研究背景技術路線研究進展下一步計劃新型電力系統加快構建新業務需求輸電場景一體化：要滿足輸電設備狀態監測、通道可視化監控、無人機巡檢等各類業務穩定可靠通信需求，更好保障輸電網安全穩定運行，助力輸電網數字化轉型升級。變電站可視化：構建數字孿生智能變電站，實現三維場景的可視化展示、智能操作、智能巡視、智能安全等運維功能。一個中型變電站可能需要幾十Mbps到上百Mbps的帶寬來支持視頻監控數據的傳輸。智算網絡建設：以大模型為代表的人工智能加速在電力行業落地應用。“十五五”期間，北京、上海、西安三地數據中心要向三地智算中心發展演進，智算中心之間數據匯集、傳輸、互聯需求旺盛。n高可靠性：冗余備份機制、強大的抗干擾能力和故障自愈能力，確保在各種復雜環境條件下都能穩定傳輸數據。n大帶寬：輸電線路無信號區長、監測點位多，所需通信帶寬大。n低時延：保證數據傳輸的高分辨率和實時性，確保監控視頻和操作指令等數據能夠快速、n大帶寬：中型變電站需要幾十Mbps到上n超高帶寬：智算業務需要處理海量的數據，要求通信網絡具備超高帶寬以支持數據在計算節點、存儲設備和應用終端之間的快速傳輸，提高模型訓練和推理高速率、大帶寬、低時延骨干通信網強化省際OTN強化省際OTN網絡向地市、縣域樞紐通信站延伸，實現可靠性及容量雙提升。現有網絡結構性改造，形成100GOTN分主干帶寬提升至100G，重要節點主干帶寬提升至100G，重要節點雙設備接入。建設承載云間建設承載云間業務大容量數據傳輸網分部分部省公司省公司省網2省公司省網1省網3分部分部省公司省公司省網2省公司省網1省網3電力400GOTN網絡建設業務：海量化、多樣化、敏捷化電網：數字化、智能化業務：海量化、多樣化、敏捷化電網：數字化、智能化通信網：高可靠、大帶寬、低時延、廣覆蓋通信網：高可靠、大帶寬、低時延、廣覆蓋產業產業發展400G超大容量OTN網絡逐步成為主流光傳輸技術。100GOTN網絡設備市場供應量、研發和售后甚至產業鏈將面臨萎縮，電力傳輸網的平穩運行面臨設備供應風險以及更高成本代價。國家電網公司構建的以特高壓為骨干網架的交直流混聯大電網，具有站距長、廣泛應用OPGW（光纖復合架空地線）、光纖類型多樣等特殊邊界條件。邊界邊界條件公里以上，最長近500公里。n影響：OSNR要求高，非線性效n解決方案：超長單跨距傳輸技術n廣泛應用OPGW:易受雷擊等極端天n影響：相干光信號產生快速偏振態n解決方案：抗快速偏振旋轉追蹤技術n光纖類型多樣：G.652D/G.652BULL/G.654En影響：傳輸系統配置，尤其是光放配置差異化；組網方案設計復雜。n解決方案：面向現網光纜網架開展組網方案設計高階拉曼放大技術拉曼放大：分布式放大，盡量不引入非線性畸變的情況下，提高入纖光功率和增益，改善噪聲指數。高階拉曼放大：通過多次拉曼散射過程實現泵浦光對信號光的放大，進一步提升光功率，延長傳輸距離。一次斯托克斯頻移等效放大后的信號光Xnm一階泵浦15XXnm波段增益譜波長二次斯托克斯頻移14XXnm一階泵浦15XXnm波段增益譜放大前的信號光波長一次斯托克斯頻移二次斯托克斯頻移三次斯托克斯頻移等效放大后的信號光13XXnm二階泵浦等效放大后的信號光14XXnm一階泵浦15XXnm波段增益譜14XXnm波段增益譜15XXnm波段增益譜放大前的信號光波長高階拉曼放大技術信號功率分布二階VS一階7信號/泵浦功率分布三階VS一階/二階高階拉曼放大技術光纖作為傳輸媒介，不同類型的光纖，其物理特性不一樣，會對光傳輸系統配置，尤其是放大器性能產生差異化影響，進而給400GOTN和超長距光傳輸技術的應用帶來困難。