光电技术研究范文

关键词：光纤通信技术；电力系统；应用

中图分类号：TN929.11文献标识码：A文章编号：1673-0038（2015）52-0236-02

1引言

随着现代化高科技的不断发展，以光纤通信作为通信传输方式的通信网逐渐发展起来，这能够使信息传输得以加快，能够在很大程度上满足社会的需求。在电力通信中，起初铺设光缆主要是引用电信的传统方法，例如管道、地埋与架空等，这也是光纤通信系统的主题。为了能够使电力通信更加地稳定可靠，对光纤通信技术地研究与分析进行加强十分关键，同时，可以将研究的结果作为光纤通信技术的发展理论基础。因此，对光纤通信技术在电力系统中的应用进行加强具有十分重要的现实意义。

2光纤应用于电力通信的优势所在

2.1带宽大、传输速度高

在电力通信中，光纤相较于传统的铜线或电缆在带宽上更加宽广。若铜线或电缆是城市中缓慢流淌的人工河流，那么光纤则是奔腾入海的黄河。进入信息时代，电力通信网面对着越来越大的需求，为了更快地发展电力系统、实现电网的全面数字化，必须进一步提高信息的传输量，而带宽大、传输速率高的光纤通信技术，正好可以满足电网通信越来越高的要求。

2.2信息传输损耗低

经济的发展使得电力通信不断扩大建设范围，为了推动数字电视与有线电视在偏远地区的发展，电力行业不得不在一定范围内建立中继站，以形成电力通信传输网络。以我国西部地区为例，若要形成电力通信网络，必须要进行诸多传输网络的建设，而该地区地形复杂，使得通信工程常面对着极为复杂的建设难题。再加上传统电信传输网多为铜线或电缆，其性能无法支持长距离传输，甚至在较短距离内的传输也出现了明显的信号损耗，导致中继站投入费用不断加大，这无疑不利于电力行业的发展。

2.3抗干扰、腐蚀性

光纤在电力通信方面具有非常高的安全性，既可以抵抗外界物质带来的腐蚀，又可以与其他电力线路绝缘，和雷电绝缘，屏蔽雷击、保护其他电力线路，甚至还能抵抗周边环境带来的电磁干扰，使信息与数据在传输过程中不会受到破坏。

3光纤在电力通信中的具体应用

3.1自承式光缆

自承式光缆是一种主要用于江河、山谷以及雷电集中区域的光纤，其通信网络主要依靠高压输电线的杆塔来架设网络。这种光缆不会改变输电线杆塔的结构，直接挂载在杆塔上，故给杆塔造成的负载非常小。其技术保障非常可靠，使得该光缆质量极少受到其他因素的影响，在通信量也有很可靠的保障。尤其在环境性上、传输性上以及光缆的机械性上，都有非常鲜明的优越性，即使遇到冲击与震动也不会出现任何问题。并且，由于这种光缆的主材料是质量轻、强度高的非金属，在抗电磁干扰与耐腐蚀两方面可谓优势鲜明，故可以实现最有效的数据传输。

3.2光纤复合地线

所谓光纤复合地线，主要是指在电力传输地线中同时存在的光纤单元。根据骨架的不同，可分为钢管型、铝骨架型以及铝管型3种，在骨架的支撑和保护管的保护下，光纤单元得以具备较高的安全性与可靠性。作为一种架空地线，该光纤不仅具有光学性能，也具有电气性能与机械性能，可以用于输配电线路的架空接地。由于光纤复合地线可以屏蔽掉输电线路遭遇的雷击，所以不必经常进行维护。需要注意的是，该光纤投资成本高，故多用于新电路建设与旧电路更新。受不同区域经济条件限制，这种光纤主要应用于东部沿海的工业城市，在西部仍然有待进一步的普及。

3.3光纤复合相线

如其名，光纤复合相线在结构上与光纤复合地线非常相似，但在设计上、安装上以及日常的运行上，则与光纤复合地线存在着极为显著的差异。在设计方面，以光纤使用的接线盒为例，相线除了使用终端接线头，还要使用中间接线头。在安装方面，相线对于技术的要求要比其他两种光纤高得多，除了要在安装前计算好挂点与弧垂张力等参数或系数，还要以光电分离技术与光纤接续技术将光纤单元进行分离。而在运行方面，由于该光纤要架设在高压输电线的杆塔上，日常还要涉及到与高压线之间的绝缘问题。尽管这种光纤在设计、安装及运行上都比较复杂，但是这种光纤构成的三相电力体系却可以实现电网通信的自动化，对于提高电网传输质量/数量有着非常积极的意义。并且，这种光纤还能避免电力通信在路由协调、频率资源分配以及电磁兼容等方面发生矛盾冲突，其地线绝缘的运行原理也能起到节约电能的效果。

