开发电力网资源实现“四网合一”及其重要意义

1通信世界Cww专栏专网通信开发电力网资源实现“四网合一”及其重要意义开发电力网资源实现“四网合一”及其重要意义Cww.net.cn2003年7月30日15:38通信世界湖北公安县电力局王德清电力网作为电能输送的专用网络，是国家基础网络之一。该网络的建设质量、机械强度、路权通道、安全经济技术指标等都经过反复论证并合理优化。电力网的覆盖面之广、容量之大是一般网络所不能相比的。所以，这样的网络是一种优质的不可多得的资源。如果对这一优质的网络资源（包括杆塔、导线、沟道、路由、通道、路权及其它金具材料等）进行充分地开发和利用，毫无疑问它将成为全社会的一个公共传输网络。目前这一网络资源可以说是我国一座待开发的“金矿”。全世界都在关注这一网络资源，近几年，科学家们一直在探索这一项目，像日本、德国、美国、以色列、韩国等发达国家已进行了数年的研究，我国也在此研究行列之中。大家研究电力线网络的再开发、再利用技术，就是因为电力网这一优质的网络资源除了能给工农业生产和人们的工作生活及全社会输送强大的电能外，它还能同时作为一个十分优质的、高标准以及高速宽带通信网络的基础设施。如果真正做到了电力网的物尽其用，那么人类社会的信息产业网络化建设就会更加高速、经济、优质，同时会因此带来巨大的社会效益和经济效益。就在这项技术攻关的特别时期，国家知识产权局于2001年12月14日和2002年1月25日对两项网络新材料实用新型技术授予专利权。还有一项“四网合一”的宽带接入技术发明专利己于2002年2月1日初审合格，现己进入实质审查程序。这三项技术是：“复合型电力传输导线”实用新型专利技术，“室内外光纤复合电力线”实用新型专利技术及“电力、电信、电视和互联网四网复合型宽带接入传输网”发明专利技术。下面就如何利用这三项专利技术对电力网资源进行全面的开发和利用进行叙述。一、该系列方案的理论依据目前全世界范围内几年来对电力网的研究有了很大的进展，很多机构和公司都推出了各自先进的电力线通信技术（简称PLC），也就是我们一般所说的电力线上网。但这种上网方式从传输媒质上来讲，与电话线上网并没有区别，都是利用金属导2线作为传输媒质，不同的只是两者所适应的传输频率不同(PLC一般为1.7MHz～30MHz)。而电力线上网除了其它技术难题外，还有两大问题始终得不到根本性解决：一是无屏蔽措施的电力线在传输高频电信号时会像发射天线一样对空间产生高频电磁辐射；二是它与电信网的铜绞线一样存在“最后一公里”或者“最后一百米”接入问题。尽管一些研究资料表明电力线上网最高理想速度可达到2Mbit/s，比ISDN方式快30倍左右，一些国家还认为电力线上网最高的理论速度可达200Mbit/s。但也有资料表明，现在所有关于电力线上网速度的研究数据，都只是一种理论值，而且指的是一种共享的带宽，如果将这些资源分配到每一个具体的用户桌面就成了窄带的概念。有消息显示，包括西门子公司在内的多家国际化大公司最近突然宣布，搁置电力线上网项目的研究开发。据说是因为电力线上网不能实现高质量的数据传输。由于电力线上网采用铜线上网，在铜线上不可能无限制地提升传输数据通信容量的潜能。所以，目前众说纷纭的电力线上网技术，要想进入实用化、产业化还有较长的路要走。在我国现有技术条件下实现电力线上网，很难解决电网负荷多变、谐波干扰以及其它电磁信号和数据传输信号之间的互相干扰问题。资料显示，德国无线电爱好者对电力线上网的电磁幅射问题忧心忡忡，并在互联网上制作了“反对电力线上网”的主页。而且西方一些国家的法律，也对此做了相关限制性规定。日本总务省于去年7月31日召开了第5次“电力线传输通信设备研究会”，并对缓和电力线高速通信(PLC)限制议案做出了最终结论。结论是：在目前的PLC调制解调器及电力线的前提下，对几Mbit/s以上的高速PLC所需频率进行商业开放存在困难，但是如果是用于试验目的，将根据具体情况而定等。