電力載波

1、缺點

　　電力線載波通訊因為有以下缺點，導致PLC主要應用－－“電力上網(wǎng)”未能大規(guī)模應用：

　　1、配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用，所以電力載波信號只能在一個配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送；

　　2、三相電力線間有很大信號損失（10 dB -30dB）。通訊距離很近時，不同相間可能會收到信號。一般電力載波信號只能在單相電力線上傳輸；

　　3、不同信號藕合方式對電力載波信號損失不同，藕合方式有線-地藕合和線-中線藕合。線-地藕合方式與線-中線藕合方式相比，電力載波信號少損失十幾dB，但線-地藕合方式不是所有地區(qū)電力系統(tǒng)都適用；

　　4、電力線存在本身固有的脈沖干擾。目前使用的交流電有50HZ和60HZ，其周期為20ms和16.7ms，在每一交流周期中，出現(xiàn)兩次峰值，兩次峰值會帶來兩次脈沖干擾，即電力線上有固定的100HZ或120HZ脈沖干擾，干擾時間約2ms，因此干擾必須加以處理。有一種利用波形過0點的短時間內(nèi)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，但由于過0點時間短，實際應用與交流波形同步不好控制，現(xiàn)代通訊數(shù)據(jù)幀又比較長，所以難以應用；

　　5、電力線對載波信號造成高削減。當電力線上負荷很重時，線路阻抗可達1歐姆以下，造成對載波信號的高削減。實際應用中，當電力線空載時，點對點載波信號可傳輸?shù)綆坠?。但當電力線上負荷很重時，只能傳輸幾十米。

2、發(fā)展

　　雖然技術問題隨著時間的發(fā)展，最終都能被解決和克服，但是從目前國內(nèi)寬帶網(wǎng)建設的情況來看，留給PLC的時間和空間并不寬裕。據(jù)《2013-2017年中國電力載波通信行業(yè)市場需求與投資預測分析報告》統(tǒng)計，2000年以來各大運營商大規(guī)模推出ADSL、光纖、無線網(wǎng)絡等多種寬帶接入業(yè)務，留給電力線上網(wǎng)的生存空間，已經(jīng)不斷被其他接入方式壓縮。現(xiàn)在，PLC除了在遠程抄表上有所應用外，已沒有了當初的豪言壯語。

　　電力貓是電力載波技術的最新應用和發(fā)展，所謂電力貓，即“電力網(wǎng)絡橋接器”，是一種把網(wǎng)絡信號調(diào)制到電線上，利用現(xiàn)有的電線來解決網(wǎng)絡布線問題的設備。作為科技催生的第三代網(wǎng)絡傳輸設備，電力貓正在以其獨特優(yōu)勢風靡全球。其工作原理就是利用電線傳送高頻信號，把載有信息的高頻信號加載于電流上，然后利用電力傳輸。接受信息的電力網(wǎng)絡橋接器再把高頻信號從電流中分解出來，從而在不需要重新布線的基礎上實現(xiàn)上網(wǎng)、打電話、觀看IPTV和使用監(jiān)控設備等多種應用。

3、發(fā)展過程

　　隨著家庭智能系統(tǒng)這個話題的興起，也給PLC技術的發(fā)展帶來了一個新的舞臺。在目前的家庭智能系統(tǒng)中，以PC機為核心的家庭智能系統(tǒng)是最受人熱捧的。該系統(tǒng)的觀念就是，隨著電腦的普及，可以將所有家用電器需要處理的數(shù)據(jù)都交給PC機來完成。這樣就需要在家電與PC機間構建一個數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)絡，現(xiàn)在大家都看好無線，但是在家庭這個環(huán)境中，“墻多”這一特征嚴重影響著無線傳輸?shù)馁|(zhì)量，特別是在別墅和躍層式住宅中這一缺陷更加明顯。如果架設專用有線網(wǎng)絡除了增加成本以外，在以后的日常生活中要更改家電的位置也顯得十分困難和繁瑣，這就給無須重新架線的電力載波通訊帶來了機遇。

4、特點

　　PLC的最大特點：不需要重新架設網(wǎng)絡，只要有電線，就能進行數(shù)據(jù)傳遞，無疑成為了解決這智能家居數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴逊桨钢弧Ｍ瑫r因為數(shù)據(jù)僅在家庭這個范圍中傳輸，束縛PLC應用的5大困擾將在很大程度上減弱，遠程對家電的控制我們也能通過傳統(tǒng)網(wǎng)絡先連接到PC然后再控制家電方式實現(xiàn)，PLC調(diào)制解調(diào)模塊的成本也遠低于無線模塊。

