一种高压架空电力线路的量子信号测试方法
【专利摘要】本发明属于电力系统，提出一种高压架空电力线路的量子信号测试方法，包括步骤有：（1）根据测试内容配置测试环境；（2）对量子信号进行测试，得到结果并输出；（3）根据结果判断量子技术是否适用于电力系统。本发明在环境的配置中，提出采用光纤拼接的方式对线路进行测试，提高了测试的精准度，降低了系统成本。本发明将量子通信技术是否能应用于电力系统环境，或者在电力系统领域中，给出了判断依据和实际的说明，并为以后的通信技术提供的可靠的技术支持。
【专利说明】一种高压架空电力线路的量子信号测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力通信领域，具体涉及一种高压架空电力线路的量子信号测试方法。
【背景技术】
[0002]不同于普通光缆线路，电力通信所用的光缆线路大多为架空光缆，主要是OPWG(光纤复合架空地线)或者ADSS (全介质自承式光缆)光缆。同时，在电力系统中还有独特的性质，通信线路通常是沿着电力线路架设，通信站大多基于变电站。
[0003]在电力变电站的通信，由于环境与公网不同，其通信方式也应有所变化。在近年来由于量子保密通信的技术日益成熟，量子QKD (量子密钥分发)技术将是非常看好的一种基于物理安全的保密通信方式，但是QKD技术应用于电力行业的最大缺陷是通信距离受限，还存在着高压电磁环境的干扰。量子信号在电力架空长距离环境下的衰减究竟有多大，能不能适合于电力通信要求，这个疑问是量子技术进入电力行业首先需要解决的问题。
[0004]在架空环境下，量子信号所受的主要影响分为两方面，一是高电压与电场强度电磁环境，二是光缆所受应力与温度变化所致的光子偏振态变化；在这两种因素作用下，量子比特信息，在传输中的体现是会发生比特翻转、相位翻转等错误，从而引起信号衰减。这是否适合应用于电力系统，若能应用于电力系统，是否是每个电压等级都能适用，有待考察。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明提出一种高压架空电力线路的量子信号测试方法，用来检测量子单光子信号在通过电力架空线路时，受高压及微风振动等各种电力环境条件下的衰减及其量子态受影响的程度。为量子信号在电力通信网络传输的可行性作定性分析，解决通信环境的依赖性难题。
[0006]本发明提供的一种高压架空电力线路的量子信号测试方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤:
[0007]( I)根据测试内容配置测试环境；
[0008](2)对量子信号进行测试，得到结果并输出；
[0009](3)根据结果判断量子技术是否能应用于电力系统。
[0010]其中，步骤(I)配置测试环境包括:
[0011]I)在两个高压输电铁塔间铺设一根架空光缆I作为待测线路，在其中一个铁塔端设置一个控制室，控制室内放置电力特高压控制设备和量子信号测试设备；
[0012]所述量子信号测试设备包括QKD接收装置、QKD发送装置、偏振分析仪、高稳定连续光源；所述QKD发送装置分别与所述QKD接收装置、所述偏振分析仪和所述高稳定连续光源连接；
[0013]2)在待测线路架空光缆I地下铺设一根地埋光缆II作为信号返回线路；所述光缆I与光缆II在铁塔远离控制室的一端直接连接，所述架空光缆I与QKD发送装置连接；所述QKD接收装置与所述光缆II连接；
[0014]3)光缆I和光缆II在控制室内采用多回光纤拼接的方式连接，用于提高测试精度；
[0015]4)测试电压设为特高压交直流，电压等级从零至特高压等级，为连续可调电压。
[0016]其中，所述光缆I和光缆II在控制室内多回光纤拼接的连接方式是指:
[0017]所述光缆II中返回到发送端的光纤再次通过法兰接入所述光缆I中另一个未使用光纤，形成一个新的回路，这样通过多次跳纤最后形成多回拼接线路，形成的线路即为待测光纤线路。
[0018]其中，步骤(2)中对量子信号进行测试的具体步骤包括:
[0019]①测试线路参数:将光时域反射仪OTDR接入待测线路，记录线路事件点，测试线路长度及衰减；
[0020]②测试偏振参数:将高稳定连续光源与偏振分析仪分别接入待测线路发送端与接收端，先测试不加压时偏振态，后每隔一段时间测试不同电压等级下的偏振态；
