电力载波通信未来应用方向研究

【摘要】介绍了电力线载波通信技术的定义，技术特点。讨论了我国目前电力线载波技术应用现状，以及载波技术在应用中所具有的优势。阐述了载波技术的发展情况及未来的应用方向。

【关键词】载波通信电力通信

一、引言

电力线载波技术作为市电力系统特有的一种通信方式，主要满足电力调度通信的需要，是电力系统运行、控制、维护和管理的一种重要工具[1]。近年来随着光纤通信技术的蓬勃发展，以SDH、WDM等技术为代表的新一代通信技术逐渐占据主流，载波技术在电力通信新增投资中所占比例越来越小。其应用已经从电力系统通信的主要方式转为备用通信方式，电压等级也已经向配网倾斜。

作为一种低投入，见效快的通信方式，载波技术在数字化[2]之后仍有许多无可比拟的优势，例如网络范围可以无限大，载波技术可以渗透到输电网络的每个角落；投入成本低廉，无需额外敷设通信线路；可以与电源同时在线等。如何在新的环境下，在智能化的发展中，找准电力载波设备的应用需求并做技术改进，提高现有载波设备利用率，更好的为电力系统运营服务，是本文考虑的问题。

二、电力载波通信技术介绍

电力载波就是利用专门的调制解调器，将通信信号调制到电力线路上进行传输的方式。电力载波通信模型一般包括通信管理模块，载波调制解调模块，耦合模块，其中调制解调模块的效率直接影响载波通信质量。模型图如下所示：

通信管理模块主要由主控芯片组成，管理电源，提供时钟等，新型的载波设备调制解调模块通常都已经数字化，借助先进的DSP处理芯片，实现信号的快速变换；耦合模块主要由结合滤波器，耦合电容器和高频阻波器组成。

电力网络的阻抗特性及衰减制约了信号的传输距离，低压电力线的噪声干扰又制约了信号的传输质量[3]，要想把电力线变成理想的信道，必须进行调制。其调制方式从FSK，PSK，到DSS直接序列FH跳频，CHIRP宽带线性调频，OFDM正交频分等不断演进，其信道的有效频谱利用率和抗突发干扰噪声的能力越来越强。

三、载波技术在电力系统的应用现状

从七十年代开始，模拟制式的电力载波机已经较为成熟。随着技术的发展，到八十年代中期，载波技术开始了单片机和集成化革命，一些小型化的多功能载波机开始应用。到九十年代中期，结合了DSP功能的软件调制技术和增益控制技术的数字化载波机开始流行，而全数字化载波机的问世，进一步提高了通信容量和信道可靠度，使得高、中、低压电网上都开始应用载波技术。

长久以来，载波技术一直是电力通信网的基础通信网络，在调度、远动、保护等方面发挥了重要作用。随着电网规模的增大，其对管理和技术提出更高的要求，电力线载波通信由于其固有的弱点：通道干扰大，容易产生反射、驻波、谐振等现象[4]，传送信息量小，管理维护造成的故障率高等，已经不适应现代电网对通信多方面、多功能的要求。

随着光纤通信的发展，载波通信已经慢慢变成辅助通信方式。由于我国电力通信发展水平的不平衡，在一些不发达省份，载波通信技术在高压电力线路属于主用或备用通信方式，在中低压电网仍然是主要通信方式。而在一些发达省份或地区，主要的站点和线路的通信方式早已升级为可以传送大信息量且可靠性高的光纤通信。可以预见，随着经济和技术水平的提高，高压线路的载波通信必将被更加可靠的光纤通信取代，而中压线路和站点的通信方式将由其是否属于骨干线路来决定是否淘汰载波设备，唯一无法取代载波通信技术的的就是低压配电线路。

四、未来载波技术应用方向

4.1电力通信

在35KV及以上的高压电力线路中，载波设备的升级或者淘汰将不可避免，但是偏远地区的变电站，通信光缆难以敷设的地区，载波技术仍会继续发挥作用。而且随着载波技术的不断升级，除了提供电话，保护等功能外，计量、生产管理、营销管理等功能也将被应用到载波技术上，在光缆无法到达的地区，这种载波通信方式将仍然是主流通信通道。同时，由于电力通信规程规定，站点的通信必须有两条不同物理路径的路由，这就表示，在升级单一光缆通信的同时，载波通道仍会作为一种备用的通信通道保留下来。

智能电网的兴起，使得配电网负荷实时统计控制和智能化调度切换显得尤为重要，而配电网通信末端的载波设备由于其明显的成本优势和地理优势，如果作为“最后一千米[6]”的接入网来考虑，其在智能电网的建设中会发挥更加重要的作用。另外，微型电网技术在近年来得到迅速发展，因为其规模灵活，移动性强，地域限制小等优点，带来了与主网通信上的不便，这使得以往由调度中心统一判断、调度的集中式控制方法难以有效运行[7]，而通过电力线通信的载波技术无疑是这种新型电网通信的最佳解决方案之一。

4.2智能家居

智能家居是指利用综合布线技术，网络通信技术，安防和自动控制技术等将家居生活有关的设备集成控制的一套系统。由于现有家居很多不具备联网通信功能，需要一种具备载波通信功能的智能插座，利用家用220V电力线作为家用设备的载波通信通道，通过嵌入式系统感应，自动控制家用设备的电源，既可以达到人走断电的节电效果，又可以检测配电网负荷情况，并利用户外配电线路与配电调度主端进行通信，智能收集负荷，方便调度。

同时，使用扩频通信技术将配网电力线作为上网通信路由已经得到实现，德国已经研制出“电网在线”技术，通过公共电网的电力线来代替传统的电话网络实现数据传输，只需要一台专用的调制解调器插入电源插座，即可实现上网。

按照致力于制定家用电力线网络通信技术标准的“家庭插电联盟（HPA：Home PlugPowerline Alliance）”推出标准的描述，只需要在事先安装好的插座上插入电源插头即可构筑起电力线家庭局域网，其传输速率可达14Mbit/s[8]，未来仍有很大提升空间，发展潜力巨大。

五、结论

可以看出，载波通信技术虽然在中高压电力网中应用在逐渐减少，但是由于其便利的架设条件，这一技术在低压配电网中的应用开发才刚刚兴起，随着信息技术的发展和智能电网的建设普及，多样化的通信技术得到长足发展，而载波技术作为一种成本低廉而又开发潜力巨大的通信方式，必将会在未来发挥更加重要的作用。

参考文献

[1] Baid A. Opening up powerful lines of communication[J]. Potentials，IEEE，2005，24（5）：41-45.

[2]舒辉.低压电力线载波通信技术的应用和发展状况[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2008，13（3）：37-40.

[3]杜琼，周一届.电力线载波通信技术[J].华北电力技术，2005，2： 46-47

[4]蔡伟，乐健，刘开培，等.基于信息节点的智能配电网中压电力线载波通信信道建模方法[J].中国电机工程学报，2012，32（028）：150-156.

[5]何海波，周拥华.低压电力线载波通信研究与应用现状[J].继电器，2001，29（7）：12-16.

[6]林建华.电力线宽带载波通信在智能配网中的应用[J].电力系统通信，2011，32（8）：74-77.

[7]王成山，余旭阳.基于Multi-Agent系统的分布式协调紧急控制[J].电网技术，2004，28（3）：1-5.

[8] Mainelli T.Power-Line Network Makes Progress[J]. PC World，2000 06- 06（1）