一種就地取能的超長距opgw光纖通信系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種就地取能的超長距OPGW光纖通信系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，屬于電力系統(tǒng)通信【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的就地取能的超長距OPGW光纖通信系統(tǒng)，包括OPGW光纖、摻鉺光纖放大器，并在高壓輸電線上設(shè)置高壓取能線圈，利用高壓取能線圈將高壓電線輻射的電磁能轉(zhuǎn)化為電能獲得感應(yīng)電流為摻鉺光纖放大器供電，使用穩(wěn)壓電路控制感應(yīng)電流的強度，防強電沖擊；同時使用太陽能電池作為備用電源；當(dāng)線路故障停電發(fā)生在夜間或陰雨天時，由配備的蓄電池為摻鉺光纖放大器供電。本發(fā)明能可靠有效地實現(xiàn)OPGW光纖的超長距離的通信問題，其部署過程中不需要額外的供電保障；也不需要額外的建筑施工；抗干擾和惡劣自然條件的能力強。
【專利說明】—種就地取能的超長距OPGW光纖通信系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，更準確地說本發(fā)明涉及一種信號放大以實現(xiàn)光纖超長距離傳輸?shù)募夹g(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在330-500kV超高壓電網(wǎng)中的光纖通信采用架空地線復(fù)合光纜(0PGW光纜)。常規(guī)的光纖無中繼通信距離一般為50?100km，在發(fā)送端和接受端加光放大器后傳輸距離可以達到250?300km，理論上可實現(xiàn)500km無中繼傳輸。因此要實現(xiàn)上千公里，甚至數(shù)千公里超長距離光纖通信，就需要建設(shè)中繼站用于光信號的放大。但目前的特高壓OPGW光纜經(jīng)過的很多地方處于地廣人稀的沙漠、戈壁和高山等，其自然條件及其惡劣，難于建設(shè)中繼站。因此特高壓的部分通信線路往往需要經(jīng)由其他電壓等級的OPGW中轉(zhuǎn)。這就造成通信線路過長，線路可靠性下降。
[0003]國內(nèi)曾有OPGW光纜長距離通信的實踐(見:孫海蓬等，特高壓超長距光傳輸?shù)闹欣^站應(yīng)用研究，電力系統(tǒng)通信，2011，卷32，期9)。該技術(shù)采用了商品化的摻鉺光纖放大器模塊，并將放大器和相關(guān)控制、檢測設(shè)備置于電力鐵塔的中部，以太陽能電池供電為主，農(nóng)用電為輔，并配備蓄電池。但采用這種方法，無法解決設(shè)備在無人區(qū)的供電問題。同時，供電的可靠性無法有效保證，由于農(nóng)用電供電不穩(wěn)定，如太陽能電池因天氣原因無法長時間提供電力供應(yīng)，將導(dǎo)致蓄電池的電力耗盡，最終造成通信的中斷。另外，采用上述技術(shù)的總功耗達800W，需用較大的太陽能電池組和控制設(shè)備。
[0004]摻鉺光纖放大器在長距離海底光纜通信中已得到成功運用，但對級聯(lián)摻鉺光纖放大器的供電，需由岸基大功率電源集中提供。
[0005]高壓取能線圈(CT取電裝置)已有用作高壓輸電線路的監(jiān)控設(shè)備和信息轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的電源的案例，其輸出功率為5?20W。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是:為了解決特高壓OPGW光纖超長距離通信中由于受條件所限無法建設(shè)中繼站從而難以實現(xiàn)光信號中繼放大的問題，提供一種不用建設(shè)中繼站、能直接在電力鐵塔上安裝、通過就地取能(電磁能、太陽能等)為摻鉺光纖放大器提供低功耗、可靠的分布式電源實現(xiàn)光信號分布式級聯(lián)放大的技術(shù)方案，包括一種就地取能的超長距OPGW光纖通信系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。
[0007]具體地說，本發(fā)明的就地取能的超長距OPGW光纖通信系統(tǒng)，采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的:包括OPGW光纖、摻鉺光纖放大器，所述摻鉺光纖放大器包括摻鉺光纖、光隔離器、光耦合器、光濾波器和泵浦激光器；光隔離器有兩個，光信號經(jīng)OPGW光纖通過第一個光隔離器輸入到光稱合器的一個輸入端，光稱合器的另一個輸入端接泵浦激光器輸出的泵浦激光，光耦合器的輸出端接摻鉺光纖，摻鉺光纖輸出放大信號，放大信號通過第二個光隔離器輸入到光濾波器進行濾波，光濾波器的輸出端與OPGW光纖熔接，兩個光隔離器的方向均與光信號輸入方向相同；還包括蓄電池、高壓取能線圈、太陽能電池；高壓取能線圈設(shè)置在高壓輸電線上，通過高壓取能線圈得到感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過穩(wěn)壓電路輸入蓄電池；太陽能電池也同時為蓄電池充電；蓄電池為泵浦激光器供電。
