電力線通信實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)連接

智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特性

有許多變量影響智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的通信特性，其中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦B接網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷也許是兩個(gè)最重要的變量。這種可變性意味著沒有哪兩個(gè)電力線網(wǎng)絡(luò)具有完全相同的傳輸特性。

通過電網(wǎng)通信信道實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳送可靠性要求采用先進(jìn)的通信機(jī)制來解決噪聲問題。這樣的機(jī)制還需要應(yīng)付通信過程中被暫時(shí)或永久閉塞的許多頻率。

為了適應(yīng)噪聲可變性，PLC設(shè)備必須能夠估計(jì)帶內(nèi)噪聲電平以及每個(gè)載頻點(diǎn)的接收信號(hào)強(qiáng)度，然后通過修改通信頻率和調(diào)制機(jī)制來確?？赡茏罴训臄?shù)據(jù)傳輸效果。通過測(cè)量帶內(nèi)噪聲和每個(gè)頻率點(diǎn)的接收信號(hào)強(qiáng)度可以為通信系統(tǒng)選出最佳頻率。

PLC技術(shù)

低壓(LV)和中壓(MV)網(wǎng)絡(luò)主要采用以下三種窄帶通信技術(shù)中的一種：?jiǎn)屋d波調(diào)制，如二元相移鍵控(BPSK)和頻移鍵控(FSK)；正交頻分復(fù)用(OFDM)；直接序列擴(kuò)頻(DSSS)，再加上碼分多址(CDMA)。

應(yīng)用最為廣泛的窄帶PLC解決方案使用相對(duì)簡(jiǎn)單但具有特別高性價(jià)比的FSK和BPSK調(diào)制技術(shù)。這些技術(shù)組成了多種具有互操作性的標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，其中最著名的是Lon和DLMS標(biāo)準(zhǔn)。

Lon在ANSI/EIA框架下實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，針對(duì)介質(zhì)訪問控制(MAC)層和物理層的標(biāo)準(zhǔn)號(hào)分別是EIA-709.1和EIA-702.2。DLMS在國(guó)際電子技術(shù)委員會(huì)(IEC)框架下實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是IEC62056和IEC61334。

為了確保在有噪聲的環(huán)境中可靠工作，F(xiàn)SK和BPSK器件必須測(cè)量帶內(nèi)噪聲電平以及每個(gè)頻率點(diǎn)的接收信號(hào)強(qiáng)度，然后由軟件為可靠通信選擇最佳頻率。例如，Semitech公司的SM6401PLC收發(fā)器就可以估計(jì)帶內(nèi)噪聲電平和每個(gè)載頻點(diǎn)的接收信號(hào)強(qiáng)度，然后由軟件為數(shù)據(jù)傳輸選擇最優(yōu)頻率。

通信技術(shù)的跨越式發(fā)展促進(jìn)了更先進(jìn)調(diào)制技術(shù)的開發(fā)和部署。例如，OFDM被證明特別高效，因?yàn)樗苓m應(yīng)有噪聲的環(huán)境，可以在CENELEC工作頻段上實(shí)現(xiàn)更高魯棒性、更強(qiáng)功能的通信網(wǎng)絡(luò)。OFDM為PRIME聯(lián)盟和G3-PLC等新標(biāo)準(zhǔn)的制訂奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

Semitech公司開發(fā)的SM2200是專門為支持低壓(100V)和中壓(1kV至33kV)配電網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用開發(fā)的先進(jìn)OFDM解決方案之一(圖1)。SM2200可以處理速率高達(dá)175kbit/s的數(shù)據(jù)，它將54個(gè)載波組成了18個(gè)獨(dú)立的信道。

配電網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用開發(fā)的先進(jìn)OFDM解決方案之一

OFDM及OFDMA提升智能電網(wǎng)通信質(zhì)量

OFDM在有噪聲的信道(如電網(wǎng))上發(fā)送大量數(shù)字化數(shù)據(jù)。OFDM將信號(hào)分成多個(gè)更小的子信號(hào)，然后用不同(正交)的頻率同時(shí)發(fā)送出去。每個(gè)更小的數(shù)據(jù)流再映射到各個(gè)數(shù)據(jù)子載波，并使用某種形式的相移鍵控(PSK)或正交幅度調(diào)制(QAM)(如BPSK或正交相移鍵控(QPSK))進(jìn)行調(diào)制。

除了具有很高的頻譜效率外，OFDM系統(tǒng)還能減少信號(hào)傳輸中的串?dāng)_。另外，OFDM還能高效地克服由多徑效應(yīng)造成的干擾和選頻衰落。

雖然OFDM可以解決有噪聲的智能電網(wǎng)環(huán)境中的通信問題，但與在這些非常惡劣的條件下實(shí)現(xiàn)可靠通信還有點(diǎn)距離。因此，為了提升可靠性，OFDM方法可以與多址機(jī)制結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)正交頻分多址(OFDMA)。