[科普中国]-电力线载波技术

电力线载波技术是指利用电力线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。电力线在电力载波领域一般分为高中低3类，通常高压电力线指35kV及以上电压等级、中压电力线指10kV电压等级、低压配电线指380/220V用户线。

简述电力线载波是利用高压输电线路作为高频信号传输通道的一种通信方式，是电力系统特有的一种通信形式。由于输电线路机械强度高，可靠性好，不需要线路的基建投资和日常的维护费用，具有一定的经济性和可靠性。在电力系统通信网的规划建设中，电力线载波作为电力系统传输信息的一种基本手段，在电力系统通信中得到广泛应用，经历了从分立到集成，从功能单一到微机自动控制，从模拟到数字的发展历程。

电力线载波技术(PLC，Power Line Communication)出现于20世纪20年代，50—60年代研制了具有中国特色的ZDD一5型电力线载波机。70年代模拟型电力线载波技术已趋成熟，80年代中期电力线载波技术开始了单片机和集成化的革命，产生小型化、多功能电力线载波机。90年代中期以SNC.5PLC为代表首次采用DSP数字信号处理技术，将音频至中频信号用DSP处理；90年代末期采用新西兰M340数据复接器，结合电力线载波的音频部分为一体的全数字式多路复接的载波机，提高了PLC通信容量，初步解决了通信容量小的“瓶颈”问题。与现代新发展起来的微波和光纤以及卫星通信相比，电力线载波有很多内在的缺陷，但是，在随着数字电力线载波和电力线载波自身技术的新突破，以及一些新通信技术在其上的应用，使得它在省调和地调中以及继电保护中的高频保护通信中仍然起着主导作用。由于不断采用新的改进技术，从最早期的单载波系统的扩频通信到多载波系统的正交频分复用技术，使得电力线载波技术依然呈现出诱人的前景。1

原理在电力系统中，实现电力线载波通信最重要的问题是如何把高频信号耦合到电路线上，最常用的是如图1中所示相地耦合方式，实现耦合的线路设备由耦合电容器C、结合滤波器F和高频阻波器T组成。耦合电容器和结合滤波器构成一个高通滤波器，使高频信号能顺利地通过，对50Hz工频交流具有极大的衰耗，防止工频高压进入载波设备。

图1中电力线载波通信的信号传输过程是：A端的话音信号由A端载波设备通过调幅，变为频率f1和以f2±(0.3～0.4)kHz的高频信号，经过结合滤波器F1、耦合电容器C1，送到电力线上。由于阻波器T1的存在，高频信号只沿电力线传输到B端，经耦合电容器G2、结合滤波器F2进入日端载波设备。在B端由中心频率为f1的收信带通滤波器滤出f1和f2±(0.3—0.4)kHz的高频信号，反调后得到了A端的语音信号。同理，可将B端的语音信号传输到A端，这样便实现了双向电力线载波通信。1

调制方式电力载波通信使用的调制方式主要有SSB调制、FSK调制、PSK调制、工频调制、扩频调制、OFDM调制等调制技术。

高压载波使用的主要调制方式为FSK、QAM及SSB调制。

中压载波使用的主要调制方式有PSK、FSK、扩频、OFDM调制。

低压载波使用的主要调制方式有PSK、FSK、超窄带、扩频、工频过零、OFDM调制。2

发展方向随着通信技术的不断提高，载波技术也在不断地更新与发展，其发展的新技术与方向，有下述几点。

1．语音压缩技术

采用码本激励线形预测编码(CELP)技术，矢量和激励线性预测编码(VSELP)技术，可进一步压缩话音信号的带宽。

2．宽带电力线载波

可以极大地发挥电力线网络的通信潜能，依据奈奎斯特准则，任意信号通过宽带为b的理想低通滤波器时，能够完全重建的信号最大速率为每秒26个抽样，若为肘元信号，则信号的最大速率为每秒2bl092M个抽样，若采用纠错编码和多进制限制相结合的TCM技术(网络编码调制)，与传统电力线载波相比，带宽提高了近百倍。为保证已调信号和工频信号的同传，需要在相应的节点上安装定向耦合单元(Cu)，形成网络出口(NP)，通信分配出口(DCP)，和电力分配出LI(EDP)，一定数目的CU构成高频调制电力网络(HFCPN)。耦合的信号频率大于1MHz，可为远端用户提供6—10MHz的宽带。这种技术实际上是把低压配电网变成局域网。

3．超窄带载波技术

应用在电力线传输中，可以无需任何中继，在低功耗的情况下，穿透多级变压器。传输距离在不大于200km的范围内，超窄带载波技术是使低功耗信号集中在一个非常狭窄的频带内传送。3

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学