針對現網主要的光纖類型，構建G652.D/ULL/G654.E光纖與400GOTN光傳輸系統指標的關聯模型。光學特性條件G652.DG654.E單位衰減db/km波長范圍內色散ps/(nm*km)偏振模色散ps,ps,km模場直徑9.8-10.89.8-10.8溫度附加衰減-65℃到85℃db/km有效群折射率——不同光纖與400GOTN光傳輸系統指標的關聯模型研究G652.D/ULL研究G652.D/ULL/G654.E等不同類型光纖的參量對400GOTN光傳輸系統光功率、光信噪比、色散等性非線性薛定諤方程構建光纖矢量傳輸場模型線性損耗色度色散隨機雙折射偏振模色散線性損耗色度色散隨機雙折射偏振模色散非線性非線性交叉偏振調制受激拉曼散射光纖矢量光傳輸場模型不同光纖類型在不同入射光功率下的SNR400G400GOTN光傳輸系統仿真模型拉曼放大系統模型及性能優化拉曼功率耦合方程組泵浦波長選擇光功率均衡控制非線性效應抑制光信噪比優化技術更高增益更低噪聲更平坦功率分布拉曼光纖通信系統模型400G單波測試方案400400G400GOAOA481420二階CoRFA二階RFAOA481820EDFACoRFARFAOPAWSS225kmULL光纖100kmULL光纖VOA電層配置參數配置調制格式波特率輸出功率光層配置參數配置OA481420增益二階CoRFA泵浦功率二階RFA泵浦功率OA481820增益WSS起止頻率192025/192175GHz400G單波系統試驗測試結果實驗結果：經實測，該方案可實現單波400G63.33dB無中繼傳輸。參數配置備注線路損耗63.33dB糾前誤碼率400GOTN超長距傳輸多波測試方案400G400G400G400GOA481420二階CoRFA二階RFAOA481820CoRFARFAEDFAWSS250kmCoRFARFAEDFAWSS250kmULL光纖100kmULL光纖EDFAWSSRPU100kmULL光纖ASEWSSRPU100kmULL光纖ASE三階拉曼電層配置參數配置調制格式波特率輸出功率光層配置參數配置OA481420增益二階CoRFA泵浦功率二階RFA泵浦功率三階拉曼泵浦功率2512mWRPU泵浦功率OA481820增益發端WSS通道配置191.5~196.0THz@150GHz收端WSS起止頻率195337.5/195462.5GHz400G多波系統試驗測試結果RGU增益16.43dB等效入纖11.75RGU增益16.43dB二階RFA開關增益23.71dB參數配置備注波數最小OSNR線路損耗66.49dB糾前誤碼率實驗結果：該方案可實現31波400G66.49dB無中繼傳輸。實驗室測試匯總調制格式波特率光放配置波數傳輸損耗1EDFA+二階前向拉曼+二階后向拉曼+EDFA12EDFA+二階前向拉曼+旁路ROPA+二階后向拉曼+EDFA13EDFA+二階前向拉曼+二階后向拉曼+EDFA4EDFA+二階前向拉曼+旁路ROPA+二階后向拉曼+EDFA5EDFA+二階前向拉曼+三階旁路ROPA+二階后向拉曼+EDFA400GOTN試點應用測試方案ASASE線路情況：線路長度255km，光纜纖芯為ULL光纖，總損耗為42dB;試點方案：巴州-羅布泊方向采用前、后向二階拉曼配置，并在羅布泊站點機房內配置50kmULL裸纖；羅布泊-巴州方向采用前、后向二階拉曼+三階ROPA配置，并在巴州站點機房內配置200kmULL裸纖。