智能电网 Smart Grid
第 26 卷 第 4 期
电网与清洁能源
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表1 国内各类载波芯片厂家技术参数
参数
瑞士STMicroelectronics公司
美国Echelon公司
主要芯片生产厂家
北京福星晓程 公司
青岛东软 公司
青岛鼎信公司
深圳瑞斯康 公司
北京国电龙源 公司
成立时间
1989年
1995年
关键词：电力线载波通信(PLC)；集中抄表系统；网络拓扑
0 引言
电力线载波通信（PLC）是电力系统特有的、基 本的通信方式。早在20世纪20年代，电力载波通信 就开始应用到10 kV配电网络线路通信中，并形成 了相关的国际标准和国家标准。对于低压配电网来 说，利用电力线来传输用户用电数据，实现及时有 效收集和统计，是国内外公认的最佳方案。但在早
20世纪90年代，一些欧洲公司进行涉及电力线 数据传输的试验，实验结果好坏参半，但随着通信 技术的不断进步与互联网业务的蓬勃发展，电力线 载波通信技术也得到了显著增长。在美国，弗吉尼 亚州马纳萨斯市首次开始大范围部署PLC的服务， 提供抄表、上网等业务，速率达到了10 Mbit/s。
2 国内低压电力线载波通信发展历程
从技术发展的角度来说，电力线载波通信分为 传统的频带传输技术和目前流行的扩频通信（SSC） 技术。频带传输就是用载波调制的方法，将携带信 息的数字信号的频谱搬移到较高的载波频率上，其 基本的调制方式分为幅值键控 （ASK）、频率键控 （FSK）和相位键控（PSK）以及相关派生的调制技术。 扩频通信是一种信息传输方式，其信号所占有的频 带宽度远大于所传信息所必需的最小带宽，频带的 展宽是通过编码及调制的方法来实现的，与所传信 息数据无关。
国内低压电力线载波通信应用现状分析
吕英杰，邹和平，赵 兵
（中国电力科学研究院，北京 100192）
Analysis on Application of Low-Voltage Power Line Carrier Communication in China
LV Ying-jie1, ZOU He-ping2, ZHAO Bing3
目前自动路由技术的最大难度在于系统的网 络拓扑分析。这里不仅需要设计一个可靠的网络拓 扑分析算法，这个分析算法还必须适应完全随机、 自由动态变化的电网拓扑结构，因为新户报装、定 期 校 验 、坏 表 更 换 、元 器 件 老 化 、甚 至 电 网 负 载 波 动、气候变化、用户人为破坏，都有可能改变或破坏 已经计算好的电网拓扑结构。
（China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China）
ABSTRACT：This paper presents a detailed analysis of the application background and development of the power line carrier communication （PLC） technology at home and abroad, and generalizes the existing PLC technology roadmaps. It also introduces some products manufactured by the leading PLS chip makers in China. About the inadequacies of the existing technology, this paper predicts the development direction of the chip technology in the future, and lists the problems tobe solved. KEY WORDS: power line carrier communication （PLC）；centralized meter-reading system；network topology 摘要：详细分析了国内外电力线载波通信应用背景和发展历 程，对现有载波通信技术路线进行了归纳，对国内主流载波 芯片厂家的产品做了介绍，并针对现有技术的不足，提出了 未来芯片技术的发展方向和需要解决的问题。
第二阶段：从20世纪90年代中到2001年，市场 和技术创新相互推动了电子式电能表的快速发展。 电子式电能表的出现为集中抄表系统抄表数据的 准确性提供了可靠的保证，但电力线载波传输的可 靠性问题仍是本阶段的技术难点。
第三阶段：自2003年开始，电力线载波抄表的 应用进入到快速增长的阶段。随着电力线载波通信 物理层调制/解调与纠错技术的不断发展以及半导 体集成规模的不断扩大，采用复杂数字信号处理技 术的超大规模电力线载波通信集成电路所能达到 的抗干扰能力与前几代产品相比，有了极大提高。 通过信道频带自适应技术，维持相邻通信节点间的 可靠传输在技术上已经可以达到。但由于通信还是 基于物理层的技术改进，针对复杂多变的电力线网 络，还是存在一定缺陷。
