电力线载波通信(PLC)技术出现于二十世纪的二十年代初期,它以电力线作为传输媒体,利用载波方式将模拟或数字信号变成高频信号,通过电力线实现远距离传输。它具有传输距离远、通道可靠性高、安全保密性好、投资少见效快、与电网建设同步等优点,早已成为电力系统应用最广泛的通信方式。它主要用于电网调度通信、复用远动、高频保护和远方跳闸信号等。然而,这种通信方式传输速率低、容量小,应用范围受到了很大的限制。在大力发展宽频带、大容量光纤通信的今天,它的发展前景如何?
一、电力线载波通信现状分析
电力线载波通信现状主要反映在载波频率使用、设备技术和维护技术等三个方面。
载波频率使用问题
我国电力线载波频率使用范围为:40～500kHz,载波频带带宽为:4kHz,在整个载波频率范围内只能不重复安排57套载波机,而我们要使用的载波机要远远大于这个数目。实际上,即使在这个频段内的频率,要完全利用也非常困难。在低频段,存在着阻波器的制作上的困难;高频段,容易受到广播信号的干扰。在电网不大的情况下,用插空法安排频率,频谱紧张的矛盾不很突出。随着电网规模越来越大,频谱紧张的矛盾越来越突出,需要借助计算机进行频率分段设计、频谱分组、电网分段或分区,频率重复使用,实现频率资源的最佳配置。另一方面,采用电力线载波复用高频保护技术,节省保护占用的频带;利用调度程控交换机组网,提高通道利用率,减少通道数量,节省了载波频率,使频率资源得到了充分利用。
设备技术
随着科学技术的飞速发展,载波设备技术更新速度也在加快。从50,60年代双边带电子管载波机ZS23,ZDD212,ZT401等发展到ZJ25,ZDD212等晶体管载波机和ZDD227,ZDB23,ESB550等集成化载波机,技术装备水平有了很大的提高。此外,我们还引进了ETL,ESB等先进的数字载波设备,为用户提供更加完善、可靠和便于操作使用的功能。
维护技术
长期以来,我区电力载波通信维护技术比较落后。尽管载波设备不断更新,但绝大多数单位仍沿袭着传统的维护方式。故障处理靠检修人员使用选频表、振荡器、万用表、电烙铁在运行现场进行检修、测试。同时,通信系统维护人员普遍存在学历低、维护经验不足等问题,使得电路中断时间比较长。同样,由于维护手段不足,许多单位的结合加工设备一经安装就很少再次测试,基本是待电路出现故障后才进行检测,影响了运行电路的状况。可见,作为设备维护的薄弱环节,高频通道的好坏己成为影响载波通信质量中不可忽视的重要环节。
二、应用范围
90年代是我国电力事业大发展时期,由于电网建设速度在加快,大电厂、大机组、超高压输电线路不断增加,电网规模越来越大。使用单一载波通信方式己不能满足电网安全可靠性要求,在二级以上干线电路上载波通信己被微波通信和光纤通信所取代,而只在其中少数电路上作为备用通道保留。在220kV和500kV电网中使用一些性能优良、稳定可靠的载波设备来复用高频保护和远方跳闸信号,在地区和县级电网中电力线载波仍是生产调度的主要通信方式。
由于传统的电力线载波存在许多弱点:通道干扰大、信息量小、频率拥挤,再加上我们的设备水平、维护管理等方面原因造成通信电路稳定性差、故障率高等不足,己显得不能适应现代电网所需的高速度、宽频带、大容量的通信要求。随着信息时代的到来,各种新兴通信技术不断出现,如数字微波、卫星通信、扩频通信、光纤通信、程控交换等在电力系统中得到了较好的应用。相比之下,电力线载波其缺点和不足便显现出来了,目前对电力线载波评价不高似乎己是比较普遍的现象。
电力线载波同其他技术一样,也在不断发展和完善。但电力线载波作为电力通信网中一强有力的手段,有着雄厚的发展基础和广阔的市场,仍具有适应生存和发展的环境和空间,它不会简单的消失或停滞不前。
①作为电力部门特有的通信资源,不管将来如何发展,电力线载波通信无可比拟的优越性是不会动摇的。它在电力生产中所发挥的强大而独特作用是不可替代的,尤其在抵御台风、洪涝等自然灾害方面,由于其电路的传输线路具有机械强度高,不易受外力破坏的特点,是其它通信手段所无法比的。
②每种通信手段都有其适用的范围和环境。电力线载波适用于县、地调等信息需求量小的情形,以及在其它场合做为可靠的备用通信手段。如在覆盖范围远而通道容量需求有限的情况下,电力线载波比使用其它任何传输介质费用都要低。
