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经过国家电网的多年合作与发展，宽带电力线载波通信技术应用的时机终于到了！

电脑杂谈　发布时间：2020-08-07 14:09:26　来源：网络整理

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经过国家电网的多年合作与发展，宽带（中频）电力线载波通信技术应用的时机终于到了！

中国现代电网计量技术平台

张春晖

2018年6月21日

最近，中国电力科学研究院发布了IEEE1901.1宽带（中频）电力线载波通信国际标准，这可能会触发国家电网电力信息收集系统的本地通信方法的更新. 需要注意.

1）IEEE1901.1国际标准

报告: 中国电力科学研究院发布“ IEEE1901.1国际标准”

—2018年5月22日，由中国电力科学研究院，国家电网信息通信产业集团等企业联合制定的IEEE1901.1“智能电网应用中频（12MHz以下）电力线载波通信技术标准”正式发布并实施.

-该标准基于国家电网Q / GDW 11612“低压电力线宽带载波通信互连和互操作性技术规范”. 它使用了大量创新技术，并提出了以OFDM，双二进制Turbo编码和时频分集复制为核心的物理层通信技术规范，以及以信道时序优化，树形网络和多区域网络协调.

该标准的发布填补了中频电力线载波通信在智能电网领域中应用的国际标准的空白，并增强了我国在物联网领域的国际影响力和声音.

-IEEE1901.1标准构建了高带宽，高可靠性，低延迟和低成本的电力线通信网络，支持多种应用场景，例如远程自动抄表，配电站区域监控和实现电力线载波通信基本物联网技术在能源互联网中的有效应用.

该标准将促进电力线载波通信芯片，通信模块和智能终端整个行业的发展.

2）国家电网，宽带（中频）电力线载波通信技术合作开发过程

为什么国家电网重视宽带（中频）电力线载波通信技术的发展？

国家电网的电力信息采集系统建设始于2010年，并于2017年基本完成. 电力信息采集覆盖4.3亿个家庭，覆盖率达99％. 电力信息采集设备和用户项目投资巨大，约510亿元. 其中，有70％的本地通信方法使用窄带（低速）电力线载波通信技术. 经过多年的运行，窄带（低速）载波通信的通信速率很慢，自动获取成功率很低. 在某些住宅区，单相电表无法在24小时内读取，这已成为本地通信的技术瓶颈，很难解决一会儿. 因此，国家电网利用配电网家庭的电力线资源优势，将宽带（中频）电力线载波通信的实际应用作为新通信技术的重点发展课题.

根据中国电力科学研究院专家提出的配电与用电管理通信流的预测: 宽带（中频）载波通信速率必须满足以下用电信息收集要求:

·AMR / AMI通讯速率: 1.2 / 20 k bps

·负载管理10 k bps

·扩展到配电业务，配电自动化，警报管理和DG均为10 k bps；

·配电视频监控需要1 M bps；配电新提出的其他视频通信要求.

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-2012年7月，国家电网启动了“新一代智能电力线载波通信关键技术研究”项目. 智能PLC是一种载波通信技术，具有跨频段（150 k Hz-10 M Hz），频率自识别，自适应，自组织网络和协调通信功能.

该项目由中国电力科学研究院牵头，国家电网通信公司和NARI集团参与.

2014年11月，该项目通过了验收. 其智能PLC系统已在绍兴和长春电网的中低压电力线上进行了测试和验证.

—2014年7月，在本文作者（长沙: 威胜）组织的有关“高端电能全性能研究”的技术交流会上，华为海思介绍了其自主设计的Hi3911宽带（中频）载波芯片，频带: 2 --- 12MHz，通信速率200k --- 14M bps.

根据此估算: 华为海思的IF载波芯片较早推出.

-2014年10月，国家电网举行了一次有关低压电力线宽带载波通信技术标准的研讨会，并提出了宽带载波通信单元的技术规范，检查规范和通信协议（初稿）.

-2014年11月，在本文作者组织的有关电力线载波通信新标准和新产品的技术交流会议（青岛: 东软）上，重点是新的国际/国内宽带和OFDM窄带载波通信技术.

—2015年，据了解，华为海思将在国家电网宽带载波通信技术企业标准中共享（中频载波芯片）物理层和通信协议. 各种宽带运营商芯片制造商在统一的芯片物理层的前提下独立开发宽带运营商产品.

-在2016年，本文作者组织了一次有关电表行业发展中当前热点问题的研讨会（重庆华力），重庆电力科学研究院介绍了现场宽带运营商的实施情况. 大型公共变电站区域（约700户）的通信互连测试结果.

-2017年，江苏省电力科学研究院完成了宽带载波模块的互连互通性测试，以验证架空线，嵌入式电缆，城乡地区等复杂运行条件下宽带载波模块的互连互通性.

