什么是PLC？应用PLC需要注意哪些问题？

PLC概述

PLC是一种利用电力线传输数据和语音信号的通信方式，已经有几十年的发展历史。在中高压输电网上，通过电力线载波机利用较低的频率（9～490kHz）传送数据或语音，是电力线通信技术应用的主要形式之一。在低压领域，PLC技术首先用于负载控制、远程抄表和家居自动化，其传输速率一般为200bit/s或更低，称为低速PLC。

近年来，国内外开展利用低压电力线传输速率在1Mbit/s以上的高速PLC技术，已可传输高达45Mbit/s的数据，而且能同时传输数据、语音、视频和电力，有可能带来“四网合一”的新趋势。

图1展示了典型的PLC系统应用，其中PLC主站位于配电变压器低压出线端，通过电容或电感耦合器连接电力电缆，注入和提取高频PLC信号。另一侧通过传统通信方式连接至互联网。用户侧的计算机通过以太网接口或USB接口与PLC调制解调器相连，普通电话机通过RJ11接口连至PLC调制解调器，而PLC调制解调器直接插入墙上插座。如果PLC高频信号衰减较大或干扰较大，可以在适当的地点加装中继器以放大信号。

图1 典型的PLC系统应用示意图

PLC利用输电线路作为信号的传输介质，可传输电话、电报、数据和远方保护信号等。电力线机械强度高、可靠性好，不需要线路的基础建设投资和日常的维护费用，因此PLC具有较高的经济性和可靠性，在电力系统的调度通信、生产指挥、行政业务通信以及各种信息传输方面发挥了重要作用。同时，PLC能方便地为各种设备提供通信链路，特别是在小区内采用低压网作为局域网的接入方案已经投入使用，因此PLC由于其经济、可靠性而逐渐受到人们的重视。

PLC的关键技术

国际上高速PLC采用的调制技术主要包括扩展频谱技术和正交频分复用（OFDM）技术。OFDM技术由于其在宽带、高速PLC中的独特优点而成为最有吸引力的技术之一，成功地解决了PLC技术中的许多问题。

图2 OFDM多载波调制技术

OFDM技术是一种并行数据传输系统，可以在同一电力线上不同带宽的信道上传输数据。该技术利用离散傅里叶变换实现调制和解调过程，无需束状滤波器组，实现比较简单。采用数字信号处理器技术和快速傅里叶变换算法可以实现高达200Mbit/s的通信带宽，同时可以获得较高的数据传输速率和更有效的频谱利用率。

PLC的特点

（1）高压载波路由合理，投资较低

高压电力线路的路由走向通常是从终端站到枢纽站，再到调度所。这条路由是电力调度通信所要求的合理路由，同时也是电力通信的基本通信方式。由于载波通道建设无需考虑线路投资，因此成为了十分有利的通信方式。此外，电力线载波通道通常会先于变电站完成建设，对于新建电站的通信开通也非常有帮助。

（2）频带受限，容量较小

在当今通信业务已大大开拓的情况下，载波通道的信道容量已成为其进一步应用的“瓶颈”。尽管在载波频谱的分配上研究了随机插空法、分小区法、分组分段法、频率阻塞法及地图色法和计算机频率分配软件，并且规定不同电压等级的电力线路之间不得搭建高频桥路，使载波频率尽量得以重复使用，但还是不能满足需要。近年来，光纤通信的发展和全数字电力线载波机的出现，稍微缓解了载波频谱的紧张程度。

（3）可靠性要求高

电力线载波机在电力系统中传输重要调度信息和电压隔离的人身安全需要，因此要求具有较高的可靠性。为确保产品质量，电力线载波机在出厂前必须进行高温老化处理，并进行安全性检验项目的最终检验。自20世纪80年代开始，国家质检总局对电力线载波机（类）产品实行了强制性生产许可证管理，目前管理的范围已包括各种电压等级的载波机、继电保护收发信机、载波数据传输装置和电力线上网调制解调器。现在大多数高压及中压电力线载波机生产企业已按照生产许可证的要求建立了较为完善的质量体系。

（4）线路噪声大

电力线路作为通信介质带来的噪声干扰远比电信线路大得多。在高压电力线路上，游离放电电晕、绝缘子污闪放电、开关操作等产生的噪声比较大，尤其是突发噪声具有较高的电平。

（5）对外界的干扰

高压电力线载波频段应限制在40～500kHz，控制载波机的谐波和交调干扰发射功率足够小即可避免对外界的干扰。扩频电线上网装置为了实现高速数据通信，往往占用频带达30MHz甚至更多，使用2～30MHz的频带传输数据时，将对该频段的短波无线电广播等产生影响。在我国建立电力线数据通信标准时，应当进一步研究并限制这种干扰程度。

（6）网络应用要求更高

现代通信对电力线载波的要求更加注重网络方面。需要将原先仅限于通道的概念扩展为网络概念。以往的电力线载波机主要依靠自动盘和音转接口实现小范围的联网。而将载波机与调度机协同考虑，实现载波机协同变电站调度机的组网应用，以及适当设置能够与通信网监测系统接口的数据采集变送器，应当是近几年考虑的问题。在电力线载波中、低压线路上的应用在开始阶段就是建立在网络应用的基础上的。

应用 PLC 时应注意的问题

传统的PLC利用高压输电线路作为高频信号的传输通道，已经不能满足宽带化发展的要求，目前正向大容量、高传输速率方向发展，并采用低压配电网进行载波通信，实现家庭用户利用电力线打电话、上网等多种业务。国外也在开展低压配电网通信的研究和试验，例如“家庭插电联盟”（Home Plug Powerline Alliance）等。我国也正在进行利用电力线上网的试验研究。未来的PLC应该能实现通信业务的综合化、传输能力的宽带化和网络管理的智能化，并能实现与远程网的无缝连接。但同时还需要注意以下几个问题：

在硬件平台选择方面，需要考虑通信方式的合理选择和通信网络结构的优化选择。针对扩频方式、OFDM技术和多维网格编码方式，需要进行比较和分析，以确定哪种方式适合低压网。另外，也可以考虑采用软件无线电的思想为这三种方式提供一个统一的平台。在电力网结构复杂、网络拓扑千变万化的情况下，如何优化通信网络结构也是一个需要深入研究的问题。

我们需要进一步研究PLC通信理论，改进信号处理技术和编码技术，以适应PLC特殊的环境。除了研究适合PLC的调制技术和编码技术外，还需要研究自适应信道均衡、回波抵消、自适应增益调整等技术，这些技术在低压PLC对保障通信尤为重要。

低压电力线可以实现远程自动读出水、电、气表数据，构建保安监控系统和医疗急救系统等。利用电力线可以传输数据、语音、视频和电力，实现“四网合一”，家中的任何电器都可以接入到网络中，与骨干网连接。实现四种网络的无缝连接以及由此带来的复杂的网络管理问题需要进一步研究。