什么是電力線載波通信

電力線載波Power Line Carrier -PLC通信是利用高壓電力線在電力載波領(lǐng)域通常指35kV及以上電壓等級(jí)中壓電力線指10kV電壓等級(jí)或低壓配電線380/220V用戶線作為信息傳輸媒介進(jìn)行語(yǔ)音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式近年來(lái)高壓電力線載波技術(shù)突破了**于單片機(jī)應(yīng)用的限制已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代并且隨著電力線載波技術(shù)的不斷發(fā)展和社會(huì)的需要中/低壓電力載波通信的技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用亦出現(xiàn)了方興未艾的局面電力線載波通信這座被國(guó)外傳媒喻為未被挖掘的金山正逐漸成為一門電力通信領(lǐng)域乃至關(guān)系到千家萬(wàn)戶的熱門專業(yè)在這種形勢(shì)下本文旨在通過(guò)對(duì)電力線載波通信技術(shù)的發(fā)展及所涉及的一些技術(shù)問題的討論闡明電力線載波通信的發(fā)展歷程特點(diǎn)及技術(shù)關(guān)鍵
電力通信網(wǎng)是為了保證電力系統(tǒng)的**穩(wěn)定運(yùn)行而應(yīng)運(yùn)而生的它同電力系統(tǒng)的**穩(wěn)定控制系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)被人們合稱為電力系統(tǒng)**穩(wěn)定運(yùn)行的三大支柱目前它更是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)化和管理現(xiàn)代化的基礎(chǔ)是確保電網(wǎng)**穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段是電力系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施由于電力通信網(wǎng)對(duì)通信的可靠性保護(hù)控制信息傳送的快速性和準(zhǔn)確性具有及嚴(yán)格的要求并且電力部門擁有發(fā)展通信的特殊資源優(yōu)勢(shì)因此世界上大多數(shù)國(guó)家的電力公司都以自建為主的方式建立了電力系統(tǒng)專用通信網(wǎng)[1]長(zhǎng)期以來(lái)電力線載波通信網(wǎng)一直是電力通信網(wǎng)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)目前在長(zhǎng)達(dá)670000km的35kV以上電壓等級(jí)的輸電線路上多數(shù)已開通電力線載波通道[1]形成了龐大的電力線載波通信網(wǎng)該網(wǎng)絡(luò)主要用于地市級(jí)或以下供電部門構(gòu)成面向終端變電站及大用戶的調(diào)度通信遠(yuǎn)動(dòng)及綜合自動(dòng)化通道使用近年來(lái)隨著光纖通信的發(fā)展電力線載波通信已從主導(dǎo)的電力通信方式改變?yōu)檩o助通信方式但是由于我國(guó)電力通信發(fā)展水平的不平衡由于電力通信規(guī)程要求主要變電站必須具有兩條以上不同通信方式的互為備用的通信信道由于電力線載波技術(shù)革新帶來(lái)的新的載波功能以及由于昔日數(shù)量龐大的電力線載波機(jī)的更新?lián)Q代都導(dǎo)致了電力線載波機(jī)雖然作為電力通信的輔助通信方式但是在國(guó)內(nèi)仍然存在較大的市場(chǎng)需求國(guó)內(nèi)共有約20家企業(yè)從事高壓電力線載波機(jī)的開發(fā)和生產(chǎn)
中低壓電力線載波的應(yīng)用目前主要在10kV電力線作為配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道和在380/220V用戶電網(wǎng)作為集中遠(yuǎn)方自動(dòng)抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道還有正在開發(fā)并取得階段性成果的電力線上網(wǎng)高速M(fèi)ODEM的應(yīng)用在這些方面10kV上的應(yīng)用已達(dá)到了實(shí)用化成都一家公司開發(fā)的擴(kuò)頻載波數(shù)據(jù)傳輸裝置(已通過(guò)質(zhì)量檢驗(yàn)[2])在四川羅江縣供電局已可靠運(yùn)行達(dá)一年之久從事這類產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)國(guó)內(nèi)約有幾十家一旦市場(chǎng)**形成競(jìng)爭(zhēng)將較為激烈作為自動(dòng)集抄系統(tǒng)通道的載波應(yīng)用目前已能夠形成組網(wǎng)通信完成數(shù)據(jù)抄收功能但是由于用戶電網(wǎng)的某些時(shí)變特性和突發(fā)噪聲對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懺诩夹g(shù)上并未得到根本解決因此還存在著抄表盲區(qū)