电力网载波通信是电力系统通信特有的一种通信方式,它以电力线为信道,变电站、发电厂为终端,尤其适合于电力调度通信之需求。电力线载波通信,具有投资少、施工期短、设备简单、通信安全、实时性好、无中继、通信距离长等一系列优点。国内110kV以上电力系统载波线路长度已接近百万公里,还有大量110kV以下的电力载波农网线路运行。庞大的电力载波通信网担负着电网内调度电话、继电保护和运动信息等重要传输任务,对电力网安全稳定经济运行发挥着重要而显著的作用。
声频电流通过传输线从发送端送往接收端就能实现最简单的声频通信,要使一对线路上同时进行多路通信就要采用载波通信的方式。为避免各种信号互相混淆,应将相同频率范围的各个话音信号进行频率变换,把它们搬移到各个不同的频率位置,然后再用同一对线路传输。频率搬移实际上就是改变原始信号的频率,这是利用非线性元件变频作用来实现的。
电力网载波通信的基本设备有电力载波机、结合滤波器、阻波器、耦合电容器等部件。载波机主要用于调制和解调信号,把原来的声频信号调制(解调)成高频(声频)信号。结合滤波器为高频保护提供专用接口,对工频信号呈现非常大的阻抗,防止工频电流侵入。阻波器的作用是防止高频信号流入变压器,耦合电容器接在相线和结合滤波器之间,其作用是阻止工频50Hz电流通过。
电力网载波通信在原理上和邮电明线的载波通信基本相同,但前者是利用电力线路来实现通信的,电力线路是为输送50Hz电能而架设的,线路上具有很高的工频电压和强大的工频电流,因此电力网载波通信有许多独特之处。与邮电载波通信相比,电力网载波通信主要具有如下特点:
电力网线路上有高压大电流通过,载波通信设备必须通过高效、安全的耦合设备才能与电力线路相连。这些耦合设备既要使载波信号有效传送,又要不影响工频电流的传输,还要能方便地分离载波信号与工频电流。此外,耦合设备还必须防止工频高压、大电流对载波通信设备的损坏,确保安全。
电力网载波通信能使用的频谱,是由三个因素决定的。
第一,电力网线路本身的高频特性。
第二,可避免50Hz工频谐波的干扰。
第三,防止载波信号的辐射对无线电广播及无线通信的影响。国内统一规定电力网载波通信使用频带为40~500kHz。
由于电力网、电力线路上可能存在强大的电晕等干扰噪声,要求电力线载波设备具有较高的发信功率,以获得必需的信噪比。另外,由于50Hz谐波的强烈干扰,使得0.3~3.4kHz的话音信号不能直接在电力线上传输,即不可能在电力线上直接进行声频通信。只能将信号频谱搬移到40kHz以上,进行载波通信。
电力系统从调度通信的需要出发,往往要依靠发电厂、变电站同母线上不同走向的电力线开设载波来组织各方向的通信。由于能使用频谱的限制、通信方向的分散以及组网灵活性的考虑,电力线通信大量采用单路载波设备。
电力系统通信早在20世纪20年代初期就已实现,但其商业运作主要是以电力线载波通信(Plastic Leaded Chip Carrier, PLCC)为代表的通信应用。PLCC是电力系统特有的通信方式,它利用坚固可靠的现成电力网作为载波信号传输信道,因此具有传输可靠、路由合理等特点,并且是唯一不用传输信道投资的有线通信方式。电力系统通信经过几十年来的发展,已从电子通信方式发展到现代光电子通信方式。
PLCC作为电力系统通信的经典代表,经历了几次更新换代:从分立设施到集成设施、从单一功能到多功能、从模拟信号到数字信号。
当前PLCC已发展到全数字化时代,如何利用先进的数字信息处理(Digital Signal Processing, DSP)等相关技术推进PLCC的发展,有诸多课题需要研究和实现。未来的PLCC要实现通信业务综合化、传输能力宽带化、网络管理智能化,并且要能实现同远程网络的无缝连接,至少要进一步研发与实现下列三个方面的课题。
硬件设施平台:主要包括PLCC通信方式方法及其通信网络结构优化选择方案等。另外,扩频方法、正交频分复用方法和多维格形编码方法各有千秋,这三种方法到底哪一种最适合低压PLCC,尚有待研究与证实。当然也可采用软件无线策略为这三种方法提供一个统一平台。由于电力网络结构非常复杂,并且网络拓扑千变万化,如何优化PLCC网络结构也是值得进行研发的课题。
软件设施平台:主要包括PLCC理论方法与实现技术的进一步研发,信号处理方法与技术、回波抵消方法与技术、自适应增益调整方法与技术等都在低压PLCC运用中至关重要,均需进一步研发。
网络管理平台:除了上网、通电话外,低压PLCC也可远程自动读取水表数据信息、电表数据信息、气表数据信息,还可用作永久在线连接等。