智能電網(wǎng)的電力線通信系統(tǒng)介紹

　　圖1：智能電網(wǎng)：INNOVATION概念的核心內(nèi)容。

　　凡是電動(dòng)產(chǎn)品設(shè)備都須通過電源插座連接到電力線，因此，我們可以認(rèn)為，電力線是一種永遠(yuǎn)存在的廉價(jià)的通信媒介，設(shè)備聯(lián)網(wǎng)無需再鋪設(shè)昂貴的電纜或安裝無線射頻系統(tǒng)。

　　電力線窄帶通信足以維持簡單的信息交換，例如，用電量計(jì)量、向執(zhí)行器發(fā)送命令、檢驗(yàn)系統(tǒng)等。在室內(nèi)外環(huán)境，電力線窄帶通信可實(shí)現(xiàn)很多應(yīng)用。例如，供電公司可通過戶外電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控路燈或?qū)崿F(xiàn)集中抄表（AMR）和電表自動(dòng)管理（AMM）解決方案，同時(shí)提供多項(xiàng)客戶服務(wù)，包括用電控制和電價(jià)選擇。室內(nèi)電網(wǎng)可用于家電聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)家庭或樓宇自動(dòng)化，創(chuàng)建安全防盜系統(tǒng)，控制溫度和照明亮度。所有這些功能都離不開電力線調(diào)制解調(diào)器（PLM），像普通的調(diào)制解調(diào)器一樣，電力線調(diào)制解調(diào)器把二進(jìn)制數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成一序列預(yù)設(shè)特性（頻率、信號(hào)電平）的信號(hào)，然后在接收端再把這些信號(hào)恢復(fù)到二進(jìn)制數(shù)據(jù)，完成信號(hào)的調(diào)制解調(diào)過程。電力線調(diào)制解調(diào)器須能夠在電力線上傳送調(diào)制信號(hào)，并檢測(cè)從發(fā)送端傳至接收端的輸入信號(hào)，完成信號(hào)的收發(fā)過程。

　　如前文所述，集中秒表又稱AMR是電力線調(diào)制解調(diào)器的主要目標(biāo)應(yīng)用之一，傳統(tǒng)的機(jī)電式電表所采用的技術(shù)不再適合更深入長遠(yuǎn)的發(fā)展，而電子電表卻可以給供電企業(yè)和消費(fèi)者帶來更多的價(jià)值，其中包括降低制造成本、維護(hù)費(fèi)用、二氧化碳排放量，提高電量計(jì)量精度，最重要的是，能夠?yàn)橄M(fèi)者提供實(shí)際用電的詳細(xì)信息，為供電企業(yè)提供實(shí)時(shí)服務(wù)質(zhì)量數(shù)據(jù)。

　　智能電表是集中抄表AMR技術(shù)的演進(jìn)結(jié)果，是智能電網(wǎng)的重組成部分。智能電表給供電企業(yè)和消費(fèi)者帶來切實(shí)的好處：消費(fèi)者能夠更精確地監(jiān)控用電情況，例如，在電價(jià)最低時(shí)段使用洗衣機(jī)、洗碗機(jī)或電熱水器，而電力企業(yè)能夠提高發(fā)電和輸電的效率。

　　新出現(xiàn)的智能電網(wǎng)實(shí)際上是一個(gè)智能數(shù)字電網(wǎng)，被用來定義下一代輸配電網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。智能電表可以讓消費(fèi)者的家庭網(wǎng)絡(luò)與智能電網(wǎng)互通，為供電企業(yè)和消費(fèi)者提供更智能的電能管理服務(wù)。

　　智能電網(wǎng)市場(chǎng)可再細(xì)分為三大市場(chǎng)板塊：基礎(chǔ)設(shè)備（例如，數(shù)據(jù)集中器）、電能表和家庭/樓宇管理，每個(gè)市場(chǎng)都有不同的應(yīng)用要求。

　　微逆變器用于收集太陽能等再生能源發(fā)電，通過電力線調(diào)制解調(diào)器與智能電網(wǎng)通信。下圖所示是一個(gè)最新的太陽能收集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

　　圖2：最新太陽能收集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

　　為滿足這些應(yīng)用要求，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織出臺(tái)了新的電力線通信標(biāo)準(zhǔn)：

　　IEC 61334-5-1協(xié)議，S-FSK調(diào)制模式數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)2.4 Kbps

　　Meters More規(guī)范，B- FSK和多種調(diào)制模式n-PSK調(diào)制技術(shù)