因此，本文论述的技术方案就是绕过用纯电力线上网（PLC技术）这个还看不到前景和希望的技术，考虑用成熟的工业技术，将光纤和传统的电力线复合成一种既能传输电能，又能传输电信、电视和因特网信号的新型导线，并充分利用电力网的杆塔、沟道、走廊、线缆、路权路由等特别优质的资源，将传统的电力网改造成全社会共享的覆盖面最大、带宽十分理想的复合型电力、通信公共传输网。二、方案的可行性建设分析电力网、电信网、电视网和因特网这四个网络的接入网（即入户网）惊人地相似。其中，由于有无所不在的电力线，所以入户量最大的是电力配电网络。通电是使用其它三个网络的基本条件，无论何种电器接入信息网首先必须接入电力网，即便是移动设备的蓄电池也必须在电力网上充电。在我国，用户家里可以没有5类线、CABLE、双绞线，但是谁都不能离开电力线。据悉，我国目前固定电话用户已近2亿，但用电用户已接近10亿户之巨。假如以电力线来构架电信、电视和互联网的复合型3光电公共传输网络，将比现在单一敷设光纤方式节省大量的人力、物力和财力。因此，完全可以利用配电系统现有的网络资源和一根复合型导线将四个网络合并成一个依附于电力网本体的复合型传输公网。经反复论证，这种复合型传输网络的拓朴结构完全可以做到有机重合，且与现有的其他网络技术完全兼容，并可以同步发展，互相融合。“四网融合”是网络基础建设发展的必然趋势，网络线路的架设、运行、维护、管理完全可以一次性同步完成，它的最大特点是大大的节约了资源（如人力、物力、财力、时间等）。将来对这样的信息高速公路的运营管理可以像交通高速公路一样，所有的网络（信息）运营商就会像交通运输商一样买信息高速公路的门票上路即可。该复合型公网真正解决了困扰人们的信息高速公路“最后一公里”的问题。其实，解决从互联网主干网到用户桌面的“最后一公里”瓶颈现象，最佳的方案是光纤入户。这个方案之所以迟迟不能实现，并不是技术问题，而是投资额巨大和利用率较低，暂时被确定为一种大马拉小车的超豪华方案。但如果利用电力复合型公共传输网使光纤入户，就可能节省整个光纤入户网络的投资，仅仅将原来的电话线换成一根一线多用的复合导线而己(随着技术的进步和市场需求，这根电话线迟早要更换)。这样即做到了光纤廉价入户又改造更新了电力网络，是一种很好的网络建设整合方案和方向。今后接入网的技术走势是光纤入户，三网合一。根据多方面预测，将来的全光信号传输网的成本要低于电信号传输网，随着技术的不断进步，这种性价比差别会越来越大。这种入户方案最高的带宽均可达到1000Mbit/s以上，频带的最低限也比ADSL方式高100倍，并为下一代互联网实现“海量信息”和宽带“流媒体”技术预留了一个切实可行的物理网络平台，使互联网真正具有高速、互动、个性化三大基本要素。光传输和电能传输属于两种不同类型的传输方式，不会产生对抗性电磁干扰。同样，光纤和电力线属于两种不同类型的导体，两种材料复合在一起无需考虑电力传输和光传输的相互绝缘问题。同时光信号的传输也不会和其它电磁信号相互干扰。由上可见，本技术方案的实施非常容易，不需要攻关期和较大的攻关资金，只要投入很少的费用把现有的技术进行适当整合和提升，就可以马上实现光纤到户和理想的宽带接入。然后再考虑进一步优化和新的开发，提升后发优势。同时，本技术方案与我国信息产业发展的各项政策、战略步伐，与世界信息产业技术的发展方向是完全同步、完全融合的。为了充分开发和挖掘电力网资源这座待开发的“金矿”，必须将电力网改造成全社会共享的复合型公共传输网，要想获得这样的公共传输网，必须要有新的网络材料。其中一个很重要的工作就是要解决输送（传输）的问题，新型的网络传输材料是大家都关心的事情，“最后一公里”铜线瓶颈还没得到全面解决，紧接着“一百米”甚至“几十米”的问题又摆在大家面前。可见传输媒质（导线）的绝对重要性。所以，本技术方案研制的光电复合导线新材料使复合型公共传输网的实现成为决定性的可4能。三、复合型传输公网的架构模式我国的110kV及以上高压输电线路随着大电网的互连，正在分步实施光纤复合型架空地线改造工程。