电力载波PLC技术在智能电表上的应用方案.pdfVIP

PLC 技术在智能电表上的应用方案 中心议题： PLC 技术的发展与智能电表的紧密关系 如何为智能电表选择适合的PLC 调制解调器方案 解决方案： 应用 NCP1014 、NCP1015 等AC-DC 转换器 采用LM2596 、NCP3063 和CS51411 等DC-DC 转换器 智能电表是多年来人们致力于用于实现远程抄读电量和电能的智能化设备，也是构成远程自 动抄表(AMR)系统的基本单元，而由智能电表组成的自动抄表系统是 实现智能电网的重要 一步。智能电表系统可以使电力供应商在提高服务质量的同时降低管理成本，从而帮助公共 事业服务提供者和政府降低电源损耗、优化能源消耗、管理对宝贵能源的需求，并让用户有 机会充分利用各种用电计划(如分时电价)来节省开支和享受多种便利。完善的智能电表系统 将极大地方便人们的日常生活，同时提高电力能源的有效分配和利用, 在建设“节能节约型” 社会及“节能减排”的过程中产生巨大的商机和社会效益。 一、PLC 技术的发展与智能电表的紧密关系 智能电表的实现使用了以下几种主要技术：电力线载波通信(PLC)技术、专用通信线路(如 RS485 总线技术等) 以及无线通信技术等。目前电力线载波通信技术是AMR 的主流技术，因 此智能电表的发展和推广将与电力线载波通信技术的发展有着紧密的关系。 而在绿色节能意识的推动下，以智能电表为核心的智能电网成为欧美日中等诸多国家竞相发 展的一个重点领域。如欧盟委员会强制要求2022 年前所有欧盟 成员国的电表都替换为智能 仪表。美国也计划在每个家庭都安装智能仪表。中国也在2009 年5 月开始提出构建坚强智 能电网的构想，准备投资高达4 万亿元，计 划经历当前的试点和2011 年开始的全面建设等 阶段后，到2020 年基本实现构想。在此推动下，电网技术面临着一场重要的革命，而不只 是简单的技术演进。 表2 ：传统电网与新的智能电网之间的简单对比。 在智能电网中，智能电表发挥关键的作用，可以使用户与电力系统之间实现互动。如一方面 帮助电力机构精确了解用户的用电规律，为高峰用电或低谷用电设定差异化的电价；另一方 面，用户也可以合理调整自己的用电计划，从而优化电费支出。从功能模块来看，智能电表 除了电源和计量模块外，还涉及到数据存储功能，需采 用安全可靠的存储器；此外，双向 实时通信是智能电网的重要特征，故通信模块至关重要，需要选择适合的通信方式及相应的 最佳解决方案。 实际上，智能电网是一个庞大系统，涉及电力、通信及应用等多个层次，以及局域网(LAN) 和广域网(WAN)等不同网络类型。其中，LAN 连接家庭或建筑 物内的不同类型的智能电表 到数据集中器(concentrator) 。就这一段的网络连接而言，通常它们对通信速率的要求不高， 最主要的考虑因素是降低成 本，常见的通信方式有无线射频网络，或有线的电力线载波 (PLC)或电力线宽带(BPL )等。具体采用何种通信方式，需要考虑各国电网实际状况等因素， 同时先行先试国家的做法也会提供借鉴意义。 图3 ：法国EDF 旗下公司法国配电公司(ERDF)的Linky 项目简略示意图。 例如，在欧洲能源市场有重要影响力的法国电力(Electricité de France, EDF)于2009 年中启 动了当前世界上最大的智能电表项目Linky ，计划到2017 年在法国部署3,500 万个智能电表。 这个项目为智能电表到数据集中器之间的通信选择了 PLC 技术，然后再利用通用分组无线 业务(GPRS)技术将数据传送到该公司的数据中心。考虑到中国的智能电网仍在试点阶段， 法国 ERDF 的选择对中国等其他国家也具有借鉴意义。 二．为智能电表选择适合的PLC 调制解调器方案 PLC 调制技术的选择虽然PLC 技术提供了一种低成本的选择，但电力线的初衷并不是用于 通信，故在应用 PLC 通信时也面临一些挑战。特别是设计人员需要密切注意会出现的信号 衰减和噪声问题，反之也要求复杂的收发器技术。 为了抑制由噪声导致的信号衰减，降低误码率，并改善频率效率，有必要利用适合的信号调 制技术。实际上，电力机构在部署智能电表抄表系统时，有多种不同的调制方式，但主要的 有三种，分别是正交频分复用(OFDM)、相移键控(PSK)和扩频型频移键控(S-FSK) 。 OFDM 的理论带宽较高，但实际上在低压网络中的噪声条件下会损失很大一部分的带宽， 而且OFDM 的应用成本较高，工作时还消耗可观的电能。PSK 调制技 术的应用成本很低， 但不是特别可靠，性能会受到相位噪声影响