電力線(xiàn)通信怎樣實(shí)現智能電網(wǎng)連接

中心議題：
* 定義PLC
* 窄帶PLC應用
* PLC技術(shù)
解決方案：
* 電力線(xiàn)通信實(shí)現智能電網(wǎng)連接
* 窄帶PLC解決方案

電力線(xiàn)通信(PLC)半導體器件可以將普通電網(wǎng)轉換為通信網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)而實(shí)現智能電網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò )將電力公司與他們的客戶(hù)連接在一起，使家庭具有能量意識(“智能家庭”)，并能夠對電網(wǎng)上的狀態(tài)作出反應。這包括了連接智能電表、智能電網(wǎng)監視器和街燈。

由于存在強烈的噪聲、不斷變化的狀態(tài)以及設備與標準的差異，在電網(wǎng)上實(shí)現通信非常困難。在這種極具挑戰的環(huán)境中實(shí)現可靠的操作，以及與前期安裝設備成功實(shí)現互操作都需要采用新的PLC技術(shù)。

定義PLC

電力線(xiàn)通信(PLC)也被稱(chēng)為電力線(xiàn)載波，涵蓋所有使用電力線(xiàn)運載信息的系統。所有PLC系統工作時(shí)都會(huì )在配線(xiàn)系統上傳送經(jīng)過(guò)調制的載波信號。不同類(lèi)型的PLC使用不同的頻段，具體取決于電力配線(xiàn)的信號傳輸特性。由于電力配線(xiàn)系統的原始作用是傳輸交流(或直流)電力，因此電力線(xiàn)電路在配線(xiàn)系統上傳播更高頻率方面的性能非常有限。

PLC系統中的數據速率變化范圍很大。較高的數據速率通常意味著(zhù)較短的距離。工作速率為每秒幾兆位的局域網(wǎng)(LAN)也許只能覆蓋幾米范圍。

窄帶電力線(xiàn)通信(NB PLC)是專(zhuān)門(mén)用于頻率在500kHz以下的電力線(xiàn)通信傳輸的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。特別是歐洲的CENELEC已將148.5kHz及以下的頻率授權給了廣為部署的PLC系統。

在這個(gè)頻率范圍內，高壓傳輸線(xiàn)可以將數據傳輸數百米至幾公里的距離。這時(shí)的數據速率比較適中，在1kbit/s至200kbit/s范圍之內。這些速率非常適合遙感遙測、數據采集和控制應用。

窄帶PLC應用

窄帶PLC可以應用于需要與連接著(zhù)電力線(xiàn)的設備雙向通信的任何地方。由于不懈的節能努力在電力分配和管理方面形成了新的投資領(lǐng)域，現在的窄帶PLC比以往任何時(shí)候都要流行。這種現象就是所謂的智能電網(wǎng)。

窄帶PLC不是新生事物。但恰恰是最近技術(shù)的發(fā)展、對機器到機器(M2M)連接不斷增長(cháng)的需求以及對更好的資源管理的認識才使得窄帶PLC最終獲得了巨大的發(fā)展動(dòng)力。

今天，窄帶PLC最常見(jiàn)的用途是將消費者連接到電力公司實(shí)現自動(dòng)抄表(AMR)和負荷控制。這些系統一直是許多電力公司的首選，因為電力公司允許在他們控制的基礎設施上傳送數據。其它快速興起的應用包括街燈控制(SLC)和智能電器等。

窄帶PLC還開(kāi)始在使用需要監視和控制的電氣連接設備的許多其它應用中尋找用武之地。許多潛在性的應用案例包括自動(dòng)販賣(mài)機、太陽(yáng)能電池、電動(dòng)汽車(chē)充電等。

