電力載波通信技術(shù)分析應(yīng)用

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【摘要】高速電力線通信HD-PLC是利用現(xiàn)有電力線作為媒介，通過(guò)載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)，最高通信傳輸速度理論值可以達(dá)240Mbps。HPLC一直以來(lái)主要用于電力公司集中抄表中，應(yīng)用較為單一。近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，HD-PLC技術(shù)通信性能的提高和傳輸距離越來(lái)越遠(yuǎn)，從目前只應(yīng)用于配電領(lǐng)域，到尋求更廣泛的應(yīng)用深受各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的關(guān)注。本文從HD-PLC的基本技術(shù)規(guī)格，今后的技術(shù)發(fā)展，最新市場(chǎng)應(yīng)用做分析介紹。

【關(guān)鍵詞】HD-PLC；物聯(lián)網(wǎng)；諧振；損耗

1電力載波技術(shù)應(yīng)用介紹

HD-PLC高頻高速電力線通信（以下稱(chēng)高速PLC）的技術(shù)。主要目的是將高頻載波信號(hào)加載到電力線中傳輸出去，由此，不需要新的通信線路，利用原有的電力線，就可以對(duì)外傳輸信息。本技術(shù)不僅可以對(duì)現(xiàn)有的電力線，還可以對(duì)同軸線、雙絞線專(zhuān)用線等通信線重設(shè)數(shù)據(jù)信號(hào)。近年物聯(lián)網(wǎng)，智慧城市等概念發(fā)展，設(shè)備互聯(lián)互通造成的通信線路不足等問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，有效利用電力線通信這一點(diǎn)受到各行業(yè)的關(guān)注?？梢曰钣迷芯€路的優(yōu)點(diǎn)如下。（1）可以同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)電（電力）和弱電（通信）工程.（2）由于布線工程成本和工程調(diào)整成本以及工期大幅減少。（3）布線網(wǎng)變簡(jiǎn)單數(shù)量減少，從而帶來(lái)設(shè)備設(shè)計(jì)的維護(hù)性提高。（4）物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也有移動(dòng)終端。通過(guò)結(jié)合使用無(wú)線通信技術(shù)和HD-PRC的有線通信技術(shù)來(lái)使用，可以提供寬范圍、穩(wěn)定的通信。

2HD-PLC技術(shù)原理

PLC（PowerLineCommunication）的原理，在PLC通信中，在發(fā)送側(cè)利用短波波段進(jìn)行信號(hào)耦合發(fā)送，利用接收側(cè)的濾波器將電力和信息信號(hào)分離，從而進(jìn)行信息信號(hào)的交換。高速PLC利用短波的理由是，不易受到家電噪聲的影響，接收功率大，SN比大，來(lái)自家電和設(shè)備的諧振，低阻抗的影響比較小。壞處是，由于電纜長(zhǎng)度引起的高波衰減，傳輸損耗增大，長(zhǎng)距離化是一個(gè)難題，而低速PLC難以受到電纜長(zhǎng)度的影響，傳輸損耗也較小，因此可以長(zhǎng)距離化。但是在電器和設(shè)備周邊使用的時(shí)候，容易受到來(lái)自這些的噪音，很難取得SN。由于諧振的低阻抗區(qū)域，PLC信號(hào)容易被吸收并減少，利用區(qū)域狹窄，只能以數(shù)kbp的速度傳輸，高速化是不適合的。

3HD-PLC技術(shù)市場(chǎng)應(yīng)用

3.1BEMS建筑物能源管理系統(tǒng)

