电力线载波通信技术探究 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 传输煤体，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。我们小组对电力线载波通信技术进行了详细的讨论，下面是我们的讨论 成果。 一、 定义 在开始讨论前，我们首先就电力线载波通信技术的定义进行了明确，电力线 载波通信(PLC:Power Line Communication),指利用已有的配电网作为传输媒介， 实现数据传递和信息交换的一种技术。由于输电线路具备十分牢固的支撑结构， 并架设3条以上的导体（一般有三相良导体及一或两根架空地线），所以输电 线输送工频电流的同时，用之传送载波信号，既经济又十分可靠。这种综合利用 早已成为世界上所有电力部门优先采用的特有通信手段。该技术出现于上世纪二 十年代初期，早期主要用电力线传输电话信号。广义的PLC技术包含两大分支： 1.面向配电网自动化的配电线路载波(DLC): 2.面向进户线路和户内线路的线路通信。 二者区别主要在于使用对象、技术特征（包括线路条件、速率要求、线路共 享方式)以及用户密度不同。 二、 电力线载波通信的特点 1.优点 )最显著的特点是不需要另外架设通信线路，直接利用现有的电力传输线 路传输数据： b)以电力线为通信线路，几乎不需要额外的基础建设投资和日常维护费用： c)电力线分布范围广泛，可不受布线困扰和无线环境影响。 2.缺点 电力线是给用电设备传送电能，而不是用来传送数据的，所以电力线对 数据传输有许多限制： )配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个 配电变压器区域范围内传送： b)三相电力线间有很大信号损失(10dB-30dB),一般电力载波信号只能在单 相电力线上传输； c)不同信号耦合方式使电力载波信号的损失不同，耦合方式有线一地耦合， 线一中线耦合。线一地耦合方式与线一中线耦合方式相比，电力载波信 号少损失十几分贝，但线一地耦合方式不是所有地区的电力系统都适用。 d)电力线自身的脉冲干扰，加大了应用难度： ©)电力线可使载波信号衰减、数据信号变形。对于高频信号，电力线是一 个分布参数的网络，不同点对数据信号影响不一样：低压配电网直接面 向用户，负荷动态变化，各节点阻抗不匹配。所以信号会产生反射、谐 振等现象，信号衰减情况复杂。研究显示电力线上的信号衰减受距离变 化影响明显，一般为10~100dB/km。同时，信号的衰减与频率、工频电 源相位还有关系。通信频率高于100kHz时，频率每增加1kHz,衰减增 加0.25dB。当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里以外，但
电力线载波通信技术探究 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。我们小组对电力线载波通信技术进行了详细的讨论，下面是我们的讨论 成果。 一、 定义 在开始讨论前，我们首先就电力线载波通信技术的定义进行了明确，电力线 载波通信(PLC： Power Line Communication)，指利用已有的配电网作为传输媒介， 实现数据传递和信息交换的一种技术。由于输电线路具备十分牢固的支撑结构， 并架设 3 条以上的导体（一般有三相良导体及一或两根架空地线），所以输电 线输送工频电流的同时，用之传送载波信号，既经济又十分可靠。这种综合利用 早已成为世界上所有电力部门优先采用的特有通信手段。该技术出现于上世纪二 十年代初期，早期主要用电力线传输电话信号。广义的 PLC 技术包含两大分支： 1. 面向配电网自动化的配电线路载波(DLC)； 2. 面向进户线路和户内线路的线路通信。 二者区别主要在于使用对象、技术特征（包括线路条件、速率要求、线路共 享方式）以及用户密度不同。 二、 电力线载波通信的特点 1. 优点 a) 最显著的特点是不需要另外架设通信线路，直接利用现有的电力传输线 路传输数据； b) 以电力线为通信线路，几乎不需要额外的基础建设投资和日常维护费用； c) 电力线分布范围广泛，可不受布线困扰和无线环境影响。 2. 缺点 电力线是给用电设备传送电能，而不是用来传送数据的，所以电力线对 数据传输有许多限制： a) 配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个 配电变压器区域范围内传送； b) 三相电力线间有很大信号损失(10dB-30dB)，一般电力载波信号只能在单 相电力线上传输； c) 不同信号耦合方式使电力载波信号的损失不同，耦合方式有线—地耦合， 线—中线耦合。线—地耦合方式与线—中线耦合方式相比，电力载波信 号少损失十几分贝，但线—地耦合方式不是所有地区的电力系统都适用。 d) 电力线自身的脉冲干扰，加大了应用难度； e) 电力线可使载波信号衰减、数据信号变形。对于高频信号，电力线是一 个分布参数的网络，不同点对数据信号影响不一样；低压配电网直接面 向用户，负荷动态变化，各节点阻抗不匹配。所以信号会产生反射、谐 振等现象，信号衰减情况复杂。研究显示电力线上的信号衰减受距离变 化影响明显，一般为 10~100dB/km。同时，信号的衰减与频率、工频电 源相位还有关系。通信频率高于 100kHz 时，频率每增加 1kHz，衰减增 加 0.25dB。当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里以外，但
