鐘 菲，劉 洋，張學(xué)敏，趙紫斐

（1.長春工程學(xué)院，吉林 長春 130012；2.吉林省配電設(shè)備自動化產(chǎn)業(yè)公共技術(shù)研發(fā)中心，吉林 長春 130012）

1 智能電網(wǎng)和電力線通信

智能電網(wǎng)是集成現(xiàn)代電力工程技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)、儲能技術(shù)、高級傳感技術(shù)、監(jiān)測控制技術(shù)、信息處理技術(shù)與通信技術(shù)的新型輸配電系統(tǒng)。它的主要特征是信息化、自動化和互動化。智能電網(wǎng)需要建立一個高速、雙向、集成、實時的電網(wǎng)通信系統(tǒng)。電力線通信（Power Line Communication，PLC）可利用現(xiàn)有的交流電源線作為通信線路，節(jié)約了基礎(chǔ)建設(shè)的投資和運行維護成本，成為構(gòu)建智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)的優(yōu)選。它首先把載有信息的高頻加載于電流，其次用電線傳輸接受信息的適配器，最后把高頻從電流中分離，并傳送到計算機或電話，以實現(xiàn)信息傳遞[1]。目前，國內(nèi)電力線組網(wǎng)的傳輸速率已經(jīng)可以達到500～1 000 Mb/s。相比于300 Mb/s的無線網(wǎng)絡(luò)，它的優(yōu)勢明顯[2]。

2 電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)通信方式

目前,我國電力系統(tǒng)按照距低布線和成本需求，通過供電力用戶電能信息采集系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹髁魍ㄐ欧绞娇蓺w納為無線通信、電力光纖專網(wǎng)和無線移動專網(wǎng)。這三種方案各有其優(yōu)勢和劣勢。無線通信的優(yōu)點是無線通信技術(shù)成熟，通信容量不受限制，速率較高，但由于公網(wǎng)受攻擊和干擾較多，通信可靠性較低，系統(tǒng)運行維護費用高。光纖專網(wǎng)通信綜合應(yīng)用了多重業(yè)務(wù)，但由于我國發(fā)展不平衡，地域存在多樣化，而一些必須布線的邊遠(yuǎn)地區(qū)和山地等地貌環(huán)境復(fù)雜，光纖及硬件設(shè)備成本較高，不適合發(fā)展光纖通信[3]。電力無線專網(wǎng)的系統(tǒng)成本低，運行維護費用低，但專網(wǎng)信道容量有限，無法滿足智能電網(wǎng)的綜合應(yīng)用。

3 新一代電力線通信

電力線通信早在20年前就被用于中壓領(lǐng)域，以達到控制電網(wǎng)的目的。但是，由于信道輸入阻抗不匹配，導(dǎo)致信號傳輸過程中產(chǎn)生多徑效應(yīng)和頻率選擇性衰落。此外，信號在傳輸過程中受信道內(nèi)部和外部的影響，呈現(xiàn)出明顯的非線性和非平穩(wěn)性特征，信號損失大，易受噪聲干擾。電力線通信采用窄帶單載波BPSK、FSK調(diào)制，傳輸速度只有幾兆，傳輸距離只有幾米[4]。隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，調(diào)制解調(diào)、正交頻分復(fù)用（OFDM）、信息編碼、跳頻、網(wǎng)絡(luò)自組與重構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)路由等新技術(shù)逐漸被用于電力線通信，改進了電力線通信的信道編碼、調(diào)制算法和功率控制，有效減弱了多徑傳播、頻率衰落和噪聲干擾，形成了新一代PLC通信[5]。新型的PLC通信是一種新型的寬帶技術(shù)，可以利用遍及各地的電力線作為傳輸媒介，承載語音、數(shù)據(jù)和圖像的傳播。目前，新一代電力線通信主要用于中壓輸電網(wǎng)、低壓輸電網(wǎng)、電網(wǎng)負(fù)載控制、供電管理和電力線自動抄表等領(lǐng)域。未來，它主要拓展至寬帶業(yè)務(wù)、智能小區(qū)、電網(wǎng)管理和物聯(lián)網(wǎng)等方面。

4 電力線通信的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，眾多家庭聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中，絕大部分中國家庭仍然選擇無線方式，而歐洲和北美則更多采用電力線（PLC），因為這些國家IPTV（Internet Protocol Television）的成熟度比中國高。2007年12月，IEEE工作組發(fā)布IEEE 1901標(biāo)準(zhǔn)（高速寬帶PLC標(biāo)準(zhǔn)），支持達500 Mb/s的物理層傳輸速率。2017年10月，全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體供應(yīng)商意法半導(dǎo)體（ST）推出新的模塊化PLC調(diào)制解調(diào)器芯片組。我國低壓電力線載波行業(yè)起步較晚，發(fā)展緩慢。2015年后，隨著PLC技術(shù)的突破，開始應(yīng)用于智能電網(wǎng)、工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)以及家庭網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。目前，國網(wǎng)已經(jīng)基本完成了智能電表的改造，采用的是電力線載波通信技術(shù)。2017年9月，華為與IEEE PLC-IoT IC正式建立合作伙伴關(guān)系，共同推進PLC-IoT產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展，并在全球范圍內(nèi)推廣和應(yīng)用IEEE P1901.1標(biāo)準(zhǔn)。

5 新型PLC的應(yīng)用

智能電網(wǎng)主要通過智能電表、遠(yuǎn)程抄表、動態(tài)監(jiān)測電能利用情況，實現(xiàn)電能的動態(tài)調(diào)度。目前，我國已將電力線通信應(yīng)用于智能抄表系統(tǒng)。電力線抄表系統(tǒng)能夠自動采集各種計量表的讀數(shù)，如電表、水表和煤氣表等。系統(tǒng)以計算機為基礎(chǔ)，以電力線為載體，采集各種電表的數(shù)據(jù)信息，不僅減少了成本，而且利用計算機的強大功能自動形成電費表格。此外，自動抄表系統(tǒng)可以省去用電中間層，促使居民的用電價格更加優(yōu)惠?；谏鲜鰞?yōu)點，電力線通信的發(fā)展前景不可估量。

6 智能電網(wǎng)—電力線通信的未來

電網(wǎng)的信息交互和電力傳輸?shù)母咝?、可靠性和安全性，都依賴于有效的信息通信技術(shù)。電力線通信技術(shù)是智能電網(wǎng)發(fā)展的中流砥柱。通過電力線通信精確高效地采集、傳輸電網(wǎng)中運行的電力設(shè)備信號，可實現(xiàn)數(shù)字化顯示電網(wǎng)運行狀態(tài)，并準(zhǔn)確分析電網(wǎng)的運行狀態(tài)。通過智能自動化的二次設(shè)備和一些其他監(jiān)測設(shè)備，可提高電網(wǎng)自動運行能力，實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化管理和控制，實時互動和分析電力信息。但是，PLC通信的可靠性受電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和信道噪聲的影響，如何降低信道編碼的誤碼率，提高信號傳輸質(zhì)量，是電力線通信需要進一步研究的問題。