管理和服务等.智能电网的核心技术是能源路由器，实现多路输入多路输出，实现各种能源负载的衔接.

能源互联网的关键环节是：①可再生能源作为主要能源廉价供应，并合理联网调度和利用；②要有支持超大规模分布式发电、储能及其他能源终端的接入平台；③有类似互联网技术的能源共享实现方案；④有能源的移动互联实现方案等.

我们现在已经具备构筑能源互联网条件，如特高压技术、柔性直流技术、储能技术、分布式发电系统的离网和并网技术都已非常成熟.各种大型的储能电站陆续投入使用，太阳能分布式发电技术可实现就近发电、就近并网、就近转换和就近使用.互动直流系统会是未来发展的主要方向.

交通设施和分布式能源相结合，会出现多种应用场景，如隧道入口处光伏棚可遮光兼照明发电、高速公路的探测设备可采用光伏供电、智慧城市多功能路灯杆将照明、监控、通信和充电桩等功能集一身.

能源互联网建设所带来改变是多方面的，包括发电、输配电、智能建筑、电动汽车、电力市场.电力市场包括各种电力的销售，如购电和售电，甚至还包括碳排放的计算和交易.能源互联网时代的电力交易中，像差异化定价，个性化定价都是可能的，甚至免费用电也是可能的.

行业金融系统建设对电力行业掌控价值链和现金流有着重要意义.

吕安强：我的报告题目是《分布式光纤传感技术及其海底电缆状态监测应用》，主要介绍3方面内容：分布式光纤传感技术、海底电缆状态监测、前景和展望.

光纤纤芯是由二氧化硅制成，特点是绝缘、不受电磁波干扰、传输速度非常快、传输容量非常大，在远距离大容量通信传输方面有非常好的优势.到目前为止，光纤通信已经比较成熟，且应用面比较广，在我们日常生产生活中已大量存在.

光纤传感和光纤通信不一样，光纤通信是前向传输，光纤传感是背向传输.光在传输过程中会有一些信号反射回来，利用反射回来的信号，能够测量光纤沿线的一些物理量.如温度、应变形变、微小的振动等都是可以测量的.

光纤中存在3种散射.最重要的瑞利散射是和传输信号频率相同的信息.在光纤所用之处，包括电信运营商、电力系统的光纤通信等，可以使用设备测量光纤的衰减，检测光纤是否折断.瑞利散射信号已被广泛使用.

布里渊散射对温度和形变比较敏感.利用布里渊散射频率的变化，可以在发射端测量光纤沿线的温度和形变情况.在光纤铺设好之后，光纤经过之处的温度、形变、振动等数据都可以获得，所以光纤传感技术非常有优势.

拉曼散射信号的强度与光纤温度有直接的关系，可以通过拉曼散射信号测量光纤温度.根据光纤温度，可以在变电站或者监测中心，对从变电站到用户终端之间电缆上的温度数据及随着时间的变化情况，非常方便地检测出来.

根据布里渊散射频移与温度、应变的线性关系，通过与温度传感器结合使用，可以在变电站监控室对施工过程中电缆发生的变形发出报警，并快速定位电缆形变位置.

光纤瑞利散射干涉测量振动技术，除了可以测量衰减，还可以利用它的干涉原理来测量振动.布里渊形变针对的是比较大的形变.如道路挖掘施工，触到电缆的表面，会产生大的形变.一旦出现这种情况，光缆就已经快被破坏了，即使感知到，也已经晚了.因振动传感更为敏感，当施工车辆或施工机具一开始工作时，振动传感设备就可感知入侵，能够对微小的振动做出判断，可以用于预警，防患于未然.

将3项技术融合起来，能够实现温度、应变和振动3个物理量的测量.将光纤放到电缆里面，使电缆能够感知一些物理量和周围环境的变化，使电缆具有一定的智能.

光纤对这些物理量敏感，而且又可以实现长距离的测量，所以在电缆里面应用具有明显的优势.对于已经敷设的线缆，可以将光缆铺到线缆表面.光电网将光纤放到线缆里面，就更方便了.光纤技术成熟，价格便宜，为产业化及应用提供了很好的条件.

海底电缆和陆用电缆基本相似.陆用电缆内有导体，外有绝缘，不能漏电；外层是金属固套，一是防水，二是保护.因金属固套易锈蚀，需要外加塑料固套，以增强抗磨损性能.海缆要求更高，需在缆外加铠装，用钢丝缠绕在外面起到保护的作用.海缆内有通信用的光单元.

海缆主要是用于输电.在福建、江浙、海南等岛屿比较多的地方，需要内陆输电至岛屿，海上风电厂需要输电回内陆，海上石油平台也需要通过海缆输供电.

通常，海底电缆同时具备电力输送和光纤通信双重功能，具有非常重要作用，并且成本很高，所以有监测的必要.

海底电缆电压比较高，一般是110～500 kv量级.常规电气监测方式，因电磁干扰比较严重，会出现测量精度低和误判.光探测法如红外热成像、紫外成像等，只能应用于可视的有限范围，不适合地下电缆、海底电缆状态检测.

针对海底电缆状态监测，我们主要进行了3项工作：一是搭建监测系统，二是在系统基础上进行力、热、电特性提取，三是故障的诊断.2012年完成的福建省平潭县海底电缆状态监测项目，从策划到最后的运行差不多是3年的时间.项目获得中国电力技术发明奖，并发表多篇高水平论文.

综合监测系统运用了分布式光纤传感技术、船舶自动识别技术、远距离视频监控技术和信息融合技术.技术思路是从力、热和电3个角度获取电缆工作状态.

实施步骤包括：

(1)理论分析.主要是通过数学公式，推导光纤检测量与电缆应变的关系、与电缆缆体各部分温度的关系.

(2)有限元建模仿真，采用有限元的理论与方法建立国际大电网会议所要求的立体模型，有正常运行的温度模型、短路模型及漏电模型.

(3)实体试验.

通过理论推导、有限元仿真再加上试验，我们最终获得了海底电缆状态与光纤温度、应变、振动之间的关系，包括正常运行负荷曲线和日周期负荷曲线、漏电温度变化曲线、接地短路温度变化曲线.通过观察锚害后船舶经过时振动的功率和频率变化情况，最终确定了不同故障时各物理量分布规律.以此对故障类型及位置进行快速判断和定位，并预警或报警.

分布式光纤传感技术具有分布式、长距离、本正绝缘的特点，可以用在很多方面.凡是需要大面积测量，长距离测量或者是线性结构测量，都可以用.如输电线路监测、管道监测、城市管廊监测、路基监测、桥梁监测、大坝监测都是可以使用的.

在交通方面，分布式光纤传感技术可以用于4个场景：一是周界安防，对人员入侵或者有人进入，可以用振动传感监测；二是火灾探测，用光纤温度测量，可以探测火灾；三是隧道的变形检测，用布里渊散射监测变形，拱形或者纵深都可以监测；四是高速公路路基监测，监测断裂或者塌方的趋势.