上海市迎來(lái)夏季的電力供求問(wèn)題十分嚴(yán)重，積極解決商業(yè)樓內(nèi)空調(diào)使用限制等電力不足的問(wèn)題。因此為了使商業(yè)樓內(nèi)的電力使用量“可視化”，推進(jìn)了導(dǎo)入BEMS的補(bǔ)助金政策。商業(yè)樓所有者活用這些政策，推進(jìn)著租戶導(dǎo)入電力智能儀表。該智能儀表不在電力公司管轄范圍內(nèi)，BEMS運(yùn)營(yíng)商采用了多功能智能儀表。多功能智能儀表以串行通信（RS485通信）為主流，因此布線工程（工程成本、高處作業(yè)對(duì)策和噪音對(duì)策）成為課題。因此，利用HD-PLC作為替代被引入。通信路徑通過(guò)地下配電盤(pán)內(nèi)的主機(jī)PLC調(diào)制解調(diào)器和大樓內(nèi)縱向電力線（三相四線），在各層配電盤(pán)內(nèi)的主機(jī)PLC調(diào)制解調(diào)器之間進(jìn)行通信。多功能智能儀表是子機(jī)，PLC調(diào)制解調(diào)器的RS485通信端口通過(guò)菊花鏈連接。每層智能儀表的數(shù)據(jù)以15分鐘的間隔被集成到抄讀到主機(jī)PLC調(diào)制解調(diào)器的客戶機(jī)服務(wù)器上，然后通過(guò)光纜或GPRS被轉(zhuǎn)發(fā)到云服務(wù)器，以此對(duì)電量進(jìn)行監(jiān)控，用用電量大的設(shè)施所有者進(jìn)行加稅等措施，減輕供電壓力。

3.2利用地下配電線路的智能街燈及監(jiān)控?cái)z像機(jī)

在中我國(guó)無(wú)論是住宅還是非住宅，高層建筑都很多，電梯內(nèi)的封閉事故已經(jīng)成為社會(huì)問(wèn)題。為此與當(dāng)?shù)鼐趾献鞯膬?nèi)部監(jiān)視照相機(jī)被引入，通信路徑繞電梯口的活動(dòng)電纜內(nèi)原有的同軸線，利用電燈線或通信線（維護(hù)用的備用專(zhuān)用線）。此前一直采用同軸模擬通信式監(jiān)視照相機(jī)，每當(dāng)電梯上升或下降時(shí)，受到驅(qū)動(dòng)馬達(dá)噪聲的影響，圖像中就會(huì)產(chǎn)生噪聲，因此采用了HD-PLC通信，相機(jī)圖像更加清晰明確，這題問(wèn)題得到改善。

3.3工程現(xiàn)場(chǎng)、煤礦監(jiān)控?cái)z像機(jī)

在以防止夜間材料盜竊為目的的監(jiān)視相機(jī)圖像的高畫(huà)質(zhì)化，以及煤礦現(xiàn)場(chǎng)的傳送帶發(fā)熱感測(cè)相機(jī)領(lǐng)域，從模擬相機(jī)開(kāi)始多功能數(shù)字網(wǎng)絡(luò)照相機(jī)進(jìn)化，HD-PLC通信的導(dǎo)入急劇擴(kuò)大。3.4地鐵內(nèi)的標(biāo)牌在北京地鐵電車(chē)內(nèi)，提示標(biāo)牌上采用了HD-PLC。標(biāo)牌的圖像噪聲混入是一個(gè)問(wèn)題。因此，利用現(xiàn)有的同軸模擬線采用HD-PLC通信，可以降低圖像噪聲，并得到改善。另外，在地鐵站內(nèi)，乘務(wù)員在電車(chē)平臺(tái)上使用的監(jiān)視器中也導(dǎo)入了HD-PICC“EOC”。

3.5視屏對(duì)講系統(tǒng)

近年來(lái)，在我國(guó)集體住宅樓門(mén)前強(qiáng)行闖入的情況多有發(fā)生。但是，作為玄關(guān)安全性，在公共玄關(guān)和戶宅之間一般使用門(mén)鈴和語(yǔ)音通話對(duì)講機(jī)。在那里，為了確認(rèn)開(kāi)鎖前的圖像，快速切換到開(kāi)鎖式耳機(jī)。在過(guò)去集體住宅小區(qū)里，溝內(nèi)有很多以太網(wǎng)布線。因此，各階層間的通信利用已有的LAN線路成為可能，在各層內(nèi)，利用已有的對(duì)講機(jī)用通信線的HD-PLC通信，在低成本短期工程中得到應(yīng)用。

