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電力線載波與無線通信技術研究
電力線通信(Power Line Communication,PLC)是繼電信、電話、無線通訊、衛(wèi)星通訊之后的又一通信網(wǎng),利用電力線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信有著很大的經(jīng)濟效益和應用前景。
摘要：本文針對我國混合組網(wǎng)并無縫連接的可行性進行整體的討論，在此基礎上，對筆者自行研發(fā)設計的電力線波載無線通訊系統(tǒng)的運行原理進行闡述，并在上述理論基礎的支持下，解析成功運行電力線載波無線通訊系統(tǒng)技術層面的關鍵要點，分析其硬件系統(tǒng)的相應要求。希望憑借自身多年的工作經(jīng)驗，拋磚引玉，給予相關從業(yè)者一些具有實際參考性的幫助。
關鍵詞：混合組網(wǎng);無線通訊;電力線載波
伴隨著我國電力系統(tǒng)科技水平的不斷增強，我國電網(wǎng)覆蓋面積變得愈發(fā)廣闊，電力系統(tǒng)的相關技術人員應該怎樣才可以更加高效針對現(xiàn)有的供電網(wǎng)絡系統(tǒng)資源進行利用，在電力網(wǎng)上完成高效準確的信息傳送，這一課題正在逐漸被該行業(yè)中的相關從業(yè)者所關注與研究。電力線載波通信使用電力線網(wǎng)絡當做信息傳送的一種通訊方式，因為低壓電力同時擁有較為廣闊的網(wǎng)絡覆蓋面積，并且在接入時較為方便等諸多優(yōu)點，由此在我國擁有著極為廣闊的使用前景。但把此通信技術與我國目前常用的通信技術進行對比，電力線通信在噪聲的控制，頻率的選擇上卻又有明顯的缺陷，為了能讓電力線波載通信技術能夠在我國被廣泛的運用，就必須針對上述問題進行解決。
一、混合組網(wǎng)無縫連接的可行性討論
(一)針對無縫連接實現(xiàn)方法的討論
1.1在配電網(wǎng)絡中，將混合的通信方式進行組網(wǎng)，存在有諸多的技術難點，其中最為主要的問題是如何將上述多種通信技術進行合理的融合，并且讓上述通信技術彼此之間不會產(chǎn)生干擾。當下，通信技術的融合主要有以下兩種方法：首先是給予某個系統(tǒng)中的不同的通信技術進行重新開發(fā)，并且從接口處、通訊條例、系統(tǒng)的運行模式和帶寬等多個方面進行規(guī)范與統(tǒng)一的系統(tǒng)研發(fā)。第二就是給以某個通訊系統(tǒng)構建一個能夠開閘混合通訊的網(wǎng)絡，并從已有的設備之中找尋能夠相互使用的方法。分析第一種辦法，即重新針對系統(tǒng)進行研發(fā)，其特點是在研發(fā)的過程當中，需要投入大量的資金，并且在進行研發(fā)的過程當中，將會投入大量的時間，但是研發(fā)出的系統(tǒng)在投入使用之后，在很長的一段時間當中，保持相對穩(wěn)定的工作狀態(tài)。在新研發(fā)的系統(tǒng)當中，里面的所有通信技術之間存在有高度的融合性，所以新研發(fā)的系統(tǒng)就需要面對應用對象范圍較少且拓展性差的可能。針對電力系統(tǒng)中的配用電系統(tǒng)來講，當下開發(fā)出一套滿足并能夠漸變復制的混合通訊系統(tǒng)，擁有極為廣闊的使用前景。
1.2當下，構建混合通訊網(wǎng)絡一般所采用是第二種方法，即在現(xiàn)存的通訊產(chǎn)品之中，選擇合適的設備。構建混合通訊網(wǎng)絡需要考慮的環(huán)節(jié)主要有以下幾個部分：首先是融合點通訊技術的接口，融合點涵蓋到數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)交換，因此在該系統(tǒng)當中就一定要有一致的接口，當下采取的主要辦法是使用以太網(wǎng)接口或串行接口等，針對一些特別應用，相關技術人員可以選擇使用總線接口的辦法。其次就是電力線載波通信系統(tǒng)中通訊穩(wěn)定的穩(wěn)定，雖然使用無線網(wǎng)進行通訊可以有效改善因為建筑物構建復雜從而導致的線路搭建困難的問題，但是電力線載波無線通信系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性同樣還是相關技術工作者需要進行解決的問題。尤其是在電力設備當中，通信信號是否穩(wěn)定往往會對電網(wǎng)的安全產(chǎn)生決定性的影響。最后是在未來電力線載波通信技術投入使用之后，怎樣才能夠讓該系統(tǒng)在多種通訊方式聯(lián)合的情況下，卻不會受到干擾，同時也不會干擾到其他信息的正常傳輸，上述問題都是在電力線載波通信系統(tǒng)設計中的要點和難點。
