低壓電力線載波高速通信技術的研究

張彥月

（深圳市國電科技通信有限公司，廣東 深圳 457001）

0 引 言

電力線通信技術簡稱為PLC或PLT，早在20世紀60年代，我國在中高壓輸電網上就通過電力載波機利用較低的頻率以較低的速率傳送數據和話音，傳輸的帶寬一般僅為4 kHz，當傳輸的速度低于這個值時，被稱為低速PLC。

英國公司在研究低壓配電網中成功進行了傳輸速率為1 Mb/s的數據通信試驗，實現了電力線載波通信技術的突破，推動了世界電力線通信技術的發展，從此將傳輸速率大于1 Mb/s的電力線通信稱為高速PLC。目前，在居家領域中，人們可以通過低速PLC技術進行負荷控制，但近幾年隨著社會信息化程度提高，人們對信息的需求已經從單純的數據信息向交互式多媒體信息發展，同時隨著互聯網的發展，多數用戶仍舊使用傳統的窄帶接入形式，造成網絡傳輸出現問題。基于此，低壓電力線載波高速通信技術迎合了這種需求，具有廣闊的發展空間，可以利用現有的低壓配電網絡直接連接到用戶，省去了鋪線的成本和不便。由此可見，開展低壓電力線載波高速通信技術的研究具有現實意義。

1 低壓電力線載波高速通信技術的特點

低壓電力線載波高速通信技術利用現有低壓配電網的設備就能夠進行遠程通信，進一步節約了資源。這一點在智能小區的建設中使用的尤為廣泛，在智能小區的建設中，使用低壓電力線高速通信系統時無需布線，不需要挖地打洞，避免了對建筑物造成的破壞，節省了施工的時間和人力。同時，該項技術也可以向用戶提供高速的互聯網訪問語音服務，使得人們上網和打電話有了新的選項。

低壓電力線載波高速通信技術的使用與平常的網絡并沒有其他的差異，相反還能夠帶來更高速的快捷網絡，進行遠程操作技術，極具自動化和智能化。對于家庭使用網絡的情況而言，人們可以享受這種技術帶來的家庭高清音視頻，網絡游戲等娛樂方式更便利。低壓電力線網絡特性與網絡結構、接入的負載、通信距離、載波頻率、用戶負荷以及天氣與地點的變化等多種因素有關，致使低壓電力線的網絡特性非常復雜。在居家的網絡中和自動化的生產中，其他設備也可以連接網絡，通過遍布各個房間的插座讓智能家電聯網，用戶可以提前享受數據化家庭帶來的便利。利用這項技術永久連接構建一定的家庭網絡安全系統，如防火防盜墻等，還能夠用于連接家居的安保功能，實時查看家里各個電器和角落的情況，防止發生水電泄露事件，同時遠程讀取水表和電表的數據，無需公司人員上門檢查，方便了家居的用戶。另外，低壓電力線載波高速通信技術貫徹了綠色發展道路的理念，可以為電力公司提供復合控制，是電力供給側管理的新手段，提高了電力的管理水平，實現“四網合一”，創造巨大的經濟和社會效益[1-3]。

2 低壓電力線載波高速通信技術及標準

通信技術是最基本的技術之一，其標準是支撐發展的重要依據和建設根本，規范其標準化對于電網需求響應有著重要的意義。國內對于低壓電力線載波高速通信技術和標準的研究起步較晚，與低壓電力線載波需求響應相關的標準包括電網側相關標準、設備側相關標準以及電網與用戶側接口標準3大類[4,5]。

3 CSMA協議

低壓電力線載波高速通信網絡是由所有連接在同一變壓器下，使用相同載波通信資源的電力線載波通信設備組成的通信網絡。所謂相同載波通信資源是指連接在同一根相線上，使用同樣的載波調制方式、載波頻率、數據傳輸速率以及通信協議。CSMA協議是在Aloha協議基礎上發展起來的隨機競爭類MAC協議，其性能比Aloha協議有很大提高且算法簡單，在實際中得到了廣泛的應用。低壓電力線載波高速通信需要通過CSMA協議進行監測，CSMA協議在發送數據前要進行載波監測，減少了通信沖突的可能。但是，通信沖突是不可避免的，只要發生了通信沖突，低壓電力線的信息道路就會產生信息擁堵的現象，而CSMA協議增加了發送與監測實時的功能，協議會自動監測低壓電力線載波高速通信通道，在通信時的沖突發生前立刻停止發送信息，相應提高信息道路的沖突檢測，使得通信道路減少信息擁堵的現象，提高了利用率[6]。

關于檢測低壓電力線載波高速通信沖突的方法有很多，最簡單的方法就是監測收到電壓信號的大小。在傳輸的系統中，當兩個幀的信號疊加在信道上，這時電壓的相關數值要比平常數值大，只要接收到的電壓超過了限值就可以判定發生了通信沖突，但這種情況也有一定的可能是二者距離較遠，導致信號在總線上傳播時衰減了許多，因此沒有辦法判斷是否沖突，沖突的檢測方法存在一定的限制。而采用曼徹斯特編碼時，電壓的過零點是在每一比特的正中央，如果發生了沖突的情況，那么其疊加的過零點將出現在其他地方。根據過零點位置的變化，也可以判斷是否發生了沖突，若出現比特信號不符合的情況，則說明有沖突存在[7]。

