电力线载波通信技术的发展与特点

电力线载波通信技术的发展及特点

摘要

本文介绍了电力线载波通信的发展及特点，文中主要就高压电力线载波通信、中压配电网电力线载波数据通信和低压用户配电网电力线载波通信，以及与其相关的关键技术问题进行了讨论。

0 引言

电力线载波（Power Line Carrier - PLC）通信是利用高压电力线（在电力载波领域通常指35kV及以上电压等级）、中压电力线（指10kV电压等级）或低压配电线（380/220V用户线）作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。近年来，高压电力线载波技术突破了仅限于单片机应用的限制，已经进入了数字化时代。并且，随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要，中/低压电力载波通信的技术开发及应用亦出现了方兴未艾的局面，电力线载波通信这座被国外传媒喻为“未被挖掘的金山”正逐渐成为一门电力通信领域乃至关系到千家万户的热门专业。在这种形势下，本文旨在通过对电力线载波通信技术的发展及所涉及的一些技术问题的讨论，阐明电力线载波通信的发展历程、特点及技术关键。

2 电力线载波通信的特点

2.1 高压载波路由合理，通道建设投资相对较低高压电力线路的路由走向沿着终端站到枢纽站，再到调度所，正是电力调度通信所要求的合理路由，并且载波通道建设只需结合加工设备的投入而无须考虑线路投资，因此当之无愧成为电力通信的基本通信方式，尤其在边远地区更是这样。电力线载波通道往往先于变电站完成建设，对于新建电站的通信开通十分有利。为此，只要妥善解决电力线载波信道的容量问题，载波通信的优势就会显现出来。在中压配电网载波和低压用户电网载波中，节省线路建设费用，无须考虑破坏家庭已装修环境，也仍然是载波通信的优势。

2.2 传输频带受限，传输容量相对较小

在高压电网中，一般考虑到工频谐波及无线电发射干扰电力线载波的通信频带限制于40～500kHz之内，按照单方向占用4kHz带宽计算，理想情况下一条线路可安排115条高频载波通道。但由于电力线路各相之间及变电站之间的跨越衰减有限（13～43dB），不可能理想地按照频谱紧邻的方式安排载波通道，因此，真正组成电力线载波通信网所实现的载波通道是有限的，在当今通信业务已大大开拓的情况下，载波通道的信道容量已成为其进一步应用的“瓶颈”问题。尽管我们在载波频谱的分配上研究了随机插空法、分小区法、分组分段法、频率阻塞法及地图色法和计算机频率分配软件，并且规定不同电压等级的电力线路之间不得搭建高频桥路，使载波频率尽量得以重复使用，但还是不能满足需要。近来随着光纤通信的发展和全数字电力线载波机的出现，稍微缓解了载波频谱的紧张程度。在10kV中压配电

网和低压用户配电网中，除了新上的载波信号之外，不存在其它高频信号，并且一般为多址传输，因此通道容量问题并不突出。

2.5 线路阻抗变化大此主题相关图片如下：

[UPLOAD=gif] 高压电力线阻抗一般为300～400Ω，在线路上呈波动状态，现场实测表明，在波动幅度达到1/2左右时，对载波通道衰减将产生严重的影响[7]。在通道加工不合理、不完善、存在容性负载以及T接分支线时，会加剧载波通道的阻抗变化并甚至中断通信。低压用户配电网载波通道的阻抗变化更大（见图2），在负荷很重时，线路阻抗可能低于1Ω，这使得载波装置不能采用固定的阻抗输出。

2.7 对外界的干扰由于高压电力线载波频段限制在40～500kHz，只要控制载波机的谐波和交调乱真发射功率足够小，即可避免对外界的干扰。目前值得研究的是在220V线路上的扩频电线上网装置的干扰问题，这类装置为了实现高速数据通信，往往占用频带达30MHz甚至更多，据国外媒体报道，当电力线数据通信使用2～30MHz 的频带传输数据时，将会对该频段的短波无线电广播、业余爱好者无线电台等产生影响。目前我国还没有建立这方面的标准，应当将这种干扰限制在何种程度还需要进一步研究[8]。

2.8 网络应用要求更高现代通信对电力线载波的要求也更侧重

于网络方面，需要将原先仅限于通道的概念扩展为网络概念。以往的电力线载波机主要靠自动盘和音转接口实现小范围的联网，而将载波机与调度机协同考虑，实现载波机协同变电站调度机的组网应用以及适当设置能够与通信网监测系统接口的数据采集变送器应当是我们近几年考虑的问题。与高压电力载波不同，电力线载波在中、低压线路上的应用在开始阶段就是建立在网络应用的基础之上的。

3 目前需要考虑的一些技术问题 3.1 高压电力线载波 3.1.1 信道容量长期以来一直是电力线载波通信存在的关键问题，如何进一步实现更高速、多路的电力线载波通信是进一步发展的主要课题。目前我们已通过成功地采用数字复接技术扩展了频域4kHz带宽的信道容量（达到28.8kbits/s），今后还可在线路频率的回波抵消上进行一番深入研究。国内以前曾有过对模拟正交调制实现通道容量倍增的研究，随着技术的发展，高精度的DDS（直接频率合成）技术已经商业化，这一研究还可继续进行下去。同时，在电力线载波频率资源趋于宽松的情况下，在载波线路频谱上采用比当前4kHz载波基本频带更宽的频带已成为可能，本文认为相关的载波标准应针对当前的实际情况考虑适当修改，并以此来规范现场的实际应用。

3.1.2 数字多路复接类型的电力线载波机在进行远动数据传输时，有时会产生瞬时中断现象，这种现象对于语音传输无大影响，但是对于数据传输，尤其是一些重要的控制信号的传输将带来不良的后果。据

分析，这一现象可能是由线路上的突发脉冲干扰引起的，因此，解决这一问题可以考虑两个方面，一是在载波机设计中有针对性地重点考虑如何解决（据说已有产品，还需现场验证）；二是在现场应用中也要注意不能一概而论地上数字复接载波机，应针对实际应用的场合来选择合适的载波机类型。如果线路突发噪声比较高，频繁出现这样的瞬时中断时，在目前情况下应考虑采用DSP制式的数字化电力线载波机。 3.1.3 载波机的接口类型目前有音转、二线E&M、四线E&M、小号、延长线、远动等，还需更趋于完善，尤其是与数字设备和通信网管理系统以及调度自动化系统的接口更需规范、适用。载波机与程控调度交换机的结合方式应更便于组网应用，使调度机的功能覆盖到全网。 3.1.4 载波机的电路设计在性能指标冗余度和器件极限指标的余量上还需进行精细地设计（要有量化的指标），以保证设备的整机指标和长期运行的可靠性。整机的出厂不能仅以调试通过来判断设备的质量，而应按照企业内控标准，在经过适当的老化运行之后，以最终检验的结果来判断设备的出厂质量水平。 3.1.5 目前载波机的设计主要针对高压和农电两个方向来进行，虽然我们研究了许多不同的制式，如呼叫信号有脉冲、单频移频、双频移频和带内编码型；导频制式有单导频、无导频、间歇导频；调制方式有一次、二次和三次调制，但在下面一些方面还需努力，如：组合功放、线路回音抵消、高频数字调制、抗突发噪声的数字复接器、自适应线路阻抗匹配、工艺水平、过程质量管理等。对于远动的防卫度问题，应当尽可能地设计为自适应地保持恒定的防卫度水平，而不是随着话音和远动电平的浮