應(yīng)用于智能電網(wǎng)的PLC通信標(biāo)準(zhǔn)

緒論

近幾年來(lái)，電力通信的發(fā)展一直是綠色能源的關(guān)注重點(diǎn)之一，隨著電力電子技術(shù)進(jìn)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(duì)這個(gè)技術(shù)所帶來(lái)的新應(yīng)用感到興趣，例如智能電網(wǎng)、自動(dòng)讀表系統(tǒng)甚至智能家庭都被視為未來(lái)電力線發(fā)展的重要標(biāo)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(cè)電力供應(yīng)及一般家庭電力的使用狀況，藉此來(lái)調(diào)整電力的耗電量，達(dá)到節(jié)約能源，增強(qiáng)電網(wǎng)可靠性的目的。本文將針對(duì)智能電網(wǎng)的基本概念、技術(shù)發(fā)展及通信標(biāo)準(zhǔn)，提供一個(gè)概略性的介紹與整理。

電力線通信將無(wú)所不在

為了掌握各區(qū)域用電的實(shí)時(shí)情報(bào)，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?yàn)榧夹g(shù)日漸成熟，電力線的通信質(zhì)量有著飛躍性的增長(zhǎng)。隨著應(yīng)用不同，可以分成可遠(yuǎn)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(dá)到200M(bps)。因此，智能家庭的應(yīng)用又再次搬上臺(tái)面，不僅從室外即可遠(yuǎn)程操控家中的電器，電費(fèi)也不再只能依靠每?jī)蓚€(gè)月一次的賬單，家中所有電器的用電信息可以隨時(shí)掌控，再者，只要使用家中的插座即可直接上網(wǎng)，透過(guò)有線傳輸讓家里通信不再有死角。

可靠的長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jìn)讀表系統(tǒng)(AMI)的架構(gòu)圖。意大利ENEL電力公司采用一個(gè)基于FSK和BPSK調(diào)制的窄帶PLC系統(tǒng)，建構(gòu)一個(gè)3500萬(wàn)用戶(hù)的自動(dòng)電表管理系統(tǒng)即為經(jīng)典的成功案例。

圖為自動(dòng)讀表系統(tǒng)的通信環(huán)境示意圖，臺(tái)灣的電力系統(tǒng)大多是由變電站提供220v電源至各住戶(hù)，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(guò)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(shí)大多埋在地底下，難以評(píng)估其長(zhǎng)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(zhǎng)，不論是通信速度或是對(duì)抗噪聲的調(diào)變技術(shù)都有大幅增長(zhǎng)。當(dāng)下已有許多國(guó)家有制定自己的窄頻通信規(guī)范，例如北美的美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)FCC(9k~490kHz)，在歐洲，則由1976年成立于比利時(shí)的CENELEC制定其規(guī)范(3kHz~148.5kHz)，以及日本電波產(chǎn)業(yè)會(huì)ARIB(10kHz~450kHz)等等。

近來(lái)，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(mén)的莫過(guò)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(gè)窄頻電力線解決方案都是采用這個(gè)技術(shù)。