　　以O(shè)FDM調(diào)制穩(wěn)健為特色的PRIME協(xié)議
PRIME（電力線智能電表演進(jìn)）是一個(gè)基于最新技術(shù)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)，確保現(xiàn)在的技術(shù)能夠滿足未來的市場(chǎng)需求，保護(hù)電力企業(yè)在未來應(yīng)用的投資。PRIME是一個(gè)推廣不同設(shè)廠商產(chǎn)品互操作的開放式標(biāo)準(zhǔn)，是推進(jìn)新市場(chǎng)增長的有效方式，所有的市場(chǎng)參與者都將成為這個(gè)解決方案的最終受益者，其中包括供電公司、用電企業(yè)和個(gè)人。PRIME采用的是CENELEC-A波段的OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù)。智能電網(wǎng)是智能輸配電網(wǎng)絡(luò)，家庭自動(dòng)化、智能電表和再生能源發(fā)電是我們?cè)谥悄茈娋W(wǎng)市場(chǎng)的主要研發(fā)方向。智能電表為用戶提供實(shí)時(shí)的詳細(xì)的用電數(shù)據(jù)，讓用戶能夠管理家庭用電情況，例如，鼓勵(lì)用戶在用電低谷期使用洗衣機(jī)。在智能電網(wǎng)環(huán)境內(nèi)，智能電表是家庭網(wǎng)絡(luò)（HAN）與戶外智能電網(wǎng)之間的連接中心，把用電家庭與電力公司連接在一起。

　　下圖描述了智能電表的重要作用：

　　圖3

　　HomePlug推出了新的寬帶電力線通信標(biāo)準(zhǔn)，這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的最大優(yōu)點(diǎn)是，用戶創(chuàng)建家庭網(wǎng)絡(luò)無需鋪設(shè)新線，只使用家庭現(xiàn)有的電源插座和接線盒即可組建高速家庭網(wǎng)絡(luò)。

　　HomePlug是一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)盟 （www.homeplug.org），意法半導(dǎo)體是該組織的主要?jiǎng)?chuàng)始人之一。該組織的使命是推動(dòng)低成本的互操作的標(biāo)準(zhǔn)化家庭電力線網(wǎng)絡(luò)和產(chǎn)品的研制和應(yīng)用。HomePlug技術(shù)完全符合IEEE1901寬帶電力線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)（媒體訪問控制和物理層規(guī)范），為客戶提供一個(gè)完整的互操作技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)，確保能夠向千兆以太網(wǎng)服務(wù)演進(jìn)。

　　HomePlug標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)相互兼容的版本：

　　HomePlug GP（Green PHY），主要用于智能電網(wǎng)和智能電動(dòng)產(chǎn)品設(shè)備。

　　HomePlug AV（音頻/視頻），是消費(fèi)電子產(chǎn)品家庭聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

　　最近，HomePlug聯(lián)盟收到了“電動(dòng)汽車充電接口協(xié)調(diào)組織”代表5家德國汽車廠商關(guān)于選用PLC IEEE1901 Profile Green PHY （HomePlug GP）作為插電式電動(dòng)汽車與充電樁之間的通信技術(shù)的確認(rèn)函。隨后不久，通用、福特和豐田三大汽車巨頭也宣布選用這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)， HomepluGP現(xiàn)已成為電動(dòng)汽車充電的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。

　　圖4

　　電動(dòng)汽車與電網(wǎng)（V2G）之間的通信功能將讓供電公司和消費(fèi)者能夠管理插電式電動(dòng)汽車的充電過程，讓電力公司能夠在用電高峰期控制電網(wǎng)的用電量。新的V2G標(biāo)準(zhǔn)將包含一項(xiàng)物理層與數(shù)據(jù)鏈路層共用通信技術(shù)。

　　新的IEEE P1905.1低頻（低于500 kHz）窄帶電力線通信標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)新的通信性能和可靠性基準(zhǔn)，同時(shí)還能與現(xiàn)有的“PRIME” 和“G3-PLC” OFDM技術(shù)互操作。

　　P1905.1新標(biāo)準(zhǔn)定義一個(gè)多種家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共用的抽象層，整合了P1901與其它家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。P1905.1的抽象層為IEEE 1901、IEEE 802.11、IEEE 802.3和 MoCA 1.1標(biāo)準(zhǔn)異構(gòu)家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與P1905.1網(wǎng)絡(luò)互通提供一個(gè)共用數(shù)據(jù)控制服務(wù)接入點(diǎn)。

　　結(jié)語：

　　集中秒表（AMR）取代了供電公司工作人員入戶抄表程序，真正實(shí)現(xiàn)了抄表自動(dòng)化。從電力線通信在集中秒表的早期應(yīng)用到現(xiàn)在，智能電表行業(yè)經(jīng)歷了一段漫長的發(fā)展過程。今天，電力線通信技術(shù)被廣泛用于太陽能等再生能源發(fā)電系統(tǒng)微逆變器、電動(dòng)汽車充電、智能電網(wǎng)集中器、智能電表、溫控器、家庭自動(dòng)化、工廠自動(dòng)化、路燈控制等。

　　智能電表發(fā)展到今天的智能電網(wǎng)是電力行業(yè)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，很多組織和工業(yè)集團(tuán)正在著手訂制智能電網(wǎng)服務(wù)通用通信協(xié)議，例如，開放電表項(xiàng)目、Meters and More聯(lián)合會(huì)和PRIME行業(yè)聯(lián)盟 （歐洲大型供電公司聯(lián)合成立，包括Enel/Endesa和Iberdrola，成立宗旨是推廣和維護(hù)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的廣泛使用的電力線通信技術(shù)）、IEEE P1901.2 （IEEE組織內(nèi)部新成立的窄帶電力線通信工作組） 和最大的寬帶電力線通信工作組HomePlug聯(lián)盟。？