4HD-PLC市場(chǎng)潛力分析

近年來(lái)低碳化社會(huì)和工程方案勞動(dòng)力不足等背景下，在生產(chǎn)效率化和現(xiàn)場(chǎng)可視化等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中形成了智能網(wǎng)格。智慧城市、智慧家庭、智慧小區(qū)、M2M、IoT、等民生領(lǐng)域。利用HD-PLC技術(shù)的智慧家庭系統(tǒng)，見(jiàn)圖1。圖1利用HD-PLC技術(shù)的智慧家庭系統(tǒng)智能生活，守護(hù)，4K8KTV等近年來(lái)利用通信的新市場(chǎng)，今后將越來(lái)越大。通過(guò)組合利用無(wú)線和有線通信技術(shù)，生產(chǎn)效率和現(xiàn)場(chǎng)可視化等新商業(yè)模式的利用更是引人注目。因此，作為通信手段主要采用無(wú)線通信的情況很多，便攜無(wú)線（4G、5G），無(wú)線LAN，藍(lán)牙，Zigbee，LPWA等在民生市場(chǎng)和業(yè)務(wù)市場(chǎng)中普及。但是，同時(shí)其通信障礙也在市場(chǎng)上被放大（通信障礙如：混凝土墻，被金屬覆蓋的外殼，建筑物的上下階層間，地下和地上之間，帶入的外來(lái)噪音和由于電波干涉的通信錯(cuò)誤等）。今后，盡管無(wú)線技術(shù)仍將繼續(xù)進(jìn)化，但結(jié)構(gòu)障礙和電波干擾等基本課題的解決方法仍不明確。另一方面，作為解決這些問(wèn)題的手段，有光纜、LAN布線、專(zhuān)用線等有線通信的利用，但對(duì)于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)物在構(gòu)造上和外觀上都有所影響，或者在工期上的限制等有不少難以引入新線路。在這種情況下，引用通信技術(shù)高速HD-PLC是非常有市場(chǎng)需求的。無(wú)需布線施工：電源插座即是通信網(wǎng)絡(luò)入口；在家電中嵌入載波通信模塊，通電即可入網(wǎng)連接簡(jiǎn)；僅需連接電源即可完成網(wǎng)絡(luò)連接可兼容Wifi、Zigbee、Bluetooth等無(wú)線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)HEMS、BEMS、HAN組網(wǎng)通信。高速PLC領(lǐng)域的市場(chǎng)需求及發(fā)展方向：（1）追求通信穩(wěn)定性/高安全性/長(zhǎng)距離化/多臺(tái)連接/低消耗功率。（2）積極制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)方案。（3）應(yīng)用在發(fā)生無(wú)線通信故障的場(chǎng)所以代替無(wú)線通信。（4）應(yīng)用場(chǎng)所低成本領(lǐng)域（利用現(xiàn)有線路提高工作效率、削減工程費(fèi)、縮短工期等）。

5結(jié)語(yǔ)

在HD-PLC上，為了應(yīng)對(duì)這些市場(chǎng)變化，將從電力領(lǐng)域等基礎(chǔ)領(lǐng)域的利用擴(kuò)大到產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的利用范圍。它所激發(fā)的巨大市場(chǎng)潛力己促使我國(guó)眾多的企業(yè)毅然投入到這一領(lǐng)域的研發(fā)之中。可以相信，電力線載波通信的明天是輝煌的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]徐永森.低壓電力線載波通信技術(shù)淺析[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（3）:38.

[2]牛東文，張保會(huì).電力線載波通信在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究[C].

作者：黃吉濤 武占俠 王強(qiáng) 冷安輝 單位：國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司