微电子所在电力线载波通信技术研发及产业化方面取得重要进展

董芬英

[摘 要]电力线载波通信是指利用电力线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。在电力系统中，电力线载波通信技术已被广泛应用。低压载波、高压载波、超窄带载波、宽带电力线载波、扩频技术等应用于电力线载波通信中，形成了多样化的载波通信产品与技术。本文主要介绍电力线载波通信技术的发展现状、特点及未来发展趋势。

[关键词]电力线载波通信技术 低压载波 中压载波 高压载波

中图分类号：TN913.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0317-01

引言：

电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行而产生的，它同电力系统的安全稳定控制系统，调度自动化系统，被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。长期以来，电力线载波通信网一直是电力通信网的基础网络，它自诞生之日起便随着通信技术的发展而不断发展。由于信号传输的介质已经存在，无须再投入大量资金进行基础设施建设，并且可以通过电力线访问到与它连接的任意通信设备，因此使用到处可见的电力线作为传输介质的设想便被人们实际应用起来。

一、电力线载波通信技术的发展历史及现状

电力线载波通信技术的发展经历了从模拟到数字的发展过程。近年来高压电力线载波技术突破了仅限于单片机应用的限制，进入了数字化时代，并且随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要，中、低压电力载波通信的技术开发及应用亦出现了方兴未艾的局面。电力线载波通信这座被国外传媒喻为“未被挖掘的金山”正逐渐成为一门电力通信领域乃至关系到千家万户的热门专业。

二、电力线载波通信技术概述

电力线载波通信技术是指利用高压电力线、中压电力线或低压配电线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。它可以使用现有的电力线和插座组建成网络，来连接PC、机顶盒、音频设备、监控设备以及其他的智能电气设备，来传输数据、语音和视频。它具有即插即用的特点，能通过普通电力线传输网络IP数字信号。

其中，高压电力线载波技术是指应用于35kV及以上电压等级的电力线载波通信技术。该技术由于载波线路状况良好，主要用于传输调度电话、远动、高频保护及其它监控系统的信息。但是数字多路复接型的电力载波机在进行远动数据传输时，有时会产生瞬时中断现象，这种现象对于语音传输无大影响，但对于数据传输尤其是一些重要的控制信号的传输将会带来不良的后果。因此，需要技术上的不断完善以及根据现场应用的实际情况来选择合适的载波机类型来避免这一情况的发生。同时，对于远动的防卫度问题，应当尽可能地设计为自适应地保持恒定的防卫度水平。其次，载波机的电路设计在性能指标上要能够保证设备整机指标和长期运行的可靠性，符合相关的行业质量标准。以此来不断提高高压电力线载波技术的运行性能。

中压电力线载波通信技术是指应用于10kV电压等级及以下的电力线载波通信技术。目前10kV配电网的传输特性十分复杂，传输设备需要考虑在传输距离不能到达时的中继问题，不同的调制方式采用的中继方式可能有所不同，且对于大型、多用户的配电网自动化系统的载波数据传输，目前还缺少实际的第一手运行资料，整个系统的响应速度也需要由此来实地考核，因此对这一技术应该进行不断研究，掌握其传输特性，从而为电力工程等提供实际的应用价值。

低压电力线载波通信技术是指应用于380V电压等级及以下的电力线载波通信技术。这一技术目前常用的有窄带调制和宽带调制两种调制方式。窄带调制成本较低，但不能有效抵抗窄带噪音；宽带调制成本较高，通常采用扩频技术，在一定程度上可克服窄带噪音干扰，但是有限的扩频增益对于较大功率的窄带噪音干扰仍无能为力。因此，需要不断研究来突破这一技术局限，并在载波机设备出厂检验时一定要考虑在加入噪声的情况下进行性能测试，以保证信号传输的稳定性。

三、电力线载波通信技术的特性

1.高压载波路由合理，通道建设投资相对较低

高压电力线路的路由走向沿着终端站到枢纽站，再到调度所，正是电力调度通信所要求的合理路由，并且载波通道建设无须考虑线路投资，因此当之无愧成为电力通信的基本通信方式。电力线载波通道往往先于变电站完成建设，对于新建电站的通信开通十分有利。为此，只要妥善解决电力线载波信道的容量问题，载波通信的优势就会显现出来。在中压配电网载波和低压用户电网载波中，节省线路建设费用，无须考虑破坏家庭已装修环境，也仍然是载波通信的优势。

2.传输频带受限，传输容量相对较小

在高压电网中，一般考虑到工频谐波及无线电发射干扰，电力线载波的通信频带限制在一定的范围内，理想情况下一条线路可安排115条高压载波通道。但由于电力线路各相之间及变电站之间的跨越衰减有限，不可能理想地按照频谱紧邻的方式安排载波通道。因此，真正组成电力线载波通信网所实现的载波通道是有限的。在当今通信业务已大大开拓的情况下，载波通道的信道容量已成为其进一步应用的“瓶颈”。尽管在载波频谱的分配上研究了随机插空法、分小区法、分组分段法等方法，并且规定不同电压等级的电力线路之间不得搭建高频桥路，使载波频率尽量得以重复使用，但还是不能满足需要。

3.可靠性要求高

电力线载波机要求具有较高的可靠性，一是在电力系统中传输重要调度信息的需要；另一是电压隔离的人身安全需要。为此，电力线载波机在出厂前必须进行高温老化处理，最终检验必须包含安全性检验项目。为此，国家质检总局从80年代开始即对电力线载 波机（类）产品实行了强制性生产许可证管理。目前大多数高压及中压电力线载波机生产企业已按照生产许可证的要求建立了较为完善的质量体系。

4.线路噪声大

电力线路作为通信媒介带来的噪声干扰远比电信线路大得多，在高压电力线路上，游离放电电晕、绝缘子污闪放电、开关操作等产生的噪声比较大，尤其是突发噪声具有较高的电平。因此，电力线载波机一般都采用较大的输出功率电平来获得必要的信噪比。

5.线路阻抗变化大

高压电力线阻抗一般为300～400Ω，在线路上呈波动状态，现场实测表明，在波动幅度达到1/2左右 时，对载波通道衰减将产生严重的影响。在通道加工不合理、不完善、存在容性负载以及分支线时，会加剧载波通道的阻抗变化甚至中断通信。低压用户配电网载波通道的阻抗变化更大，这使得载波装置不能采用固定的阻抗输出。

6.线路衰减大且具有时变性

高压电力线载波通道衰减与频率的平方根成正比，且具有时变性。工频运行方式的改变、分支线的长短以及绝缘子污秽、刮强风、下小雨、线路冰凌及阻波器调谐线圈性能等多种因素会对载波通道的衰减产生影响。为此，电力线载波机必须设置大于30dB范围的自动增益调整电路。

结束语：电力线载波通信技术伴随着通信技术的发展而不断发展。它从发展之初起以其特有的便捷、环保、经济等优点而快速被应用，其技术也随着市场的不断需求及科学技术的不断发展而不断改进与完善，虽然目前这项技术还存在一定的技术缺陷，但相信随着科技的不断发展与人们的不断研究，电力线载波通信技术一定会突破现有的技术缺陷而不断适应人们的发展需求，从而被广泛应用。

参考文献

[1] 蔣青主编.现代通信技术基础[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2] 田日才主编.扩频通信[M].北京：清华大学出版社，2006.