電力載波通信未來應(yīng)用方向研究

【摘要】介紹了電力線載波通信技術(shù)的定義，技術(shù)特點。討論了我國目前電力線載波技術(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。闡述了載波技術(shù)的發(fā)展情況及未來的應(yīng)用方向。

【關(guān)鍵詞】載波通信電力通信

一、引言

電力線載波技術(shù)作為市電力系統(tǒng)特有的一種通信方式，主要滿足電力調(diào)度通信的需要，是電力系統(tǒng)運行、控制、維護和管理的一種重要工具[1]。近年來隨著光纖通信技術(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，電壓等級也已經(jīng)向配網(wǎng)傾斜。

作為一種低投入，見效快的通信方式，載波技術(shù)在數(shù)字化[2]之后仍有許多無可比擬的優(yōu)勢，例如網(wǎng)絡(luò)范圍可以無限大，載波技術(shù)可以滲透到輸電網(wǎng)絡(luò)的每個角落；投入成本低廉，無需額外敷設(shè)通信線路；可以與電源同時在線等。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，提高現(xiàn)有載波設(shè)備利用率，更好的為電力系統(tǒng)運營服務(wù)，是本文考慮的問題。

二、電力載波通信技術(shù)介紹

電力載波就是利用專門的調(diào)制解調(diào)器，將通信信號調(diào)制到電力線路上進行傳輸?shù)姆绞健ｋ娏d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，借助先進的DSP處理芯片，實現(xiàn)信號的快速變換；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的傳輸距離，低壓電力線的噪聲干擾又制約了信號的傳輸質(zhì)量[3]，要想把電力線變成理想的信道，必須進行調(diào)制。其調(diào)制方式從FSK，PSK，到DSS直接序列FH跳頻，CHIRP寬帶線性調(diào)頻，OFDM正交頻分等不斷演進，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越強。

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

從七十年代開始，模擬制式的電力載波機已經(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)開始了單片機和集成化革命，一些小型化的多功能載波機開始應(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)字化載波機開始流行，而全數(shù)字化載波機的問世，進一步提高了通信容量和信道可靠度，使得高、中、低壓電網(wǎng)上都開始應(yīng)用載波技術(shù)。

長久以來，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、遠動、保護等方面發(fā)揮了重要作用。隨著電網(wǎng)規(guī)模的增大，其對管理和技術(shù)提出更高的要求，電力線載波通信由于其固有的弱點：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，管理維護造成的故障率高等，已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對通信多方面、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。由于我國電力通信發(fā)展水平的不平衡，在一些不發(fā)達省份，載波通信技術(shù)在高壓電力線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)達省份或地區(qū)，主要的站點和線路的通信方式早已升級為可以傳送大信息量且可靠性高的光纖通信。可以預(yù)見，隨著經(jīng)濟和技術(shù)水平的提高，高壓線路的載波通信必將被更加可靠的光纖通信取代，而中壓線路和站點的通信方式將由其是否屬于骨干線路來決定是否淘汰載波設(shè)備，唯一無法取代載波通信技術(shù)的的就是低壓配電線路。

四、未來載波技術(shù)應(yīng)用方向

4.1電力通信

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

智能電網(wǎng)的興起，使得配電網(wǎng)負荷實時統(tǒng)計控制和智能化調(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)勢和地理優(yōu)勢，如果作為“最后一千米[6]”的接入網(wǎng)來考慮，其在智能電網(wǎng)的建設(shè)中會發(fā)揮更加重要的作用。另外，微型電網(wǎng)技術(shù)在近年來得到迅速發(fā)展，因為其規(guī)模靈活，移動性強，地域限制小等優(yōu)點，帶來了與主網(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行[7]，而通過電力線通信的載波技術(shù)無疑是這種新型電網(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技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，安防和自動控制技術(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電力線作為家用設(shè)備的載波通信通道，通過嵌入式系統(tǒng)感應(yīng)，自動控制家用設(shè)備的電源，既可以達到人走斷電的節(jié)電效果，又可以檢測配電網(wǎng)負荷情況，并利用戶外配電線路與配電調(diào)度主端進行通信，智能收集負荷，方便調(diào)度。

同時，使用擴頻通信技術(shù)將配網(wǎng)電力線作為上網(wǎng)通信路由已經(jīng)得到實現(xiàn)，德國已經(jīng)研制出“電網(wǎng)在線”技術(shù)，通過公共電網(wǎng)的電力線來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電話網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，只需要一臺專用的調(diào)制解調(diào)器插入電源插座，即可實現(xiàn)上網(wǎng)。

按照致力于制定家用電力線網(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)筑起電力線家庭局域網(wǎng)，其傳輸速率可達14Mbit/s[8]，未來仍有很大提升空間，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)得到長足發(fā)展，而載波技術(shù)作為一種成本低廉而又開發(fā)潛力巨大的通信方式，必將會在未來發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻

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