③电力线载波同其它技术一样,也是不断发展和完善的。对于其固有的弱点和不足,科研工作者一直在不断研究新的技术方法去改进提高。科学的发展无止境,电力线载波做为一门科学也将会更加完善、可靠。
④电力线载波通信中存在的其它问题主要是运行管理等方面的问题,只要我们提高认识,积极改进,也是完全可以克服的。针对目前电力线载波通信的现状,我们认为主要有以下几个方面需要做好。
a.注重通信人才的培养和通信队伍的稳定。
b.有计划地对现存问题进行技术改造和革新并做好新技术理论的研究和推广工作。要组织有关科研所、院校有针对性地进行科研攻关,尤其对那些没有直接经济效益的课题
c.生产厂家要加强质量意识,不仅要引进先进的技术和设计,还要结合我国的国情和用户的实际需要进行创新,要有完善的质量保证体系。软件方面,要有健全的规章制度、标准化计量、信息档案等;硬件方面,包括先进的自动测试装置和先进的元器件筛选、焊接工艺等。
三、电力线载波通信技术的发展趋势
载波通信在电力系统通信网中有着独特的优势,其稳定的使用条件和良好的应用前景及潜在的巨大市场己为世人所关注,也成为世界各大公司及研究单位争相研究的热点,特别是在远程抄表系统、高速电力线载波以及智能化应用方面,己取得了一定的成果。
远程自动抄表系统
所谓远程自动抄表系统就是自动采集各种计量表的读数(如:电表、水表、煤气表、冷气表等),现在采集数据的方法有:电话线、无线电、电力线和红外线等等。电力线载波抄表系统的原理是利用现有的电力线为媒介进行数据收集。不但有效降低系统成本,同时可以方便快捷地实现自动抄收。利用计算机的强大功能抄收的数据可以立即处理形成报表,同时利用双工通信可很容易实现监控用户用电参数、欠费断电等其他系统没有的功能。随着各种抄表自动计量装置产品的间世,“人工抄表”将在不久的将来会被自动抄表系统所取代。
高速电力线载波
高速电力线载波(PLC)通信技术,是为提供端到端接入而设计的。该技术采用了增强型模拟前端处理(EnAFE)技术、多电平频移键控(MFSK)技术和正交调幅(QAM)技术,把载有信息的高频加载于电流,然后用电线传输,接受信息的数字式电力线调制解调器再把高频从电流中分离出来,并传送到计算机或电话,以实现信息传递。硬件方面,在用户变压器的低压侧安装电力线路由器,用户端安装一个数字式电力线调制解调器用通信电缆与个人电脑相连,并把调制解调器的插头插入电源插座即可。让PC和笔记本计算机的使用者轻松地通过家中供电线路连接上Internet互联网络。
用电力线作家庭总线有其显著的优点:成本低、有现成的电源线、一线两用,价格低低廉,延伸方便。电力线在家庭、公司及各种场所处处可达,比电缆甚至是固定电话网络更为广泛。采用高速电力线载制造了2×3200kW的卧式机组,在该机组的径向推力轴承内首次采用了金属翼片式冷却器,从机组波可取消计算机联网的综合布线系统,用户可自由选择在家中任何有电插座的角落上网。理论上电线作为通信线路,信息传送速度可达到2Mbit/s,4Mbit/s,10Mbit/s。用户上网时的速度,取决于当时会有多少用户上网。如果很多用户同时上网,传输速度相对就较慢,传输带宽是共享的。
智能化的应用
智能化载波机通过人机界面由PC机方便做到:①运行状态的实施检测;②运行参数的快速修改;③运行故障精确定位。即实现远方维护和实时监控、机房无人值守。最终,设备维护人员的职责应由设备维护转向系统维护,由维护为主转向管理为主,以使整个通信网的结构建设和设备配置更科学,运行方式更安全,运行状态更稳定,运营效益更高。
多年来人们一直在编织用电线上互联网的美梦,但经过数年来的研发,如今己变成现实。而且价格比专用网络线还便宜。专家们预期,未来数年,随着高速电力线载波愈来愈普及,使用者可以方便地通过低压电力线进入国际互联网络。同时我们完全有理由相信,随着科学技术的不断发展和应用,随着改革的深化、管理水平和管理质量的提高,通过广大电力线载波通信人员的共同努力,电力线载波通信会继续在我国电网现代化进程中发挥积极的作用,为电力系统通信发展做出更大的贡献。