電力線載波Power Line Carrier - PLC通信是利用高壓電力線在電力載波領域通常指35kV及以上電壓等級中壓電力線指10kV電壓等級或低壓配電線380/220V用戶線作為信息傳輸媒介進行語音或數據傳輸的一種特殊通信方式近年來高壓電力線載波技術突破了僅限于單片機應用的限制已經進入了數字化時代並且隨著電力線載波技術的不斷發展和社會的需要中/低壓電力載波通信的技術開發及應用亦出現了方興未艾的局面電力線載波通信這座被國外傳媒喻為未被挖掘的金山正逐漸成為一門電力通信領域乃至關系到千家萬戶的熱門專業在這種形勢下本文旨在通過對電力線載波通信技術的發展及所涉及的一些技術問題的討論闡明電力線載波通信的發展歷程特點及技術關鍵

電力通信網是為了保證電力系統的安全穩定運行而應運而生的它同電力系統的安全穩定控制系統調度自動化系統被人們合稱為電力系統安全穩定運行的三大支柱目前它更是電網調度自動化網絡運營市場化和管理現代化的基礎是確保電網安全穩定經濟運行的重要手段是電力系統的重要基礎設施由于電力通信網對通信的可靠性保護控制信息傳送的快速性和準確性具有及嚴格的要求並且電力部門擁有發展通信的特殊資源優勢因此世界上大多數國家的電力公司都以自建為主的方式建立了電力系統專用通信網[1]長期以來電力線載波通信網一直是電力通信網的基礎網絡目前在長達670000km的35kV以上電壓等級的輸電線路上多數已開通電力線載波通道[1]形成了龐大的電力線載波通信網該網絡主要用于地市級或以下供電部門構成面向終端變電站及大用戶的調度通信遠動及綜合自動化通道使用近年來隨著光纖通信的發展電力線載波通信已從主導的電力通信方式改變為輔助通信方式但是由于我國電力通信發展水平的不平衡由于電力通信規程要求主要變電站必須具有兩條以上不同通信方式的互為備用的通信信道由于電力線載波技術革新帶來的新的載波功能以及由于昔日數量龐大的電力線載波機的更新換代都導致了電力線載波機雖然作為電力通信的輔助通信方式但是在全國仍然存在較大的市場需求全國共有約20家企業從事高壓電力線載波機的開發和生產

中低壓電力線載波的應用目前主要在10kV電力線作為配電網自動化系統的數據傳輸通道和在380/220V用戶電網作為集中遠方自動抄表系統的數據傳輸通道還有正在開發並取得階段性成果的電力線上網高速MODEM的應用在這些方面10kV上的應用已達到了實用化成都一家公司開發的擴頻載波數據傳輸裝置(已通過質量檢驗[2])在四川羅江縣供電局已可靠運行達一年之久從事這類產品開發生產的企業全國約有幾十家一旦市場全面形成競爭將較為激烈作為自動集抄系統通道的載波應用目前已能夠形成組網通信完成數據抄收功能但是由于用戶電網的某些時變特性和突發噪聲對數據傳輸的影響在技術上並未得到根本解決因此還存在著抄表盲區的問題這一問題目前一直阻礙電力載波通信技術在自動集抄系統應用的主要症結所在從事這類產品開發生產的企業全國至少有200家以上並且大多數都存在技術開發和工程並行的狀況真正取得良好經濟效益的只是少數企業在市場還未全面認同這種方式的可靠性的狀況下其市場競爭已達到了白熱化的程度這一現象應當引起有關單位的重視關于電力線上網的電力載波技術應用目前以中電飛華公司為代表已在北京開通了5個以上的實驗小區取得了大量的第一手工程資料這是一個非常好的開端至于何時能夠進入商業化生產和運營還需綜合考慮技術性能成本核算和符合國家有關環境政策等方面的問題

