電力線載波通訊技術在民用建筑能耗檢測系統中的應用

章維揚　（安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230001）

?

電力線載波通訊技術在民用建筑能耗檢測系統中的應用

章維揚（安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230001）

著重闡述了電力線載波通信技術在民用建筑能耗檢測系統中的應用。城市建筑向智能化、信息化、節能化發展，低壓電力線載波通信技術在建筑能耗檢測系統中的應用，實現了數據可靠傳輸、遠程智能監控，提高了監控的效率。文章主要就低壓電力載波通信技術在建筑能耗管理系統中的應用進行分析探討。

建筑能耗檢測系統；電力線載波通信；建筑能耗監測

1　概述

1.1建筑能耗監測系統

建筑能耗監測系統是運用先進的測控技術、通訊技術和大容量、高效率數據采集技術，以多級服務器實現分布式能源數據采集的集中管理體系，為智能建筑的能耗設備管理提供必要的依據，實現對用戶能耗設施、能耗細節和能耗趨勢的全面掌控。更重要的是能耗監測系統可以對建筑內的能耗開展持續的節能減排工作，為用戶提供能耗數據依據，對所計量的能耗數據作綜合分析和評估，從中找出問題并采取措施，對不斷提高能源利用率具有特別重要的意義。通過統計每一種能源分時分段消耗的數據、統計每一種能源總消耗的數據以及統計整個建筑的能源總消耗數據，對統計資料進行分析匯總，考核單項能耗和綜合能耗兩項指標，根據同期的數據庫進行歷史比較，找出降低能耗的潛力及措施。

1.2電力線載波通信

電力線載波通信（Power LineCommunication簡稱PLC），電力線載波是電力系統特有的、基本的通信方式,電力線載波通信是指利用已有的電力網,通過載波調制方式將模擬或數字信號進行高速傳輸的技術。具體的方法是在應用電力線通信方式發送數據時，發送器先將數據調制到一個高頻載波上，再經過功率放大后通過耦合電路耦合到電力線上。該技術最大特點是僅依托原有的電力線網絡，不需要重新布線，就能進行數據傳遞，具有施工簡便、運行可靠，成本較低等特點。

1.3電力載波通訊應用模式

電力載波通訊應用模式分為用電信息采集模式和數據通訊模式。用電信息采集模式分為：大型專變用戶的信息采集模式、公配變下單相和三相用戶采集模式。通過遠程抄表可對用戶用電信息進行采集匯總，集中抄表終端包含集中器和采集器兩個部分，采集模式分為三種方式：集中器+載波表；集中器+采集器+RS-485表；網絡集中器+寬帶載波采集器+RS-485表。數據通訊模式分為遠程通訊和本地通訊兩大類。在諸多通信媒體中（如：紅外線、RS-485專線、無線電、電話線、光纖、電力線及同軸電纜等）電力線載波通信技術應該是最為經濟、便捷、可靠的一種形式。

1.4電力線載波通信的特點

電力線載波具有通信距離長、投資少、施工工期短、設備簡單及可靠性高的特點，在遠距離傳輸數據時，對傳輸線路的要求較高，而應輸電線結構堅固，安全系數比光纖高，運行更為可靠。這種廉價的、電力系統獨有的信道資源應加以合理的發展，使之與高速寬帶技術長期并存，互為補充。

數字通信是現代通信技術發展的方向，數字載波機由于采用語音壓縮技術、正交幅度調制、自適應均衡、糾錯編碼以及回波抵消技術，數字通信的發展，給電力線載波通信開辟了極為廣闊的前景，數字載波機極大地提高了傳輸容量，減少了電力線載波通信所需通道的數量，有效地節約了運行頻率資源。采用數字通信技術對電力線載波通信網絡進行擴展和改進，是未來發展的方向。

2　建筑能耗監測

2.1智能建筑節能檢測

智能建筑的節能通常是由建筑節能、設備節能和管理節能三大部分組成。智能建筑能耗檢測管理系統利用物聯網采集到的數據，實現實時監測建筑中的所有能耗設備的能量使用狀況，并通過計算數據發出控制指令來不斷調節設備參數及工作狀態，從而實現系統的智能化、節能化。

圖1　能耗監控系統圖

電力線載波技術可用來實現對智能建筑設備的集中或分散控制，其原理是將電力載波技術集成后嵌入到各前端、末端設備中去，利用建筑內現有的電力線路作為載波通信媒介，實現智能設備之間的通信與控制，達到智能建筑控制網中智能電器設備的互聯互動。通過網絡隨時查詢所有設備運行狀態，通過集中器可在任一點位集中控制區域內所有智能設備。