[0021 ] ③测试QKD参数:将QKD收发终端分别接入待测线路接收端与发送端，先测试不加压时QKD参数，后每隔一段时间测试不同电压等级下的QKD参数。
[0022]其中，步骤②所述偏振参数包括量子单光子信号偏振态与信号裳减。
[0023]其中，步骤③的QKD参数包括:量子QKD信号的信号态(Signal State)、诱骗态(Decoy State)和真空态(Vacuum State)的计数率值与误码率值。
[0024]与现有技术比，本发明的有益效果为:
[0025]1、本发明首次对电力系统环境与量子技术进行了系统分析，选择了一条适合电力架空光缆环境的量子信号测试技术。
[0026]2、本发明解决了电力高压环境所造成的量子噪声中信号错误检测难点，为量子信号在电力环境中传输提供实验上的可行性参考依据。
[0027]3、本发明的重要意义在于为将量子通信新技术引入电力系统提供了一个技术支撑手段。
[0028]4、本发明将量子通信技术是否能应用于电力系统环境，给出了判断依据和实际的说明，并为以后的通信技术提供的可靠的技术支持。
[0029]5、本发测试光缆采用多回光纤拼接的方式连接，这样连接的优点是测试精度高，距离长，效果更加接近实际情况，但又不增加光缆长度，降低了系统成本，易于实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明提供的量子信号测试方法的流程图。
[0031]图2为本发明提供的800千伏直流架空电力线路量子信号测试光缆室外连接方案。
[0032]图3为本发明提供的800千伏直流线路中的控制室内量子信号测试设备配置方案。
[0033]图4为本发明提供的延长光纤长度的多段光纤环回连接示意图。
【具体实施方式】[0034]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0035]本实施例提供的一种适用于800千伏直流特高压架空电力线路的量子信号测试方案，总流程图如图1所示，其具体线路配置如图2所示，包括:
[0036]A、只设立一个控制室，位于测试线路一端，模拟电力变电站环境，测试信号的发送方和接收方均在该控制室内，测试光缆线路在远端还回控制室内，环回方式是在远端通过地埋回控制室，环回地埋光缆以及引入控制室的光缆均为ADSS光缆；
[0037]B、该线路的两端两个铁塔间的水平距离为I公里，输电线路为两根平行8分裂导线一正一负，其承载电压为正负0?800千伏连续可调；
[0038]C、该线路架空光缆为OPGW光缆，单向长度总共1.6km，总共24芯，为了取得更好的测试效果，需要延长测试距离，因此试验采用光缆中的多段纤芯串接起来，共串接了 5段，总长度17.77km，其中架空OPGW光缆总长8km，其中光纤多段连接如图4所示，其开始端与结束端为延长后的待测光纤两端均在冋Iv控制室内。
[0039]量子信息测试均在同一个控制室内，如图3所示，其内部设备配置如下:
[0040]I)主要设备为量子密钥分配QKD发送端、接收端、光纤配线架、光纤收发器；
[0041]2)光纤配线架上连接两根光缆，一根连接待测OPGW光缆，另一根连接从远端经地埋环回本地的ADSS光缆；
[0042]3)两根光缆的每个24芯光纤均接在光纤配线架上，其中延长测试距离的5段光纤在该配线架上进行串接；
[0043]4)量子QKD设备发送端的量子信号接入光纤配线架的一芯，经过配线架5段纤芯串接环回后从另一芯接入QKD设备接收端设备；
[0044]5)量子QKD经典信号从发送端经光纤收发器转换成光信号接入光纤配线架，经过测试线路后返回配线架，再经光纤收发器转换后接入QKD接收端；
[0045]对图2所示的实验线路，在图3所示控制室内量子信号具体测试步骤如下:
[0046]i)测试线路参数，将OTDR接入待测线路，记录数据为:测试线路事件点、线路长度、事件点衰减；
[0047]ii)测试偏振参数，将高稳定连续光源与偏振分析仪分别接入待测线路发送端与接收端，先测试不加压时偏振态，后每隔一段时间测试不同电压等级下的偏振态，电压等级分别设定为0KV、220KV、330KV、500KV、800KV，每个电压值测试30分钟，记录数据为:输出光功率(Power)、偏振态的三个Stokes分量s1、s2、s3 ;本实施例的一段时间由现场工程或者工程师确定，下同。
