低压电力线载波通信面临的挑战与对策

低压电力线载波通信面临的挑战与对策

摘要：低压电力线载波通信主要是通过使用低压配电线作为通信的媒介来实现

通信的一种通信方式。低压电力线网络是现今覆盖范围最广的网络，相较于采用

专用通信线路来实现的通信，使用低压电力线来作为载波通信的网络具有取材方便，建造成本较低的特点，具有十分高的开发潜力。本文主要针对低压电力线载

波通信方面的内容进行分析探讨，以供参阅。

关键词：低压；电力线载波通信；挑战；对策

引言

电力线载波通信（PLC）是电力系统特有的、基本的通信方式。早在20世纪

20年代，电力载波通信就开始应用到10kV配电网络线路通信中，并形成了相关

的国际标准和国家标准。对于低压配电网来说，利用电力线来传输用户用电数据，实现及时有效收集和统计，是国内外公认的最佳方案。但在早期的实际应用中，

由于我国电网环境恶劣，电力线信道高衰减、强干扰和波动范围大等特点，导致

数据采集的成功率和实时性不能完全满足实际通信的需求。近年来，随着许多新

兴的数字技术，例如扩频通信、数字信号处理和网络中继拓扑等技术的大力发展，提高和改善低压配电网电力载波通信的可用性和可靠性成为可能，电力载波通信

技术的应用前景变得更为广阔。

1低压电力线载波通信的发展历程

使用低压电力线来构建载波通信网络这一构想已经发展多年了。国外在多年

以前已经开展了相关的研究。经过多年的研究与发展，在使用低压电力线进行载

波通信的研究上国外研究结构已将低压电力线载波通信的原理和低压电力线载波

通信信道特性分析和建模、电力载波调制技术以及相关通信芯片的研制等完成了

初步探索和完善，并就低压电力线载波通信的相关标准及商业化的运用进行了构建。相较于国外对于低压电力线载波通信相关技术所投入的时间和资金，我国在

低压电力线载波通信的相关研究起步较晚，但是研究发展速度极为迅速并取得了

一定的成果。在对低压电力线载波通信的前期的研究中主要集中在利用国外已有

的固化的低压电力线载波通信调制技术和芯片进行相关的扩展开发，近些年来对

于低压电力线载波通信的研究则集中于对国内配电网的信道特性进行调制技术的

研究和低压电力线载波通信载波芯片的研制。但是目前国内在低压电力线载波通

信应用中的相关法律法规政策的制定还不完善，需要制定完善。

2低压电力线载波通信的特点

2.1噪声干扰强

已有的研究结果表明，噪声的大量存在是实现数据在低压电力线上优质传输

的主要障碍之一。一般来说，影响电力通信质量的噪声主要有以下3种：背景噪声—分布在整个通信频带；周期性噪声—包括周期性的连续干扰和周期性的脉冲

干扰；突发性噪声—用电设备的随机接入或断开而产生。研究表明，脉冲干扰对

低压电力线载波通信的质量影响最大。有文献统计出，脉冲干扰的强度最大可达40dBm，如此强的干扰将给通信带来致命的伤害，以致于在接收端根本无法识别

出发送的信号。

2.2信号衰减大

信号在电力线上传输过程中的衰减是低压载波通信遇到的另一难点。同时，

由于低压配电网直接面向用户，负荷情况复杂，各节点阻抗不匹配，所以信号会

产生反射、谐振等现象，使得信号的衰减变得极其复杂。总的说来，信号的衰减

随着传输距离的增加而增加，同时，有文献报导，信号的衰减与频率、工频电源

的相位有关，一般来说，随着频率的增加，信号的衰减也将增加，而在某些特殊

的频段，由于反射、谐振及传输线效应等的影响，衰减会出现突然剧增。

2.3随机性和时变性

低压电力线直接面向用户的特点导致其干扰具有随机性和时变性，这是低压

载波通信面临的又一挑战。由于用户负荷的随机接入和切除，网络结构的变化以

及不可抗拒的自然因素，如雷电等的影响，使得其干扰表现出很强的随机性和时

变性，从而难以找到一个准确的数学模型来加以描述。从以上分析可见，低压电

力线自身所具有的特点，大大限制了以其为传输媒介的低压载波通信技术的发展。科学工作者在研究有效的信号分析方法上进行了大量的工作，如用小波变换（WaveletTransform）、维格纳分布（Wigner-VilleDistribution）等来解决这一问题。文献表明，这些方法虽能在很大的程度上改善信号处理的结果，但并不是对所有

的传输信号都能达到理想的效果。

3影响电力载波通信质量的几个因素

3.1低压配电网对电力载波通信的影响

受人民生活水平的限制及居住条件的影响，低压配电网上用户数量众多，线

路分支多，接点数目多。常规低压电力线载波通信技术一般都是把高频信号注入

耦合或调制到低压配电网上，众多的线路分支和接点数目对高频信号的波传导的

衰减影响是显而易见的。影响波传导效果的另外一个重要指标就是系统的容量，

某些地区为提高低压供电的可靠性，经常采用多台配电变压器次级并联运行的供

电模式，高频信号在这样配变容量的供电状况下进行波传导是很困难的；另外配

电网电流的流动是有方向的，这些对高频信号的波传导都会产生严重影响。

3.2负荷对电力载波通信的影响

为保证常规低压电力线载波通信的成功，我们希望在低压配电网上传输的高

频信号的频谱范围内，干扰越小越好（这也是厂家研发跳频技术的原因，跳频技

术的原理就是如果当前进行通信的频率污染严重，难以正常通信，系统就会自动

选择另外的频率进行通信），可是由于国家对入网设备产生的谐波没有强制性检测，导致国内配电网谐波成分复杂，强度很高，污染了全频谱的高频载波信号。

低压配电网上的干扰主要是伪劣电器以及变频设备，随着节能意识的提高和国家

产业政策的支持，各种变频设备（电视、冰箱、空调等）越来越普遍地进入家庭，在可预见的将来，这种情况会越来越严重，若不能很好地处理变频设备对频谱的

干扰，常规低压电力线载波通信技术在目前很难成功应用。

3.3电力设备对电力载波通信的影响

为保证电力生产有序经济运行，电力企业在低压配电网上安装了大量电力生

产营销用设备，这些电力设备对常规低压电力线载波通信的影响也很大。按照国

网农电部《县城中、低压配电网建设与改造主要技术原则》的要求，为提高低压

配电网的功率因数水平，改善用户的电压质量，对新建或改造的低压配电网，当

选用低损耗变压器时，宜按变压器容量的5%~10%在配电变压器的低压侧配置电

容器。架空网取上限，电缆网取下限。目前无功分散补偿已经成为趋势，无功补

偿控制器就是根据低压配电网功率因数的高低来决定补偿电容器组的投切数目，

大容量的补偿电容对高频信号的衰减作用相当明显，客观地讲，只要有1组电容

器投入运行，常规低压载波通信的成功率会有大幅的下降，系统甚至会瘫痪。

4对策与出路

目前电力企业最关心的是低压居民用户的用电信息。受居民生活水平的限制，