[0008]上述技術(shù)方案的進一步特征在于，所述泵浦激光器為980納米激光器，所述光濾波器為帶通光濾波器、用于濾除980納米的光波及其它雜波。
[0009]上述技術(shù)方案的進一步特征在于，所述光隔離器、光耦合器、光濾波器和泵浦激光器安裝在OPGW光纜接頭盒中；所述高壓取能線圈、太陽能電池、蓄電池，都安裝在同一電力鐵塔上。
[0010]而本發(fā)明的就地取能的超長距OPGW光纖通信系統(tǒng)實現(xiàn)方法，包括如下步驟:
1)在OPGW光纖的輸入端加裝第一個光隔離器,光隔離器的方向與光信號輸入方向相同；再在第一個光隔離器的輸出端加裝光稱合器，光稱合器輸入端分別為需要放大的光信號和泵浦激光，其輸出接入摻鉺光纖；泵浦激光由泵浦激光器輸出，所述泵浦激光器為980納米激光器；
2)將摻鉺光纖的輸出接入第二個光隔離器,光隔離器的方向與光信號輸入方向相同；再將第二個光隔離器的輸出端接入光濾波器，濾除980納米的光波及其它雜波；光濾波器的輸出端與OPGW光纖熔接；
3)在高壓輸電線上設(shè)置高壓取能線圈，利用高壓取能線圈將高壓電線輻射的電磁能轉(zhuǎn)化為電能獲得感應(yīng)電流為泵浦激光器供電，使用穩(wěn)壓電路控制感應(yīng)電流的強度，防強電沖擊；同時使用太陽能電池作為備用電源；當(dāng)線路故障停電發(fā)生在夜間或陰雨天時，由配備的蓄電池為泵浦激光器供電。
[0011]本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明能可靠有效地實現(xiàn)OPGW光纖的超長距離的通信問題，且易于部署和管理，每一套裝置可以提供1dB?30dB增益(放大增益為1dB時，可以減小在放大過程中的產(chǎn)生非線性效應(yīng)，及自身產(chǎn)生的噪聲的問題，可延長通信距離40公里以上；放大增益為30dB時，可延長通信距離100公里以上，但會產(chǎn)生較大的自發(fā)噪聲和光纖非線性效應(yīng)，影響通信質(zhì)量。實際應(yīng)用中根據(jù)情況選擇合適的放大增益)，通過多套裝置級聯(lián)方式實現(xiàn)光信號的遠距離傳輸。其部署過程中不需要額外的供電保障；也不需要額外的建筑施工；抗干擾和惡劣自然條件的能力強。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是EDFA信號增益與泵浦功率的關(guān)系圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的原理圖。
[0014]圖3是本發(fā)明實現(xiàn)的場景示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面參照附圖并結(jié)合實例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0016]摻鉺光纖放大器(EDFA)的增益與泵浦功率和輸入信號光功率間的關(guān)系如圖1所示。由圖1可知，由于光通信SDH設(shè)備的發(fā)送功率在_2dBm?3dBm之間，接收機靈敏度為-28dBm，如信號增益為10dB，泵浦功率小于30mW。因此，采用摻鉺光纖放大器可以設(shè)計出一種低功耗的在線通信信號放大裝置。通過摻鉺光纖放大器的級聯(lián)，即可實現(xiàn)長距離的全光通/[目O
[0017]如圖2所示，本發(fā)明的超長距OPGW光纖通信系統(tǒng)，包括OPGW光纖、摻鉺光纖放大器，所述摻鉺光纖放大器包括摻鉺光纖、光隔離器、光耦合器、光濾波器和泵浦激光器，其中光隔離器有兩個。
[0018]光信號經(jīng)OPGW光纖通過第一個光隔離器輸入到光稱合器的一個輸入端,光I禹合器的另一個輸入端接泵浦激光器輸出的泵浦激光，光I禹合器的輸出端接摻鉺光纖，摻鉺光纖輸出放大信號，放大信號通過第二個光隔離器輸入到光濾波器進行濾波，光濾波器的輸出端與OPGW光纖熔接,兩個光隔離器的方向均與光信號輸入方向相同。
[0019]泵浦激光器的電源來自于包括蓄電池、高壓取能線圈和太陽能電池。高壓取能線圈設(shè)置在高壓輸電線上，通過高壓取能線圈得到感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過穩(wěn)壓電路輸入蓄電池。太陽能電池也同時為蓄電池充電。蓄電池為泵浦激光器供電。
[0020]泵浦激光器為980納米激光器。相應(yīng)的，光濾波器為帶通光濾波器、用于濾除980納米的光波及其它雜波。
[0021]該通信系統(tǒng)的具體實現(xiàn)過程如下:
I)在OPGW光纖的輸入端加裝第一個光隔離器,光隔離器的方向與光信號輸入方向相同，再在第一個光隔離器的輸出端加裝光稱合器，光稱合器輸入端分別為需要放大的光信號和泵浦激光，其輸出接入摻鉺光纖。泵浦激光由泵浦激光器輸出。
[0022]2)將摻鉺光纖的輸出接入第二個光隔離器,光隔離器的方向與光信號輸入方向相同；再將第二個光隔離器的輸出端接入光濾波器，濾除980納米的光波及其它雜波；光濾波器的輸出端與OPGW光纖熔接。
