二、电力线载波通信

（一）电力线载波通信概述

电力线载波通信（Power Line Carrier, PLC）是电力系统特有的通信方式，电力载波通信是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。其最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线就能进行数据传递。电力线载波通信系统结构示意图如图2-2所示。

（二）电力线载波通信的优点

PLC的优点如下：

1）不需要重新架设网络，只要有电线就能进行数据传递，无疑成为了解决智能家居数据传输的最佳方案之一。同时因为数据仅在家庭范围中传输，远程对家电的控制也能通过传统网络先连接到个人计算机，然后再控制家电，PLC调制解调模块的成本也远低于无线模块。

2）相对于其他无线通信技术传输速度较快。

（三）电力线载波通信的缺点

电力线载波通信因为有以下不足之处，导致其主要应用，即电力上网未能大规模应用。

1）配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送。

2）三相电力线间有很大的信号损失（10～30dB）。通信距离很近时，不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输。

3）不同信号耦合方式对电力载波信号损失不同，耦合方式有线-地耦合和线-中线耦合。线-地耦合方式与线-中线耦合方式相比，电力载波信号少损失十几dB，但线-地耦合方式不是所有地区电力系统都适用。

4）电力线存在本身固有的脉冲干扰。使用的交流电有50Hz和60Hz，其周期为20ms和16.7ms，在每一个交流周期中会出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100Hz或120Hz脉冲干扰，干扰时间约为2ms，因此干扰必须加以处理。有一种利用波形过零点在短时间内进行数据传输的方法，但由于过零点时间短，实际应用与交流波形的同步不好控制，而现代通信数据帧又比较长，所以难以应用。

5）电力线对载波信号造成高削减。当电力线上负荷很大时，线路阻抗可达1Ω以上，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几千米。但当电力线上负荷很大时，只能传输几十米。

（四）电力线载波通信的发展机遇

虽然技术问题随着时间的发展，最终都能被解决，但是从国内宽带网建设的情况来看，留给PLC的时间和空间并不宽裕。2000年以来各大运营商大规模推出ADSL、光纤、无线网络等多种宽带接入业务，留给电力线上网的生存空间已经不断被其他接入方式压缩。PLC除了在远程抄表上有所应用外，已没有了当初的雄心壮志。

电力猫是电力载波技术的最新应用和发展，所谓电力猫，即电力线通信调制解调器，是一种把网络信号调制到电线上，利用现有的电线来解决网络布线问题的设备。作为科技催生的第三代网络传输设备，电力猫正在以其独特优势风靡全球。其工作原理就是利用电线传送高频信号，把载有信息的高频信号加载于电流上，然后利用电力传输。接收信息的电力猫再把高频信号从电流中分解出来，从而在不需要重新布线的基础上实现上网、打电话、观看IPTV和使用监控设备等多种应用。

随着家庭智能系统这个话题的兴起，也给PLC技术的发展带来了一个新的舞台。在家庭智能系统中，以个人计算机为核心的家庭智能系统非常受欢迎的。该系统的观念就是，随着个人计算机的普及，可以将所有家用电器需要处理的数据都交给个人计算机来完成。这样就需要在家电与个人计算机之间构建一个数据传送网络，大家都看好无线网，但是在家庭这个环境中，“墙多”这一特征严重影响着无线传输的质量，特别是在别墅和跃层式住宅中这一缺陷更加明显。如果架设专用有线网络除了增加成本以外，在以后的日常生活中要更改家电的位置也显得十分困难和繁琐，这就给无需重新架线的电力载波通信带来了机遇。

（五）电力线载波通信的应用领域

电力线载波通信的应用领域包括远程抄表系统、路灯远程监控系统，以及工业智能化（比如各类设备的数据采集）。在技术上，电力线载波通信不再是点对点通信的范畴，而是突出开放式网络结构的概念，使得每个控制节点（受控设备）组成一个网络进行集中控制，在电力载波应用上具有网络协议及网络概念的企业不多，国外的有Echelon公司的Lonworks网络，国内的有KaiStar（凯星电子）电力载波远程智能控制系统，Risecomm（瑞斯康）公司的瑞斯康智能控制网络。它们的网络协议都是根据国际标准协议EIA709.1、EIA709.2编写的。

下面列举四个应用领域的例子：

1.案例一——智能家居控制（Smart Home Control, SHC）网

智能家居控制网可用电力线载波技术来实现，其原理是将电力载波技术集成后嵌入各电器中去，并利用家庭现有的电力线作为载波通信媒介，实现智能设备之间的通信与控制。智能家居控制网中智能电器的互联互动将为家居带来高品质的生活体验和生活享受。其主要功能有随时查询所有电器状态；任一开关集中控制家中所有智能电器设备；组开/组关指定电器，如场景灯等；随时掌握家庭安防情况，如防盗、火警、探测燃气泄漏等；通过互联网或电话对家中电器进行远程控制。

