選用合適的PLC調制解調器在智能電表中的重要性

表1：傳統(tǒng)電網與新的智能電網之間的簡單對比。

在智能電網中，智能電表發(fā)揮關鍵的作用，可以使用戶與電力系統(tǒng)之間實現(xiàn)互動。如一方面幫助電力機構精確了解用戶的用電規(guī)律，為高峰用電或低谷用電設定差異化的電價；另一方面，用戶也可以合理調整自己的用電計劃，從而優(yōu)化電費支出。從功能模塊來看，智能電表除了電源和計量模塊外，還涉及到數(shù)據存儲功能，需采用安全可靠的存儲器；此外，雙向實時通信是智能電網的重要特征，故通信模塊至關重要，需要選擇適合的通信方式及相應的最佳解決方案。

實際上，智能電網是一個龐大系統(tǒng)，涉及電力、通信及應用等多個層次，以及局域網(LAN)和廣域網(WAN)等不同網絡類型。其中，LAN連接家庭或建筑物內的不同類型的智能電表到數(shù)據集中器(concentrator)。就這一段的網絡連接而言，通常它們對通信速率的要求不高，最主要的考慮因素是降低成本，常見的通信方式有無線射頻網絡，或有線的電力線載波(PLC)或電力線寬帶(BPL)等。具體采用何種通信方式，需要考慮各國電網實際狀況等因素，同時先行先試國家的做法也會提供借鑒意義。

圖1：法國EDF旗下公司法國配電公司(ERDF)的Linky項目簡略示意圖。

例如，在歐洲能源市場有重要影響力的法國電力(Electricité de France, EDF)于2009年中啟動了當前世界上最大的智能電表項目Linky，計劃到2017年在法國部署3,500萬個智能電表。這個項目為智能電表到數(shù)據集中器之間的通信選擇了PLC技術，然后再利用通用分組無線業(yè)務(GPRS)技術將數(shù)據傳送到該公司的數(shù)據中心?？紤]到中國的智能電網仍在試點階段，法國ERDF的選擇對中國等其他國家也具有借鑒意義。

PLC調制技術的選擇

雖然PLC技術提供了一種低成本的選擇，但電力線的初衷并不是用于通信，故在應用PLC通信時也面臨一些挑戰(zhàn)。特別是設計人員需要密切注意會出現(xiàn)的信號衰減和噪聲問題，反之也要求復雜的收發(fā)器技術。

為了抑制由噪聲導致的信號衰減，降低誤碼率，并改善頻率效率，有必要利用適合的信號調制技術。實際上，電力機構在部署智能電表抄表系統(tǒng)時，有多種不同的調制方式，但主要的有三種，分別是正交頻分復用(OFDM)、相移鍵控(PSK)和擴頻型頻移鍵控(S-FSK)。

OFDM的理論帶寬較高，但實際上在低壓網絡中的噪聲條件下會損失很大一部分的帶寬，而且OFDM的應用成本較高，工作時還消耗可觀的電能。PSK調制技術的應用成本很低，但不是特別可靠，性能會受到相位噪聲影響，而且無法充分覆蓋較長距離。相比較而言，雖然S-FSK的數(shù)據率比OFDM低，但更勝任智能電表應用。這種調制技術能實現(xiàn)可靠的通信，同時應用成本更低，消耗的電能也更少。因此，就當前的智能電網PLC應用而言，復雜度低、商用潛力更大及有可靠現(xiàn)場應用記錄的S-FSK調制技術無疑是更適合的選擇。

實際上，法國ERDF的Linky項目規(guī)范中，物理層參考規(guī)范是IEC61334-5-1/EN50065，其中規(guī)定的調制技術就是S-FSK，通信頻率為標記頻率(mark frequency, Fm) 63.3kHz和空頻(space frequency, Fs) 74kHz，傳輸速率2.4Kbps，并與50Hz電氣網絡頻率物理同步。

安森美半導體PLC調制解調器的應用優(yōu)勢

安森美半導體在開發(fā)PLC調制解調器方面擁有較長的歷史。速率1.2 kb的AMIS-30585為早前推出，最初開發(fā)時就符合IEC 61334標準(SFSK規(guī)范)，迄今已歷經8年的現(xiàn)場應用檢驗。新近推出的AMIS-49587是一款高集成度、符合標準的低功率PLC方案，支持PLC現(xiàn)場部署要求的4種不同模式，如NO_CONFIG、MASTER(集中器)、SLAVE(電表)和SPY(給測試人員的原始數(shù)據)，非常適合智能電表以及智能街燈和智能插座等應用。與AMIS-30585相比，AMIS-49587支持2.4 kb的更高半雙工可調節(jié)通信速率速率，符合諸如ERDF規(guī)范這樣的市場新要求，目前已經獲得法國原設備制造商(OEM)的先期使用，在中國也已獲得數(shù)家領先電表客戶的選用。兩款器件引腳對引腳兼容，為客戶提供了更大的設計便利。

AMIS-49587符合IEC61334-5-1標準，為客戶提供眾多應用優(yōu)勢。例如，這器件基于ARM7TDMI處理器內核，同時包含物理接口收發(fā)器(PHY)和媒體訪問控制器(MAC)層，使其以單芯片方案結合了模擬調制解調器前端和數(shù)字后處理功能，而大多數(shù)競爭方案需要復雜的嵌入式軟件來執(zhí)行與AMIS-49587相同的功能。設計人員使用AMIS-49587調制解調器，可以簡化設計，能在不到一個季度的時間內開發(fā)出全套互操作PLC方案，還降低開發(fā)及應用成本。實際上，基于AMIS-49587的調制解調器方案中僅使用2顆IC(另一顆為NCS5650 2 A PLC線路驅動器)，外加16顆電阻、17顆電容、2個二極管、1個晶體和1個脈沖變壓器，總元件數(shù)量僅為39個，提供低物料單(BOM)成本。