電力線載波通信技術的發展在歷史上經歷了從模擬到數字的發展過程電力線載波通信技術出現于本世紀二十年代初期[3]它以電力線路為傳輸通道具有可靠性高投資少見效快與電網建設同步等得天獨厚的優點在我國四十年代時已有日本生產的載波機在東北運行做為長距離電力調度的通信手段五六十年代我國開始研制自己的ZDD-1型電力線載波機未能實現產品化後經過不斷改進形成了具有中國特色的ZDD-5型電力線載波機該設備為四用戶兩級調幅具有AGC自動增益控制控制電路和音頻轉接接口呼叫方式採用脈衝制式經改進後的ZDD-5A型機也能夠復用遠動信號在我國六十年代到七十年代時期該機所代表的模擬制式電力線載波機得到了廣泛應用七十年代時期我國模擬電力線載波機技術已趨成熟當時以ZDD-12ZJ-5ZBD-3機型為代表在技術指標上得到了較大地提高並成為我國應用時間最長的主流機型我們可將在此之前的載波機稱為第一代載波機八十年代中期電力線載波技術開始了單片機和集成化的革命產生了小型化多功能的載波機如S-2載波機等在這一階段主要的技術進步為單片機自動盤代替了三極管或布線邏輯的自動盤集成電路的調制器壓擴器濾波器和AGC放大器代替了笨重多故障的模擬電路CMOSVMOS高頻大功率管在功放電路中的應用等這一階段的載波機可稱之為第二代載波機到了九十年代中期以SNC-5電力線載波機為代表在國內首次採用了DSP數字信號處理技術將載波機音頻至中頻部分的信號處理使用DSP器件來完成實現了軟件調制濾波限幅和自動增益控制這類載波機可稱之為數字化電力線載波機劃為第三代由此開始電力線載波業界進入了載波機的數字化革命階段許多企業紛紛投入力量著力于數字電力線載波機的技術研究工作到了九十年代末期採用新西蘭生產的M340數據復接器目前國內已有自主知識產權的同類產品結合電力線載波機的高頻部分為一體的全數字多路復接的載波機問世這一成果提高了載波機的通信容量從根本上初步解決了載波機通信容量小的技術瓶頸問題從而為電力線載波市場帶來了空前的機遇從市場上來看數字化和全數字載波機已佔據了高壓電力線載波機產品的大部分市場模擬制式的電力線載波機銷售量已開始萎縮除了特殊的應用場合外將趨于淘汰

電力線載波在10kV線路上的應用國外自50年代開始主要應用在中壓電網的負荷控制領域大多為單向數據傳輸速率低有時小于10bit/s甚至更低並沒有形成大規模的電力線載波通信服務產業國內在八十年代後期多數是直接使用小型化的集成電路農電載波機實現點對點通信也有個別採用窄帶調頻載波機的使用範圍很受限制隨著10kV線路通信需求的增長到了九十年代末出現了多種載波通信設備這些設備可採用不同的線路耦合方式如電容耦合變壓器耦合低壓耦合陶瓷電真空耦合及天線耦合等調制方式也在原來的FSK調制PSK調制音頻注入工頻調制過零點檢測等方式的基礎上開發了先進的擴頻調制方式如DSS直接序列擴頻FH跳頻TH跳時交叉混合擴頻CHIRP寬帶線性調頻OFDM正交頻分多路復用等目前在國內使用的10kV電力線數據傳輸設備中使用最多的還是窄帶調制設備主要是多信道PSK及FSK調制採用擴頻方式的設備也已開始嶄露頭角隨著市場的發展和技術的成熟擴頻載波設備必將在電力線載波中壓應用方面佔有越來越重要的地位
電力線載波在380/220V用戶配電網上的應用在九十年代後期之前只限于採用調幅或調頻制式的載波電話機實現近距離的撥號通話也有採用專用的芯片實現近距離數據傳輸的我國大規模地開展用戶配電網載波應用技術的研究是在2000年左右目前在自動集抄系統中採用的載波通信方式有擴頻窄帶調頻或調相在使用的設備中以窄帶調制類型的設備為多數其主要原因可能是其成本低廉而電線上網的應用由于要求的速率至少需要達到512kbit/s10Mbit/s所以無一例外地採用擴頻通信方式在各種擴頻調制方式中由于採用正交頻分多路復用技術(Orthogonal Frequency Division MultiplexingOFDM)調制具有突發模式的多信道傳輸較高的傳輸速率更有效的頻譜利用率和較強的抗突發幹擾噪聲的能力再加上前向糾錯交叉糾錯自動重發和信道編碼等技術來保證信息傳輸的穩定可靠因而成為電力線上網應用的主導通信方式