電力線通信怎樣實現(xiàn)智能電網(wǎng)連接

中心議題：
* 定義PLC
* 窄帶PLC應(yīng)用
* PLC技術(shù)
解決方案：
* 電力線通信實現(xiàn)智能電網(wǎng)連接
* 窄帶PLC解決方案

電力線通信(PLC)半導(dǎo)體器件可以將普通電網(wǎng)轉(zhuǎn)換為通信網(wǎng)絡(luò)，進而實現(xiàn)智能電網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)將電力公司與他們的客戶連接在一起，使家庭具有能量意識(“智能家庭”)，并能夠?qū)﹄娋W(wǎng)上的狀態(tài)作出反應(yīng)。這包括了連接智能電表、智能電網(wǎng)監(jiān)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(shè)備與標準的差異，在電網(wǎng)上實現(xiàn)通信非常困難。在這種極具挑戰(zhàn)的環(huán)境中實現(xiàn)可靠的操作，以及與前期安裝設(shè)備成功實現(xiàn)互操作都需要采用新的PLC技術(shù)。

定義PLC

電力線通信(PLC)也被稱為電力線載波，涵蓋所有使用電力線運載信息的系統(tǒng)。所有PLC系統(tǒng)工作時都會在配線系統(tǒng)上傳送經(jīng)過調(diào)制的載波信號。不同類型的PLC使用不同的頻段，具體取決于電力配線的信號傳輸特性。由于電力配線系統(tǒng)的原始作用是傳輸交流(或直流)電力，因此電力線電路在配線系統(tǒng)上傳播更高頻率方面的性能非常有限。

PLC系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)速率變化范圍很大。較高的數(shù)據(jù)速率通常意味著較短的距離。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。

窄帶電力線通信(NB PLC)是專門用于頻率在500kHz以下的電力線通信傳輸?shù)囊粋€術(shù)語。特別是歐洲的CENELEC已將148.5kHz及以下的頻率授權(quán)給了廣為部署的PLC系統(tǒng)。

在這個頻率范圍內(nèi)，高壓傳輸線可以將數(shù)據(jù)傳輸數(shù)百米至幾公里的距離。這時的數(shù)據(jù)速率比較適中，在1kbit/s至200kbit/s范圍之內(nèi)。這些速率非常適合遙感遙測、數(shù)據(jù)采集和控制應(yīng)用。

窄帶PLC應(yīng)用

窄帶PLC可以應(yīng)用于需要與連接著電力線的設(shè)備雙向通信的任何地方。由于不懈的節(jié)能努力在電力分配和管理方面形成了新的投資領(lǐng)域，現(xiàn)在的窄帶PLC比以往任何時候都要流行。這種現(xiàn)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)展動力。

今天，窄帶PLC最常見的用途是將消費者連接到電力公司實現(xiàn)自動抄表(AMR)和負荷控制。這些系統(tǒng)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(chǔ)設(shè)施上傳送數(shù)據(jù)。其它快速興起的應(yīng)用包括街燈控制(SLC)和智能電器等。

窄帶PLC還開始在使用需要監(jiān)視和控制的電氣連接設(shè)備的許多其它應(yīng)用中尋找用武之地。許多潛在性的應(yīng)用案例包括自動販賣機、太陽能電池、電動汽車充電等。

智能電網(wǎng)：智能電網(wǎng)將采用電力線先進計量基礎(chǔ)設(shè)施/自動抄表(AMI/AMR)技術(shù)。電力數(shù)據(jù)經(jīng)過電力線傳回到變電站，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(tǒng)——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(tǒng)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PLC類系統(tǒng)。電力線AMI/AMR系統(tǒng)遠程實時讀取客戶電表，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬞M系統(tǒng)。AMI/ARM減少了抄表員每個月人工采集各種水電氣表數(shù)據(jù)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(qū)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(幾乎占整個城市電能消耗的40%)。將街燈和PLC連接在一起可以減少現(xiàn)場操作的次數(shù)，降低電能消耗，提高總的發(fā)光效率，并延長燈泡壽命。

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

太陽能：光伏電池板(太陽能電池板)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現(xiàn)遙控和實時監(jiān)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，還用于控制單個電池板或整個電池場。實時監(jiān)視方便維護監(jiān)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。

汽車至電網(wǎng)：隨著智能電網(wǎng)部署的展開，上升的燃油成本以及更高性價比的電動汽車對電動汽車充電站提出了更多的要求。這種汽車至電網(wǎng)(V2G)基礎(chǔ)設(shè)施的部署要求在充電站和計費與管理系統(tǒng)之間實現(xiàn)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，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)的負荷也許是兩個最重要的變量。這種可變性意味著沒有哪兩個電力線網(wǎng)絡(luò)具有完全相同的傳輸特性。

通過電網(wǎng)通信信道實現(xiàn)增強的數(shù)據(jù)傳送可靠性要求采用先進的通信機制來解決噪聲問題。這樣的機制還需要應(yīng)付通信過程中被暫時或永久閉塞的許多頻率。

為了適應(yīng)噪聲可變性，PLC設(shè)備必須能夠估計帶內(nèi)噪聲電平以及每個載頻點的接收信號強度，然后通過修改通信頻率和調(diào)制機制來確?？赡茏罴训臄?shù)據(jù)傳輸效果。通過測量帶內(nèi)噪聲和每個頻率點的接收信號強度可以為通信系統(tǒng)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：單載波調(diào)制，如二元相移鍵控(BPSK)和頻移鍵控(FSK)；正交頻分復(fù)用(OFDM)；直接序列擴頻(DSSS)，再加上碼分多址(CDMA)。

應(yīng)用最為廣泛的窄帶PLC解決方案使用相對簡單但具有特別高性價比的FSK和BPSK調(diào)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(chǔ)，其中最著名的是Lon和DLMS標準。