電力線通信技術(shù)：2016全球及中國(guó)市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

　　電力線通信技術(shù)（PowerLineCommunicationTechnology簡(jiǎn)稱(chēng)PLT），是指利用高壓電力線、中壓電力線（10kV電壓等級(jí)）或低壓電力線（380/220V用戶(hù)線）作為信息傳輸媒介進(jìn)行語(yǔ)音或數(shù)據(jù)傳輸的一種有線通信方式。

　　常規(guī)的電力線通信技術(shù)是在已有的電力線路上，加載經(jīng)過(guò)調(diào)制的高頻載波信號(hào)進(jìn)行通信。因此，電力線通信通常稱(chēng)之為電力線載波通信（PowerLineCarrier－PLC）。其原理與普通無(wú)線電通信的原理類(lèi)似，只是載波信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ朗请娏€路，如下圖1-1所示：

　　以電力線作為信號(hào)傳輸媒介實(shí)現(xiàn)通信是各國(guó)電力、通信、網(wǎng)絡(luò)等研究與產(chǎn)業(yè)部門(mén)一直致力研究開(kāi)發(fā)的技術(shù)。

　　2016-2021年中國(guó)電力線載波通信產(chǎn)品行業(yè)市場(chǎng)需求與投資咨詢(xún)報(bào)告顯示，電力線通信通常以電網(wǎng)的電壓等級(jí)劃分，可以分為高壓電力線通信（35kV以上）、中壓電力線通信（1kV～35kV）和低壓電力線通信（1kV以下，380V/220V）。

　　從所使用的載波信號(hào)頻率、頻帶寬度和數(shù)據(jù)傳輸速率角度劃分，低壓電力線通信技術(shù)分為窄帶電力線通信技術(shù)與寬帶電力線通信技術(shù)。

　　電力線窄帶通信（NPLC）技術(shù)

　　頻率范圍：一般采用9k～500kHz，美國(guó)FCC規(guī)定為100k～

　　450kHz，歐洲電氣標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（CENELEC）的EN50065－1規(guī)定為3k～148.5kHz；

　　通信速率：一般為幾百bps～幾十Kbps；

　　調(diào)制技術(shù)：FSK、BPSK、擴(kuò)頻、OFDM調(diào)制、工頻過(guò)零調(diào)制等。

　　電力線寬帶（BPLC）通信技術(shù)

　　使用頻率：2MHz～30MHz之間。

　　通信速率：1Mbit/s以上，物理層速率最大為200Mbit/s，TCP/IP層速率可達(dá)80Mbit/s以上；調(diào)制

　　解調(diào)技術(shù)：各種擴(kuò)頻通信技術(shù)、OFDM技術(shù)等。

　　國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀及技術(shù)特點(diǎn)

　　國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

　　低壓電力線載波通信在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀如下：

　　1、 低壓電力線窄帶載波通信技術(shù)

　　低壓電力線窄帶載波通信技術(shù)用于采集系統(tǒng)，應(yīng)用時(shí)間較早，規(guī)模最大。近年來(lái)，隨著低壓電力線載波通信技術(shù)逐步完善，國(guó)內(nèi)有十余家（東軟、鼎信、曉程、彌亞微、瑞斯康、力合微等）企業(yè)專(zhuān)注于技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，采用的技術(shù)主要有擴(kuò)頻加窄帶頻移鍵控（FSK）、擴(kuò)頻加窄帶相移鍵控（PSK）、正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）等，在用電信息采集、智能家居能源管理、樓宇監(jiān)視和路燈控制等領(lǐng)域均有大規(guī)模的應(yīng)用。

　　2、 低壓電力線寬帶載波通信技術(shù)

　　最近幾年，低壓電力線寬帶通信技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在用電信息采集方面也有了大量的應(yīng)用。我國(guó)多家公司的產(chǎn)品（深國(guó)電、中電華瑞、東軟、中信等）在電力線寬帶接入和基于電力線寬帶的用電信息采集等方面都有了較為成熟的應(yīng)用。

　　為解決低壓電力線寬帶載波通信核心芯片一直以來(lái)依賴(lài)進(jìn)口的問(wèn)題，降低電力線寬帶載波相關(guān)設(shè)備的造價(jià)，實(shí)現(xiàn)電力線寬帶通信技術(shù)的自主發(fā)展，2010 年1月國(guó)家電網(wǎng)公司正式立項(xiàng)研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電力線寬帶通信芯片及其實(shí)用化解決方案。