智能電網(wǎng)：智能電網(wǎng)將采用電力線(xiàn)先進(jìn)計量基礎設施/自動(dòng)抄表(AMI/AMR)技術(shù)。電力數據經(jīng)過(guò)電力線(xiàn)傳回到變電站，然后中繼到電力公司主要辦公室的中央計算機。這將被認為是一種固定的網(wǎng)絡(luò )系統——由電力公司建立和維護并用于提供電能的配電網(wǎng)絡(luò )。這樣的系統主要用于電力抄表。一些提供商還連接煤氣表和水表并饋進(jìn)PLC類(lèi)系統。電力線(xiàn)AMI/AMR系統遠程實(shí)時(shí)讀取客戶(hù)電表，然后將數據傳輸到計費系統。AMI/ARM減少了抄表員每個(gè)月人工采集各種水電氣表數據的需求。

智能燈光控制：街燈是城市最重要的資產(chǎn)，可以提供安全道路、富有吸引力的公共區域，并增強家庭、商務(wù)和城市中心的安全。但街燈的運維成本一般都非常高，而且消耗大量的電能(幾乎占整個(gè)城市電能消耗的40%)。將街燈和PLC連接在一起可以減少現場(chǎng)操作的次數，降低電能消耗，提高總的發(fā)光效率，并延長(cháng)燈泡壽命。

智能家庭和電器：家庭自動(dòng)化包括集中控制燈光、HVAC(加熱、通風(fēng)和空調)、電器和其它系統，從而提高便利性、舒適性、能效和安全性。由于家庭自動(dòng)化系統的目標是將所有家庭電氣設備相互連接在一起，因此PLC是一種理想的方法。

太陽(yáng)能：光伏電池板(太陽(yáng)能電池板)必須加以仔細管理才能提供最佳性能，這涉及到利用通信實(shí)現遙控和實(shí)時(shí)監視。遙控用于控制電池板傾斜度以便最大限度地提高光照量，還用于控制單個(gè)電池板或整個(gè)電池場(chǎng)。實(shí)時(shí)監視方便維護監視、檢測硅劣化/電池替換需求、氣候條件、盜竊以及輸出功率和效率。

汽車(chē)至電網(wǎng)：隨著(zhù)智能電網(wǎng)部署的展開(kāi)，上升的燃油成本以及更高性?xún)r(jià)比的電動(dòng)汽車(chē)對電動(dòng)汽車(chē)充電站提出了更多的要求。這種汽車(chē)至電網(wǎng)(V2G)基礎設施的部署要求在充電站和計費與管理系統之間實(shí)現雙向通信。PLC是理想的解決方案，因為它使用已經(jīng)安裝好的電力線(xiàn)，能夠提供強大的安全性，并具有很大的擴容能力。

智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )特性

有許多變量影響智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的通信特性，其中網(wǎng)絡(luò )拓撲和連接網(wǎng)絡(luò )的負荷也許是兩個(gè)最重要的變量。這種可變性意味著(zhù)沒(méi)有哪兩個(gè)電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )具有完全相同的傳輸特性。

通過(guò)電網(wǎng)通信信道實(shí)現增強的數據傳送可靠性要求采用先進(jìn)的通信機制來(lái)解決噪聲問(wèn)題。這樣的機制還需要應付通信過(guò)程中被暫時(shí)或永久閉塞的許多頻率。

為了適應噪聲可變性，PLC設備必須能夠估計帶內噪聲電平以及每個(gè)載頻點(diǎn)的接收信號強度，然后通過(guò)修改通信頻率和調制機制來(lái)確?？赡茏罴训臄祿鬏斝Ч?。通過(guò)測量帶內噪聲和每個(gè)頻率點(diǎn)的接收信號強度可以為通信系統選出最佳頻率。

PLC技術(shù)

低壓(LV)和中壓(MV)網(wǎng)絡(luò )主要采用以下三種窄帶通信技術(shù)中的一種：?jiǎn)屋d波調制，如二元相移鍵控(BPSK)和頻移鍵控(FSK)；正交頻分復用(OFDM)；直接序列擴頻(DSSS)，再加上碼分多址(CDMA)。

應用最為廣泛的窄帶PLC解決方案使用相對簡(jiǎn)單但具有特別高性?xún)r(jià)比的FSK和BPSK調制技術(shù)。這些技術(shù)組成了多種具有互操作性的標準的基礎，其中最著(zhù)名的是Lon和DLMS標準。