5、應用領域

　　遠程抄表系統(tǒng)，路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)等）以及工業(yè)智能化（比如各類設備的數(shù)據(jù)采集）。在技術上，電力載波通訊不再是點對點通訊的范疇，而是突出開放式網(wǎng)絡結(jié)構的概念，使得每個控制節(jié)點（受控設備）組成一個網(wǎng)絡進行集中控制，目前在電力載波應用上具有網(wǎng)絡協(xié)議及網(wǎng)絡概念的企業(yè)不多，國外的有Echelon公司的Lonworks網(wǎng)絡，國內(nèi)的有KaiStar(凱星電子）電力載波遠程智能控制系統(tǒng)，Risecomm（瑞斯康）公司的瑞斯康智能控制網(wǎng)絡。他們的網(wǎng)絡協(xié)議都是根據(jù)國際標準協(xié)議EIA709.1,EIA709.2編寫的。

　　列舉三個應用領域的例子：

　　應用案例一：智能家居

　　智能家居控制網(wǎng)可用電力線載波技術來實現(xiàn)，其原理是將電力載波技術集成后嵌入到各電器中去，并利用家庭現(xiàn)有的電力線作為載波通信媒介，實現(xiàn)智能設備之間的通信與控制。智能家居控制網(wǎng)中智能電器的互聯(lián)互動，將為您帶來高品質(zhì)的生活體驗和生活享受：

　　隨時查詢所有電器狀態(tài)

　　任一開關集中控制家中所有智能電器設備

　　組開組關指定電器，如場景燈等

　　隨時掌握家庭安防情況，如防盜、火警、探測燃氣泄漏等

　　通過互聯(lián)網(wǎng)或電話對家中電器進行遠程控制

　　應用案例二：遠程抄表系統(tǒng)（AMR）

　　遠程自動抄表（AMR）系統(tǒng)是智能控制網(wǎng)的重要應用之一。它可以使電力供應商在提高服務質(zhì)量的同時降低管理成本；并讓用戶有機會充分利用各種用電計劃（如分時電價）來節(jié)省開支和享受多種便利。

　　系統(tǒng)功能特點

　　遠程自動抄表

　　遠程控制電表拉合閘

　　實時查詢用戶用電量

　　電表用量組抄或個別選擇抄讀

　　可與收費系統(tǒng)聯(lián)為一體

　　根據(jù)電網(wǎng)負載的峰谷時段分段電價

　　分時段抄表及計費

　　控制非法竊電行為

　　減少人力成本及管理成本

　　自動保存抄讀的歷史數(shù)據(jù)

　　統(tǒng)計電表數(shù)據(jù)，分析用電規(guī)律

　　估計線損和由電表計量誤差引起的自損

　　配電系統(tǒng)評估、供電服務質(zhì)量檢測和負荷管理

　　應用案例三：遠程路燈監(jiān)控系統(tǒng)

　　遠程路燈監(jiān)控系統(tǒng)利用電力載波技術通過已有電力線將路燈照明系統(tǒng)連成智能照明系統(tǒng)。此系統(tǒng)能在保證道路安全的同時節(jié)省電能，并能延長燈具壽命以及降低運行維護成本。

　　系統(tǒng)功能特點

　　全天候24小時自動監(jiān)控

　　電力載波通信終端硬件結(jié)構圖

　　監(jiān)控范圍可達數(shù)公里

　　加入自動路由功能后，監(jiān)控范圍成倍增加

　　單燈狀態(tài)檢測：電壓、電流、開關、溫度等

　　單燈故障狀態(tài)自動上報

　　照明系統(tǒng)節(jié)能控制

　　各類故障或異常情況報警

　　多種報警方式供用戶選擇

　　遠程報警信息送至控制中心或值勤人員手機

　　可與110等緊急呼救系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)

　　應用案例四：電梯實現(xiàn)遠程呼梯

　　電力載波系統(tǒng)：可實現(xiàn)戶內(nèi)智能呼梯、訪客智能派梯功能。

　　戶內(nèi)智能呼梯：業(yè)主出門時，按家中的智能呼梯按鈕，電梯自動向業(yè)主所住樓層?？?，業(yè)主出門乘梯，從而有效減少業(yè)主侯梯時間。

　　訪客智能派梯：訪客來訪，業(yè)主應答并為訪客開放單元門后，按智能派梯按鈕，電梯自動向一層?？?，同時，業(yè)主所住樓層按鍵解鎖，訪客進入電梯后，可直接按鍵前往業(yè)主所住樓層（其他樓層無權限）。