2.2遠程抄表系統

遠程自動抄表系統是電力載波通訊在智能控制網的重要應用之一。系統功能特點：遠程自動抄表、遠程控制電表拉合閘、水泵閥門開合等，實時查詢用戶用能量值。在公共區域的用水環境中，可以采取以人流的高低對流量大小進行控制；對所有建筑的共公區域，在節假日期間進行節流、斷水；還可安裝漏水檢測設備，因器具的損壞和人為原因造成的漏水、爆管能夠及時發現及時到場維修。與物業收費管理系統聯為一體，實現自動抄表及計費，控制非法竊電，減少人力及管理成本，自動保存抄讀的歷史數據等。

2.3遠程路燈監測系統

近年來市政建設快速發展、政府大力加強推行節能減排工作，隨著管理水平提高的要求和監控技術、圖像監視技術、計算機信息技術的發展，使道路照明具有“五遙”（遙測、遙控、遙信、遙調、遙視）功能。

遠程路燈監控系統是利用電力載波技術，通過已有的電力線路將路燈照明系統升級為智能照明系統。在保證道路安全的同時節省電能，延長燈具壽命以及降低運行維護成本。提供路燈照明設備的分回路、分區域、分時段的節能控制，按照度需求進行智能通斷。實時監控照明設備的運行狀態，實現遠程集中控制。

遠程路燈監控系統功能特點具有全天候、長距離自動監控，可細化到對單一燈具的電壓、電流、開關、溫度等狀態進行單燈故障狀態自動檢測并上傳數據。

2.4應用亮點

電力載波通訊系統技術在民用建筑設備能耗管理系統實現了對三表（電表、水表、燃氣表）數據遠程抄收及控制的應用創新和突破，完成了由人工逐戶抄表、控制、管理、收費轉換為自動化、信息化、網絡化、智能化管理，系統可具有遠程自動抄表、實時結算、價格變更、計量收費、實時監測、通斷控制等各種人性化管理服務功能。可實現市政路燈、綠化灌溉、空調控制、供暖控制、公共用水、公共照明、景觀照明、辦公建筑、各種場館等的節能降耗管理與科學調配管理。

數字通信的發展，也給電力載波通信提供了更加廣闊的應用前景，有了數字載波機，信號的傳輸容量大幅度提高，減少了電力線載波通信所需通道的數量，有效地節約了運行頻率資源。采用數字通信技術對電力線載波通信網絡進行擴展和改進，是未來物聯網發展的重要方向。

3　電力載波目前存在的問題

與10kV及以上中高壓電力線作為信號傳輸通道不同，低壓電力線載波通訊因為有以下缺點，使得目前市場還未能普遍應用。

①低壓電力線上的負荷接入較多，電器頻率特性各不相同，阻抗時變性和隨機性大，很難達到阻抗匹配；

②電力線其自身存在固有的電磁脈沖干擾，對信號的影響較大；

③配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用，使得電力載波信號只能在一個配電變壓器區域范圍內傳送，這對網絡的互聯有很大的限制；

④由于電力線對電力載波信號的削減作用，當電力線重負荷運行時時，線路阻抗可達1歐姆以下，造成載波信號的高削減，傳輸距離也將大幅度減小；

⑤電力線上的高噪聲、電力線引起的數據變形、防雷電技術措施不完善、專屬儀器儀表配置不完備等問題的存在，也在相當大的程度上影響了載波通信的可靠性。

保證在電力線上進行數據通信可靠的必要條件是：信號的傳輸距離不能太遠；傳輸信號的頻率設在100～450kHz。目前，低壓電力線載波通信正在向使用擴頻技術的方向發展，用以克服電力通道特性的不理想。

4　結語

把載有信息的高頻信號加載于電流，然后用電線傳輸，接受信息的調制解調器再把高頻從電流中分離出來，以輸電線路作為信號的傳輸媒介傳送到電腦，實現信息的傳遞。目前，人們可以利用電力線來傳輸數據、電話、遠動和遠方保護信號等。由于電力線機械強度高，可靠性好，不需要線路的基礎建設投資和日常的維護費用，因此電力線載波具有較高的經濟性和可靠性，在民用建筑能耗檢測系統中應該得到更廣泛的應用。

[1] 楊剛.電力線通信技術[M].北京：電子工業出版社，2011.

[2]王昕.電力線載波通信系統存在的問題及解決方案[J].西南科技大學學報，2004(1).

TU111.19+5

B

1007-7359(2016)03-0242-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.088

章維揚（1963-），男，安徽蕪湖人，高級工程師，主要從事智能建筑及電氣工程設計、技術管理工作。