　　國(guó)內(nèi)低壓電力線寬帶載波通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定較晚，2010 年，我國(guó)發(fā)布了電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《DL/T 395-2010 低壓電力線通信寬帶接入系統(tǒng)技術(shù)要求》和郵電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《YDB 055.1-2010 寬帶客戶(hù)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求 第1 部分：電力線（PLC）聯(lián)網(wǎng)》，全國(guó)電力系統(tǒng)管理及其信息交換標(biāo)委會(huì)目前正在制定電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《智能用電電力線寬帶通信技術(shù)要求》。

　　國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀

　　1、 低壓電力線窄帶載波通信技術(shù)

　　國(guó)外低壓電力線窄帶載波通信應(yīng)用在電力部門(mén)的自動(dòng)負(fù)載控制和自動(dòng)抄表

　　領(lǐng)域起步較早，歐洲，英國(guó)SWAB 公司1993 年就實(shí)現(xiàn)了地區(qū)范圍內(nèi)遠(yuǎn)方抄表、

　　自動(dòng)收費(fèi)、系統(tǒng)能源管理的功能。歐洲、美國(guó)以及國(guó)際上相關(guān)組織聯(lián)盟先后推出多種窄帶PLC 標(biāo)準(zhǔn)，并規(guī)定了技術(shù)類(lèi)型，典型技術(shù)有：擴(kuò)頻型頻移鍵控（S-FSK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）、多載波調(diào)制（multi-carrier modulation MCM，例如正交頻分復(fù)用OFDM或離散多音頻DMT）等。

　　基于IEC 61334-5-1 標(biāo)準(zhǔn)的S-FSK 技術(shù)以及基于IEC14908-2 標(biāo)準(zhǔn)的BPSK 技術(shù)方案，在歐洲及美洲各地已經(jīng)有大規(guī)模的應(yīng)用?；贠FDM的電力線窄帶高速載波通信技術(shù)正在興起。歐洲PRIME、法電G3-PLC、電氣與電子工程師協(xié)會(huì)IEEE、國(guó)際電信聯(lián)盟ITU 等聯(lián)盟組織針對(duì)OFDM 窄帶高速PLC 技術(shù)制定出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，由于各技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的物理層參數(shù)例如頻段、編解碼方式、OFDM實(shí)現(xiàn)技術(shù)沒(méi)有完全統(tǒng)一，難以實(shí)現(xiàn)之間的互聯(lián)互通。

　　目前窄帶OFDM技術(shù)在歐洲部分地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始推廣。國(guó)外的電力線載波通信芯片根據(jù)北美、歐洲等地區(qū)頻率、標(biāo)準(zhǔn)、電網(wǎng)特性開(kāi)發(fā)，在國(guó)內(nèi)也有一些推廣，但實(shí)際測(cè)試及運(yùn)行結(jié)果并不理想，性能大多不如國(guó)內(nèi)的PLC 產(chǎn)品。

　　2、 低壓電力線寬帶載波通信技術(shù)

　　從1997 年起，隨著高速PLC 調(diào)制解調(diào)技術(shù)和芯片技術(shù)的突破，電力線寬帶載波技術(shù)取得了快速發(fā)展。經(jīng)過(guò)10 余年的發(fā)展，電力線寬帶通信技術(shù)已日趨成熟，在電網(wǎng)側(cè)，電力線寬帶通信技術(shù)主要用于用電信息采集或高級(jí)計(jì)量系統(tǒng)（AMI）;在民用側(cè)，電力線寬帶通信技術(shù)主要用于家庭局域網(wǎng)（HAN）或室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)（In-Home Network）。

　　表1 國(guó)際電力線寬帶載波標(biāo)準(zhǔn)

　　技術(shù)特點(diǎn)

　　低壓電力線載波通信是目前采集系統(tǒng)應(yīng)用在本地信道的主流技術(shù)，具有廣泛的適用性，主要特點(diǎn)包括：

　　1） 可利用的電力線網(wǎng)絡(luò)覆蓋面大，直接接入計(jì)量裝置，不用重新敷設(shè)專(zhuān)用通信線路，無(wú)需額外施工，節(jié)約相應(yīng)投資;

　　2） 不用進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的線路維護(hù)，節(jié)約維護(hù)費(fèi)用和使用費(fèi)用;