3.4全介质自承光缆

在35kV、110kV与220kV的电压输电线路中，对于全介质自承光缆的应用比较多，该技术主要是通过改进升级原有的线路，直接利用高压输电线杆塔自己的通信网络。通常来说，全介质自承光缆技术的环境适应性较强、抗干扰性高，而且传输性能与光缆机械性能也比较高，在实际施工的过程中，与其他传输线路一起铺设，而不受其他外界电磁信号的干扰，这对于电力通信系统高效性与便捷性的提高有着十分重要的现实意义。全介质自承光缆将非金属材料作为主要的组成材料，例如，光缆的外套主要是由耐痕材料或者是聚乙烯材料构成的，这能够使光缆的抗干扰能力得以很大程度的提高。在对全介质自承光缆进行工程设计的过程中，应该根据实际需要，来对外护套进行选择，并且需要结合工作环境的变化，例如温度、风速以及雨雪等自然因素，来对施工工艺进行制定，从而使电力通信系统的安全性得以保证。

4电力通信中光纤通信技术的发展方向

4.1光接入网

随着经济社会的不断进步，科学技术水平的提高，网络技术的不断发展，具有网络主宰高度集成数字化的智能网络将成为未来的一大发展趋势。目前，网络的主要接入方法仍然是采用具有良好传输质量的双绞线，其与光纤接入网还存在着较大的差距，后者不仅能够使网络管理与维护的成本得以降低，而且还能够通过光透明网络的形成达到多媒体的实现。

4.2光纤的使用

随着社会中IP业务量的迅速增加，需要对电信网络进行不断地创新与发展，而新型光纤的出现就是其发展的基础。与传统单模光纤相比较来说，新型光纤不仅传输距离较远，而且传输的质量也比较高，因此，新型光纤的研究与开发是电力系统发展的关键。由此可见，随着城域网与干线网建设要求的不断提高，电力通信系统的良好发展需要对新型光纤进行研究与开发，而无水吸收峰光纤和非零色散光纤等新型光纤就是社会发展下的产物，目前，在技术上已经得到了支持与认可，只有对新型光纤进行不断地开发才能促进其长远发展。

4.3光网络

光网络是指具有容量大、网络范围广、网络节点多等特点的网络系统，同时，对网络的透明度进行增加不仅能够对不同的信号进行有效地连接，而且对于网络灵活性与网络恢复速度的提高而言十分有利，进而在很大程度上使电力系统的正常运行得以保障。目前，在很多发达国家中，对于光联网项目方面投入了较多的人力与资金，随着光联网在通信系统中的不断发展，光联网技术在我国也逐渐应用起来，使其在电力通信的发展中逐渐占据重要地位。

5结语

随着光纤通信技术的不断发展，对于电力系统的发展有着十分重要的推动作用。在电力系统中应用光纤通信技术，能够极大地提高电力通信系统的传输效率与质量，对于现代电力系统的建设有着十分重要的现实意义。因此，对电力系统光纤通信网研究进行不断地深入，将会极大地促进电力系统建设的逐渐完备。

参考文献

[1]刘权.电力通信中光纤通信技术的应用和影响探究[J].科技创新与应用，2014（02）.

[2]张伟，张志谦，柯贤文，等.光载无线通信技术及其应用分析[J].通信技术，2011（04）.

光电技术研究范文篇2

一、普通光纤技术在电力通信中的应用

1.1非色散位移单模光纤和波长段扩展的非色散位移单模光纤

此两种光纤现阶段在光纤通信工程中得到较广泛的应用，由于此两种光纤在工作波长范围、波长为1383nm时对衰减系数的要求存在差异、而且色散的具体程度不同，所以在ITU-T中将其分为A、B、C、D的四个类别，其中后两类可支持城域粗波分复用，而B和D两类有利于电力通信骨干网络扩展和升级，所以在电力通信中进行光网络建设时，往往选择次两类光纤技术。

1.2截止波长位移单模光纤

此光纤技术虽然与前两种光纤在属性和应用范围等方面存在相似点，但由于其造价相对较高，在远距离传输中应用的性能更优越，所以其现阶段主要应用于电源供应不及时、交通不便、建设中继站难度较大等地区，通过延长中继距离，达到缩减工程造价的目的。

1.3非零色散位移单模光纤

由于此光纤技术在1550nm波长的情况下不仅损耗较小，而且色散的存在大小具有合理性，所以在每秒钟10Gbit长距离传输的情况下并不需要进行色散补偿，对缩减工程造价、满足波分复用技术需要等方面具有优越性，现阶段此项技术在电力通信中的应用以传播速度为每秒钟10Gbit的DWDM系统为主，而且凭借其自身的优越性，应用的范围仍不断扩大[4]。