[0023]3)在高壓輸電線上設(shè)置高壓取能線圈，利用高壓取能線圈將高壓電線輻射的電磁能轉(zhuǎn)化為電能獲得感應(yīng)電流為泵浦激光器供電，使用穩(wěn)壓電路控制感應(yīng)電流的強度，防強電沖擊。同時使用太陽能電池作為備用電源。當(dāng)線路故障停電發(fā)生在夜間或陰雨天時，由配備的蓄電池為泵浦激光器供電。
[0024]圖3是本發(fā)明的實現(xiàn)場景示意圖。如圖3所示，摻鉺光纖(組成光纜)與OPGW的冗余光纜盤在電力鐵塔上；在朝陽的方向安裝太陽能電池板；在輸電線的合適位置安裝高壓取能線圈；蓄電池也安裝在電力鐵塔上；光耦合器、光隔離器、泵浦激光器、光濾波器等光學(xué)部件安裝在OPGW光纜接頭盒中。
[0025]本發(fā)明利用高壓取能線圈和太陽能電池為摻鉺光纖放大器供電，實現(xiàn)了光纖放大器的同塔部署。由于本發(fā)明的信號放大單元使用無源部件，因此具有低功耗，抗電磁干擾，適應(yīng)惡劣環(huán)境等優(yōu)點。本發(fā)明可以方便部署，降低建設(shè)成本和管理難度，從本質(zhì)上提高長距離OPGW通信的可靠性。
[0026]雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但實施例并不是用來限定本發(fā)明的。在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本發(fā)明之保護范圍。因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以本申請的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標準。
【權(quán)利要求】
1.一種就地取能的超長距OPGW光纖通信系統(tǒng)，包括OPGW光纖、摻鉺光纖放大器，其特征在于: 所述摻鉺光纖放大器包括摻鉺光纖、光隔離器、光耦合器、光濾波器和泵浦激光器；光隔離器有兩個，光信號經(jīng)OPGW光纖通過第一個光隔離器輸入到光稱合器的一個輸入端,光率禹合器的另一個輸入端接泵浦激光器輸出的泵浦激光，光I禹合器的輸出端接摻鉺光纖，摻鉺光纖輸出放大信號，放大信號通過第二個光隔離器輸入到光濾波器進行濾波，光濾波器的輸出端與OPGW光纖熔接,兩個光隔離器的方向均與光信號輸入方向相同； 還包括蓄電池、高壓取能線圈、太陽能電池；高壓取能線圈設(shè)置在高壓輸電線上，通過高壓取能線圈得到感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過穩(wěn)壓電路輸入蓄電池；太陽能電池也同時為蓄電池充電；蓄電池為泵浦激光器供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的就地取能的超長距OPGW光纖通信系統(tǒng)，其特征在于，所述泵浦激光器為980納米激光器，所述光濾波器為帶通光濾波器、用于濾除980納米的光波及其它雜波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的就地取能的超長距OPGW光纖通信系統(tǒng)，其特征在于，所述光隔離器、光耦合器、光濾波器和泵浦激光器安裝在OPGW光纜接頭盒中；所述高壓取能線圈、太陽能電池、蓄電池，都安裝在同一電力鐵塔上。
4.一種就地取能的超長距OPGW光纖通信系統(tǒng)實現(xiàn)方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)在OPGW光纖的輸入端加裝第一個光隔離器,光隔離器的方向與光信號輸入方向相同；再在第一個光隔離器的輸出端加裝光稱合器，光稱合器輸入端分別為需要放大的光信號和泵浦激光，其輸出接入摻鉺光纖；泵浦激光由泵浦激光器輸出，所述泵浦激光器為980納米激光器； 2)將摻鉺光纖的輸出接入第二個光隔離器,光隔離器的方向與光信號輸入方向相同；再將第二個光隔離器的輸出端接入光濾波器，濾除980納米的光波及其它雜波；光濾波器的輸出端與OPGW光纖熔接； 3)在高壓輸電線上設(shè)置高壓取能線圈，利用高壓取能線圈將高壓電線輻射的電磁能轉(zhuǎn)化為電能獲得感應(yīng)電流為泵浦激光器供電，使用穩(wěn)壓電路控制感應(yīng)電流的強度，防強電沖擊；同時使用太陽能電池作為備用電源；當(dāng)線路故障停電發(fā)生在夜間或陰雨天時，由配備的蓄電池為泵浦激光器供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的就地取能的超長距OPGW光纖通信系統(tǒng)實現(xiàn)方法，其特征在于，所述光隔離器、光耦合器、光濾波器和泵浦激光器安裝在OPGW光纜接頭盒中；所述高壓取能線圈、太陽能電池、蓄電池，都安裝在同一電力鐵塔上。
【文檔編號】H02J7/35GK104038287SQ201410139984
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】童和欽, 倪明, 薛禹勝, 羅劍波, 余文杰, 趙麗莉, 李悅岑 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國電南瑞科技股份有限公司, 南京南瑞集團公司