　　3） 由于借助供電線路作為通信介質(zhì)，在保證供電正常的情況下同時(shí)也保證了通信鏈路的連接;

　　4） 配電變壓器的供電范圍與載波通信網(wǎng)絡(luò)域相同，有利于臺(tái)區(qū)線損統(tǒng)計(jì)計(jì)算和臺(tái)區(qū)用戶(hù)檔案管理。

　　工程應(yīng)用

　　低壓電力線載波通信技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)外AMI 的各個(gè)場(chǎng)合，在國(guó)內(nèi)自動(dòng)抄表領(lǐng)域也已經(jīng)基本走上實(shí)用階段。目前低壓載波通信是國(guó)家電網(wǎng)公司采集系統(tǒng)中最主要的本地通信方式，所占比例高達(dá)70%以上。

　　目前除了采集系統(tǒng)，電力線載波通信技術(shù)涉及到的其他應(yīng)用領(lǐng)域還有：

　　（1）路燈控制系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制、故障監(jiān)測(cè)、節(jié)能控制等;

　?。?）智能家居：家用電器只需接上電源就可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上控制和互聯(lián);

　　（3） 樓宇控制和智能化小區(qū)：通過(guò)電力線載波通信方式對(duì)高層樓宇用電、小區(qū)公共照明等進(jìn)行遠(yuǎn)程智能化管理;

　　（4）光伏能源接入：利用電力線載波通信進(jìn)行分布式光伏發(fā)電逆變控制和管理等;

　?。?）停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)、公共信息顯示系統(tǒng)、安全防盜及消防報(bào)警系統(tǒng)等應(yīng)用。

　　本次主要介紹在用電信息采集領(lǐng)域的工程應(yīng)用，包括應(yīng)用方式、應(yīng)用情況等內(nèi)容。

　　1.應(yīng)用方式

　　按照在采集系統(tǒng)中的應(yīng)用方式主要?jiǎng)澐譃槿d波方式、半載波方式和混合方式等3 種方式。

　?。?）全載波方式 由集中器、載波電能表組成。

　　這種方式下，在臺(tái)區(qū)變壓器供電范圍內(nèi)，集中器與電能表之間直接通過(guò)電力線載波方式進(jìn)行通信。無(wú)需采集終端，不需要再敷設(shè)專(zhuān)用通信線路，不需要勘測(cè)、調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　一般工作流程：集中器通過(guò)自動(dòng)組網(wǎng)方式（包括主從式和分布式）與此集中器范圍內(nèi)的載波電能表建立完整的路由關(guān)系。每日集中器定時(shí)發(fā)出抄收數(shù)據(jù)命令，通過(guò)低壓電力線按照當(dāng)前的路由表與此集中器范圍內(nèi)的載波電能表通信，獲取電能表的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。當(dāng)有點(diǎn)抄任務(wù)時(shí)，集中器根據(jù)主站點(diǎn)抄命令與指定電能表按照當(dāng)前路由表進(jìn)行通信，獲取電能表的相應(yīng)數(shù)據(jù)。

　　適用范圍：適用于大部分情況。

　?。?）半載波方式 由集中器、采集器和485 電能表組成。

　　半載波方式下，集中器和采集器（載波型采集終端）通過(guò)載波方式通信，采集器和電能表之間通過(guò)RS485 連接，需要額外敷設(shè)RS485 專(zhuān)用通信線路。

　　一般工作流程：集中器通過(guò)自動(dòng)組網(wǎng)方式（包括主從式和分布式）與此集中器范圍內(nèi)的采集器（采集終端）建立完整的路由關(guān)系。每日集中器定時(shí)發(fā)出抄收數(shù)據(jù)命令，通過(guò)低壓電力線按照當(dāng)前的路由表與此集中器范圍內(nèi)采集器通信，然后采集器通過(guò)RS485 總線與485 電能表進(jìn)行通信，獲取線上電能表的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。當(dāng)有點(diǎn)抄任務(wù)時(shí)，集中器根據(jù)主站點(diǎn)抄命令按照當(dāng)前路由表與指定采集器進(jìn)行通信，然后采集器與指定電能表通過(guò)RS485 專(zhuān)線進(jìn)行通信，獲取電能表的相應(yīng)數(shù)據(jù)。

　　適用范圍：由于系統(tǒng)需要敷設(shè)RS485 通訊線路，所以適用于那些電能表集中安裝、容易或允許敷設(shè)RS485 的新建或規(guī)范的住宅小區(qū)。