1.4弯曲损耗不敏感的单模光纤

此项光纤技术在抗弯曲性能方面具有优越性，所以实现小弯曲半径工作具有可行性，在电力通信的骨干网中虽然现阶段仍以非色散位移单模光纤和波长段扩展的非色散位移单模光纤的应用为主，但在使用的过程中考虑到造价成本和重复施工，应用弯曲损耗不敏感的单模光纤提升施工的安全性和可操作性具有可行性。

二、新型光纤技术在电力通信中的应用

2.1超低损耗光纤

考虑到非色散位移单模光纤和波长段扩展的非色散位移单模光纤的纤芯中含有GeO2等金属氧化物，使光纤在传输的过程中产生的损耗加大，所以在此基础上研发了超低损耗春闺光纤，其在衰减性方面的优势使网络冗余和光信噪比等都得到了提升，所以在跨段中应用的可行性更加突出，在提升电网的安全性、经济性等方面具有积极的作用，例如我国青藏直流联网工程中应用此光纤技术，使整体系统的性能得到了有效的优化，而且在恶劣的运行环境中余量、网络升级等也都可以得到保证。

2.2大有效面积光纤

此项光纤技术在优化电力通信系统的传输距离方面也可以发挥积极的作用，在其有效面积不断提升的同时，光纤单位面积入射光功率会随之不断的减少，使非线性效应的硬性不断被削弱，在此基础上研发的告诉大容量系统新型单模光纤，采用纯硅纤芯，使衰减达到最低的同时，有效面积较大，而且损耗相对较小，将此种光纤技术应用于中继系统，对缩减中继站的数量，提升传输的容量和跨段等方面具有积极的作用，通过应用实验可以发现，在遥泵技术缺失的情况下，将其应用于电力通信系统中可以实现24小时无误码传输，而且使光纤的传输距离在原有的程度上增加近40千米，可见在电力通信中有意识的应用此项技术对提升电力通信超长占距系统的运作能力，增加电力通信工程建设的性价比等方面具有积极的作用。

光电技术研究范文

中图分类号：F426.61文献标识码：A文章编号：1009-914X（2015）41-0150-02

一、前景广阔，引领方向

1.1高速铁路在当代中国社会的快速发展

铁路是人类发明的首项公共交通工具，在十九世纪初期在英国出现。在20世纪初前期，当时火车“最高速率”超过时速200公里者寥寥无几。直到1964年日本的东京-名古屋-京都-大阪的东海道新干线，营运速度每小时271公里，营运最高时速300公里。

从90年代开始，亚洲（韩国、中国台湾、中国）、北美洲（美国）、澳洲（澳大利亚）世界范围内掀起了建设高速铁路的热潮。主要体现在：一是修建高速铁路得到了各国政府的大力支持，一般都有了全国性的整体修建规划，并按照规划逐步实施；二是修建高速铁路的企业经济效益和社会效益，得到了更广层面的共识，特别是修建高速铁路能够节约能源、减少土地使用面积、减少环境污染、交通安全等方面的社会效益显著，以及能够促进沿线地区经济发展、加快产业结构的调整等等。

中国是最大的发展中国家，重点发展高铁建设已经成为既定的事实，可以直接拉动内需，促进就业，同城效应促进产业转移和服务业发展，缓解铁路压力，便利人民出行，以电力机车取代汽车和飞机，降低交通能耗，减少中国对石油的需求，缓解能源危机。中国投入运营的高速铁路营运里程达到8358千米，居世界第一位。到2012年低，高铁建成通车合计13000千米以上。中国已经成为世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家，拥有全世界最大规模以及最高运营速度的高速铁路网.

中国《十二五”综合交通运输体系发展规划》提出，到2015年中国快速铁路营业里程达4.5万公里，五年增长率达438.4%。由此可见未来五年铁路建设仍将是中国交通运输体系建设的重头戏。根据《规划》，“十二五”中国铁道建设要完成贯通北京至哈尔滨（大连）、北京至上海、上海至深圳、北京至深圳、青岛至太原、徐州至兰州、上海至成都、上海至昆明等“四纵四横”客运专线。在未来30年，将形成五纵六横七连线格局，同时，随着高铁建设的全面启动，高铁土建工程及高铁设备需求将大规模增长，高铁行业整个产业链将受益无穷，前景广阔。