[0048]iii )测试QKD参数，按图3所示连接QKD及相关设备，收发终端分别接入待测线路接收端与发送端，先测试不加压时QKD参数，后每隔一段时间测试不同电压等级下的QKD参数，电压等级分别设定为0KV、220KV、330KV、500KV、800KV，每个电压值测试30分钟；
[0049]iv) QKD测试对象有三种，分别为:背景光测试、Yield测试、QBER测试。背景光测试利用QKD接收端内部单光子探测器完成，记录数据为探测器暗计数值；Yield测试记录数据为QKD信号的信号态(Signal State)、诱骗态(Decoy State)和真空态(Vacuum State)的计数率；QBER测试记录数据为QKD信号的信号态、诱骗态和真空态的比特误码率。
[0050]测试结论得出:
[0051]根据上面步骤ii)中测得的偏振态三个Stokes分量Sl、S2, S3，判断偏振编码QKD信号是否适用于电力架空环境；
[0052]根据上面步骤iii)、iv)中测得的QKD参数值(信号态、诱骗态、真空态计数率)，判断量子信号是否会受电力特高压环境影响，能否引入电力系统；
[0053]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种高压架空电力线路的量子信号测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: (1)根据测试内容配置测试环境； (2)对量子信号进行测试，得到结果并输出； (3)根据结果判断量子技术是否能应用于电力系统。
2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(I)配置测试环境包括: 1)在两个高压输电铁塔间铺设一根架空光缆I作为待测线路，在其中一个铁塔端设置一个控制室，控制室内放置电力特高压控制设备和量子信号测试设备； 所述量子信号测试设备包括QKD接收装置、QKD发送装置、偏振分析仪、高稳定连续光源；所述QKD发送装置分别与所述QKD接收装置、所述偏振分析仪和所述高稳定连续光源连接； 2)在待测线路架空光缆I地下铺设一根地埋光缆II作为信号返回线路；所述光缆I与光缆II在铁塔远离控制室的一端直接连接，所述架空光缆I与QKD发送装置连接；所述QKD接收装置与所述光缆II连接； 3)光缆I和光缆II在控制室内采用多回光纤拼接的方式连接，用于提高测试精度； 4)测试电压设为特高压交直流，电压等级从零至特高压等级，为连续可调电压。
3.如权利要求2所述的测试方法，其特征在于，所述光缆I和光缆II在控制室内多回光纤拼接的连接方式是指: 所述光缆II中返回到发送端的光纤再次通过法兰接入所述光缆I中另一个未使用光纤，形成一个新的回路，这样通过多次跳纤最后形成多回拼接线路，形成的线路即为待测光纤线路。
4.如权利要求2所述的测试方法，其特征在于，步骤(2)中对量子信号进行测试的具体步骤包括: ①测试线路参数:将光时域反射仪OTDR接入待测线路，记录线路事件点，测试线路长度及衰减； ②测试偏振参数:将高稳定连续光源与偏振分析仪分别接入待测线路发送端与接收端，先测试不加压时偏振态，后每隔一段时间测试不同电压等级下的偏振态； ③测试QKD参数:将QKD收发终端分别接入待测线路接收端与发送端，先测试不加压时QKD参数，后每隔一段时间测试不同电压等级下的QKD参数。
5.如权利要求4所述的测试方法，其特征在于，步骤②所述偏振参数包括量子单光子信号偏振态与信号衰减。
6.如权利要求4所述的测试步骤，其特征在于，步骤③的QKD参数包括: 量子QKD信号的信号态、诱骗态和真空态的计数率值与误码率值。
【文档编号】H04B10/07GK103595468SQ201310601752
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】卢利峰, 周静, 王双 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 国网北京市电力公司