浅谈电力系统中载波通信的作用和意义

吴冕

【摘要】电力线载波通信（PLC）是电力系统特有的、基本的通信方式。对于低压配电网来说，许多新兴的数字技术，大大提高和改善了低压配电网电力载波通信的可用性和可靠性，使得电力载波通信技术具有更加诱人的应用前景。利用低压电力线来传输用户用电数据，实现及时有效收集和统计，是目前国内外公认的一个最佳方案。

【关键词】电力系统；载波通信

中图分类号：TM92

文献标识码：A

文章编号：1006-0278（2015）03-108-01

一、载波技术发展历程

20世纪80年代末至90年代中。在此阶段，电能表以机械电能表为主，采样方式主要采用脉冲采样和机械采样，存在一定误差，系统所采集的电能数据准确度较低，系统应用效果不够理想。

从上世纪90年代中到2001年，此阶段采集器向上传送的信道以电力线载波和无线微功率方式为主，电力线载波传输抗干扰问题仍是本阶段的技术难点，无线微功率受传输距离、建筑物阻挡、无线干扰等原因影响，抄表成功率也较低。

白2003年开始，随着电力线载波通信物理层调制/解调与纠错技术的不断发展以及半导体集成规模的不断扩大，采用复杂数字信号处理技术的超大规模电力线载波通信集成电路所能达到的抗干扰能力与其前几代产品相比，有了极大提高。

从2005年开始，国内几家大的电表供应商开始了以网络神经元芯片为核心技术的第二代载波通信产品的研发。部分企业开始采用先进的数字信号处理与信道编码技术，对通信频带做白适应选择的窄带调制/解调方式，芯片内部嵌入式微处理器来进行网络传输与信息安全控制等方式提高电力线载波通信芯片的质量，应用效果有待现场的考验。

二、电网环境对电力线通信的影响

根据国内将近二十年的现场探索与信道研究，制约低压载波通信覆盖率的主要原因是低压载波信道的信道衰减与干扰。据国内学者现场的不完全测试，从配电变压器到电网末端，在500khz窄带载波范围内，最大信道衰减可以高达130db；最大干扰源的幅度也能够达到90db，甚至更高。尤其严重的是信道的衰减与干扰是随机变化的，而且动态变化范围极大。

这是因为：电力线是给用电设备传送电能，而不是用来传送数据的，所以电力线对数据传输有许多限制：首先，配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送。其次，二相电力线间有很大信号损失（lOdB-30dB），一般电力载波信号只能在单相电力线上传输。第二，不同信号耦合方式使电力载波信号的损失不同，耦合方式有线一地耦合，线一中线耦合。第四，电力线白身的脉冲干扰，加大了应用难度。第五，电力线对载波信号有高削减。当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1欧姆以下，造成对载波信号的高削减。实践中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里以外，但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。第六，电力线上有高噪声。电力线上接有各种各样的用电设备，阻性的、感性的、容性的；有大功率的、小功率的。各种用电设备经常频繁开闭，就会给电力线上带来各种噪声干扰，而且幅度比较大。第七，电力线可使数据信号变形。电力线是一个分布参数的网络，不同点对数据信号影响不一样，同时电力线是时刻动态变化的，不同时间对数据信号影响也不一样，这就使发出的规则数据信号，经过电力线后，发生严重变形，必须加以特殊处理。

三、现有载波通讯技术路线分类

现有的低压载波通信芯片的技术可以从调制方式、传输速率、带宽等几个方而来分类。

从使用的带宽角度来说，电力线载波通信分为宽带电力线载波通信和窄带电力线载波通信。电力线宽带通信技术是利用电力线传输高速数据和话音信号的一种通信技术，是目前研究“四网（宽带数据网、电话线、有线电视和低压配网）融合”的关键技术之一。所谓窄带电力线载波通信技术就是指带宽限定在3-500kHZ，通信速率小于lMbit/s的电力线载波通信技术。

从技术发展的角度来说，电力线载波通信分为传统的频带传输技术和目前流行的扩频通信（SSC）技术：所谓频带传输就是用载波调制的方法将携带信息的数字信号的频谱搬移到较高的载波频率上。其基本的调制方式分为幅值键控（ASK）、频率键控（FSK）和相位键控（PSK）以及相关派生的调制技术。

四、载波通信在电力系统典型应用

集中抄表系统是以计算机应用、现代数字通信、电力线载波数据传输技术等为基础的信息采集处理系统，由主站、集中器、采集器、电能表，以及主站与集中器、集中器与采集器或电能表之间的数据传输信道组成。

集中抄表基本系统由主站、集中器、采集器、电能表四大部分组成：

·主站通常由通信前置机、后台工作站和数据库服务器和组成，可根據系统的规模进行合理的配置。

·集中器是系统中的中心通信节点，一个台区域通常配置一个，一个集中器可以采集该台区下的所有电能表、采集器的计量数据，并能控制它们的运行状态，并采集台区变压器运行参数。

·采集器用于采集多个用户电能表电量信息，并经处理后通过信道将数据传送到系统上一级的设备。

·电能表必须具备与采集器或集中器进行通信或数据交换的能力，其种类有具备载波通信能力的电能表、具备RS485总线通信能力的电能表、带有有功电能量脉冲输出装置的电能表，以及采用其它通信方式与上级设备进行数据交换的电能表。