当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。因此，需要进一步提高载波 信号功率来满足数据传输的要求，但提高载波信号功率会增加产品的成 本和体积，而且，单一提高载波信号功率往往并不是最有效的方法： )电力线上有高噪声。电力线上接有各种各样的用电设备，阻性的、感性 的、容性的：有大功率的、小功率的。各种用电设备经常频繁开闭，就 会给电力线上带来各种噪声干扰，而且幅度比较大。用耦合电感从电力 线上耦合下来的噪声一般就在10mV以上，而一般传输的数据信号会削 减到1mV,如不采用电力线专用modem芯片来解调数据信号，通信距 离会相当短。 三、 我国电力线载波通信的现状 电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行而应运而生的，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。目前，它更是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础； 是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段：是电力系统的重要基础设施。由 于电力通信网对通信的可靠性、保护控制信息传送的快速性和准确性具有及严格 的要求，并且电力部门拥有发展通信的特殊资源优势，因此，世界上大多数国家 的电力公司都以自建为主的方式建立了电力系统专用通信网[1]。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，目前在长达670000km的35kV 以上电压等级的输电线路上多数已开通电力线载波通道[1]，形成了庞大的电力 线载波通信网。该网络主要用于地、市级或以下供电部门构成面向终端变电站及 大用户的调度通信、远动及综合自动化通道使用。近年来，随着光纤通信的发展， 电力线载波通信己从主导的电力通信方式改变为辅助通信方式。但是，由于我国 电力通信发展水平的不平衡，由于电力通信规程要求主要变电站必须具有两条以 上不同通信方式的互为备用的通信信道，由于电力线载波技术革新带来的新的载 波功能以及由于昔日数量庞大的电力线载波机的更新换代，都导致了电力线载波 机虽然作为电力通信的辅助通信方式，但是在全国仍然存在较大的市场需求，全 国共有约20家企业从事高压电力线载波机的开发和生产。 中低压电力线载波的应用目前主要在10kV电力线作为配电网自动化系统的 数据传输通道和在380/220V用户电网作为集中远方自动抄表系统的数据传输通 道，还有正在开发并取得阶段性成果的电力线上网高速MODEM的应用。在这些 方面，10kV上的应用已达到了实用化，成都一家公司开发的扩频载波数据传输 装置（已通过质量检验[2）在四川罗江县供电局已可靠运行达一年之久。从事这类 产品开发生产的企业全国约有几十家，一旦市场全面形成，竞争将较为激烈。作 为自动集抄系统通道的载波应用目前已能够形成组网通信，完成数据抄收功能， 但是由于用户电网的某些时变特性和突发噪声对数据传输的影响在技术上并未 得到根本解决，因此还存在着抄表“盲区”的问题，这一问题目前一直阻碍电力 载波通信技术在自动集抄系统应用的主要症结所在。从事这类产品开发生产的企 业全国至少有200家以上，并且大多数都存在技术开发和工程并行的状况，真正 取得良好经济效益的只是少数企业。在市场还未全面认同这种方式的可靠性的状 况下，其市场竞争已达到了白热化的程度，这一现象应当引起有关单位的重视。 关于电力线上网的电力载波技术应用目前以中电飞华公司为代表，己在北京开通 了5个以上的实验小区，取得了大量的第一手工程资料，这是一个非常好的开端， 至于何时能够进入商业化生产和运营还需综合考虑技术性能、成本核算和符合国
当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。因此，需要进一步提高载波 信号功率来满足数据传输的要求，但提高载波信号功率会增加产品的成 本和体积，而且，单一提高载波信号功率往往并不是最有效的方法； f) 电力线上有高噪声。电力线上接有各种各样的用电设备，阻性的、感性 的、容性的；有大功率的、小功率的。各种用电设备经常频繁开闭，就 会给电力线上带来各种噪声干扰，而且幅度比较大。用耦合电感从电力 线上耦合下来的噪声一般就在 10mV 以上，而一般传输的数据信号会削 减到 1mV，如不采用电力线专用 modem 芯片来解调数据信号，通信距 离会相当短。 三、 我国电力线载波通信的现状 电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行而应运而生的，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。目前，它更是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础； 是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段；是电力系统的重要基础设施。由 于电力通信网对通信的可靠性、保护控制信息传送的快速性和准确性具有及严格 的要求，并且电力部门拥有发展通信的特殊资源优势，因此，世界上大多数国家 的电力公司都以自建为主的方式建立了电力系统专用通信网[1]。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，目前在长达 670000km 的 35kV 以上电压等级的输电线路上多数已开通电力线载波通道[1]，形成了庞大的电力 线载波通信网。