智能電網(wǎng)的電力線(xiàn)通信系統介紹

　　圖1：智能電網(wǎng)：INNOVATION概念的核心內容。

　　凡是電動(dòng)產(chǎn)品設備都須通過(guò)電源插座連接到電力線(xiàn)，因此，我們可以認為，電力線(xiàn)是一種永遠存在的廉價(jià)的通信媒介，設備聯(lián)網(wǎng)無(wú)需再鋪設昂貴的電纜或安裝無(wú)線(xiàn)射頻系統。

　　電力線(xiàn)窄帶通信足以維持簡(jiǎn)單的信息交換，例如，用電量計量、向執行器發(fā)送命令、檢驗系統等。在室內外環(huán)境，電力線(xiàn)窄帶通信可實(shí)現很多應用。例如，供電公司可通過(guò)戶(hù)外電網(wǎng)遠程監控路燈或實(shí)現集中抄表（AMR）和電表自動(dòng)管理（AMM）解決方案，同時(shí)提供多項客戶(hù)服務(wù)，包括用電控制和電價(jià)選擇。室內電網(wǎng)可用于家電聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現家庭或樓宇自動(dòng)化，創(chuàng )建安全防盜系統，控制溫度和照明亮度。所有這些功能都離不開(kāi)電力線(xiàn)調制解調器（PLM），像普通的調制解調器一樣，電力線(xiàn)調制解調器把二進(jìn)制數據流轉換成一序列預設特性（頻率、信號電平）的信號，然后在接收端再把這些信號恢復到二進(jìn)制數據，完成信號的調制解調過(guò)程。電力線(xiàn)調制解調器須能夠在電力線(xiàn)上傳送調制信號，并檢測從發(fā)送端傳至接收端的輸入信號，完成信號的收發(fā)過(guò)程。

　　如前文所述，集中秒表又稱(chēng)AMR是電力線(xiàn)調制解調器的主要目標應用之一，傳統的機電式電表所采用的技術(shù)不再適合更深入長(cháng)遠的發(fā)展，而電子電表卻可以給供電企業(yè)和消費者帶來(lái)更多的價(jià)值，其中包括降低制造成本、維護費用、二氧化碳排放量，提高電量計量精度，最重要的是，能夠為消費者提供實(shí)際用電的詳細信息，為供電企業(yè)提供實(shí)時(shí)服務(wù)質(zhì)量數據。

　　智能電表是集中抄表AMR技術(shù)的演進(jìn)結果，是智能電網(wǎng)的重組成部分。智能電表給供電企業(yè)和消費者帶來(lái)切實(shí)的好處：消費者能夠更精確地監控用電情況，例如，在電價(jià)最低時(shí)段使用洗衣機、洗碗機或電熱水器，而電力企業(yè)能夠提高發(fā)電和輸電的效率。

　　新出現的智能電網(wǎng)實(shí)際上是一個(gè)智能數字電網(wǎng)，被用來(lái)定義下一代輸配電網(wǎng)的技術(shù)標準。智能電表可以讓消費者的家庭網(wǎng)絡(luò )與智能電網(wǎng)互通，為供電企業(yè)和消費者提供更智能的電能管理服務(wù)。

　　智能電網(wǎng)市場(chǎng)可再細分為三大市場(chǎng)板塊：基礎設備（例如，數據集中器）、電能表和家庭/樓宇管理，每個(gè)市場(chǎng)都有不同的應用要求。

　　微逆變器用于收集太陽(yáng)能等再生能源發(fā)電，通過(guò)電力線(xiàn)調制解調器與智能電網(wǎng)通信。下圖所示是一個(gè)最新的太陽(yáng)能收集系統的結構圖。

　　圖2：最新太陽(yáng)能收集系統結構圖。

　　為滿(mǎn)足這些應用要求，行業(yè)標準化組織出臺了新的電力線(xiàn)通信標準：

　　IEC 61334-5-1協(xié)議，S-FSK調制模式數據傳輸速率高達2.4 Kbps

　　Meters More規范，B- FSK和多種調制模式n-PSK調制技術(shù)

　　以OFDM調制穩健為特色的PRIME協(xié)議
PRIME（電力線(xiàn)智能電表演進(jìn)）是一個(gè)基于最新技術(shù)的物理層和數據鏈路層標準，確?，F在的技術(shù)能夠滿(mǎn)足未來(lái)的市場(chǎng)需求，保護電力企業(yè)在未來(lái)應用的投資。PRIME是一個(gè)推廣不同設廠(chǎng)商產(chǎn)品互操作的開(kāi)放式標準，是推進(jìn)新市場(chǎng)增長(cháng)的有效方式，所有的市場(chǎng)參與者都將成為這個(gè)解決方案的最終受益者，其中包括供電公司、用電企業(yè)和個(gè)人。PRIME采用的是CENELEC-A波段的OFDM正交頻分復用技術(shù)。智能電網(wǎng)是智能輸配電網(wǎng)絡(luò )，家庭自動(dòng)化、智能電表和再生能源發(fā)電是我們在智能電網(wǎng)市場(chǎng)的主要研發(fā)方向。智能電表為用戶(hù)提供實(shí)時(shí)的詳細的用電數據，讓用戶(hù)能夠管理家庭用電情況，例如，鼓勵用戶(hù)在用電低谷期使用洗衣機。在智能電網(wǎng)環(huán)境內，智能電表是家庭網(wǎng)絡(luò )（HAN）與戶(hù)外智能電網(wǎng)之間的連接中心，把用電家庭與電力公司連接在一起。

