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電力線(xiàn)載波與無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)研究
電力線(xiàn)通信(Power Line Communication,PLC)是繼電信、電話(huà)、無(wú)線(xiàn)通訊、衛星通訊之后的又一通信網(wǎng),利用電力線(xiàn)實(shí)現數據通信有著(zhù)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(wú)縫連接的可行性進(jìn)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(xiàn)波載無(wú)線(xiàn)通訊系統的運行原理進(jìn)行闡述，并在上述理論基礎的支持下，解析成功運行電力線(xiàn)載波無(wú)線(xiàn)通訊系統技術(shù)層面的關(guān)鍵要點(diǎn)，分析其硬件系統的相應要求。希望憑借自身多年的工作經(jīng)驗，拋磚引玉，給予相關(guān)從業(yè)者一些具有實(shí)際參考性的幫助。
關(guān)鍵詞：混合組網(wǎng);無(wú)線(xiàn)通訊;電力線(xiàn)載波
伴隨著(zhù)我國電力系統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，電力系統的相關(guān)技術(shù)人員應該怎樣才可以更加高效針對現有的供電網(wǎng)絡(luò )系統資源進(jìn)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(guān)從業(yè)者所關(guān)注與研究。電力線(xiàn)載波通信使用電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )當做信息傳送的一種通訊方式，因為低壓電力同時(shí)擁有較為廣闊的網(wǎng)絡(luò )覆蓋面積，并且在接入時(shí)較為方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，由此在我國擁有著(zhù)極為廣闊的使用前景。但把此通信技術(shù)與我國目前常用的通信技術(shù)進(jìn)行對比，電力線(xiàn)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(xiàn)波載通信技術(shù)能夠在我國被廣泛的運用，就必須針對上述問(wèn)題進(jìn)行解決。
一、混合組網(wǎng)無(wú)縫連接的可行性討論
(一)針對無(wú)縫連接實(shí)現方法的討論
1.1在配電網(wǎng)絡(luò )中，將混合的通信方式進(jìn)行組網(wǎng)，存在有諸多的技術(shù)難點(diǎn)，其中最為主要的問(wèn)題是如何將上述多種通信技術(shù)進(jìn)行合理的融合，并且讓上述通信技術(shù)彼此之間不會(huì )產(chǎn)生干擾。當下，通信技術(shù)的融合主要有以下兩種方法：首先是給予某個(gè)系統中的不同的通信技術(shù)進(jìn)行重新開(kāi)發(fā)，并且從接口處、通訊條例、系統的運行模式和帶寬等多個(gè)方面進(jìn)行規范與統一的系統研發(fā)。第二就是給以某個(gè)通訊系統構建一個(gè)能夠開(kāi)閘混合通訊的網(wǎng)絡(luò )，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，即重新針對系統進(jìn)行研發(fā)，其特點(diǎn)是在研發(fā)的過(guò)程當中，需要投入大量的資金，并且在進(jìn)行研發(fā)的過(guò)程當中，將會(huì )投入大量的時(shí)間，但是研發(fā)出的系統在投入使用之后，在很長(cháng)的一段時(shí)間當中，保持相對穩定的工作狀態(tài)。在新研發(fā)的系統當中，里面的所有通信技術(shù)之間存在有高度的融合性，所以新研發(fā)的系統就需要面對應用對象范圍較少且拓展性差的可能。針對電力系統中的配用電系統來(lái)講，當下開(kāi)發(fā)出一套滿(mǎn)足并能夠漸變復制的混合通訊系統，擁有極為廣闊的使用前景。
1.2當下，構建混合通訊網(wǎng)絡(luò )一般所采用是第二種方法，即在現存的通訊產(chǎn)品之中，選擇合適的設備。構建混合通訊網(wǎng)絡(luò )需要考慮的環(huán)節主要有以下幾個(gè)部分：首先是融合點(diǎn)通訊技術(shù)的接口，融合點(diǎn)涵蓋到數據傳輸過(guò)程中的數據交換，因此在該系統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(guān)技術(shù)人員可以選擇使用總線(xiàn)接口的辦法。其次就是電力線(xiàn)載波通信系統中通訊穩定的穩定，雖然使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行通訊可以有效改善因為建筑物構建復雜從而導致的線(xiàn)路搭建困難的問(wèn)題，但是電力線(xiàn)載波無(wú)線(xiàn)通信系統本身的穩定性同樣還是相關(guān)技術(shù)工作者需要進(jìn)行解決的問(wèn)題。尤其是在電力設備當中，通信信號是否穩定往往會(huì )對電網(wǎng)的安全產(chǎn)生決定性的影響。最后是在未來(lái)電力線(xiàn)載波通信技術(shù)投入使用之后，怎樣才能夠讓該系統在多種通訊方式聯(lián)合的情況下，卻不會(huì )受到干擾，同時(shí)也不會(huì )干擾到其他信息的正常傳輸，上述問(wèn)題都是在電力線(xiàn)載波通信系統設計中的要點(diǎn)和難點(diǎn)。