2.案例二——远程抄表（Remote Meter Reading, RMR）系统

远程自动抄表（Automated Meter Reading, AMR）系统是智能控制网的重要应用之一。它可以使电力供应商在提高服务质量的同时降低管理成本，并让用户有机会充分利用各种用电计划（如分时电价）来节省开支和享受多种便利，已在电力供应系统和小区电力收费系统中得到广泛应用。

其系统功能特点为远程自动抄表；远程控制电表拉/合闸；实时查询用户用电量；电表用量组抄或个别选择抄读；可与收费系统联为一体；根据电网负荷的峰谷时段分段计电价，分时段抄表及计费；控制非法窃电行为；减少人力成本及管理成本；自动保存抄读的历史数据，便于统计电表数据，分析用电规律，便于估计线损和由电表计量误差引起的自损；便于配电系统评估、供电服务质量检测和负荷管理。

3.案例三——远程路灯监控（Remote Street Light Monitoring, RSLM）系统

远程路灯监控系统利用电力载波技术，通过已有电力线将路灯照明系统连接成智能照明系统。此系统能在保证道路安全的同时节省电能，并能延长灯具使用寿命并降低运行维护成本。该系统功能特点在于全天候24h自动监控，监控范围可达数千米；加入自动路由功能后，监控范围成倍增加。

检测单灯工作状态包括工作电压、工作电流、工作状况（开关）、工作温度等，还包括单灯故障状态自动上报；单灯或照明系统节能控制、各类故障或异常情况报警，多种报警方式供用户选择，远程报警信息送至控制中心或值勤人员手机，并可与110等紧急呼救系统联网工作。

4.案例四——电梯实现远程呼梯

电力载波系统可实现户内智能呼梯、访客智能派梯功能。

户内智能呼梯，即业主出门时，按家中的智能呼梯按钮，电梯自动向业主所住楼层停靠，业主出门乘梯，从而有效减少业主候梯时间。

访客智能派梯，即访客来访时，业主应答并为访客开放单元门后，按智能派梯按钮，电梯自动向一层停靠，同时业主所住楼层按键解锁，访客进入电梯后，可直接按键，前往业主所住楼层（其他楼层无权限）。

该系统采用电力线载波通信方式，利用了大楼内的原有电源线，无需重新布线，且安装使用简单，只需将智能模块插在电源插座上即可，业主可根据自身需求方便选配，无需整体投资，从而降低大楼的整体投资成本。

（六）电力线载波在我国发展的现状

如今，虽然以数字微波通信、卫星通信为主干线的覆盖全国的电力通信网络已初步形成、多种通信手段竞相发展，但电力线载波通信仍然是地区网、省网乃至网局网的主要通信手段之一，且是电力系统应用区域最广泛的通信方式，以及电力通信网重要的基本通信手段。从理论研究到运行实践都取得了可喜的成效。

1）电力线载波无论是在所具有的规模范围、装机数量还是在从事人员数量上，都是空前的。在应用上，上至500kV线路，下至35kV乃至10kV线路，都开通了电力线载波机。到“八五”初期，全国110kV及以上电力线载波话路已达26万千米，1989年达到65万千米。电力线载波名副其实地成为电力系统应用最为广泛的通信手段。电力线载波通信系统一种主控端接口电路和一种受控端接口电路分别如图2-3和图2-4所示。

2）电力线载波通信综合业务能力有了很大的发展，由过去单独的调度电话业务发展到开放电话、远动、传真、保护、计算机信息等综合业务。如葛-沪±500kV直流输电系统中，两个换流站的运行数据的控制信息通过长达1053km的载波电路传送，实现了两站间的相互自动控制。

3）载波技术装备水平有了很大提高，从20世纪五六十年代双边带电子管ZDD-I/2、ZS-3等发展到今天的ESB500、ZDD-27/36等全集成化单边带载波机，并推出了数字式载波机。在一些重大工程中还陆续引进了一些具有国际先进水平的载波设备，解决了实际应用中国产机暂时无法解决的问题，也为国产机的改进和提高提供了宝贵的经验。

4）理论研究成果卓著。如在频谱管理上采用了图论、地图色理论和计算机技术，提出了分段设计、频谱分组、电网分段或分区、频率重复使用等，并开发了软件包，可实现用计算机进行设备管理、频率管理、新通道设计和旧通道改造、插空安排设备等功能。为适应现代通信技术的发展，数字式电力线载波机的开发研制也取得了实质性的进展。此外，传输理论、组网技术等方面的研究也不断有新的进展。