—2017年，重庆邮电大学，重庆电力科学研究院提出“基于系统发生器的宽带电力线脉冲噪声实现方法”: 基于FPGA的A类噪声发生器的实现将有益于宽带PLC产品抗噪性能评估测试.

-2017年，国家电网发布: “低压电力线宽带载波通信互连技术规范（Q / GDW 11612 --- 2016）”

据了解，该标准分为6部分:

第1部分: 一般规定

第2部分: 技术要求

第3部分: 检查方法

第4部分: 物理层和通信协议

第5部分: 链路层和通信协议

第6部分: 应用层技术要求

-2018年5月，中国电力科学研究院发布: “智能电网应用中频（12MHz以下）电力线载波通信技术标准（IEEE1901.1）”

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3）青岛东软公司: 推出了符合IEEE1901.1国际标准的宽带（中频）载波通信芯片，并获得了国际通行证

报告: “ IEEE发布了新的载波标准，东软载波芯片获得了国际通行证”

—Neusoft推出了新的载波（IF）芯片模型:

Eastsoft SSC1667. 目前，互联网上至少有100万个芯片正在使用，并且正在不断加深应用，其功能包括自动识别超级电容器电源故障报告.

—东软SSC1667宽带（中频）载波通信芯片的设计性能

·40nm Flash技术，高SOC芯片集成度，内置Flash，低外设成本

·OFDM正交频分复用调制技术

·通信速率6MHz

·通信频段0.7MHz --- 12MHz

·更低的功耗: 静态功耗0.7W /动态1W

·支持新/旧国家网络宽带互连标准，支持频段切换功能

·支持的4个频段，6种模式，特定标准和频段: （省略）.

4）评论

—中国在制定电力线载波通信技术国际标准方面取得了零突破

在国际上，由中国电力科学研究院等单位联合制定的《智能电网应用中频（12MHz以下）电力线载波通信技术标准（IEEE1901.1）》填补了中频电力线的应用运营商通信在智能电网领域中存在国际标准的空白.

已验证:

·国际上，宽带（高频: 2MHz及以上）电力线载波通信标准的制定: 早期研究的重点领域是智能家庭网络，后来用于家庭数字多媒体，视频，音频，数据，能源智能控制等. 通信需求. 在这方面，家庭插头联盟提出的宽带电力线载波通信技术标准是较早且范围广泛的. 某些宽带载波通信标准已转换为IEEE国际标准:

从2001年的Home Plug 1.0标准开始，数据速率高达14M bps，主要针对家庭网络应用，还用于低压宽带访问； 2004年的Home Plug 1.0 --- Turbo标准提高了数据速率. 最高数据速率为85M bps； 2005 Home Plug AV标准，频段: 1.8 --- 25MHz，最高数据速率为200M bps，用于传输视频，音频和数据； 2006年的Home Plug Green PHY标准适用于家庭，专为建筑物中的嵌入式智能能源和自动化应用而设计，可与IEEE1901 / Home Plug AV标准电力线网络协议互操作，并能够将数据速率从200M bps降低至低速率（注: 10M bps），低功耗，功耗（注: 功耗降低80％），低成本和广泛的家庭覆盖能力.

·国际窄带（低频: 500kHz及以下）OFDM电力线载波通信标准的制定:

2009年，MAXIM发布了G3标准

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2011年，PRIME联盟成立并发布了G3 --- PLC标准； ITU（国际电信联盟）G9955与G3 --- PLC物理层兼容； IEEE P 1901.2与G3 --- PLC物理层兼容

2012年，ITUG9903更新并发布了G3 --- PLC；更新版本已于10月发布

2013年，ITUG9903发布了更新版本； IEEE1901.2投票通过成为正式版本

2014年，ITU G9903发布并更新.

这些使用OFDM的低频窄带载波通信技术的窄带通信标准由于具有更高的传输速率和频带灵活性的优势而迅速兴起. 它们主要用于自动抄表管理和智能家居网络. 频段: 10k-- -500k Hz，数据传输速率20k --- 150k bps.

·以上情况的描述:

a1在国际上，很长一段时间以来，适用于收集智能电网功耗信息的中频（150k --- 12MHz）电力线载波通信方法尚未引入国际标准.

a2在中国，国家电网自2009年提出建设电力用户信息收集系统以来，就适合智能电网应用的中频（12MHz以下）电力线载波通信技术开展了多方面的合作研究.

IEEE1901.1国际标准的提议基于几年来在中国发展用于宽带（中频）电力线载波通信的IF载波芯片，现场宽带载波通信干扰性能测试，宽带载波通信互连讨论的基础，宽带运营商通信标准制定等多方面的合作创新和系统的研究成果.

-从应用的角度来看，中频（12MHz以下）电力线载波通信中的技术困难和争议是什么？

国际上，适用于智能电网应用的中频（12MHz以下）电力线载波通信的国际标准已被推迟. 估计主要存在应用技术难题和纠纷.

