电力线载波通信技术的发展及特点

吕 剑，李 森

（西安特锐德智能充电科技有限公司，陕西 西安 710003）

0 引 言

电力载波通信是一种以高压电力线、中压电力线以及低压电力线为信息传输媒介，进行语音和数据传输的特殊通信方式。随着国家智能电网的建设，电能计量自动化已成为智能电网发展的基础。借助电力线载波通信能有效实现电能计量的自动化。目前，电力载波技术还在不断发展，社会的需求也在不断增加，使得中、低压电力线载波通信技术拥有广阔的发展空间。电力通信的广泛应用，给该行业未来的发展提供了良好的基础。

1 电力线载波通信发展现状

电力通信网很好地保障了电力系统运行的安全性和稳定性。在实际通信过程中，对信息的可靠性和传输速度的要求很高。目前，世界上很多国家都建立了电力系统专用通信网，用来保证传输的稳定性。电力线载波通信网是电力通信的基础网络。我国对电压等级超过35 kV的输电线路开通了电力线载波通道，构成了一个大型的电力载波通信网，主要供市级及市级以下的变电站和大用户使用，用于调度通信、远动通信以及综合自动化通信[1]。

随着数字媒体的发展，该技术对通信速度的要求越来越高。为保证传输的高效性，要求当前电力线载波不能只是简单完成电力通信及电网和数据的信息交互。从实际的发展现状来看，我国电力通信发展水平参差不齐，电力通信规则要求每个变电站必须有两种以上的通信方式和能互补的电信通道。此外，我国电力线载波通信的市场需求很大，要求相关研究人员加强在电力载波功能上的改革。

2 电力线载波技术的特点

2.1 可靠性要求高

电网调制信息非常关键。为隔离电压保证系统的安全作业，对电力线载波机的要求非常高，设备出厂前要进行严格的检测。国家对该项设备有强制性规定，国家质检总局也建立了强制性生产许可证管理制度，严格把控每个环节。随着社会和科技的进步，开始出现如调制解调器和继电保护收发器等多种电力通信装置[2]。

2.2 线路噪声大

电力载波通信的缺点是噪声干扰。在高压电路中，游离放电和绝缘子放电等都会产生较大噪声，这种噪声在突发状况下还会伴有高电平。为得到更好的信噪比，应选择输出功率较大的电平载波机。低压电力线载波通道的噪声干扰通常有脉冲噪声、同步和非同步噪声以及无线电广播等。

2.3 线路阻抗变化大

高压电力线的正常阻抗范围在300～400 Ω。当通道出现缺陷或容性负载时，载波通道的阻抗值会发生变化，从而导致通信中断。对于低压用户配电网，载波通道的变化更大。负荷较大的情况下，线路阻抗不足1 Ω，对载波信号的传输影响较大，所以载波装置不能用固定的阻抗进行输出。

3 低压电力线载波通信原理

低压电力线载波通信是将低压电力线路当作载波传输媒介的通信方式。在电力线路的载体上，有很多频率范围在100 kHz～20 MHz的噪声。为确保信息的有效传输，必须将原始信号进行一次或者多次调制，使信号频率保持在不同线路的传输频带上。放大调制后的高频信号，耦合到电力传输线上进行信号传输。在另一个接收端，信号被解调后，载波处理器会接收到有效的载波信号。模拟信号与数字信号相比，更容易受到外界因素的干扰，所以调制时将信号调制成不易干扰的数字信号，原理如图1所示。

图1 低压电力线载波通信原理图

3.1 扩频载波通信技术

扩频载波通信技术的原理就是将发送的信息展宽到比信息带宽的频带上，在通过接收端来接收信息，并使其恢复到信息带宽。扩频载波通信技术利用伪随机编码来调制需要传送的信息，并在频谱扩散后进行传输，在其接收端也使用同样的编码，来进行解调和处理。结合科学理论依据，如果适当增加频带的宽度，便可以在信噪比低的情况下，利用同样的信息率来进行信息传输，且差错概率小。由此也可以看出频谱扩展技术能够隐藏信号，而且抗干扰能力强，能够很好的适应低压电网中的噪声干扰。