(二)多通道通信系統(tǒng)在未來應用前景的展望
伴隨著我國電力系統(tǒng)發(fā)展的愈發(fā)智能化，原本單一的通訊技術已經(jīng)無法多角度全方位滿足多種規(guī)模配電自動化的要求，所以多種通訊方式在配電網(wǎng)中的混合使用就無法避免，因此多通道混合通訊技術在未來擁有著極為廣闊的發(fā)展前景。
二、電力線載波無線通信系統(tǒng)的運行原理
筆者設計的電力線載波無線通信系統(tǒng)原理如圖1所示。組網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的構成是由無線發(fā)射板塊、運算板塊、電力線載波板塊這三個部分形成，和用電設備相互聯(lián)通的電量計算模板依靠AD來進行轉(zhuǎn)換，即把模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。之后電聯(lián)計算模板開始針對獲得的相關信息進行儲存和處理，然后先把信號傳輸至無線發(fā)射板塊，與此同時，電量計算模板也可以把信息傳輸?shù)诫娏�載波板塊。
三、運行電力線載波無線通信系統(tǒng)的技術要點
按照配用電現(xiàn)場的實地環(huán)境，需要進行技術組網(wǎng)的正確選擇，考慮到無線和電力線載波通信完成從使用電終端至通信集中器，從而再到主站的完全通信路程，并針對混合通訊的完美相連，筆者提出了相應的執(zhí)行方案。
(一)電力線波載和無線的特點
1.1電力線載波技術和無線通訊技術都不需要事先進行對傳輸導體的鋪設工作，寬帶和信息傳輸速度都可以符合一定條件下配電網(wǎng)的業(yè)務需要，在我國目前使用的標準通信接口之中可完成相互聯(lián)網(wǎng)或者按照關系等通訊方法進行組網(wǎng)工作。電力線載波指的是使用電力線作為數(shù)據(jù)傳送介質(zhì)的一種通訊方法，該種通訊方法是使用電力線進行信號的傳送工作，在此工程之中，不再需要鋪建新的通訊電纜，極大程度上減少了施工的時間和施工中的資金投入，成為在我國范圍內(nèi)諸多地區(qū)SCADA系統(tǒng)10KV線路檢測中最常用的通訊方式之一。
1.2在電力配網(wǎng)通訊中可以使用中壓電力線載波通訊技術進行針對終端信息的采集和傳送工作，在進行用電信息的采集過程中，可以使用抵押電力線載波超標等技術從而完成載波通信技術的實時采集。例如，在智能電動車充電站當中，針對數(shù)據(jù)進行采集時也可以應用中壓電力線通訊技術完成。電力線是電力公司進行直接管理的，所以專線之間的通訊就擁有更高的安全性。但是在信息傳送速率上，配電線載波通訊的效率相對較低，并且及其容易受到干擾，在傳送過程當中，還會發(fā)生信息失真等現(xiàn)象，上述原因都在很大程度上阻礙電力線載波通訊技術的進一步發(fā)展。無線通信系的組成是由無線終端、無線基站和應用管理服務器構成，并且按照不同應用在運行過程中要求的不同，可以選擇不一樣的無線技術，筆者重點講述無線寬帶技術TD-LTE230MHz與靜距離無線技術Zigbee。TD-LTE230MHz無線寬帶技術是電力系統(tǒng)與第四代寬帶無線通訊技術的綜合運用，其符合配用電網(wǎng)絡中分布較為廣闊，實時監(jiān)測點較多，并且對通訊可靠性很高等相關使用特點。