根据2014年青岛电力线载波通信新标准/新产品技术交流会和2016年重庆电表行业发展热点问题讨论会的情况，本文作者提出了三大难题. 中频电力线载波通信应用技术的发展. :

一个是中频电力线载波通信的双向高频干扰. 报告: 2013年6月，ITU--R（国际电信联盟通信部门）发布了“电力线通信系统对80MHz以下工作的通信系统的影响（ITU--R SM.2158 --- 3）报告” ）”，质疑电力线载波通信方法.

注意: SM系列，频谱管理.

（注: 我尚未看到相关国内部门对ITU--R SM.2158 --- 3报告的评论）

第二，配电网中预埋电缆和无功补偿装置对中频电力线载波通信的影响的严重性和改进措施的合理性. 经过现场测试，有时将集中器放置在

在无功补偿装置（电源侧）之前，自动抄表的成功率非常低，甚至是不可能的.

第三个是宽带载波通信的互连性和互操作性. 据了解，在中国，各种宽带载波芯片厂商的IF载波芯片物理层和通信协议已经统一，网络路径选择和中继功能仍然存在差异. 在现场实际的联网和抄表中，互联互通的效果并不理想.

针对上述困难和有争议的问题，据了解，国家电网计量部门组织了统一的现场测试分析并提出了一些改进措施. 但是，期刊和互联网上有关该领域的报道很少.

这一次，IEEE1901.1国际标准为中频（低于12MHz）电力线载波通信网络的物理层和数据链路层提出了技术规范. 它广泛使用创新技术，改善了通信信号（位，帧）的发送和接收质量以及数据传输性能. 据了解，该国打算继续在网络层和中频载波通信网络的其他级别的技术规范的开发方面进行合作. 预期将开发和统一诸如网络技术，路由算法，数据传输，互连和互通之类的深层通信技术，以实现大幅度提高用电量信息的收集率，自动收集的成功率以及解决中频载波通信质量带来的应用问题.

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同时，本文的作者提出需要研究和制定另一个重要标准: 中频电力线载波通信信道的监视和管理技术规范. 本文第5）节介绍了有关制定此技术规范的建议.

高质量的中频电力线载波通信只能通过结合中频载波通信网络技术性能发展和信道监测与管理措施两个方面解决中频电力线载波通信应用中的三个问题.

-关注IF载波通信芯片的技术性能，并根据IEEE1901.1标准进行测试和认证. 据了解，在中国已建立了该领域的实验室，这是电表载波通信领域的首次.

-载体模块的价格. 与窄带（低速）载波模块相比，当前的中频载波模块仍然昂贵，这将影响其推广和应用. 但是，可以预见，随着中频载波模块的应用量继续增长，其价格可以降低到合理的水平.

-扩展运营商模块更新的资金渠道

从2010年到2017年，国家电网电力信息采集设备的招标金额: 约464万台选矿厂和5115万台集电厂. 例如，集中器和收集器的窄带载波模块的70％被更新为中频载波模块. 按照目前中频载波模块的价格，集中器新模块的投资为6.5亿元，集电极新模块的投资为25亿元，单相载波计的新模块（估计为国家电网供电服务区4.57亿家庭中的15％）投资了34亿元. 在以上三项内容中，国家电网共需要投资65.5亿元，采用中频载波模块. 按照传统电子表的8年轮换周期，每年需要花费8.2亿元来更新载波模块.

2017年底，国家电网电力信息采集系统建设基本完成. 更新用电信息收集的载体模块，以解决本地通信技术的瓶颈. 很难预测是否可以使用该资金渠道. 国家电网，当前的投资重点是特高压项目和促进配电网智能化建设.

目前，住宅低压电网的主动故障报警和紧急维修，电能质量监测与控制以及配电网与用户之间实用的交互功能的发展是国家电网在推动电网发展方面的缺陷. 建设智能配电网. 因此，通过各级配电管理部门，在功耗信息采集系统中扩展配电新功能，并申请购买中频载波模块，是另一条合理的渠道.

5）国内，关于制定监测和管理中频电力线载波通信信道技术规范的建议

在国际上，EN50065: “在3kHz至148.5kHz频带内的低压电气设备上的信号传输”:

第1部分: 一般要求，频带和电磁干扰

第2--1部分: 在住宅，商业和轻工业环境中使用的在95kHz至148.5kHz频率范围内运行的交流电源通信设备和系统的抗扰度要求

第2部分-第2部分: 在工业环境中工作于95kHz至148.5kHz频带的交流电力通信设备和系统的抗扰度要求

第2 --- 3部分: 在3kHz至95kHz频率范围内，电力提供商和配电商使用的交流电力通信设备和系统的抗扰度要求

第4--1部分: 低压去耦滤波器---通用规格

第4--2部分: 低压去耦滤波器---安全要求

第4--3部分: 低压去耦滤波器---输入滤波器

第4--4部分: 低压去耦滤波器---阻抗滤波器