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電力線通信技術原理及應用

作者: 時間:2011-01-18 來源:網(wǎng)絡 收藏

電力線通信(MV-PLC)技術是指利用電力傳輸網(wǎng)絡中的中壓電力線(通常指10KV電壓等級)作為信號傳輸媒介,進行語音、數(shù)據(jù)信息的傳輸。該技術首先被應用于中壓配電網(wǎng)的自動化數(shù)據(jù)傳輸平臺中;近年來,中壓電力線寬帶網(wǎng)絡接入以其基礎設施完備、分布廣泛、成本低廉的特點,正越來越受到關注,尤其是在偏遠農(nóng)村或者人口稀少的地區(qū),具有極強的實用價值。

中壓PLC應用領域

中壓輸電網(wǎng)覆蓋面積廣大,應用領域繁多,中壓配電自動化對于國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重要的意義,相關應用包括用電負荷控制、電網(wǎng)運行監(jiān)測、集中抄表等。配電網(wǎng)自動化往往有數(shù)量巨大且分布分散的節(jié)點需進行控制和數(shù)據(jù)采集,故對數(shù)據(jù)通道的經(jīng)濟性有較高要求。中壓PLC技術將傳統(tǒng)中壓電力網(wǎng)轉變成為數(shù)據(jù)通信網(wǎng),在建設成本、運行和維護費用等方面具有天然的優(yōu)勢,目前在韓國、美國、西班牙等國家已得到良好的應用,國內(nèi)也開展了大量的研究和實踐。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展,Internet在生產(chǎn)生活中發(fā)揮著日益重要的作用,而PLC技術也在寬帶網(wǎng)絡接入手段中占據(jù)了重要的地位。從戶外中壓PLC到戶內(nèi)低壓PLC的接入方案,被認為是解決寬帶接入的“最后一公里”問題的理想方案,該類研究興起于北美,近年來發(fā)展迅速。

對于中壓電力線網(wǎng)絡,由于其業(yè)已存在的廣泛分布,成為了在偏遠地區(qū)實現(xiàn)高速網(wǎng)絡接入的理想媒介,以縮短和消除城市地區(qū)與農(nóng)村地區(qū),發(fā)達地區(qū)與不發(fā)達地區(qū)之間的“數(shù)字鴻溝”。在偏遠或者人口密度較低的地區(qū),短期內(nèi)通過PLC以外的其它技術手段實現(xiàn)較大帶寬的數(shù)字通信服務,會面臨較多的困難;在城市地區(qū)廣泛使用的xDSL或者通信光纜一般均難以鋪設到這些地區(qū);衛(wèi)星通信在一些地區(qū)可以實現(xiàn),但是低通信速率以及信道租用和終端所帶來的高成本,使其大規(guī)模應用受到很大限制;以GSM、IS-95、WCDMA等為代表的蜂窩通信技術本身是針對高用戶密度的應用場景所設計,如果在用戶密度較低的地區(qū)使用,將帶來通信能力的嚴重浪費和高昂的運營成本,從而難以得到推廣和普及。

在發(fā)展中國家,這一矛盾尤其突出。就國內(nèi)的情況而言,我國幅員遼闊,有相當數(shù)量的農(nóng)村地區(qū)處于偏遠、人煙稀少的地帶,這些區(qū)域的通信發(fā)展相對滯后。據(jù)統(tǒng)計,我國行政村固定電話覆蓋率為94%~97%,數(shù)據(jù)通信的覆蓋率則更低。由于自然和經(jīng)濟條件的制約,若采用現(xiàn)有的通信方式,改善這些地區(qū)的信息服務將面臨越來越多的困難。而行政村的通電率已接近100%,且電網(wǎng)覆蓋是區(qū)域發(fā)展的基本條件,因此,利用電力傳輸網(wǎng)絡實現(xiàn)寬帶網(wǎng)絡接入,是適合國情、可行并且經(jīng)濟的方案,圖1為農(nóng)村中壓PLC接入網(wǎng)系統(tǒng)的結構示意圖。


圖1農(nóng)村中的PLC接入網(wǎng)系統(tǒng)

本文引用地址:http://2s4d.com/article/179962.htm

中壓電力線信道研究

電力線設計的初衷是傳遞頻率為50~60Hz的電力信號,將其功能擴展到語音或者數(shù)據(jù)信號傳輸時將面臨復雜的電磁環(huán)境。因此,對于PLC技術而言,針對電力線信道特性的研究是非常基礎和關鍵的。在我國,由于中壓線路分布和負載情況更為復雜,變電站間線路相對較短以及干擾相對較強,中壓電力線組網(wǎng)通信所面臨的物理層環(huán)境比較復雜和惡劣。近年來,相關科研機構對中壓電力線信道特性進行了卓有成效的研究,筆者也對我國北方典型農(nóng)村地區(qū)的中壓電力線信道特性進行了多次實地測量和分析,這些研究成果為實際的工程應用提供了參考。

一般來說,電力線信道對于數(shù)字通信的負面影響主要來源于三個方面:變化的阻抗特性;頻率選擇性的信道衰減特性;有色背景噪聲和多種沖激噪聲。

研究信道阻抗特性的目的主要是為了實現(xiàn)信道與發(fā)射機、接收機之間的阻抗匹配,當阻抗失配時,將造成信號能量的浪費,甚至出現(xiàn)啞信號點。由于中壓配電網(wǎng)的分支多,負載情況復雜,線路阻抗會隨距離、頻率、時間而變化,且變化范圍大,一般在幾十歐~幾百歐之間,圖2即為中壓電力線阻抗特性隨頻率變化曲線。故在實現(xiàn)寬帶網(wǎng)絡接入時,阻抗匹配比較困難;目前,通常采用在耦合技術中通過犧牲匹配性能來適合線路側寬范圍內(nèi)阻抗的方法,也有系統(tǒng)在發(fā)射機端采用阻抗自適應的功率放大設備等,以達到較好的阻抗匹配效果。


圖2中壓線路阻抗特性曲線


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