　　電力載波系統(tǒng)特點：此系統(tǒng)采用電力載波通訊方式，利用了大樓內(nèi)的原有電源線，無需重新布線，且安裝使用簡單，只需將智能模塊插在電源插座上即可，業(yè)主可根據(jù)自身需求方便選配，無需整體投資，從而降低大樓的整體投資成本。

　　電力載波在我國發(fā)展的現(xiàn)狀

　　在以數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信為主干線的覆蓋全國的電力通信網(wǎng)絡已初步形成、多種通信手段竟相發(fā)展的今天，電力線載波通信仍然是地區(qū)網(wǎng)、省網(wǎng)乃至網(wǎng)局網(wǎng)的主要通信手段之一，仍是電力系統(tǒng)應用區(qū)域最廣泛的通信方式，仍是電力通信網(wǎng)的重要的基本通信手段；從理論研究，到運行實踐，我們都取得了可喜的成效。

　　(1) 電力線載波無論是在所具有的規(guī)模范圍、裝機數(shù)量還是在從事人員數(shù)量上，都是空前的。在應用上，上至500KV線路，下至35KV乃至10KV線路，&127;都開通了電力線載波機。到“八五”初期，全國110KV及以上電力線載波話路公里數(shù)已達26&127;萬，目前已達65萬。電力線載波名符其實地成為電力系統(tǒng)應用最為廣泛的通信手段。

　　(2) 電力線載波通信綜合業(yè)務能力有了很大的發(fā)展，由過去單獨的調(diào)度電話業(yè)務發(fā)展到為開放電話、遠動、傳真、保護、計算機信息等綜合業(yè)務。如葛－滬±500KV直流輸電系統(tǒng)中，兩換流站的運行數(shù)據(jù)的控制信息通過長達1053Km&127;的載波電路傳送，實現(xiàn)了兩站間的相互自動控制。

　　(3) 載波技術裝備水平有了很大提高，從五六十年代雙邊帶電子管ZDD-I/2&127;、ZS-3等發(fā)展到今天的ESB500、ZDD-27/36等全集成化單邊帶載波機，并推出了數(shù)字式載波機。&127;在一些重大工程中還陸續(xù)引進了一些具有國際先進水平的載波設備，解決了實際應用中一些國產(chǎn)機暫時無法解決的問題，也為國產(chǎn)機的改進和提高提供了可貴的借鑒。

　　(4) 理論研究成果卓著。如在頻譜管理上，采用了圖論、地圖色理論和計算機技術，提出了分段設計、頻譜分組、電網(wǎng)分段或分區(qū)、頻率重復使用等，并開發(fā)出了軟件包，可實現(xiàn)用計算機進行設備管理、頻率管理、新通道設計和舊通道改造、插空安排設備等。為適應現(xiàn)代通信技術的發(fā)展，數(shù)字式電力線載波機的開發(fā)研制也取得了實質(zhì)性的進展。此外，傳輸理論、組網(wǎng)技術等方面的研究也不斷有新的進展。

　　電力線載波通信存在的主要問題

　　進入八九十年代以來，我國電力事業(yè)和電力系統(tǒng)以前所末有速度迅猛發(fā)展。大電站、大機組、超高壓輸電線路不斷增加，電網(wǎng)規(guī)模越來越大。電網(wǎng)的發(fā)展必然對電網(wǎng)管理和技術提出更高的要求，這就要求電力系統(tǒng)通信更加完善和先進。電力線載波由于其固有的弱點：通道干擾大、信息量小，再加上我們設備水平、管理維護等方面造成的穩(wěn)定性差、故障率高等不足，已顯得不能適應現(xiàn)代電網(wǎng)對通信多方面、多功能的要求；而與此同時，信息時代的到來，促進了全世界范圍內(nèi)電信科技的全面、多維發(fā)展，各種新興的通信技術不斷出現(xiàn)；通信設備性能越來越先進，價格越來越低廉。于是，數(shù)字微波、衛(wèi)星通信、光纖通信、移動通信、對流層散射通信、特高頻通信、擴展頻譜通信、數(shù)字程控交換機及以數(shù)據(jù)網(wǎng)等新興通信技術在電力系統(tǒng)中得以逐漸的推廣應用。

