電力載波通信未來(lái)應(yīng)用方向研究

【摘要】介紹了電力線(xiàn)載波通信技術(shù)的定義，技術(shù)特點(diǎn)。討論了我國(guó)目前電力線(xiàn)載波技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，以及載波技術(shù)在應(yīng)用中所具有的優(yōu)勢(shì)。闡述了載波技術(shù)的發(fā)展情況及未來(lái)的應(yīng)用方向。

【關(guān)鍵詞】載波通信電力通信

一、引言

電力線(xiàn)載波技術(shù)作為市電力系統(tǒng)特有的一種通信方式，主要滿(mǎn)足電力調(diào)度通信的需要，是電力系統(tǒng)運(yùn)行、控制、維護(hù)和管理的一種重要工具[1]。近年來(lái)隨著光纖通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，以SDH、WDM等技術(shù)為代表的新一代通信技術(shù)逐漸占據(jù)主流，載波技術(shù)在電力通信新增投資中所占比例越來(lái)越小。其應(yīng)用已經(jīng)從電力系統(tǒng)通信的主要方式轉(zhuǎn)為備用通信方式，電壓等級(jí)也已經(jīng)向配網(wǎng)傾斜。

作為一種低投入，見(jiàn)效快的通信方式，載波技術(shù)在數(shù)字化[2]之后仍有許多無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，例如網(wǎng)絡(luò)范圍可以無(wú)限大，載波技術(shù)可以滲透到輸電網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)角落；投入成本低廉，無(wú)需額外敷設(shè)通信線(xiàn)路；可以與電源同時(shí)在線(xiàn)等。如何在新的環(huán)境下，在智能化的發(fā)展中，找準(zhǔn)電力載波設(shè)備的應(yīng)用需求并做技術(shù)改進(jìn)，提高現(xiàn)有載波設(shè)備利用率，更好的為電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)服務(wù)，是本文考慮的問(wèn)題。

二、電力載波通信技術(shù)介紹

電力載波就是利用專(zhuān)門(mén)的調(diào)制解調(diào)器，將通信信號(hào)調(diào)制到電力線(xiàn)路上進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?。電力載波通信模型一般包括通信管理模塊，載波調(diào)制解調(diào)模塊，耦合模塊，其中調(diào)制解調(diào)模塊的效率直接影響載波通信質(zhì)量。模型圖如下所示：

通信管理模塊主要由主控芯片組成，管理電源，提供時(shí)鐘等，新型的載波設(shè)備調(diào)制解調(diào)模塊通常都已經(jīng)數(shù)字化，借助先進(jìn)的DSP處理芯片，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的快速變換；耦合模塊主要由結(jié)合濾波器，耦合電容器和高頻阻波器組成。

電力網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性及衰減制約了信號(hào)的傳輸距離，低壓電力線(xiàn)的噪聲干擾又制約了信號(hào)的傳輸質(zhì)量[3]，要想把電力線(xiàn)變成理想的信道，必須進(jìn)行調(diào)制。其調(diào)制方式從FSK，PSK，到DSS直接序列FH跳頻，CHIRP寬帶線(xiàn)性調(diào)頻，OFDM正交頻分等不斷演進(jìn)，其信道的有效頻譜利用率和抗突發(fā)干擾噪聲的能力越來(lái)越強(qiáng)。

三、載波技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

從七十年代開(kāi)始，模擬制式的電力載波機(jī)已經(jīng)較為成熟。隨著技術(shù)的發(fā)展，到八十年代中期，載波技術(shù)開(kāi)始了單片機(jī)和集成化革命，一些小型化的多功能載波機(jī)開(kāi)始應(yīng)用。到九十年代中期，結(jié)合了DSP功能的軟件調(diào)制技術(shù)和增益控制技術(shù)的數(shù)字化載波機(jī)開(kāi)始流行，而全數(shù)字化載波機(jī)的問(wèn)世，進(jìn)一步提高了通信容量和信道可靠度，使得高、中、低壓電網(wǎng)上都開(kāi)始應(yīng)用載波技術(shù)。

長(zhǎng)久以來(lái)，載波技術(shù)一直是電力通信網(wǎng)的基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)，在調(diào)度、遠(yuǎn)動(dòng)、保護(hù)等方面發(fā)揮了重要作用。隨著電網(wǎng)規(guī)模的增大，其對(duì)管理和技術(shù)提出更高的要求，電力線(xiàn)載波通信由于其固有的弱點(diǎn)：通道干擾大，容易產(chǎn)生反射、駐波、諧振等現(xiàn)象[4]，傳送信息量小，管理維護(hù)造成的故障率高等，已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)通信多方面、多功能的要求。