　　下圖描述了智能電表的重要作用：

　　圖3

　　HomePlug推出了新的寬帶電力線(xiàn)通信標準，這項標準的最大優(yōu)點(diǎn)是，用戶(hù)創(chuàng )建家庭網(wǎng)絡(luò )無(wú)需鋪設新線(xiàn)，只使用家庭現有的電源插座和接線(xiàn)盒即可組建高速家庭網(wǎng)絡(luò )。

　　HomePlug是一個(gè)行業(yè)標準化聯(lián)盟 （www.homeplug.org），意法半導體是該組織的主要創(chuàng )始人之一。該組織的使命是推動(dòng)低成本的互操作的標準化家庭電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和產(chǎn)品的研制和應用。HomePlug技術(shù)完全符合IEEE1901寬帶電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )標準（媒體訪(fǎng)問(wèn)控制和物理層規范），為客戶(hù)提供一個(gè)完整的互操作技術(shù)生態(tài)系統，確保能夠向千兆以太網(wǎng)服務(wù)演進(jìn)。

　　HomePlug標準有兩個(gè)相互兼容的版本：

　　HomePlug GP（Green PHY），主要用于智能電網(wǎng)和智能電動(dòng)產(chǎn)品設備。

　　HomePlug AV（音頻/視頻），是消費電子產(chǎn)品家庭聯(lián)網(wǎng)標準。

　　最近，HomePlug聯(lián)盟收到了“電動(dòng)汽車(chē)充電接口協(xié)調組織”代表5家德國汽車(chē)廠(chǎng)商關(guān)于選用PLC IEEE1901 Profile Green PHY （HomePlug GP）作為插電式電動(dòng)汽車(chē)與充電樁之間的通信技術(shù)的確認函。隨后不久，通用、福特和豐田三大汽車(chē)巨頭也宣布選用這項標準， HomepluGP現已成為電動(dòng)汽車(chē)充電的實(shí)際標準。

　　圖4

　　電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)（V2G）之間的通信功能將讓供電公司和消費者能夠管理插電式電動(dòng)汽車(chē)的充電過(guò)程，讓電力公司能夠在用電高峰期控制電網(wǎng)的用電量。新的V2G標準將包含一項物理層與數據鏈路層共用通信技術(shù)。

　　新的IEEE P1905.1低頻（低于500 kHz）窄帶電力線(xiàn)通信標準是一個(gè)新的通信性能和可靠性基準，同時(shí)還能與現有的“PRIME” 和“G3-PLC” OFDM技術(shù)互操作。

　　P1905.1新標準定義一個(gè)多種家庭網(wǎng)絡(luò )技術(shù)共用的抽象層，整合了P1901與其它家庭網(wǎng)絡(luò )技術(shù)標準。P1905.1的抽象層為IEEE 1901、IEEE 802.11、IEEE 802.3和 MoCA 1.1標準異構家庭網(wǎng)絡(luò )技術(shù)與P1905.1網(wǎng)絡(luò )互通提供一個(gè)共用數據控制服務(wù)接入點(diǎn)。

　　結語(yǔ)：

　　集中秒表（AMR）取代了供電公司工作人員入戶(hù)抄表程序，真正實(shí)現了抄表自動(dòng)化。從電力線(xiàn)通信在集中秒表的早期應用到現在，智能電表行業(yè)經(jīng)歷了一段漫長(cháng)的發(fā)展過(guò)程。今天，電力線(xiàn)通信技術(shù)被廣泛用于太陽(yáng)能等再生能源發(fā)電系統微逆變器、電動(dòng)汽車(chē)充電、智能電網(wǎng)集中器、智能電表、溫控器、家庭自動(dòng)化、工廠(chǎng)自動(dòng)化、路燈控制等。

　　智能電表發(fā)展到今天的智能電網(wǎng)是電力行業(yè)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，很多組織和工業(yè)集團正在著(zhù)手訂制智能電網(wǎng)服務(wù)通用通信協(xié)議，例如，開(kāi)放電表項目、Meters and More聯(lián)合會(huì )和PRIME行業(yè)聯(lián)盟 （歐洲大型供電公司聯(lián)合成立，包括Enel/Endesa和Iberdrola，成立宗旨是推廣和維護經(jīng)過(guò)現場(chǎng)檢驗的廣泛使用的電力線(xiàn)通信技術(shù)）、IEEE P1901.2 （IEEE組織內部新成立的窄帶電力線(xiàn)通信工作組） 和最大的寬帶電力線(xiàn)通信工作組HomePlug聯(lián)盟。？