電力載波通信技術分析應用

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【摘要】高速電力線通信HD-PLC是利用現有電力線作為媒介，通過載波方式將模擬或數字信號進行高速傳輸的技術，最高通信傳輸速度理論值可以達240Mbps。HPLC一直以來主要用于電力公司集中抄表中，應用較為單一。近年來，隨著物聯網時代的到來，HD-PLC技術通信性能的提高和傳輸距離越來越遠，從目前只應用于配電領域，到尋求更廣泛的應用深受各產業領域的關注。本文從HD-PLC的基本技術規格，今后的技術發展，最新市場應用做分析介紹。

【關鍵詞】HD-PLC；物聯網；諧振；損耗

1電力載波技術應用介紹

HD-PLC高頻高速電力線通信（以下稱高速PLC）的技術。主要目的是將高頻載波信號加載到電力線中傳輸出去，由此，不需要新的通信線路，利用原有的電力線，就可以對外傳輸信息。本技術不僅可以對現有的電力線，還可以對同軸線、雙絞線專用線等通信線重設數據信號。近年物聯網，智慧城市等概念發展，設備互聯互通造成的通信線路不足等問題越來越嚴重，有效利用電力線通信這一點受到各行業的關注。可以活用原有線路的優點如下。（1）可以同時進行強電（電力）和弱電（通信）工程.（2）由于布線工程成本和工程調整成本以及工期大幅減少。（3）布線網變簡單數量減少，從而帶來設備設計的維護性提高。（4）物聯網設備也有移動終端。通過結合使用無線通信技術和HD-PRC的有線通信技術來使用，可以提供寬范圍、穩定的通信。

2HD-PLC技術原理

PLC（PowerLineCommunication）的原理，在PLC通信中，在發送側利用短波波段進行信號耦合發送，利用接收側的濾波器將電力和信息信號分離，從而進行信息信號的交換。高速PLC利用短波的理由是，不易受到家電噪聲的影響，接收功率大，SN比大，來自家電和設備的諧振，低阻抗的影響比較小。壞處是，由于電纜長度引起的高波衰減，傳輸損耗增大，長距離化是一個難題，而低速PLC難以受到電纜長度的影響，傳輸損耗也較小，因此可以長距離化。但是在電器和設備周邊使用的時候，容易受到來自這些的噪音，很難取得SN。由于諧振的低阻抗區域，PLC信號容易被吸收并減少，利用區域狹窄，只能以數kbp的速度傳輸，高速化是不適合的。

3HD-PLC技術市場應用

3.1BEMS建筑物能源管理系統

上海市迎來夏季的電力供求問題十分嚴重，積極解決商業樓內空調使用限制等電力不足的問題。因此為了使商業樓內的電力使用量“可視化”，推進了導入BEMS的補助金政策。商業樓所有者活用這些政策，推進著租戶導入電力智能儀表。該智能儀表不在電力公司管轄范圍內，BEMS運營商采用了多功能智能儀表。多功能智能儀表以串行通信（RS485通信）為主流，因此布線工程（工程成本、高處作業對策和噪音對策）成為課題。因此，利用HD-PLC作為替代被引入。通信路徑通過地下配電盤內的主機PLC調制解調器和大樓內縱向電力線（三相四線），在各層配電盤內的主機PLC調制解調器之間進行通信。多功能智能儀表是子機，PLC調制解調器的RS485通信端口通過菊花鏈連接。每層智能儀表的數據以15分鐘的間隔被集成到抄讀到主機PLC調制解調器的客戶機服務器上，然后通過光纜或GPRS被轉發到云服務器，以此對電量進行監控，用用電量大的設施所有者進行加稅等措施，減輕供電壓力。

3.2利用地下配電線路的智能街燈及監控攝像機

在中我國無論是住宅還是非住宅，高層建筑都很多，電梯內的封閉事故已經成為社會問題。為此與當地警局合作的內部監視照相機被引入，通信路徑繞電梯口的活動電纜內原有的同軸線，利用電燈線或通信線（維護用的備用專用線）。此前一直采用同軸模擬通信式監視照相機，每當電梯上升或下降時，受到驅動馬達噪聲的影響，圖像中就會產生噪聲，因此采用了HD-PLC通信，相機圖像更加清晰明確，這題問題得到改善。