WSSWSSOA481420二階CoRFAOA481820二階RFACoRFAEDFARFAOPAWSS400G400GCoRFAEDFARFAEDFAWSSASEOA481420二階CoRFAOA481820二階RFACoRFAEDFARFAOPAWSS400G400GCoRFAEDFARFAEDFAWSSASEWSSRPU站內裸纖100km線路光纖255km站內裸纖50km站內裸纖100km線路光纖255kmOA481820二階RFA二階CoRFAOA481420ODFODF三階拉曼雷擊影響機理與模型-物理層面OPGW產生瞬時電流法拉第電磁感應效應雷擊OPGW電流螺旋分量劇烈變化的強磁場法拉第磁光效應SOP波動超過設備接收容限誤碼或丟幀光信號偏振態（SOP）劇烈波動誤碼或丟幀偏振態的變化和雷電流的變化時間上是一致的，無延遲現象，雷電流作用時間為偏振態變化時間OPGW的結構圖OPGW等效電路圖法拉第效應光偏振態示意圖雷擊影響機理與模型-系統層面構建雷擊導致的偏振態變化對電力400GOTN光傳輸系統性能的影響模型。雷擊產生感應電流，傳輸信號偏振態因法拉第效應而產生快速變化，傳統收端偏振解復用模塊失效。對電力光傳輸系統性能造成嚴重影響，甚至導致通信業務中斷。信號光路發端光源相干接收機雙偏調制器發端光源相干接收機雙偏調制器正交化色散補償偏振解復用頻偏補償相位恢復與解碼抗快速偏振旋轉解決方案目前普遍采用的解決方案：電域算法處理進行追蹤補償。400GOTN網絡中，大帶寬、高階調制格式，對鏈路中損傷極為敏感，在低信噪比、低開銷的情況下，準確估計快速變化的偏振態變化矩陣成為難點。算法復雜度高，功耗大，多直接采購國外成品DSP芯片，造價高，存在供應鏈風險。信號光路發端光源信號光路發端光源相干接收機相干接收機雙偏調制器矩陣計算抗快速偏振旋轉追蹤技術-硅基自動偏振控制器主路：任意偏振光輸入→偏振分束旋轉器（PSR）→任意偏振光轉化為TE模式的X方向偏振態和Y方向偏振態→兩個相移反饋回路：反饋光→反饋算法→偏振控制器→兩個相移器→改變附加相位和→輸出光為TE模式的確定偏振態，且光強最輸出輸出 3dB3dB 3dB3dB多維梯度下降+機器學習優化抗快速偏振旋轉追蹤技術-光電協同l提高魯棒性l10Mbit/sSOP追蹤發端光源信號光路雙偏調制器相干接收機雙偏調制器相干接收機APC下一步：使用薄膜鈮酸鋰材料制備芯片，進一步提升追蹤速度；提高控制電路主頻，繼續開發創新算法以減少算法和硬件的復雜度。下一步：使用薄膜鈮酸鋰材料制備芯片，進一步提升追蹤速度；提高控制電路主頻，繼續開發創新算法以減少算法和硬件的復雜度。基于數字信號處理的訓練序列、導頻的動態偏振態串擾解除技術，通過數字信號處理以電域處理方法進行補償。基于自動偏振控制器的快速偏振追蹤技術，利用光域器件，將偏振態快速旋轉損傷補償提前至鏈路中光域響應。雷擊試驗驗證直流放電雷擊后的OPGW雷電流大小雷電流大于此的概率SOP變化速度直流放電雷擊后的OPGW雷電流大小雷電流大于此的概率SOP變化速度91.97%0.14%0.01%+一58一OPGW雷擊裝置示意圖銅平面電極；6.金屬保險絲；7.拉力計；8.電極與OPGW表面間隙；400GOTN組網方案設計研究組網影響因素分析l調制格式影響l入纖光功率影響l光路系統損傷影響l光纖類型影響l組合放大器配置組網方案設計原則l光信噪比(OSNR)容限l誤碼率(BER)要求l接收端光功率l帶寬需求面向現網網架的組網方案l面向不同傳輸距離的400GOTN組合放大方案l面向不同傳輸距離的400GOTN調制方式l面向不同光纜光纖的400GOTN傳輸方案l400GOTN網絡拓撲設計方案Tx