基于智能电网的电力线通信技术发展及应用研究

钟 菲，刘 洋，张学敏，赵紫斐

（1.长春工程学院，吉林 长春 130012；2.吉林省配电设备自动化产业公共技术研发中心，吉林 长春 130012）

1 智能电网和电力线通信

智能电网是集成现代电力工程技术、分布式发电技术、储能技术、高级传感技术、监测控制技术、信息处理技术与通信技术的新型输配电系统。它的主要特征是信息化、自动化和互动化。智能电网需要建立一个高速、双向、集成、实时的电网通信系统。电力线通信（Power Line Communication，PLC）可利用现有的交流电源线作为通信线路，节约了基础建设的投资和运行维护成本，成为构建智能电网通信系统的优选。它首先把载有信息的高频加载于电流，其次用电线传输接受信息的适配器，最后把高频从电流中分离，并传送到计算机或电话，以实现信息传递[1]。目前，国内电力线组网的传输速率已经可以达到500～1 000 Mb/s。相比于300 Mb/s的无线网络，它的优势明显[2]。

2 电力系统的传统通信方式

目前,我国电力系统按照距低布线和成本需求，通过供电力用户电能信息采集系统传输数据。数据传输的主流通信方式可归纳为无线通信、电力光纤专网和无线移动专网。这三种方案各有其优势和劣势。无线通信的优点是无线通信技术成熟，通信容量不受限制，速率较高，但由于公网受攻击和干扰较多，通信可靠性较低，系统运行维护费用高。光纤专网通信综合应用了多重业务，但由于我国发展不平衡，地域存在多样化，而一些必须布线的边远地区和山地等地貌环境复杂，光纤及硬件设备成本较高，不适合发展光纤通信[3]。电力无线专网的系统成本低，运行维护费用低，但专网信道容量有限，无法满足智能电网的综合应用。

3 新一代电力线通信

电力线通信早在20年前就被用于中压领域，以达到控制电网的目的。但是，由于信道输入阻抗不匹配，导致信号传输过程中产生多径效应和频率选择性衰落。此外，信号在传输过程中受信道内部和外部的影响，呈现出明显的非线性和非平稳性特征，信号损失大，易受噪声干扰。电力线通信采用窄带单载波BPSK、FSK调制，传输速度只有几兆，传输距离只有几米[4]。随着通信技术的迅猛发展，调制解调、正交频分复用（OFDM）、信息编码、跳频、网络自组与重构以及网络路由等新技术逐渐被用于电力线通信，改进了电力线通信的信道编码、调制算法和功率控制，有效减弱了多径传播、频率衰落和噪声干扰，形成了新一代PLC通信[5]。新型的PLC通信是一种新型的宽带技术，可以利用遍及各地的电力线作为传输媒介，承载语音、数据和图像的传播。目前，新一代电力线通信主要用于中压输电网、低压输电网、电网负载控制、供电管理和电力线自动抄表等领域。未来，它主要拓展至宽带业务、智能小区、电网管理和物联网等方面。

4 电力线通信的国内外发展现状

当前，众多家庭联网标准中，绝大部分中国家庭仍然选择无线方式，而欧洲和北美则更多采用电力线（PLC），因为这些国家IPTV（Internet Protocol Television）的成熟度比中国高。2007年12月，IEEE工作组发布IEEE 1901标准（高速宽带PLC标准），支持达500 Mb/s的物理层传输速率。2017年10月，全球领先的半导体供应商意法半导体（ST）推出新的模块化PLC调制解调器芯片组。我国低压电力线载波行业起步较晚，发展缓慢。2015年后，随着PLC技术的突破，开始应用于智能电网、工业控制、物联网以及家庭网络等领域。目前，国网已经基本完成了智能电表的改造，采用的是电力线载波通信技术。2017年9月，华为与IEEE PLC-IoT IC正式建立合作伙伴关系，共同推进PLC-IoT产业生态发展，并在全球范围内推广和应用IEEE P1901.1标准。

5 新型PLC的应用

智能电网主要通过智能电表、远程抄表、动态监测电能利用情况，实现电能的动态调度。目前，我国已将电力线通信应用于智能抄表系统。电力线抄表系统能够自动采集各种计量表的读数，如电表、水表和煤气表等。系统以计算机为基础，以电力线为载体，采集各种电表的数据信息，不仅减少了成本，而且利用计算机的强大功能自动形成电费表格。此外，自动抄表系统可以省去用电中间层，促使居民的用电价格更加优惠。基于上述优点，电力线通信的发展前景不可估量。

6 智能电网—电力线通信的未来

电网的信息交互和电力传输的高效性、可靠性和安全性，都依赖于有效的信息通信技术。电力线通信技术是智能电网发展的中流砥柱。通过电力线通信精确高效地采集、传输电网中运行的电力设备信号，可实现数字化显示电网运行状态，并准确分析电网的运行状态。通过智能自动化的二次设备和一些其他监测设备，可提高电网自动运行能力，实现电网的智能化管理和控制，实时互动和分析电力信息。但是，PLC通信的可靠性受电网拓扑结构和信道噪声的影响，如何降低信道编码的误码率，提高信号传输质量，是电力线通信需要进一步研究的问题。