的問題這一問題目前一直阻礙電力載波通信技術(shù)在自動(dòng)集抄系統(tǒng)應(yīng)用的主要癥結(jié)所在從事這類產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)國(guó)內(nèi)至少有200家以上并且大多數(shù)都存在技術(shù)開發(fā)和工程并行的狀況真正取得良好經(jīng)濟(jì)效益的只是少數(shù)企業(yè)在市場(chǎng)還未**認(rèn)同這種方式的可靠性的狀況下其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)已達(dá)到了白熱化的程度這一現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)引起有關(guān)單位的重視關(guān)于電力線上網(wǎng)的電力載波技術(shù)應(yīng)用目前以中電飛華公司為代表已在北京開通了5個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)小區(qū)取得了大量的**手工程資料這是一個(gè)非常好的開端至于何時(shí)能夠進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)還需綜合考慮技術(shù)性能成本核算和符合國(guó)家有關(guān)環(huán)境政策等方面的問題
電力線載波通信技術(shù)的發(fā)展在歷史上經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字的發(fā)展過(guò)程電力線載波通信技術(shù)出現(xiàn)于本世紀(jì)二十年代初期[3]它以電力線路為傳輸通道具有可靠性高投資少見效快與電網(wǎng)建設(shè)同步等得天獨(dú)厚的優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)四十年代時(shí)已有日本生產(chǎn)的載波機(jī)在東北運(yùn)行做為長(zhǎng)距離電力調(diào)度的通信手段五六十年代我國(guó)開始研制自己的ZDD-1型電力線載波機(jī)未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化后經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)形成了具有中國(guó)特色的ZDD-5型電力線載波機(jī)該設(shè)備為四用戶兩級(jí)調(diào)幅具有AGC自動(dòng)增益控制控制電路和音頻轉(zhuǎn)接接口呼叫方式采用脈沖制式經(jīng)改進(jìn)后的ZDD-5A型機(jī)也能夠復(fù)用遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)在我國(guó)六十年代到七十年代時(shí)期該機(jī)所代表的模擬制式電力線載波機(jī)得到了廣泛應(yīng)用七十年代時(shí)期我國(guó)模擬電力線載波機(jī)技術(shù)已趨成熟當(dāng)時(shí)以ZDD-12ZJ-5ZBD-3機(jī)型為代表在技術(shù)指標(biāo)上得到了較大地提高并成為我國(guó)應(yīng)用時(shí)間*長(zhǎng)的主流機(jī)型我們可將在此之前的載波機(jī)稱為**代載波機(jī)八十年代中期電力線載波技術(shù)開始了單片機(jī)和集成化的**產(chǎn)生了小型化多功能的載波機(jī)如S-2載波機(jī)等在這一階段主要的技術(shù)進(jìn)步為單片機(jī)自動(dòng)盤代替了三極管或布線邏輯的自動(dòng)盤集成電路的調(diào)制器壓擴(kuò)器濾波器和AGC放大器代替了笨重多故障的模擬電路CMOSVMOS高頻大功率管在功放電路中的應(yīng)用等這一階段的載波機(jī)可稱之為**代載波機(jī)到了九十年代中期以SNC-5電力線載波機(jī)為代表在國(guó)內(nèi)**采用了DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)將載波機(jī)音頻至中頻部分的信號(hào)處理使用DSP器件來(lái)完成實(shí)現(xiàn)了軟件調(diào)制濾波限幅和自動(dòng)增益控制這類載波機(jī)可稱之為數(shù)字化電力線載波機(jī)劃為第三代由此開始電力線載波業(yè)界進(jìn)入了載波機(jī)的數(shù)字化**階段許多企業(yè)紛紛投入力量著力于數(shù)字電力線載波機(jī)的技術(shù)研究工作到了九十年代末期采用新西蘭生產(chǎn)的M340數(shù)據(jù)復(fù)接器目前國(guó)內(nèi)已有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的同類產(chǎn)品結(jié)合電力線載波機(jī)的高頻部分為一體的全數(shù)字多路復(fù)接的載波機(jī)問世這一成果提高了載波機(jī)的通信容量從根本上初步解決了載波機(jī)通信容量小的技術(shù)瓶頸問題從而為電力線載波市場(chǎng)帶來(lái)了**的機(jī)遇從市場(chǎng)上來(lái)看數(shù)字化和全數(shù)字載波機(jī)已占據(jù)了高壓電力線載波機(jī)產(chǎn)品的大部分市場(chǎng)模擬制式的電力線載波機(jī)銷售量已開始萎縮除了特殊的應(yīng)用場(chǎng)合外將趨于淘汰