隨著光纖通信的發(fā)展，載波通信已經(jīng)慢慢變成輔助通信方式。由于我國(guó)電力通信發(fā)展水平的不平衡，在一些不發(fā)達(dá)省份，載波通信技術(shù)在高壓電力線(xiàn)路屬于主用或備用通信方式，在中低壓電網(wǎng)仍然是主要通信方式。而在一些發(fā)達(dá)省份或地區(qū)，主要的站點(diǎn)和線(xiàn)路的通信方式早已升級(jí)為可以傳送大信息量且可靠性高的光纖通信?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平的提高，高壓線(xiàn)路的載波通信必將被更加可靠的光纖通信取代，而中壓線(xiàn)路和站點(diǎn)的通信方式將由其是否屬于骨干線(xiàn)路來(lái)決定是否淘汰載波設(shè)備，唯一無(wú)法取代載波通信技術(shù)的的就是低壓配電線(xiàn)路。

四、未來(lái)載波技術(shù)應(yīng)用方向

4.1電力通信

在35KV及以上的高壓電力線(xiàn)路中，載波設(shè)備的升級(jí)或者淘汰將不可避免，但是偏遠(yuǎn)地區(qū)的變電站，通信光纜難以敷設(shè)的地區(qū)，載波技術(shù)仍會(huì)繼續(xù)發(fā)揮作用。而且隨著載波技術(shù)的不斷升級(jí)，除了提供電話(huà)，保護(hù)等功能外，計(jì)量、生產(chǎn)管理、營(yíng)銷(xiāo)管理等功能也將被應(yīng)用到載波技術(shù)上，在光纜無(wú)法到達(dá)的地區(qū)，這種載波通信方式將仍然是主流通信通道。同時(shí)，由于電力通信規(guī)程規(guī)定，站點(diǎn)的通信必須有兩條不同物理路徑的路由，這就表示，在升級(jí)單一光纜通信的同時(shí)，載波通道仍會(huì)作為一種備用的通信通道保留下來(lái)。

智能電網(wǎng)的興起，使得配電網(wǎng)負(fù)荷實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)控制和智能化調(diào)度切換顯得尤為重要，而配電網(wǎng)通信末端的載波設(shè)備由于其明顯的成本優(yōu)勢(shì)和地理優(yōu)勢(shì)，如果作為“最后一千米[6]”的接入網(wǎng)來(lái)考慮，其在智能電網(wǎng)的建設(shè)中會(huì)發(fā)揮更加重要的作用。另外，微型電網(wǎng)技術(shù)在近年來(lái)得到迅速發(fā)展，因?yàn)槠湟?guī)模靈活，移動(dòng)性強(qiáng)，地域限制小等優(yōu)點(diǎn)，帶來(lái)了與主網(wǎng)通信上的不便，這使得以往由調(diào)度中心統(tǒng)一判斷、調(diào)度的集中式控制方法難以有效運(yùn)行[7]，而通過(guò)電力線(xiàn)通信的載波技術(shù)無(wú)疑是這種新型電網(wǎng)通信的最佳解決方案之一。

4.2智能家居

智能家居是指利用綜合布線(xiàn)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，安防和自動(dòng)控制技術(shù)等將家居生活有關(guān)的設(shè)備集成控制的一套系統(tǒng)。由于現(xiàn)有家居很多不具備聯(lián)網(wǎng)通信功能，需要一種具備載波通信功能的智能插座，利用家用220V電力線(xiàn)作為家用設(shè)備的載波通信通道，通過(guò)嵌入式系統(tǒng)感應(yīng)，自動(dòng)控制家用設(shè)備的電源，既可以達(dá)到人走斷電的節(jié)電效果，又可以檢測(cè)配電網(wǎng)負(fù)荷情況，并利用戶(hù)外配電線(xiàn)路與配電調(diào)度主端進(jìn)行通信，智能收集負(fù)荷，方便調(diào)度。

同時(shí)，使用擴(kuò)頻通信技術(shù)將配網(wǎng)電力線(xiàn)作為上網(wǎng)通信路由已經(jīng)得到實(shí)現(xiàn)，德國(guó)已經(jīng)研制出“電網(wǎng)在線(xiàn)”技術(shù)，通過(guò)公共電網(wǎng)的電力線(xiàn)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電話(huà)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，只需要一臺(tái)專(zhuān)用的調(diào)制解調(diào)器插入電源插座，即可實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)。

按照致力于制定家用電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的“家庭插電聯(lián)盟（HPA：Home PlugPowerline Alliance）”推出標(biāo)準(zhǔn)的描述，只需要在事先安裝好的插座上插入電源插頭即可構(gòu)筑起電力線(xiàn)家庭局域網(wǎng)，其傳輸速率可達(dá)14Mbit/s[8]，未來(lái)仍有很大提升空間，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

五、結(jié)論

可以看出，載波通信技術(shù)雖然在中高壓電力網(wǎng)中應(yīng)用在逐漸減少，但是由于其便利的架設(shè)條件，這一技術(shù)在低壓配電網(wǎng)中的應(yīng)用開(kāi)發(fā)才剛剛興起，隨著信息技術(shù)的發(fā)展和智能電網(wǎng)的建設(shè)普及，多樣化的通信技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展，而載波技術(shù)作為一種成本低廉而又開(kāi)發(fā)潛力巨大的通信方式，必將會(huì)在未來(lái)發(fā)揮更加重要的作用。

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