總之，在低壓電力線載波高速通信技術的使用當中，需要在增加一些硬件的情況下進行沖突檢測。而在實際的網絡當中，每一個監測站都能及早地判斷通信電路中是否發生了沖突，往往通信站將會采用一種措施進行通信沖突的強化，這樣就能夠正確判斷通道內是否發生了沖突，以便立刻停止發送數據，進一步避免沖突及因通信繁忙所造成的不便。CSMA協議如圖1所示。

圖1 CSMA協議

4 擴頻通信技術的應用

低壓電力線的載波通信存在一些困難，但是使用低壓電力線作為通信通道是可行的，但需要一些技術作為電力線支撐。目前，低壓電力線載波通信正在向著擴頻通信技術的方向發展，采用擴頻通信技術能夠很大程度上克服電力線的一些缺陷，如強衰減和強干擾等，進一步提高低壓電力線載波通信的使用能力。常用的擴頻技術通常有直接序列調制法，其將信號的能量進行平均分布，通過隨機排序的方式將數據流倍加來，使得信號能夠擴頻。擴頻技術的應用較為廣泛，在一定程度上能提高通信效率的發展，滿足通信的基本要求，對于低壓電力線的載波通信技術而言是十分廣泛的應用。

跳頻擴頻是將擴頻的信號在某一頻率中，通過延誤的方式來表達數據的一部分，然后再跳到其他的頻率中。這種頻率的跳變通常具有規律，當信號在某一頻率上受到干擾時，因載頻的跳變會大大降低干擾的程度，這種方法對于連續波干擾有著較強的抵抗性。可以利用掃描頻率來進行波載，這種方法通常運用在以太網的CSMA網絡中，利用一系列短促和可自同步的掃描頻率作為載體，每一個chirps信號一般持續100 s，這是最基本的通信符號時間，并且這些時間覆蓋了100～400 kHz的頻帶。由于chirps信號一般是線性掃描帶寬，通常比信號帶寬要更大，線性加速度更高，連續波的干擾頻率通常是穩定的，因此將濾波器設計為具有特定加速度的信號就可以進一步排除干擾。運用這種技術可以有效防止干擾，減輕干擾所帶來的負面影響。

5 電改背景下需求響應研究思路

5.1 機制設計

有關部門在電改背景下研究需求響應，在機制的設置上應該大力推動電力需求，響應產業的發展，使得能源的利用率達到最大化[8]。相關人員也應該貫徹落實自身的職責所在，針對自身的情況進行能力的提升和培養，將自身的素質和職業道德放在首位，鍛煉自身的能力，合理設定需求。企業負責規劃和發展其需求響應的指標，通過這樣降低自身的電網運營的成本。相關的商人也應該在電力市場下嚴格執行合同中的標準，做好自身的生產調度，提高電力需求系統的響應，合理設計電價政策和激勵措施，促進需求側主動參與市場競爭，通過改變自身的用電方式增加經濟利益，引導節能服務公司和第三方的積極合作[9]。低壓電力線載波高速通信技術的應用對于電力市場而言的作用是長遠的。目前，我國的電力企業正在進行城市網絡和農村網絡的進一步改良和完善，在改造的過程中，低壓電力線載波高速通信技術也可以作為配網自動化的通信通道存在，可以提高配網自動化，并且為配網提供穩定的傳輸通道，也可以作為自動化系統的通信通道被其他領域所應用。

5.2 技術研究

利用低壓電力線載波高速通信技術可以在電力線路上進行數據的傳輸，也可以進行語音的傳輸，通過電力線獲得高質量和低價格的信息通信，這對于一些偏遠地區而言，無疑是一個巨大的應用和發展。對于低壓電力線載波高速通信技術而言，技術的研究是今后低壓電力線載波高速通信重要的方向之一，通過對加大負荷與分布式電源聯合調度的研究，在優化中使其電力用戶從被動變為主動，靈活地參與響應需求，進行綜合電力的資源規劃。引入需求側能效水平排放量等約束的條件，達到電力資源的最優化組合，結合能源互聯網的技術研究更多的能源系統[10]。

6 結 論

隨著時代的發展，越來越多的新型軟件和技術被人們應用在了不同的領域之中。在低壓電力線載波高速通信技術的研究上，采用的方向可以為低壓電力通信技術提供一些想法，簡化分析使用機制，使電路的操作更加簡單高效。另外通過使用軟件對通信進行輔助分析，在低壓電力線載波高速通信技術研究的過程中能夠拉動模塊對相關軟件進行通信，可以實時觀察通信狀態，使得信號特效有一個更加直觀的感受。低壓電力線載波高速通信技術不僅僅是應用于智能小區的建設，還能夠用于通信分析與應用。現如今，科學技術日漸發達，在不久的將來，低壓電力線載波高速通信技術可能會有很多動態電路上的難題，但是就目前而言，低壓電力載波高速通信技術適用于現如今的科技發展與技術體現，是一項較為實用的方法，雖然目前研究仍舊存在弊端，但是會隨著科技的提高使得低壓電力線載波系統日漸完善。本文在研究過程中對于研究的內容和研究的方法存在一定誤差，沒有對低壓電力線載波高速通信技術進行一定的深入研究，在方法與措施中無法對相關問題和相關措施提出一定方法，僅僅是以自身的研究作為基礎，不能夠廣義地包含每一種情況和設計。