　　我們已經(jīng)看到，電力線載波已成為電力系統(tǒng)應用最為廣泛的通信手段，當然，其缺點和不足從中也得以充分體現(xiàn)；加之和其它新興通信手段共存，更顯示出了其局限。目前對電力線載波評價不高似乎已是比較普遍的現(xiàn)象。然而，仔細分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，其原因也是多方面的：既有技術上的，也有管理上的；既有設備制造、工程設計施工上的，也有運行維護上的；既有客觀上的，也有認識上的。

　　1、載波頻率分配使用中的問題

　　我國電力線載波頻率使用范圍為40～500KHZ，載波頻帶帶寬為4KHZ，所以在整個載波頻率范圍內(nèi)只能不重復安排57套載波機；而我們要使用的載波機要遠大于這個數(shù)目。實際上，即使在這個頻段內(nèi)的頻率，要完全利用也非常困難。在低頻段，存在著阻波器制作上的困難；高頻段，易受廣播信號的干擾，而且還要考慮線路對信號衰減的不均勻性等因素。而我們在對這有限的頻率安

　　排使用上，可以說不少地方做得并不好，造成了一方面是頻譜緊張，一方面又浪費頻率資源。

　　(1) 在頻率的安排上,有些地區(qū)安排頻率帶有很大的隨意性，&127;“見縫插針”，沒有長遠的計劃，以致于干擾嚴重，不斷改頻；有些則只注意本地區(qū)頻率規(guī)劃，結(jié)果即影響了別人，又影響了自己。甚至一些上級頻率主管部門，對頻率的管理也不夠重視，在分配頻率時也沒有嚴肅認真的科學態(tài)度和科學的方法。

　　(2) 沒有全局觀念、統(tǒng)籌意識，往往就事論事，就頻率考慮頻率。如現(xiàn)在比較普遍的情況是高頻保護占據(jù)單獨一相(A相)；如果改為與載波復用，&127;則可節(jié)省下保護占用的頻帶。再有，現(xiàn)在的通信網(wǎng)絡結(jié)構一般是點對點結(jié)構，通道占用多，利用率低，如改組成調(diào)度程控交換網(wǎng)，也可節(jié)省通道，并能達到靈活、可靠的效果。

　　2、電力線載波機的問題

　　不可否認，國產(chǎn)載波機無論是在技術性能、工藝結(jié)構還是在電路上，同國際上一些先進設備相比仍存在有很大的差距，從頻譜的利用率、自動增益控制(AGC)&127;范圍和靈敏度、載供系統(tǒng)的精度、濾波器的性能，到載波機整個通道頻率特性以及工作環(huán)境溫度范圍，都難以達到進口機的水平。

　　實際上，比技術先進更重要的是設備的可靠性和穩(wěn)定性。國外載波機平均無故障時間(MTBF)可達幾十年，在這點國產(chǎn)機是根本無法相提并論的——即使引進技術的國產(chǎn)化機如ESB500恐怕也不能保證達到甚至接近進口機的水平。

　　3、配套工程存在的問題

　　配套工程存在的問題主要有電源的可靠性不高和容量小、防雷技術措施不完善、儀器儀表配置不完備和落后等問題。無疑，這些問題的存在也在相當大的程度上影響了通信的可靠性。比如，有些地區(qū)由于電源引起的故障竟高達三分之二！雷雨季節(jié)由于雷擊而致使通信中斷的事件也時有發(fā)生。至于儀器儀表配置不完備和落后，更是直接影響了設備正常維護測試的質(zhì)量和速度。

　　4、管理運行上的問題

　　管理運行上的問題是比其它問題更突出的問題。多年來，我們的工作中一直不同程度地存在著重主機輕輔機、輕配套，重設備輕人員、輕管理、輕完善等現(xiàn)象，很多必須的工作都開展不力或根本沒有開展，造成新設備剛運行一段時間甚至一開始運行就出問題。舊通信系統(tǒng)、舊通道存在的問題，尤其涉及到多專業(yè)的問題，很多長期得不到解決。

　　(1) 領導重視不夠，對通信的重要性認識不足

　　(2) 基礎工作不扎實不健全

　　(3) 管理體制等方面上的問題

　　(4) 通信人員待遇低，通信隊伍穩(wěn)定性差