1.2风电、光电，国家大力发展的新能源

随着人类社会的逐渐发展，人类对于大自然环境的破坏也愈加剧烈，化石燃料的燃烧，严重污染空气，加大温室效应。而中国对煤炭的严重依赖，使中国在应对气候变化和保护环境方面面对巨大压力。国家能源局表示，中国应尽量通过鼓励使用清洁燃料而调整这种依赖性。国家能源局于2011年3月6日表示，中国计划到2015年使非化石燃料占一次能源总使用量比例提高到11.4%。《中国的能源政策（2012）》白皮书，明确提出，大力发展新能源和可再生能源，是推进能源多元清洁发展、培育战略性新兴产业的重要战略举措，也是保护生态环境、应对气候变化、实现可持续发展的迫切需要。中国坚定不移地大力发展新能源和可再生能源，到“十二五”末，非化石能源消费占一次能源消费比重将达到11.4%，非化石能源发电装机比重达到30%。国务院《能源发展战略行动计划（2014――2022年）》，更明确规定大力发展风电，加快发展太阳能发电。新能源迎来前所未有的发展机遇，前景广阔。

二、条件适宜，技术设备成熟

2.1高铁线路适宜发展风光电

风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射引起的。太阳光照射到地球表面，使地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。风能是地球表面大量空气流动所产生的动能，是永久性能源，可再生能源，它不污染环境，被称为清洁能源。高铁都建在高架桥上，周围环境空旷，蕴育着取之不尽的风能，而且高铁行驶中对周围环境产生平均25m/s的风速，远远超过当今风力发电机启动风速，特别适合风力发电机的设置。

太阳能是大自然赋予人类的取之不尽、用之不竭的恒久能源。伴随高铁在全国各地的发展，由于我国大多地区处在亚热带、温带地区，年日照时间长，太阳光资源丰富，也特别适合太阳能发电。

2.2我国风光电技术、设备成熟完备

我国利用风力发电起步较晚，风力发电是20世纪80年代才迅速发展起来的，发展初期研制的风机主要为1kW、10kW、55kW、220kW等多种小型风电机组，后期开始研制开发可充电型风电机组，并在海岛和风场广泛推广应用，目前有的风机已远销海外。

目前，我国小型风力发电机组技术已相当成熟，建设速度也较快，特别是5kW以下风力发电机组的制造技术成熟，已大量使用，并达到批量生产的要求。100、200、300、500W及1kW、2kW、5kW的小型风力发电机，年生产能力可达到5万台以上。我国大型风电机组的开发研制工作也正在加快。我国大型风电机组基本上依赖进口，通过多年来的开发研制，如今，大型风电机组的主要部件已基本实现国产化，其成本比进口机组低20%～30%，国产化是我国大型风电机组发展的必然趋势。我国的大型风电机组从建设之初的山东荣成第一个风力发电场开始，到后来的广东南澳4台250kW机组、辽宁营口安装660kW风电机组、黑龙江富锦单机960kW机组，再到即将在山西、山东、江苏等地安装的大型机组，我国已建成一大批大型风力发电场，使我国风力发电迈上了一个新台阶。

太阳能光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定，寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。

三.风光电发电技术系统性研究

3.1.风力发电机的选取研究

当列车高速运行时，外部流场雷诺数Re>106，流场处于紊流状态。列车速度范围是200～350km/h，列车周围诱导气流的速度小于0.3倍当地音速，即平均风速为25m/s。由贝兹理论知，自由流场中理想风力机的理论输出功率的计算公式为

扫风面积S=πd2/4=π×5.52÷4=23.7m2

取空气密度ρ=1.225kg/m3，

风力机输出功率P=0.296×1.225×23.7×253=134409.722W=134kW

因而，需选用功率范围包括134KW的水平轴或垂直轴风力发电机，扇叶大小5.5米，正常风速允许范围为20m/s～40m/s。

3.2太阳能光伏发电系统

如前文所述，我国太阳能产业发展迅速，太阳能光伏发电技术日趋成熟，太阳能光伏产品已经广泛应用到城乡公共及家庭照明、汽车工业等。本研究建议采用著名企业的产品。根据线路空间，选用电池组件。

3.3风光电一体化设计方案

该方案充分依靠高铁运行产生的巨大风能，利用中型风力发电机组发电，同时布局分散式小型并网太阳能光伏发电系统的风光电一体化整体方案。

风电系统采用技术成熟并普遍应用的中型风力发电机组，建议采用100KW以上的风电机；光电采用分散式小型并网太阳能发电系统，采用3-4个电池组件。线路布线采用光电、风电两条线先分后合形式。光电汇入逆变器，再与风电线路相连，共同接入控制器即变压器，汇入线路电网。如下图。