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電力線載波與無線通信技術(shù)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(jì)效益和應(yīng)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(jìn)行整體的討論，在此基礎(chǔ)上，對筆者自行研發(fā)設(shè)計的電力線波載無線通訊系統(tǒng)的運(yùn)行原理進(jìn)行闡述，并在上述理論基礎(chǔ)的支持下，解析成功運(yùn)行電力線載波無線通訊系統(tǒng)技術(shù)層面的關(guān)鍵要點(diǎn)，分析其硬件系統(tǒng)的相應(yīng)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)者一些具有實際參考性的幫助。
關(guān)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(qiáng)，我國電網(wǎng)覆蓋面積變得愈發(fā)廣闊，電力系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該怎樣才可以更加高效針對現(xiàn)有的供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源進(jìn)行利用，在電力網(wǎng)上完成高效準(zhǔn)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。電力線載波通信使用電力線網(wǎng)絡(luò)當(dāng)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(luò)覆蓋面積，并且在接入時較為方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，由此在我國擁有著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(shù)能夠在我國被廣泛的運(yùn)用，就必須針對上述問題進(jìn)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(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)彼此之間不會產(chǎn)生干擾。當(dāng)下，通信技術(shù)的融合主要有以下兩種方法：首先是給予某個系統(tǒng)中的不同的通信技術(shù)進(jìn)行重新開發(fā)，并且從接口處、通訊條例、系統(tǒng)的運(yùn)行模式和帶寬等多個方面進(jìn)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(gòu)建一個能夠開閘混合通訊的網(wǎng)絡(luò)，并從已有的設(shè)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(jìn)行研發(fā)，其特點(diǎn)是在研發(fā)的過程當(dāng)中，需要投入大量的資金，并且在進(jìn)行研發(fā)的過程當(dāng)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(dāng)中，保持相對穩(wěn)定的工作狀態(tài)。在新研發(fā)的系統(tǒng)當(dāng)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(tǒng)就需要面對應(yīng)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(dāng)下開發(fā)出一套滿足并能夠漸變復(fù)制的混合通訊系統(tǒng)，擁有極為廣闊的使用前景。
1.2當(dāng)下，構(gòu)建混合通訊網(wǎng)絡(luò)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(shè)備。構(gòu)建混合通訊網(wǎng)絡(luò)需要考慮的環(huán)節(jié)主要有以下幾個部分：首先是融合點(diǎn)通訊技術(shù)的接口，融合點(diǎn)涵蓋到數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)交換，因此在該系統(tǒng)當(dāng)中就一定要有一致的接口，當(dāng)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(yīng)用，相關(guān)技術(shù)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(jìn)行通訊可以有效改善因為建筑物構(gòu)建復(fù)雜從而導(dǎo)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(guān)技術(shù)工作者需要進(jìn)行解決的問題。尤其是在電力設(shè)備當(dāng)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(shù)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(shè)計中的要點(diǎn)和難點(diǎn)。
(二)多通道通信系統(tǒng)在未來應(yīng)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(shù)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(shù)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(yùn)行原理
筆者設(shè)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(gòu)成是由無線發(fā)射板塊、運(yùn)算板塊、電力線載波板塊這三個部分形成，和用電設(shè)備相互聯(lián)通的電量計算模板依靠AD來進(jìn)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(guān)信息進(jìn)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(yùn)行電力線載波無線通信系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn)
按照配用電現(xiàn)場的實地環(huán)境，需要進(jìn)行技術(shù)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(yīng)的執(zhí)行方案。
(一)電力線波載和無線的特點(diǎn)
1.1電力線載波技術(shù)和無線通訊技術(shù)都不需要事先進(jìn)行對傳輸導(dǎo)體的鋪設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(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(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程中，可以使用抵押電力線載波超標(biāo)等技術(shù)從而完成載波通信技術(shù)的實時采集。例如，在智能電動車充電站當(dāng)中，針對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時也可以應(yīng)用中壓電力線通訊技術(shù)完成。電力線是電力公司進(jìn)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(dāng)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(shù)的進(jìn)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(yīng)用管理服務(wù)器構(gòu)成，并且按照不同應(yīng)用在運(yùn)行過程中要求的不同，可以選擇不一樣的無線技術(shù)，筆者重點(diǎn)講述無線寬帶技術(shù)TD-LTE230MHz與靜距離無線技術(shù)Zigbee。TD-LTE230MHz無線寬帶技術(shù)是電力系統(tǒng)與第四代寬帶無線通訊技術(shù)的綜合運(yùn)用，其符合配用電網(wǎng)絡(luò)中分布較為廣闊，實時監(jiān)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(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(diǎn)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(shè)備所產(chǎn)生的信號進(jìn)行相互干擾，并且在使用過程當(dāng)中，不需要另行申請頻段，擁有較大的網(wǎng)絡(luò)容量，一個基站可以支持一萬名用戶同時進(jìn)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(yīng)用OFDMS技術(shù)對信號進(jìn)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(shù)能符合智能電網(wǎng)中對相關(guān)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(jī)車運(yùn)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(shù)，因為ZIgbee屬于開放頻段，所以此種通信技術(shù)為了最大程度降低干擾，在各個頻段之中都是用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)。針對Zigbee，其特點(diǎn)有;在運(yùn)行過程中，其成本極低，一套完整的zigbee設(shè)備的售價一般不會超過一千元人民幣;擁有較高的網(wǎng)絡(luò)容量;在進(jìn)行工作的過程當(dāng)中，產(chǎn)生的延遲較低。一般來說，在進(jìn)行設(shè)備搜索的過程當(dāng)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(shè)備接入時，僅為15ms左右。
1.4波載通信技術(shù)采用電力線進(jìn)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(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)行傳送的過程當(dāng)中，其帶寬MHZz的范圍在1-20，傳輸速度可以達(dá)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(jìn)行加密。ZigBee同樣可以依靠大氣進(jìn)行信息的傳輸，在傳輸?shù)倪^程當(dāng)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(hù)手段，其安全性較差。
(二)通信組網(wǎng)計劃
電力線波載技術(shù)和無線技術(shù)不但可以單獨(dú)形成電網(wǎng)，同時還可以相互混合組成網(wǎng)絡(luò)，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(diǎn)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(jìn)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(diǎn)進(jìn)行連接，同時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，電力線載波主載波及上行鏈接連接至光纖網(wǎng)絡(luò)或者無線網(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(shù)據(jù)的交換，從而要完成電器設(shè)備的遠(yuǎn)距離監(jiān)控的能力，就需要在數(shù)據(jù)收集器與上位機(jī)管理系統(tǒng)之間甄選其他的通訊辦法。因為ZigBee在進(jìn)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(shù)無線電波的涵蓋范圍較大，最大半徑能達(dá)到大約900英尺，即大約300米。除此之外，藍(lán)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(lán)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(dá)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(gòu)建結(jié)構(gòu)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(luò)開展數(shù)據(jù)的。
四、結(jié)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(bǔ)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(shè)的特點(diǎn);在城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)，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(qū)當(dāng)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(xiàn)：
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