(二)多通道通信系統在未來(lái)應用前景的展望
伴隨著(zhù)我國電力系統發(fā)展的愈發(fā)智能化，原本單一的通訊技術(shù)已經(jīng)無(wú)法多角度全方位滿(mǎn)足多種規模配電自動(dòng)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(wú)法避免，因此多通道混合通訊技術(shù)在未來(lái)?yè)碛兄?zhù)極為廣闊的發(fā)展前景。
二、電力線(xiàn)載波無(wú)線(xiàn)通信系統的運行原理
筆者設計的電力線(xiàn)載波無(wú)線(xiàn)通信系統原理如圖1所示。組網(wǎng)監控系統的構成是由無(wú)線(xiàn)發(fā)射板塊、運算板塊、電力線(xiàn)載波板塊這三個(gè)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(lái)進(jìn)行轉換，即把模擬信號轉變?yōu)閿底中盘�。之后電�?lián)計算模板開(kāi)始針對獲得的相關(guān)信息進(jìn)行儲存和處理，然后先把信號傳輸至無(wú)線(xiàn)發(fā)射板塊，與此同時(shí)，電量計算模板也可以把信息傳輸到電力線(xiàn)載波板塊。
三、運行電力線(xiàn)載波無(wú)線(xiàn)通信系統的技術(shù)要點(diǎn)
按照配用電現場(chǎng)的實(shí)地環(huán)境，需要進(jìn)行技術(shù)組網(wǎng)的正確選擇，考慮到無(wú)線(xiàn)和電力線(xiàn)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行方案。
(一)電力線(xiàn)波載和無(wú)線(xiàn)的特點(diǎn)
1.1電力線(xiàn)載波技術(shù)和無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)都不需要事先進(jìn)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(wù)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(guān)系等通訊方法進(jìn)行組網(wǎng)工作。電力線(xiàn)載波指的是使用電力線(xiàn)作為數據傳送介質(zhì)的一種通訊方法，該種通訊方法是使用電力線(xiàn)進(jìn)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(shí)間和施工中的資金投入，成為在我國范圍內諸多地區SCADA系統10KV線(xiàn)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(xiàn)載波通訊技術(shù)進(jìn)行針對終端信息的采集和傳送工作，在進(jìn)行用電信息的采集過(guò)程中，可以使用抵押電力線(xiàn)載波超標等技術(shù)從而完成載波通信技術(shù)的實(shí)時(shí)采集。例如，在智能電動(dòng)車(chē)充電站當中，針對數據進(jìn)行采集時(shí)也可以應用中壓電力線(xiàn)通訊技術(shù)完成。電力線(xiàn)是電力公司進(jìn)行直接管理的，所以專(zhuān)線(xiàn)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(xiàn)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(guò)程當中，還會(huì )發(fā)生信息失真等現象，上述原因都在很大程度上阻礙電力線(xiàn)載波通訊技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。無(wú)線(xiàn)通信系的組成是由無(wú)線(xiàn)終端、無(wú)線(xiàn)基站和應用管理服務(wù)器構成，并且按照不同應用在運行過(guò)程中要求的不同，可以選擇不一樣的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，筆者重點(diǎn)講述無(wú)線(xiàn)寬帶技術(shù)TD-LTE230MHz與靜距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)Zigbee。TD-LTE230MHz無(wú)線(xiàn)寬帶技術(shù)是電力系統與第四代寬帶無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的綜合運用，其符合配用電網(wǎng)絡(luò )中分布較為廣闊，實(shí)時(shí)監測點(diǎn)較多，并且對通訊可靠性很高等相關(guān)使用特點(diǎn)。
