电力线载波通讯技术在民用建筑能耗检测系统中的应用

章维扬　（安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230001）



电力线载波通讯技术在民用建筑能耗检测系统中的应用

章维扬（安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230001）

着重阐述了电力线载波通信技术在民用建筑能耗检测系统中的应用。城市建筑向智能化、信息化、节能化发展，低压电力线载波通信技术在建筑能耗检测系统中的应用，实现了数据可靠传输、远程智能监控，提高了监控的效率。文章主要就低压电力载波通信技术在建筑能耗管理系统中的应用进行分析探讨。

建筑能耗检测系统；电力线载波通信；建筑能耗监测

1　概述

1.1建筑能耗监测系统

建筑能耗监测系统是运用先进的测控技术、通讯技术和大容量、高效率数据采集技术，以多级服务器实现分布式能源数据采集的集中管理体系，为智能建筑的能耗设备管理提供必要的依据，实现对用户能耗设施、能耗细节和能耗趋势的全面掌控。更重要的是能耗监测系统可以对建筑内的能耗开展持续的节能减排工作，为用户提供能耗数据依据，对所计量的能耗数据作综合分析和评估，从中找出问题并采取措施，对不断提高能源利用率具有特别重要的意义。通过统计每一种能源分时分段消耗的数据、统计每一种能源总消耗的数据以及统计整个建筑的能源总消耗数据，对统计资料进行分析汇总，考核单项能耗和综合能耗两项指标，根据同期的数据库进行历史比较，找出降低能耗的潜力及措施。

1.2电力线载波通信

电力线载波通信（Power LineCommunication简称PLC），电力线载波是电力系统特有的、基本的通信方式,电力线载波通信是指利用已有的电力网,通过载波调制方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。具体的方法是在应用电力线通信方式发送数据时，发送器先将数据调制到一个高频载波上，再经过功率放大后通过耦合电路耦合到电力线上。该技术最大特点是仅依托原有的电力线网络，不需要重新布线，就能进行数据传递，具有施工简便、运行可靠，成本较低等特点。

1.3电力载波通讯应用模式

电力载波通讯应用模式分为用电信息采集模式和数据通讯模式。用电信息采集模式分为：大型专变用户的信息采集模式、公配变下单相和三相用户采集模式。通过远程抄表可对用户用电信息进行采集汇总，集中抄表终端包含集中器和采集器两个部分，采集模式分为三种方式：集中器+载波表；集中器+采集器+RS-485表；网络集中器+宽带载波采集器+RS-485表。数据通讯模式分为远程通讯和本地通讯两大类。在诸多通信媒体中（如：红外线、RS-485专线、无线电、电话线、光纤、电力线及同轴电缆等）电力线载波通信技术应该是最为经济、便捷、可靠的一种形式。

1.4电力线载波通信的特点

电力线载波具有通信距离长、投资少、施工工期短、设备简单及可靠性高的特点，在远距离传输数据时，对传输线路的要求较高，而应输电线结构坚固，安全系数比光纤高，运行更为可靠。这种廉价的、电力系统独有的信道资源应加以合理的发展，使之与高速宽带技术长期并存，互为补充。

数字通信是现代通信技术发展的方向，数字载波机由于采用语音压缩技术、正交幅度调制、自适应均衡、纠错编码以及回波抵消技术，数字通信的发展，给电力线载波通信开辟了极为广阔的前景，数字载波机极大地提高了传输容量，减少了电力线载波通信所需通道的数量，有效地节约了运行频率资源。采用数字通信技术对电力线载波通信网络进行扩展和改进，是未来发展的方向。

2　建筑能耗监测

2.1智能建筑节能检测

智能建筑的节能通常是由建筑节能、设备节能和管理节能三大部分组成。智能建筑能耗检测管理系统利用物联网采集到的数据，实现实时监测建筑中的所有能耗设备的能量使用状况，并通过计算数据发出控制指令来不断调节设备参数及工作状态，从而实现系统的智能化、节能化。

图1　能耗监控系统图

电力线载波技术可用来实现对智能建筑设备的集中或分散控制，其原理是将电力载波技术集成后嵌入到各前端、末端设备中去，利用建筑内现有的电力线路作为载波通信媒介，实现智能设备之间的通信与控制，达到智能建筑控制网中智能电器设备的互联互动。通过网络随时查询所有设备运行状态，通过集中器可在任一点位集中控制区域内所有智能设备。

