應(yīng)用于智能電網(wǎng)的PLC通信標準

緒論

近幾年來，電力通信的發(fā)展一直是綠色能源的關(guān)注重點之一，隨著電力電子技術(shù)進步，電力線的技術(shù)也愈加成熟，所以現(xiàn)在已經(jīng)有大量廠商對這個技術(shù)所帶來的新應(yīng)用感到興趣，例如智能電網(wǎng)、自動讀表系統(tǒng)甚至智能家庭都被視為未來電力線發(fā)展的重要標的。因此，智能電網(wǎng)的出現(xiàn)，使得傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡(luò)可以偵測電力供應(yīng)及一般家庭電力的使用狀況，藉此來調(diào)整電力的耗電量，達到節(jié)約能源，增強電網(wǎng)可靠性的目的。本文將針對智能電網(wǎng)的基本概念、技術(shù)發(fā)展及通信標準，提供一個概略性的介紹與整理。

電力線通信將無所不在

為了掌握各區(qū)域用電的實時情報，電力線通信的涵蓋范圍非常廣，從最底層的家庭用電到跨越電表至變電站的信息集中器(Concentrator)，或是更高的中壓層通信都必需完整掌控，因此，更要確保不同電壓段的通信質(zhì)量，以提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

因為技術(shù)日漸成熟，電力線的通信質(zhì)量有著飛躍性的增長。隨著應(yīng)用不同，可以分成可遠距離傳送的窄頻PLC(NarrowBandPowerlinecommunication)及短距離但高速度的寬帶PLC(BroadBandpowerlinecommunication)，目前寬帶PLC的物理層(PHYrate)傳輸速度己可達到200M(bps)。因此，智能家庭的應(yīng)用又再次搬上臺面，不僅從室外即可遠程操控家中的電器，電費也不再只能依靠每兩個月一次的賬單，家中所有電器的用電信息可以隨時掌控，再者，只要使用家中的插座即可直接上網(wǎng)，透過有線傳輸讓家里通信不再有死角。

可靠的長程通信工具

窄頻電力線，是電力線通信發(fā)展初期即存在的技術(shù)，適合用在較長距離的電力線通信技術(shù)。因通信使用500k(Hz)以下頻帶，較不易受到電力線先天環(huán)境的衰減，所以可以傳送較長的距離，但也因此傳輸速率較慢，大多使用在電力監(jiān)控，圖1即為先進讀表系統(tǒng)(AMI)的架構(gòu)圖。意大利ENEL電力公司采用一個基于FSK和BPSK調(diào)制的窄帶PLC系統(tǒng)，建構(gòu)一個3500萬用戶的自動電表管理系統(tǒng)即為經(jīng)典的成功案例。

圖為自動讀表系統(tǒng)的通信環(huán)境示意圖，臺灣的電力系統(tǒng)大多是由變電站提供220v電源至各住戶，所以數(shù)據(jù)集中器適合設(shè)置于變電站，再由光纖將各家的用電信息傳至管理服務(wù)器，所以數(shù)字電表的電力信息必需透過圖中紅色電纜傳到變電站的集中器，但此部分電纜建構(gòu)時大多埋在地底下，難以評估其長度，以及是否連接其他電力設(shè)備，因此最適合使用窄頻PLC作為解決方案。

如上述，窄頻電力線通信雖然并非新一代的技術(shù)，但隨著通信技術(shù)增長，不論是通信速度或是對抗噪聲的調(diào)變技術(shù)都有大幅增長。當下已有許多國家有制定自己的窄頻通信規(guī)范，例如北美的美國聯(lián)邦通信委員會FCC(9k~490kHz)，在歐洲，則由1976年成立于比利時的CENELEC制定其規(guī)范(3kHz~148.5kHz)，以及日本電波產(chǎn)業(yè)會ARIB(10kHz~450kHz)等等。

近來，許多之前使用在數(shù)字通信的調(diào)變技術(shù)都被拿到電力線通信上使用例如FSK、PSK、展頻等等，其中最熱門的莫過于使用多載波的OFDM調(diào)變技術(shù)，主要原因在于其抗信道衰減及噪聲干擾的優(yōu)異表現(xiàn)，也因此，歐洲的G3及PRIME兩個窄頻電力線解決方案都是采用這個技術(shù)。