1.3在中國地區(qū)無線寬帶系統(tǒng)單扇區(qū)的信息傳輸速度上行為1.76Mbit/s下行為0.711Mbit/s,無中繼覆蓋范圍超過三千米。TD-LTE230MHz的優(yōu)點是它隸屬于電力系統(tǒng)中的專用無線頻段，因此不會和其他設備所產(chǎn)生的信號進行相互干擾，并且在使用過程當中，不需要另行申請頻段，擁有較大的網(wǎng)絡容量，一個基站可以支持一萬名用戶同時進行使用。同時，TD-LTE230MHz還擁有較好的抗干擾性和抗延遲性，它是應用OFDMS技術對信號進行調(diào)制，能夠有效抵御來自多個方面的干擾因素。TD-LTE230MHz寬帶無線技術能符合智能電網(wǎng)中對相關配電數(shù)據(jù)的實時采集，并完成配網(wǎng)的全自動化，因此TD-LTE230MHz在監(jiān)控用電、電動機車運行方面擁有極為廣闊的使用前景。ZIgbee是建立在IEEE802.15.4協(xié)議之上的，是低能耗、近距離中所采用的一種無線通訊技術，因為ZIgbee屬于開放頻段，所以此種通信技術為了最大程度降低干擾，在各個頻段之中都是用直接序列擴頻技術。針對Zigbee，其特點有;在運行過程中，其成本極低，一套完整的zigbee設備的售價一般不會超過一千元人民幣;擁有較高的網(wǎng)絡容量;在進行工作的過程當中，產(chǎn)生的延遲較低。一般來說，在進行設備搜索的過程當中，延遲的典型值僅為30ms左右，在休眠狀態(tài)下僅為15ms左右，在有活動設備接入時，僅為15ms左右。
1.4波載通信技術采用電力線進行信息的傳統(tǒng)，其帶寬MHZz范圍在2-30，信息的傳送速度為1Mbits/s,信息傳送距離為十幾千米以內(nèi)。而在安全性方面，波載通信是使用專網(wǎng)通訊加密的計算方式進行對信息的加密。TD-LTE230MHz可以使用大氣進行信息的傳送，在進行傳送的過程當中，其帶寬MHZz的范圍在1-20，傳輸速度可以達到1-2Mbit/s，傳送距離一般大于3km小于10km。TD-LTE230MHz信息傳送的過程中，采用3DE或者AES的方式進行加密。ZigBee同樣可以依靠大氣進行信息的傳輸，在傳輸?shù)倪^程當中，帶寬MHZ為2-5，但在傳輸速度方面就顯得較為滯后了，僅為250Kbit/s，傳送距離僅在2km之內(nèi)，在安全性方面，ZigBee沒有特殊的安全防護手段，其安全性較差。
(二)通信組網(wǎng)計劃
電力線波載技術和無線技術不但可以單獨形成電網(wǎng)，同時還可以相互混合組成網(wǎng)絡，電力線波載能夠承受的寬帶帶寬為2M-20M，還能夠作為多個終端專點信息上傳的通道，并且依靠電力線波載較長數(shù)據(jù)的傳送能力，可以把無線集中器所采集的信息，通過電力線載波進行上傳。電力線載波主載波能夠直接和電網(wǎng)通訊的主站點進行連接，同時還可以依靠其他的通訊技術將信息傳遞至通信主站之中。例如，電力線載波主載波及上行鏈接連接至光纖網(wǎng)絡或者無線網(wǎng)絡之中。低壓電力波載通訊的方法不能夠完成變壓器之間的通訊，還可以使用相同變壓器進行數(shù)據(jù)的交換，從而要完成電器設備的遠距離監(jiān)控的能力，就需要在數(shù)據(jù)收集器與上位機管理系統(tǒng)之間甄選其他的通訊辦法。因為ZigBee在進行傳輸?shù)倪^程中，受到了較大的信息傳送距離的限制，而聯(lián)想到WIFI技術無線電波的涵蓋范圍較大，最大半徑能達到大約900英尺，即大約300米。除此之外，藍牙的覆蓋范圍大約是50英尺，大約為15米。所以在傳送距離層面上Zigbee技術或者藍牙技術都比WIFI較差，并且WIFI擁有傳播速度快的優(yōu)點，其最大傳播速度能達到37.5Mbit/s，極大程度上高于TD-LTE230MHz和Zig。所以在此處筆者建議使用構建結構簡單，同時擁有更廣波及范圍和最快傳播速度的WIFI無線網(wǎng)絡開展數(shù)據(jù)的。
四、結束語
電力線載波和無線通信系統(tǒng)在信息傳送能力、信息傳送穩(wěn)定性等方面與光纖通訊之間存在有較大的差異。作為光纖通訊方式的一種有效補充，電力線載波與無線通信方式有其存在的價值與重要作用。在城市之中，針對部分地區(qū)光纖不容易鋪設的特點;在城鄉(xiāng)結合地區(qū)，相關站點安排比較分散的特點，由此造成在這些地區(qū)當中，一般會使用非光纖通信的方式。在一些對速度和實時性要求都不高的地區(qū)，電力線載波和無線通信系統(tǒng)就能夠彰顯出其特有優(yōu)勢。
參考文獻：
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[2]鐘帶生.電力線載波通信的遠程控制系統(tǒng)設計[J].科技廣場,2010,08:108-111.
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