2.2远程抄表系统

远程自动抄表系统是电力载波通讯在智能控制网的重要应用之一。系统功能特点：远程自动抄表、远程控制电表拉合闸、水泵阀门开合等，实时查询用户用能量值。在公共区域的用水环境中，可以采取以人流的高低对流量大小进行控制；对所有建筑的共公区域，在节假日期间进行节流、断水；还可安装漏水检测设备，因器具的损坏和人为原因造成的漏水、爆管能够及时发现及时到场维修。与物业收费管理系统联为一体，实现自动抄表及计费，控制非法窃电，减少人力及管理成本，自动保存抄读的历史数据等。

2.3远程路灯监测系统

近年来市政建设快速发展、政府大力加强推行节能减排工作，随着管理水平提高的要求和监控技术、图像监视技术、计算机信息技术的发展，使道路照明具有“五遥”（遥测、遥控、遥信、遥调、遥视）功能。

远程路灯监控系统是利用电力载波技术，通过已有的电力线路将路灯照明系统升级为智能照明系统。在保证道路安全的同时节省电能，延长灯具寿命以及降低运行维护成本。提供路灯照明设备的分回路、分区域、分时段的节能控制，按照度需求进行智能通断。实时监控照明设备的运行状态，实现远程集中控制。

远程路灯监控系统功能特点具有全天候、长距离自动监控，可细化到对单一灯具的电压、电流、开关、温度等状态进行单灯故障状态自动检测并上传数据。

2.4应用亮点

电力载波通讯系统技术在民用建筑设备能耗管理系统实现了对三表（电表、水表、燃气表）数据远程抄收及控制的应用创新和突破，完成了由人工逐户抄表、控制、管理、收费转换为自动化、信息化、网络化、智能化管理，系统可具有远程自动抄表、实时结算、价格变更、计量收费、实时监测、通断控制等各种人性化管理服务功能。可实现市政路灯、绿化灌溉、空调控制、供暖控制、公共用水、公共照明、景观照明、办公建筑、各种场馆等的节能降耗管理与科学调配管理。

数字通信的发展，也给电力载波通信提供了更加广阔的应用前景，有了数字载波机，信号的传输容量大幅度提高，减少了电力线载波通信所需通道的数量，有效地节约了运行频率资源。采用数字通信技术对电力线载波通信网络进行扩展和改进，是未来物联网发展的重要方向。

3　电力载波目前存在的问题

与10kV及以上中高压电力线作为信号传输通道不同，低压电力线载波通讯因为有以下缺点，使得目前市场还未能普遍应用。

①低压电力线上的负荷接入较多，电器频率特性各不相同，阻抗时变性和随机性大，很难达到阻抗匹配；

②电力线其自身存在固有的电磁脉冲干扰，对信号的影响较大；

③配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，使得电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送，这对网络的互联有很大的限制；

④由于电力线对电力载波信号的削减作用，当电力线重负荷运行时时，线路阻抗可达1欧姆以下，造成载波信号的高削减，传输距离也将大幅度减小；

⑤电力线上的高噪声、电力线引起的数据变形、防雷电技术措施不完善、专属仪器仪表配置不完备等问题的存在，也在相当大的程度上影响了载波通信的可靠性。

保证在电力线上进行数据通信可靠的必要条件是：信号的传输距离不能太远；传输信号的频率设在100～450kHz。目前，低压电力线载波通信正在向使用扩频技术的方向发展，用以克服电力通道特性的不理想。

4　结语

把载有信息的高频信号加载于电流，然后用电线传输，接受信息的调制解调器再把高频从电流中分离出来，以输电线路作为信号的传输媒介传送到电脑，实现信息的传递。目前，人们可以利用电力线来传输数据、电话、远动和远方保护信号等。由于电力线机械强度高，可靠性好，不需要线路的基础建设投资和日常的维护费用，因此电力线载波具有较高的经济性和可靠性，在民用建筑能耗检测系统中应该得到更广泛的应用。

[1] 杨刚.电力线通信技术[M].北京：电子工业出版社，2011.

[2]王昕.电力线载波通信系统存在的问题及解决方案[J].西南科技大学学报，2004(1).

TU111.19+5

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1007-7359(2016)03-0242-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.088

章维扬（1963-），男，安徽芜湖人，高级工程师，主要从事智能建筑及电气工程设计、技术管理工作。