　　（3）混合方式 一部分電能表通過(guò)全載波方式與集中器進(jìn)行通信，另有一部分電能表通過(guò)半載波方式與集中器進(jìn)行通信。

　　混合方式根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不同，對(duì)于集中安裝的電能表，表箱旁邊安裝載波型采集器（采集終端），采集器與電能表之間通過(guò)RS485 總線方式進(jìn)行連接;對(duì)于用戶(hù)電能表分散安裝，或因樓宇之間不允許安裝RS485 通信線等情況的電能表，直接安裝載波電能表;組網(wǎng)后的一般工作流程與上述兩種基本方式類(lèi)似。

　?。?）三種方式的比較：

　　1）全載波方式的優(yōu)勢(shì)是無(wú)需布線、易安裝、易維護(hù)，但成本相對(duì)高一些;

　　2）半載波方式的優(yōu)勢(shì)是安裝設(shè)備量少，成本相對(duì)較低，但需專(zhuān)門(mén)布線，安裝施工難度和維護(hù)工作量多一些;

　　3）混合方式的優(yōu)勢(shì)是應(yīng)用靈活，能夠解決全載和半載混合模式的臺(tái)區(qū)，但施工難度相對(duì)較大，管理起來(lái)復(fù)雜得多。

　　2.應(yīng)用情況

　?。?）當(dāng)前應(yīng)用情況

　　載波通信方式成為低壓集抄系統(tǒng)建設(shè)的首選，在國(guó)網(wǎng)采集系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中還有如下總體特點(diǎn)：

　　1） 不受金屬箱體屏蔽的影響;

　　2） 不受鋼混建筑物的影響;

　　3） 不同變壓器供電范圍之間基本不受影響;

　　4） 不需要人工干預(yù)，例如具備自動(dòng)路由、自恢復(fù)等功能;

　　5） 系統(tǒng)運(yùn)維量少。

　?。?）影響抄收成功率的主要因素

　　按照統(tǒng)計(jì)情況分析，載波通信方式在部分地區(qū)日抄表成功率未達(dá)到95%，總體歸納起來(lái)，影響因素主要包括：施工、地區(qū)差異、管理模式、產(chǎn)品質(zhì)量等問(wèn)題，具體如下：

　　1 、施工問(wèn)題：

　　a） 未安裝載波電能表;

　　b） 安裝的不是載波電能表;

　　c） 載波電能表進(jìn)線與入戶(hù)線接反，欠費(fèi)停電后載波電能表掉電;

　　d） 業(yè)務(wù)流程在途;

　　e） 拆遷影響：樓房正在拆遷過(guò)程中，部分已在線的載波電能表斷電;

　　f） 載波電能表混裝：包括多種載波方案的載波電能表混裝和同一種載波方案不同版本的載波模塊混裝。

　　半載波模式特有的施工問(wèn)題：

　　a） 電能表側(cè)的RS-485 通信線極性接反;

　　b） 采集器與電能表的RS-485 通信線接線松動(dòng)、虛接。

　　2 、地域差異

　　a） GPRS 信號(hào)質(zhì)量差;

　　b） SIM 卡不兼容;

　　c） 主站統(tǒng)計(jì)功能的差異;

　　d） 數(shù)據(jù)信息采集的數(shù)量不同。

　　3 、管理問(wèn)題

　　a） SIM 卡欠費(fèi);

　　b） 集中器內(nèi)部計(jì)量點(diǎn)的地址信息錯(cuò)誤;

　　c） 采集器地址信息錯(cuò)誤;

　　d） 故障電能表沒(méi)有及時(shí)更換;

　　e） 用戶(hù)電能表表前斷電。

　　4 、產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題：包括設(shè)計(jì)質(zhì)量和生產(chǎn)質(zhì)量

　　a） 電能表給載波模塊提供的電源能力低于標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，造成載波模塊發(fā)射功率降低，導(dǎo)致載波通信性能下降;

　　b） 集中器主板與載波模塊之間抄表交互流程不合理，降低抄表效率;

　　c） 集中器死機(jī)、頻繁掉線;

　　d） 載波模塊生產(chǎn)過(guò)程存在的質(zhì)量問(wèn)題：各廠家使用的元器件質(zhì)量、檢測(cè)環(huán)境不嚴(yán)格造成通信能力下降;

　　e） 半載波方式的RS-485 總線阻抗不匹配。