该网络主要用于地、市级或以下供电部门构成面向终端变电站及 大用户的调度通信、远动及综合自动化通道使用。近年来，随着光纤通信的发展， 电力线载波通信已从主导的电力通信方式改变为辅助通信方式。但是，由于我国 电力通信发展水平的不平衡，由于电力通信规程要求主要变电站必须具有两条以 上不同通信方式的互为备用的通信信道，由于电力线载波技术革新带来的新的载 波功能以及由于昔日数量庞大的电力线载波机的更新换代，都导致了电力线载波 机虽然作为电力通信的辅助通信方式，但是在全国仍然存在较大的市场需求，全 国共有约 20 家企业从事高压电力线载波机的开发和生产。 中低压电力线载波的应用目前主要在 10kV 电力线作为配电网自动化系统的 数据传输通道和在 380/220V 用户电网作为集中远方自动抄表系统的数据传输通 道，还有正在开发并取得阶段性成果的电力线上网高速 MODEM 的应用。在这些 方面，10kV 上的应用已达到了实用化，成都一家公司开发的扩频载波数据传输 装置(已通过质量检验[2])在四川罗江县供电局已可靠运行达一年之久。从事这类 产品开发生产的企业全国约有几十家，一旦市场全面形成，竞争将较为激烈。作 为自动集抄系统通道的载波应用目前已能够形成组网通信，完成数据抄收功能， 但是由于用户电网的某些时变特性和突发噪声对数据传输的影响在技术上并未 得到根本解决，因此还存在着抄表“盲区”的问题，这一问题目前一直阻碍电力 载波通信技术在自动集抄系统应用的主要症结所在。从事这类产品开发生产的企 业全国至少有 200 家以上，并且大多数都存在技术开发和工程并行的状况，真正 取得良好经济效益的只是少数企业。在市场还未全面认同这种方式的可靠性的状 况下，其市场竞争已达到了白热化的程度，这一现象应当引起有关单位的重视。 关于电力线上网的电力载波技术应用目前以中电飞华公司为代表，已在北京开通 了 5 个以上的实验小区，取得了大量的第一手工程资料，这是一个非常好的开端， 至于何时能够进入商业化生产和运营还需综合考虑技术性能、成本核算和符合国
家有关环境政策等方面的问题。 四、 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。 1.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问世，“人工抄表”将在不久的将来会被自动抄表系 统所取代。 2. 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。 3. 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，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
家有关环境政策等方面的问题。 四、 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， 已取得了一定的成果。 1. 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问世，“人工抄表”将在不久的将来会被自动抄表系 统所取代。 2. 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。 3. 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，经过数年来的研发，如 今已变成现实。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。 五、结束语 电力线载波通信在我国是一门即古老又年轻的学科，其近几年来的技术 发展对于电力线载波通信在高压到低压各个领域里的应用所带来的震撼的 确是十分鼓舞人心的。尽管目前在电力线载波通信技术及设备上还不尽完善， 但她所激发的巨大市场潜力已促使我国众多的企业毅然投入到这一领域的 研发之中。据了解，这种投入之大、企业之多和热情的高涨程度在电力线载 波业界都是前所未有的。可以相信，电力线载波通信的明天是辉煌的。 附： 小组分工： 小组角色 姓名 学号 分工情况 组织小组讨论，负责组员分工， 组长 黄伟翔 5110309509 负责资料的总结和总结报告的撰 写。 组员 张敏杰 5110309493 搜集基础资料。 组员 程诗音 5110309593 总结记录讨论结果。 组员 温同同 5110309403 提出技术的创新方法
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。 五、 结束语 电力线载波通信在我国是一门即古老又年轻的学科，其近几年来的技术 发展对于电力线载波通信在高压到低压各个领域里的应用所带来的震撼的 确是十分鼓舞人心的。尽管目前在电力线载波通信技术及设备上还不尽完善， 但她所激发的巨大市场潜力已促使我国众多的企业毅然投入到这一领域的 研发之中。据了解，这种投入之大、企业之多和热情的高涨程度在电力线载 波业界都是前所未有的。可以相信，电力线载波通信的明天是辉煌的。 附： 小组分工： 小组角色 姓名 学号 分工情况 组长 黄伟翔 5110309509 组织小组讨论，负责组员分工， 负责资料的总结和总结报告的撰 写。 组员 张敏杰 5110309493 搜集基础资料。 组员 程诗音 5110309593 总结记录讨论结果。 组员 温同同 5110309403 提出技术的创新方法