（七）电力线载波通信存在的主要问题

进入20世纪八九十年代以来，我国电力事业和电力系统以前所未有的速度迅猛发展。大电站、大机组、超高压输电线路不断增加，电网规模越来越大。电网的发展必然对电网管理和技术提出更高的要求，这就要求电力系统通信更加完善和先进。电力线载波由于其固有的缺点，即通道干扰大、信息量小，再加上设备水平、管理维护等方面造成的稳定性差、故障率高等，已显得无法适应现代电网对通信多方面、多功能的要求；而与此同时，信息时代的到来，促进了全世界范围内电信科技的全面、多维发展，各种新兴的通信技术不断出现，通信设备性能越来越先进，价格越来越低廉。于是，数字微波、卫星通信、光纤通信、移动通信、对流层散射通信、特高频通信、扩展频谱通信、数字程控交换机及以数据网等新兴通信技术逐渐在电力系统中得以推广应用。

可以看到，电力线载波已成为电力系统应用最为广泛的通信手段，当然，其缺点和不足从中也得以充分体现，加之与其他新兴通信手段共存，更显示出其局限性。对电力线载波评价不高似乎已是比较普遍的现象。然而，仔细分析后可以发现，其原因也是多方面的：既有技术上的，也有管理上的；既有设备制造、工程设计施工上的，也有运行维护上的；既有客观上的，也有主观上的。

1.载波频率分配使用中的问题

我国电力线载波频率使用范围为40～500kHz，载波频带带宽为4kHz，所以在整个载波频率范围内只能不重复安排57套载波机，而要使用的载波机远大于这个数量。实际上，即使在这个频段内的频率，要完全利用也非常困难。在低频段，存在着阻波器制作上的困难；而高频段易受广播信号的干扰，并且还要考虑线路对信号衰减的不均匀性等因素。在对这有限的频率使用上，有些地方做得并不好，造成了一方面频谱紧张，一方面又浪费频率资源的局面。

1）在频率的安排上，有些地区安排频率带有很大的随意性，存在见缝插针的问题，没有长远的计划，以至于干扰严重、不断改频；有些则只注意本地区频率规划，结果既影响了别人，又影响了自己。甚至有一些频率主管部门对频率的管理不够重视，在分配频率时缺乏严肃认真的科学态度和科学的方法。

2）没有全局观念、统筹意识，往往就事论事，就频率考虑频率。比较普遍的情况是高频保护占据单独一相（A相）；如果改为与载波复用就可节省下保护占用的频带。再有，通信网络结构一般是点对点结构，通道占用多、利用率低，如改组成调度程控交换网，则既可节省通道，又能达到灵活、可靠的效果。

2.电力线载波机的问题

不可否认，国产载波机无论是在技术性能、工艺结构还是在电路上，同国际上一些先进设备相比仍存在很大的差距，从频谱的利用率、自动增益控制（Automatic Gain Control, AGC）、范围和灵敏度、载供系统的精度、滤波器的性能，到载波机整个通道频率特性以及工作环境温度范围，都难以达到国外载波机的水平。

实际上，在比先进技术更重要的设备的可靠性和稳定性方面。国外载波机平均无故障时间（Mean Time Between Failures, MTBF）可达几十年，国产载波机无法与之相提并论，即使是引进技术的国产化载波机，如ESB500恐怕也不能保证达到甚至接近国外载波机的水平。

3.配套工程存在的问题

配套工程存在的问题主要有电源的可靠性不高和容量小、防雷技术措施不完善、仪器仪表配置不完备和落后等问题。无疑，这些问题的存在也在相当大的程度上影响了通信的可靠性，比如有些地区由于电源引起的故障占总故障的三分之二。雷雨季节由于雷击而致使通信中断的事件也时有发生。至于仪器仪表配置不完备和落后，更是直接影响了设备正常维护测试的效果和速度。

4.管理运行上的问题

管理运行上的问题是比其他问题更突出的问题。多年来，我们的工作中一直不同程度地存在着重主机轻辅机、轻配套，重设备轻人员、轻管理、轻完善等现象，很多必需的工作都开展不力甚至根本没有开展，造成新设备运行一段时间甚至刚开始运行就出现问题。尤其是旧通信系统、旧通道存在的问题，涉及许多专业问题，长期得不到解决。其原因总结起来既有管理体制等方面的问题和领导重视不够，对通信的重要性认识不足的问题；也有基础工作不健全和电力通信队伍的技术需要不断培训、提高素质、提高人员稳定性的问题。需要具体问题具体分析，并予以对症下药。 eeHaNayUcviQ2kLVs3ufToQjsXKaX03XV7I1PZGVSJqlWVMzRqAKEkAdiSsWmPDW