1.3在中國地區無(wú)線(xiàn)寬帶系統單扇區的信息傳輸速度上行為1.76Mbit/s下行為0.711Mbit/s,無(wú)中繼覆蓋范圍超過(guò)三千米。TD-LTE230MHz的優(yōu)點(diǎn)是它隸屬于電力系統中的專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)頻段，因此不會(huì )和其他設備所產(chǎn)生的信號進(jìn)行相互干擾，并且在使用過(guò)程當中，不需要另行申請頻段，擁有較大的網(wǎng)絡(luò )容量，一個(gè)基站可以支持一萬(wàn)名用戶(hù)同時(shí)進(jìn)行使用。同時(shí)，TD-LTE230MHz還擁有較好的抗干擾性和抗延遲性，它是應用OFDMS技術(shù)對信號進(jìn)行調制，能夠有效抵御來(lái)自多個(gè)方面的干擾因素。TD-LTE230MHz寬帶無(wú)線(xiàn)技術(shù)能符合智能電網(wǎng)中對相關(guān)配電數據的實(shí)時(shí)采集，并完成配網(wǎng)的全自動(dòng)化，因此TD-LTE230MHz在監控用電、電動(dòng)機車(chē)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(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，因為ZIgbee屬于開(kāi)放頻段，所以此種通信技術(shù)為了最大程度降低干擾，在各個(gè)頻段之中都是用直接序列擴頻技術(shù)。針對Zigbee，其特點(diǎn)有;在運行過(guò)程中，其成本極低，一套完整的zigbee設備的售價(jià)一般不會(huì )超過(guò)一千元人民幣;擁有較高的網(wǎng)絡(luò )容量;在進(jìn)行工作的過(guò)程當中，產(chǎn)生的延遲較低。一般來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行設備搜索的過(guò)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(dòng)設備接入時(shí)，僅為15ms左右。
1.4波載通信技術(shù)采用電力線(xiàn)進(jìn)行信息的傳統，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?xún)�。而在安全性方面，波載通信是使用專(zhuān)網(wǎng)通訊加密的計算方式進(jìn)行對信息的加密。TD-LTE230MHz可以使用大氣進(jìn)行信息的傳送，在進(jìn)行傳送的過(guò)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(guò)程中，采用3DE或者AES的方式進(jìn)行加密。ZigBee同樣可以依靠大氣進(jìn)行信息的傳輸，在傳輸的過(guò)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，在安全性方面，ZigBee沒(méi)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(xiàn)波載技術(shù)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)不但可以單獨形成電網(wǎng)，同時(shí)還可以相互混合組成網(wǎng)絡(luò )，電力線(xiàn)波載能夠承受的寬帶帶寬為2M-20M，還能夠作為多個(gè)終端專(zhuān)點(diǎn)信息上傳的通道，并且依靠電力線(xiàn)波載較長(cháng)數據的傳送能力，可以把無(wú)線(xiàn)集中器所采集的信息，通過(guò)電力線(xiàn)載波進(jìn)行上傳。電力線(xiàn)載波主載波能夠直接和電網(wǎng)通訊的主站點(diǎn)進(jìn)行連接，同時(shí)還可以依靠其他的通訊技術(shù)將信息傳遞至通信主站之中。例如，電力線(xiàn)載波主載波及上行鏈接連接至光纖網(wǎng)絡(luò )或者無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )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(jìn)行數據的交換，從而要完成電器設備的遠距離監控的能力，就需要在數據收集器與上位機管理系統之間甄選其他的通訊辦法。因為ZigBee在進(jìn)行傳輸的過(guò)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(shù)無(wú)線(xiàn)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(shù)或者藍牙技術(shù)都比WIFI較差，并且WIFI擁有傳播速度快的優(yōu)點(diǎn)，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(jiǎn)單，同時(shí)擁有更廣波及范圍和最快傳播速度的WIFI無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )開(kāi)展數據的。
四、結束語(yǔ)
電力線(xiàn)載波和無(wú)線(xiàn)通信系統在信息傳送能力、信息傳送穩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(xiàn)載波與無(wú)線(xiàn)通信方式有其存在的價(jià)值與重要作用。在城市之中，針對部分地區光纖不容易鋪設的特點(diǎn);在城鄉結合地區，相關(guān)站點(diǎn)安排比較分散的特點(diǎn)，由此造成在這些地區當中，一般會(huì )使用非光纖通信的方式。在一些對速度和實(shí)時(shí)性要求都不高的地區，電力線(xiàn)載波和無(wú)線(xiàn)通信系統就能夠彰顯出其特有優(yōu)勢。
參考文獻：
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