電力線載波在10kV線路上的應(yīng)用國(guó)外自50年代開始主要應(yīng)用在中壓電網(wǎng)的負(fù)荷控制領(lǐng)域大多為單向數(shù)據(jù)傳輸速率低有時(shí)小于10bit/s甚至更低并沒有形成大規(guī)模的電力線載波通信服務(wù)產(chǎn)業(yè)國(guó)內(nèi)在八十年代后期多數(shù)是直接使用小型化的集成電路農(nóng)電載波機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信也有個(gè)別采用窄帶調(diào)頻載波機(jī)的使用范圍很受限制隨著10kV線路通信需求的增長(zhǎng)到了九十年代末出現(xiàn)了多種載波通信設(shè)備這些設(shè)備可采用不同的線路耦合方式如電容耦合變壓器耦合低壓耦合陶瓷電真空耦合及天線耦合等調(diào)制方式也在原來(lái)的FSK調(diào)制PSK調(diào)制音頻注入工頻調(diào)制過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)等方式的基礎(chǔ)上開發(fā)了先進(jìn)的擴(kuò)頻調(diào)制方式如DSS直接序列擴(kuò)頻FH跳頻TH跳時(shí)交叉混合擴(kuò)頻CHIRP寬帶線性調(diào)頻OFDM正交頻分多路復(fù)用等目前在國(guó)內(nèi)使用的10kV電力線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備中使用*多的還是窄帶調(diào)制設(shè)備主要是多信道PSK及FSK調(diào)制采用擴(kuò)頻方式的設(shè)備也已開始嶄露頭角隨著市場(chǎng)的發(fā)展和技術(shù)的成熟擴(kuò)頻載波設(shè)備必將在電力線載波中壓應(yīng)用方面占有越來(lái)越重要的地位
電力線載波在380/220V用戶配電網(wǎng)上的應(yīng)用在九十年代后期之前只限于采用調(diào)幅或調(diào)頻制式的載波電話機(jī)實(shí)現(xiàn)近距離的撥號(hào)通話也有采用專用的芯片實(shí)現(xiàn)近距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈覈?guó)大規(guī)模地開展用戶配電網(wǎng)載波應(yīng)用技術(shù)的研究是在2000年左右目前在自動(dòng)集抄系統(tǒng)中采用的載波通信方式有擴(kuò)頻窄帶調(diào)頻或調(diào)相在使用的設(shè)備中以窄帶調(diào)制類型的設(shè)備為多數(shù)其主要原因可能是其成本低廉而電線上網(wǎng)的應(yīng)用由于要求的速率至少需要達(dá)到512kbit/s10Mbit/s所以無(wú)一例外地采用擴(kuò)頻通信方式在各種擴(kuò)頻調(diào)制方式中由于采用正交頻分多路復(fù)用技術(shù)(OrthogonalFrequency DivisionMultiplexingOFDM)調(diào)制具有突發(fā)模式的多信道傳輸較高的傳輸速率更有效的頻譜利用率和較強(qiáng)的抗突發(fā)干擾噪聲的能力再加上前向糾錯(cuò)交叉糾錯(cuò)自動(dòng)重發(fā)和信道編碼等技術(shù)來(lái)保證信息傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠因而成為電力線上網(wǎng)應(yīng)用的主導(dǎo)通信方式。
電力線載波通信是電力系統(tǒng)特有的通信方式，它是利用現(xiàn)有電力線，通過(guò)載波方式高速傳輸模擬或數(shù)字信號(hào)的技術(shù)，由于使用堅(jiān)固可靠的電力線作為載波信號(hào)的傳輸介質(zhì)，因此具有信息傳輸穩(wěn)定可靠、路由合理特點(diǎn)，是**不需要線路投資的有線通信方式。

電路線通信是先將數(shù)據(jù)調(diào)制成載波信號(hào)或擴(kuò)頻信號(hào)，然后通過(guò)耦合器耦合到220V或其他交/直流電力線甚至是沒有電力的雙絞線上。電力線載波通信不僅提供了實(shí)用的新興通信手段，而且具有現(xiàn)有物理鏈路、易維護(hù)、易推廣、易使用、低成本等優(yōu)點(diǎn)，顯示出了良好的前景和巨大的市場(chǎng)潛力。

電力線通信的關(guān)鍵是如何保證在電力線上長(zhǎng)距離的可靠通信，在電力線上通信存在以下問題：電力線間歇性噪聲較大（某些電器的啟動(dòng)、停止和運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲）；信號(hào)衰減快，線路阻抗經(jīng)常波動(dòng)等等，這些問題使電力線通信非常困難，電力線載波通信的關(guān)鍵是功能強(qiáng)大的電力線載波專門電路，目前，采用PL2000A型電力線收發(fā)器（或調(diào)制解調(diào)器）等專用電路能提供較好的解決方案。

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