宽带电力线载波通讯和智能电网浅谈

宽带电力线载波通讯和智能电网电力线载波通讯――PLC，是一种通过电线进行数据传输的通信技术。换句话说，PLC是利用现有电网作为信号的传递介质，使电网在传输电力的同时可以进行数据通讯。这种方式能够有效监测和控制电网中的电力设备、仪表以及家用电器。同时，电力线载波技术即插即用，大大提高了生产、工作和生活效率，在很大程度上节约了布线施工成本，而且其稳定、可靠、丰富的资源系统也易于获取。上述种种特点及优势使其相比较其它通讯方式更胜一筹。目前，电力线载波技术日渐主导电力系统和民用生活的通讯方式。根据载波频率、载波速率、载波调制方式，行业内部分为两大阵营：低速窄带阵营采用1～500kHz的频段载波，速率通常在1.5～10Kbps之间，简单的OFDM扩频调制方式；高速宽带阵营采用1～30MHz的载波频率，速率通常在1～200Mbps之间，基于成熟的DMT的调制方式。近年来，国内外开始普遍向宽带高速率PLC转移，通常称之为宽带电力线载波技术或称之为BPL。对比项目高速宽带低速宽带稳定性（针对信噪比-SNR）载波频段广泛地分布在1～30MHz之间，载波信道多达256/1024个(低速24Mbps/高速200Mbps），同时每只信道宽大，不会被集中干扰，不会出现断线现象，保障实时监控动态范围广。因为载波频段集中在低频，信道过少，且每个载波信道相对狭窄，容易收到集中干扰而丢失网络链接，无法实现实时监控；动态范围低。禁用频段限制先进的滤波技术加上自动规避禁用频段的方式，保证了对频段使用的安全性和可靠性。因为载波频段靠近AM，国内外某些厂商的滤波技术依然无法有效地防范禁用频段侵入，制约了正常发展。通讯速率低速时保障24Mbps的通讯速率，高速系列产品可达到200Mbps的通讯速率，最大程度地保证了大数据量的通讯质量，同时可提供多媒体声像等服务。通常在2.4～9.6Kbps之间，无法保障大数据流量的实时监控。调制方式和效率基于OFDM/DMT的多波载波（Multi-Carrier）调制方式可达到1，2，3……bits/s/Hz。从宽带效率上来看，单波载波、多通道以及扩频等调制方式都无法提高载波效率（2bits/s/Hz）。技术先进性综合各学科的世界级领先技术，并且每天都在进行着技术革新和创新的研究。教科书级的传统技术，无法满足日新月异的高科技需求。信息论的相关技术和算法应用较少，大量依靠硬件实现。芯片功能采用ARM9和ARM11的32位内依旧采用8051系列8位或核，提高了芯片和系统的处理能力，使得高级算法和大量的计算从而得到实现。者16位单片机作为内核，功能和效果相对较差表1宽带载波和窄带载波技术比对表宽带电力线载波的优势宽带电力线载波之所以优于窄带电力线载波技术，可从表1的比对中获得一瞥。不同于传统的OFDM方式，基于OFDM的DMT技术使用自适应载码算法瞬时计算所有子通道中的信噪比，根据其结果动态地为各信道添加负载（从0－bit负载～3或10～bit负载），同时预测下一瞬间的信噪分布并自行学习电网干扰概算，有效规避干扰，优化载波质量，并从根本上降低了宽带载波芯片的功耗，从而做到＜0.9W。基于宽带电力线载波的智能电网（BPL－AMI）宽带电力线载波技术诞生伊始，其目的是为了解决最后一公里的问题，并提供高速的互联网接入服务，近年来主要趋向电力设备通信。随着公用事业部门对于信息化改革要求的日益挺进，智能电网的概念也不禁悄然出现。智能电网的应用非常广泛，包括AMR（远程抄表）、负载控制、变压器监控、电能质量远程测量、安全监视、分时费率（TOU）、动态计费和其它各种增值服务等，例如电力线电话和互联网信息服务。尽管其它各种网络通讯技术在智能电网的实现过程中百家争鸣，但宽带电力线载波技术无论在可行性、最优控制、成本、铺设等诸多因素中更拔头筹。其中最令人瞩目的、也是最重要的一个原因就是宽带电力线载波技术仅仅使用电网中现有的基础网络作为构架，无需另外花费安装和租用线路和设备、主站和主站、中心和局部的网络通讯。同时，宽带电力线载波通信可实现庞大数据稳定可靠的双方向实时传输，为电力公司、甚至物业部门有效规划和管理各种服务提供了便利条件。此外，宽带电力线载波提供足够的带宽，不仅提高了通讯性能，同时确保大范围、全面整合覆盖电网中的节点和设备，在数据流量和稳定性方面，具有窄带电力线窄波不可比拟的优势。基于宽带电力线载波（BPL）的远程抄表系统AMR（远程抄表）是智能电网系统中最基本的应用，宽带电力线载波电能表是其实现过程中最重要的环节。远程抄表（AMR）是把电能表以及其它接入电能表中的仪表（水、煤气）使用量通过电力线传输到数据库服务器，并进行计费和使用量数据分析，也就是说用电（水、煤气）收费将无需依靠人工上门、估算等原始落后的方法来实现。同时供需双方能更好地进行互动，进而提高服务质量，拓展业务渠道。另一方面实时精准的用电数据确保供电部门得到一手的、丰富的信息资料。例如，按使用时间分为计费、用电特征、用电习惯、负荷曲线记录、停电报警、窃电报警、需量预测、漏电记录、远程切断等各种传统方式无法及时获取的信息，用以建立更加准确的数学模型，科学实现节能减排的大目标。除此之外，传统电能表很容易遭受破坏和篡改，致使国家和公共事业部门的资产和资源的大量流失，尤其是全球范围内的窃电问题。想要解决和防止这种不良现象的发生，远程监控和计量是一种最佳方案，这也是各国电力公共事业部门积极探索智能电网的重要原因之一。宽带电力线载波电能表是下一代智能仪表的发展趋势。电力公司将通过自有的电力线网络构架，加快并实现信息化电网的改造进程。作者简介：白皞，圣元景科技有限公司市场部总监，毕业于英国谢菲尔德大学自动化系，博士期间专攻航天数据建模和分析，为IEEE信息科学协会会员。