这一项目被称为OPGW（OpticalFiberOverheadGroundingWire）方案。尽管OPGW的初衷是对电力通信配置手段的升级，但随着全国电力联网加速，这一方案将会催生一个依附于电力联合网的全国电力光环网。我们将经过OPGW改造后的电力骨干网定义为复合型电力公共传输网的主干网。同时，将10kV电力线中的B相线路改造为光纤复合型电力传输导线（OFOW），并将其作为复合型公共接入网首端。将380V低压线路的零线改造为光纤复合电力传输导线OFOW，并将其作为接入网的中继线。将220V电力线的零线改造为不需承力的室内外光纤复合电力线（OFW），并将其定义为接入网的入户端。10kV电力线路在传输电能的同时，将通过OFOW方式分离出来的光信号，经过复合导线的无源光分合器分离后按一种直复分配方式，通过光接续器直线分配给每台配电变压器低压侧的380V电力线路的复合导线。具有中继功能的380V线路再将光信号经过无源光分合技术，以树型和星型拓朴结构方式分配给具体的终端用户。在每一户家庭或者办公室中，通过一种特殊的多用插头、插座，使用户十分方便的获得电力、视频（电视）、语音（电信）和数据（因特网）四种服务。可以想象，随着光电子器件技术的日新月异和成品价格的大幅度下降，每户家庭的室内电源插座将全部改造成复合型智能化插座，并将所有的数字家电和家用电器连接为一个家庭智能化局域网，给每一个电器都分配一个IP地址，使家庭生活真正实现网络化。完成这个过程需要利用专利技术设计三个具体接入方案，即“低压配电网式宽带接入网”，“低压配电网式全光纤宽带接入传输网”和“低压配电网式无线宽带接入传输网”。这三个方案与其它电力线上网方案相比具有很好的技术优势和重要的现实意义，它还具有广阔的市场前景。四、该项技术方案的重要意义有关复合型电力传输导线的生产技术非常成熟，厂商的进入门槛也很低，不需任何风险型开发性投入，而且这种复合型导线新材料可以节约大量的钢材、塑料等物资资源。面对我国未来可持续发展面临的人口、资源、环境等重大问题，节约资源、综合开发及综合利用资源是重要的发展战略之一。同时，电力线的改造实验一旦进入商业化阶段，将会对中国电信市场改革和互联网的发展带来极大的发展空间，而且还为线缆行业的精细制造技术提出了新工艺、新结构要求。这个方案的实施将会为我国的基础设施建设节约近万亿元的直接成5本。“四网合一”和“一线四用”将基本消除各类传输网络因明线架设而造成的黑色污染（视觉污染），现在全国无论大小城市都有这种严重的架空线路混乱现象。这样的公共传输网建成后，展现给人们的是一个绿色、环保的通信网络，它最大限度的削减了电磁幅射源，完全符合电磁兼容标准。现在电磁污染已成为第四大污染，复合型电力导线绝对不会像“PLC”及其它技术那样产生高频电磁幅射，完全没有“EMC”及可靠性等一系列错综复杂的技术问题和频率管制问题。同时给今后的电力网络提出了新的技术要求，赋予了新的使命，提升了电力网络在今后的学科理论、研发制造、建设运行中的高科技含量。由此看来，每一个家庭“四网”入户的总投入将从3000元下降到560元左右，并预留了实现家庭电器智能化、人性化的网络平台。复合型电力公共传输网技术是自主知识产权技术，到目前为止，世界范围暂没有发现第二例相关技术报道。它不仅具有很好的国内市场，还有广阔的国际市场。预计随着该网络技术的不断发展和成熟，它将会形成全世界惟一的公共传输网络系列标准，这一系列的知识产权也将成为我国巨大的物质财富。（1）复合型电力公共传输网技术的实施可以给当前不太景气的光纤线缆制造业和电线电缆制造业因电力两网改造后的大部分关、停、转、卖的不良局面带来新的制造商机。（2）复合型电力公共传输网技术可以使电力网络技术与通信网络技术做到相互促进、相互补充、相互加强、共同发展，共同降低成本，真正实现电力网络和信息网络的优势互补与资源共享。不需要各自到处破路挖沟埋缆、穿墙凿洞打眼，只要随着电力线在建筑物内布线，复合型电力公共传