3.2 正交频分复用原理

正交频分复用技术是通过子信道的相互重叠，并结合并行数据传输技术和正交频分复用技术来传输数据，是一种利用多载波来进行调制的技术。在应用这项技术时，可以将待传输的信息分成多个子信号，再利用子信号来调制多个相互正交的子载波，然后同时发送出去，再接收端进行相应的数据整合，以此来提高数据的传输效率。并行数据的传输可以提高信号的扩散效率，来缓解脉冲干扰噪声的影响。在低压电力配电网上，要想达到高速数字传输的目的，就可以选择正交频分复用技术，将其与信道编码与交织技术结合起来，能够保证通信的可靠性、有效性。

4 低压电力载波通信的关键技术

4.1 直接序列扩频技术

这项技术通过发送端利用高速率扩频序列扩散信号频谱，在接收端用一样的扩频码序列实现信号的扩散，并还原接收到的信息。这种技术抗干扰能力较强，使用时不会影响到其他信号，且信号不会被其他装置拦截，可靠性高。

4.2 多载波码分复用技术

多载波码分复用技术的原理是将正交频分复用技术直接作用在载波码分复用上。首先将每个信号进行扩频，扩频后将所有芯片都调制到一个载波上，由信道进行传输。接收到信息后，要实现正交频分复用的解调和解扩，使各并行和串行间进行有效交换，从而恢复和检测原始信号。多载波码分复用技术的抗干扰能力非常强，而且频带利用率高，能有效避免因时延扩展引起的负作用。与正交频分复用技术相比，多载波码分复用技术的优势在于能有效克服子载波衰落[3]，仿真原理如图2所示。

5 低压电力线载波信息技术的应用

5.1 在集中秒表上的应用

远程秒表实时将居民所用水、电以及燃气表盘的数据传递给控制中心，做到分时段计价，并由控制中心合理供给[4]。这种秒表的核心是远程通信，即读取表盘上的信息后，通过远程通信方式进行传输。目前，这项技术的应用已经趋于成熟。

图2 多载波码分复用的仿真原理图

5.2 在智能家居上的应用

目前，智能家居越来越普遍，给电力线载波技术提供了新的传输信号。但是，因为目前智能家居所处的环境比较复杂，传输时很容易发生串号和损耗问题，所以制定了相应的通信协议。所有电力线辅助设备如开关和传感器等，都应该遵守这种协议，使不同厂家生产的电气产品相互兼容，以完成相互间的交流。目前，我国电网电路间尚存在一定的干扰，在进行区域性交流时，可能会出现一些失误，导致信号传输失败。

5.3 在路灯控制上的作用

路灯作为耗电量较大的用电设备，利用低压电力线载波通信技术可以将路灯的传输电力线当作通信渠道，并以此来传输信号。利用该项技术，可以在没有额外低压电力线敷设的情况下也能进行远程信号的传输，并实现通信。这种信息传输的通信方式，其原理就是利用LC谐振电路以及功率放大电路将信号调制到高频载波上。但是要达到这一目的，还需要安装调制设备及载波终端机等用来辅助电力传输的设备。利用载波技术来实现通信，确保路灯能够按照日升日落来控制开关时间，并且还能遵循天气变化来自动调节光照强度，通过这样的方式来控制路灯，能达到节能环保的目的。

6 低压电力线载波通信技术的发展前景

我国低压电力线载波通信技术虽然发展较晚，且与发达国家还存在一定的差距，但是我国的市场需求非常大，所以发展空间广阔。国家电网的波阻抗会给通信造成干扰，在传输过程中易产生损失和辐射，导致信号减弱，所以解决波阻抗问题，降低辐射干扰是当下低压电力线载波技术需要克服的关键问题，同时也将实现远距离大容量载波通信的大规模发展。另外，扩频技术将结合调制设备和传输技术共同发展，增加载波信号传输的容量，且具有很高的稳定性[5]。随着市场的发展，低压电力线的有关产品如通信芯片、前端自适应滤波以及通信协议等得到了更大的发展，未来的发展前景不可估量。

7 结 论

随着国家电力行业的不断发展，电力线载波通信技术的成熟度不断提高，已成功应用于高压、中压以及低压等领域，其中低压电力线载波通信技术的应用尤为广泛，对国家智能电网的发展起着重要作用。与发达国家相比，我国在电力线载波通信技术的设备方面还不够成熟，但作为全球最大的发展中国家，我国有着完善的输配电力线网络，发展潜力巨大。