(張皓)電力線載波通信除了能實現傳統應用領域內的自動讀表等功能,還將拓展到對水、電、氣、熱的有效控制管理,從而達到節能降耗的目的。
剛剛結束的十七大在《促進國民經濟又好又快發展》的報告中提到,必須把建設資源節約型、環境友好型社會放在工業化、現代化發展戰略的突出位置,落實到每個單位、每個家庭,落實節能減排工作責任制。
國家在大力提倡節能減排,節電也是其中的一個重要組成部分。通過電力線載波進行數據傳輸,可對用電實行有效的計量和管理。例如某高校為了控制教室的照明,將低壓電力線作為復用的網絡傳輸通道,通過它雙向地傳輸控制指令和數據,結合在電力線上需要進行控制管理的照明燈具,布設智能終端控制節點,設置控制中心,實現教室照明網絡程序智能化管理。全校500個左右的教室接入了節能管理系統后,晚自習可以根據時間段,開啟或閉合不同數量的教室照明,減少不必要的晚自習教室數量。校園里的路燈也可以隨每年的季節日照時差以及每天的時段,自動地調整開啟、閉合的時間,同時還可對路燈進行1/2、1/3、1/4等的開啟或閉合。電力線載波通信在節約型校園的建設中起到很大作用。
惟一不需要線路投資的
有線通信方式
電力線載波(PowerLine Carrier,PLC)通信是利用高壓電力線(通常指35kV及以上電壓等級)、中壓電力線(指10kV電壓等級)或低壓配電線(380V/220V用戶線)作為信息傳輸媒介進行語音或數據傳輸的一種特殊通信方式。“十一五”電力通信規劃把電力線載波通信技術的研究列入了重大研究課題之中,反映了電力行業對電力線載波技術和設備發展的需求和要求。低壓電力線載波指應用于380V及以下電壓等級的電力線載波通信,主要應用于傳輸電線上網、用戶抄表及家庭自動化(即本文中所述)。
由于使用堅固可靠的電力線作為載波信號的傳輸媒介,因此它具有信息傳輸穩定可靠、路由合理、可同時復用遠動信號等特點,是惟一不需要線路投資的有線通信方式。
X-10協議就是一種以電力線為連接介質,對電子設備進行智能化控制的通信協議。所有的開關、電器、電燈、傳感器都用這種協議就可以相互交流,就像普通話平臺一樣。X-10協議可以有256個不同的地址,如果需要多個器件響應同一個指令,只需將它們設為同一個地址。X-10協議具有良好的兼容性,只要產品廠商遵循這個協議,那么各個廠商之間的產品就可以相互通用。X-10協議的控制命令由120KHz脈沖串組成,在1ms時間內,有脈沖表示為“1”,無脈沖表示為“0”,電源頻率過零點同步。每個X-10數據包含有標識、房間編碼和單元/功能編碼,共22bit。
電力線通信是先將數據調制成載波信號或擴頻信號,然后通過耦合器耦合到220V或其他交/直流電力線,甚至是沒有電力的雙絞線上。電力線載波通信不僅提供了實用的新興通信手段,而且具有利用現有物理鏈路、易維護、易推廣、易使用、低成本等優點,顯示出了良好的前景和市場潛力。
將應用延伸到
電力線覆蓋的角落
以中低壓配電網電力線作為信號載體實現通信,是20世紀90年代中期以來各國電力與通信界研究的一項前沿技術。該技術在電網自動化、自動抄表、樓宇自動化等領域已得到廣泛應用,尤其是對電網的市場化運行有特別重要的意義。
在近幾年的實際研究和應用中,電力線通信技術的研究與應用范圍不斷擴大,涉及的領域主要有: 各種表記讀數的自動抄收、用戶需求側管理(DSM)、負荷的自動監測與自動切換、遠端用戶的電源供電質量、電壓穩定(干擾、諧波)等的監測、樓宇自動化系統、家庭安全防范系統、電力線局域網等。
電力線載波技術最大的優勢就是充分利用電線,只要電線能夠達到的地方就能夠實現管理,不用單獨布線、重復布線,在現實環境中該應用比較容易實現。最早的應用就是遠程抄表系統,它是集計算機、數字通信等多項高新技術于一體的抄表系統。系統可以隨時抄取用戶用電數據,無論點抄、現抄或定時抄都不受時間段限制,抄收準確率100%。電力線抄表具有抄收速度快、計算精度高、抄表同步性好、隨時進行用電數據信息統計、與銀行系統聯網實現網上繳費等功能,可以緩解抄表人員的勞動強度、降低供電公司的人力成本、減少抄表誤差和便于計算線損。
電力線抄表系統可以實現居民住宅水(電、氣、熱)表由人工逐戶抄表、管理收費轉換為自動化、信息化、網絡化、智能化。初期已經實現在住宅、商用和學生公寓水(電、氣、熱)表的遠程自動抄表、控制、管理和收費。遠期可以全面實現所有公共場所(市政、企業、社區)水、電設備的自動控制和節能管理。
例如,北方供暖的時間比較長,北京是每年的11月15日到第二年的3月15日,共4個月的時間,通過節電控制技術也可以間接實現對供暖的管理。在供暖建筑的管道上安裝一個電磁閥或是特制的可以通過電力載波控制流量的閥門,如果供暖單位晚上不上班,則不需要達到和白天同樣高的溫度,只要供暖管道不破裂,水不會在管道中凍上就可以。利用電力載波控制這個閥門,調節供暖的水流量,可以通過程序精確設定在夜間開半個小時,停一個小時,實現階段性供暖。這樣既可以節省燃料(無論燃料是油、氣還是煤),還可以節省供暖的水泵用電(流量小電機工作得少)。
而水表氣表周圍多數情況下也可以方便地實現電線的連接,添加模塊后也就可以實現遠程管理。
推廣步伐還需加快
建設部文件指出“二十一世紀住宅中應有自動抄表系統,并且作為是否應用高科技技術的條件之一”。
國家發改委早在2004年經濟體制改革指導意見中就提出“推行分時電價制度,加大城市供水階梯式水價實施力度”。雖然這些政策為電力線載波集中抄表控制系統開辟了廣闊的市場前景,但是這一技術的推廣還存在一些問題:
1.電力線間歇性噪聲較大(某些電器的啟動、停止和運行都會產生較大的噪聲); 一些寄生的各類干擾,如諧波、浪涌和瞬變會影響傳輸數據的準確性,當傳輸的數據對供需雙方都有利益相關時,無誤傳輸就顯得很重要。
2.信號衰減快、線路阻抗經常波動等使傳輸的距離受到限制。在不考慮電表模塊參與中繼的情況下,信號一般能傳500米以上; 如果加上中繼功能,能夠大于1.5公里。
3. 多種不同類型的電源線對信號所呈現的特征阻抗和衰減常數不一樣。
4.不同的用電負載有不同的特性,負載情況也在經常變化。
5. 電源線上除50Hz交流電外,還存在不同來源的多種電磁干擾,窄帶的寬帶的均有。
除了上述技術方面的原因,在市場方面也有一些障礙需要跨越,例如: 相關產品還沒有形成規模化生產,成本相對較高; 電力抄表的應用已經成熟可靠,但是推廣到水、電、氣、熱的綜合智控系統,是否能長時間穩定可靠地運行還需要時間的考驗,并在實際應用中逐漸磨合完善。