82、86、110、132
A: 86、75 C: 132、115
120
270
421.1
132
120,270,421 扩频带宽10~30
4 个可编程的波特 波特率/(bi·t s-1) 率 600、1 200、2 400
（缺省）、4 800
A:3.6 C:5.4
500/250 可选Fra bibliotek330
100 三相150、300
分别为窄带通信的法国ST7538和美国ECHELON（埃 斯朗）的PL3120/3150；扩频通信的北京福星晓程、青 岛东软、青岛鼎信、深圳瑞斯康和北京国电龙源。各 个厂家的相关产品及主要技术参数见表1。 4.2 各类芯片产品的应用情况
目前在国网公司系统实现低压采集的530万户 中，有73% 约400万户采用载波抄表。黑龙江、河北、 山西、吉林、湖南、江西等省公司到目前都分别安装 运行载波表几十万户以上，积累了许多实际运行经 验。在以上用户使用的载波产品中，又以北京福星 晓程公司和青岛东软公司的产品居多，大约占90% 以上的市场份额。这2家公司都是较早进入国内载 波市场领域的产品研究和开发，在该领域具有丰富 的应用经验，产品运行情况相对良好。其余后进入 市场的厂家也有不少技术先进的产品，但还需要大 量、长期的现场运行案例来验证其产品的可靠性和 通信成功率等指标。
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基金项目：国家发改委基金项目新时期电力负荷管理系统应 用功能及实施保障体系建设研究（2006-7）。
期的实际应用中，由于我国电网环境恶劣，电力线 信道高衰减、强干扰和波动范围大等特点[1-7]，导致 数据采集的成功率和实时性不能完全满足实际通 信的需求。近年来，随着许多新兴的数字技术，例如 扩频通信、数字信号处理和网络中继拓扑等技术的 大力发展，提高和改善低压配电网电力载波通信的 可用性和可靠性成为可能，电力载波通信技术的应 用前景变得更为广阔。
国内的低压电力线载波通信经历了以下4个阶 段的发展。
第一阶段：20世纪80年代末至90年代中，国内
智能电网 Smart Grid
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吕英杰等：国内低压电力线载波通信应用现状分析
Vol.26 No.4
部分科研单位和生产厂商进行了大量的集中抄表 系统组网方式、电力线载波通信技术的研究和试验 工作。这一阶段电力线载波通信质量较差,抄表成功 率较低，能连贯传输数据的系统很少。并且因为电 能表以机械电能表为主, 采样方式主要采用脉冲采 样和机械采样,存在一定误差,系统所采集的电能数 据准确度较低，应用效果不够理想。
从各厂家目前的应用情况来看, 无论是FSK、 BPSK还是扩频, 其调制技术在理论上的优劣差异都 很小, 性能的差异只体现在发送和接收的处理机制 上, 也就是说没有不好的调制理论, 只有不好的算 法实现设计，因此使用新的调制技术来提高物理层 的通信能力是行不通的；同样，提高发送功率和灵 敏度也是行不通的。因此只有利用网络通信技术的 原理，采用中继和路由的方法来提高通信的可靠性 和实时性[12]。
5.5
100~1 200
芯片技术
纯物理层芯片，没 有MAC和网络层
完成物理层、MAC层、 纯物理层芯 网络层和应用层的功 片，没有MAC 能，支持EIA709.1协议, 和网络层
完成物理层和链 路层；应用层由电 表厂家自己开发
完成物理层、 完成物理层、 完成物理层、 MAC层、网络 MAC层、网络 MAC层、网络层 层和应用层 层和应用层 和应用层
2000年
1993年
2008年
2003年
1993年
主要芯片型号
ST7538 FSK ST7540 FSK 紧凑型
PLT- 22 PL3120 PL3150 PL3170
PL2102 PL3105 PL3201 PL3106
ES16T /PLCi36F SSC16/ES16U
PLCi36C/PLCi36M ES16UH- III/ES 1631 /ES1630
第四阶段：从2005年开始，国内几家大的供应 商开始了以网络神经元芯片[8]为核心技术的第三代 载波通信产品的研发。第三代芯片从物理层、网络 层、链路层等各个方面都有了较为突破性的提高， 本阶段应主要解决的关键问题是，任意相邻节点的 物理层通信保障能力与具有帧中继控制的网络传 输协议。部分企业开始采用先进的数字信号处理与 信道编码技术，对通信频带做自适应选择的窄带调 制/解调方式，芯片内部嵌入微处理器来进行网络传 输与信息安全控制等方式提高电力线载波通信芯 片的质量，应用效果有待现场验证。
3 国内现有载波通讯技术路线分类
现有的低压载波通信的技术路线主要从调制 方式、传输速率、带宽等几个方面来分类。
从使用的带宽角度来说，电力线载波通信分为 宽带电力线载波通信和窄带电力线载波通信。所谓 电力线宽带通信技术，是利用电力线传输高速数据 和话音信号的一种通信技术，主要用于为居民用户