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，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號進(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一直以來主要用于電力公司集中抄表中，應(yīng)用較為單一。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，HD-PLC技術(shù)通信性能的提高和傳輸距離越來越遠(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（以下稱高速PLC）的技術(shù)。主要目的是將高頻載波信號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，就可以對外傳輸信息。本技術(shù)不僅可以對現(xiàn)有的電力線，還可以對同軸線、雙絞線專用線等通信線重設(shè)數(shù)據(jù)信號。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題越來越嚴(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。可以活用原有線路的優(yōu)點(diǎn)如下。（1）可以同時進(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)變簡單數(shù)量減少，從而帶來設(shè)備設(shè)計的維護(hù)性提高。（4）物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也有移動終端。通過結(jié)合使用無線通信技術(shù)和HD-PRC的有線通信技術(shù)來使用，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)行信號耦合發(fā)送，利用接收側(cè)的濾波器將電力和信息信號分離，從而進(jìn)行信息信號的交換。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，由于電纜長度引起的高波衰減，傳輸損耗增大，長距離化是一個難題，而低速PLC難以受到電纜長度的影響，傳輸損耗也較小，因此可以長距離化。但是在電器和設(shè)備周邊使用的時候，容易受到來自這些的噪音，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)市場應(yīng)用

3.1BEMS建筑物能源管理系統(tǒng)

上海市迎來夏季的電力供求問題十分嚴(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)對策和噪音對策）成為課題。因此，利用HD-PLC作為替代被引入。通信路徑通過地下配電盤內(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，然后通過光纜或GPRS被轉(zhuǎn)發(fā)到云服務(wù)器，以此對電量進(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)控攝像機(jī)

在中我國無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)成為社會問題。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，受到驅(qū)動馬達(dá)噪聲的影響，圖像中就會產(chǎn)生噪聲，因此采用了HD-PLC通信，相機(jī)圖像更加清晰明確，這題問題得到改善。

3.3工程現(xiàn)場、煤礦監(jiān)控攝像機(jī)

在以防止夜間材料盜竊為目的的監(jiān)視相機(jī)圖像的高畫質(zhì)化，以及煤礦現(xiàn)場的傳送帶發(fā)熱感測相機(jī)領(lǐng)域，從模擬相機(jī)開始多功能數(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問題。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)員在電車平臺上使用的監(jiān)視器中也導(dǎo)入了HD-PICC“EOC”。

3.5視屏對講系統(tǒng)

近年來，在我國集體住宅樓門前強(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鈴和語音通話對講機(jī)。在那里，為了確認(rèn)開鎖前的圖像，快速切換到開鎖式耳機(jī)。在過去集體住宅小區(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市場潛力分析

近年來低碳化社會和工程方案勞動力不足等背景下，在生產(chǎn)效率化和現(xiàn)場可視化等產(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等近年來利用通信的新市場，今后將越來越大。通過組合利用無線和有線通信技術(shù)，生產(chǎn)效率和現(xiàn)場可視化等新商業(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線通信的情況很多，便攜無線（4G、5G），無線LAN，藍(lán)牙，Zigbee，LPWA等在民生市場和業(yè)務(wù)市場中普及。但是，同時其通信障礙也在市場上被放大（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，帶入的外來噪音和由于電波干涉的通信錯誤等）。今后，盡管無線技術(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，作為解決這些問題的手段，有光纜、LAN布線、專用線等有線通信的利用，但對于現(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是非常有市場需求的。無需布線施工：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；僅需連接電源即可完成網(wǎng)絡(luò)連接可兼容Wifi、Zigbee、Bluetooth等無線技術(shù)，實現(xiàn)HEMS、BEMS、HAN組網(wǎng)通信。高速PLC領(lǐng)域的市場需求及發(fā)展方向：（1）追求通信穩(wěn)定性/高安全性/長距離化/多臺連接/低消耗功率。（2）積極制定國際標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)方案。（3）應(yīng)用在發(fā)生無線通信故障的場所以代替無線通信。（4）應(yīng)用場所低成本領(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

在HD-PLC上，為了應(yīng)對這些市場變化，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)的巨大市場潛力己促使我國眾多的企業(yè)毅然投入到這一領(lǐng)域的研發(fā)之中?？梢韵嘈牛娏€載波通信的明天是輝煌的。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]牛東文，張保會.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：國網(wǎng)寧夏電力有限公司