3.3工程現場、煤礦監控攝像機

在以防止夜間材料盜竊為目的的監視相機圖像的高畫質化，以及煤礦現場的傳送帶發熱感測相機領域，從模擬相機開始多功能數字網絡照相機進化，HD-PLC通信的導入急劇擴大。3.4地鐵內的標牌在北京地鐵電車內，提示標牌上采用了HD-PLC。標牌的圖像噪聲混入是一個問題。因此，利用現有的同軸模擬線采用HD-PLC通信，可以降低圖像噪聲，并得到改善。另外，在地鐵站內，乘務員在電車平臺上使用的監視器中也導入了HD-PICC“EOC”。

3.5視屏對講系統

近年來，在我國集體住宅樓門前強行闖入的情況多有發生。但是，作為玄關安全性，在公共玄關和戶宅之間一般使用門鈴和語音通話對講機。在那里，為了確認開鎖前的圖像，快速切換到開鎖式耳機。在過去集體住宅小區里，溝內有很多以太網布線。因此，各階層間的通信利用已有的LAN線路成為可能，在各層內，利用已有的對講機用通信線的HD-PLC通信，在低成本短期工程中得到應用。

4HD-PLC市場潛力分析

近年來低碳化社會和工程方案勞動力不足等背景下，在生產效率化和現場可視化等產業領域中形成了智能網格。智慧城市、智慧家庭、智慧小區、M2M、IoT、等民生領域。利用HD-PLC技術的智慧家庭系統，見圖1。圖1利用HD-PLC技術的智慧家庭系統智能生活，守護，4K8KTV等近年來利用通信的新市場，今后將越來越大。通過組合利用無線和有線通信技術，生產效率和現場可視化等新商業模式的利用更是引人注目。因此，作為通信手段主要采用無線通信的情況很多，便攜無線（4G、5G），無線LAN，藍牙，Zigbee，LPWA等在民生市場和業務市場中普及。但是，同時其通信障礙也在市場上被放大（通信障礙如：混凝土墻，被金屬覆蓋的外殼，建筑物的上下階層間，地下和地上之間，帶入的外來噪音和由于電波干涉的通信錯誤等）。今后，盡管無線技術仍將繼續進化，但結構障礙和電波干擾等基本課題的解決方法仍不明確。另一方面，作為解決這些問題的手段，有光纜、LAN布線、專用線等有線通信的利用，但對于現有結構物在構造上和外觀上都有所影響，或者在工期上的限制等有不少難以引入新線路。在這種情況下，引用通信技術高速HD-PLC是非常有市場需求的。無需布線施工：電源插座即是通信網絡入口；在家電中嵌入載波通信模塊，通電即可入網連接簡；僅需連接電源即可完成網絡連接可兼容Wifi、Zigbee、Bluetooth等無線技術，實現HEMS、BEMS、HAN組網通信。高速PLC領域的市場需求及發展方向：（1）追求通信穩定性/高安全性/長距離化/多臺連接/低消耗功率。（2）積極制定國際標準化技術方案。（3）應用在發生無線通信故障的場所以代替無線通信。（4）應用場所低成本領域（利用現有線路提高工作效率、削減工程費、縮短工期等）。

5結語

在HD-PLC上，為了應對這些市場變化，將從電力領域等基礎領域的利用擴大到產業領域的利用范圍。它所激發的巨大市場潛力己促使我國眾多的企業毅然投入到這一領域的研發之中。可以相信，電力線載波通信的明天是輝煌的。

【參考文獻】

[1]徐永森.低壓電力線載波通信技術淺析[J].數字技術與應用，2012（3）:38.

[2]牛東文，張保會.電力線載波通信在智能電網中的應用研究[C].

作者：黃吉濤 武占俠 王強 冷安輝 單位：國網寧夏電力有限公司