四網融合之PLC技術在智能電表中的應用

2014-01-02 14:43:27 電力信息化　點擊量：評論 (0)

　　智能電表是多年來人們致力于用于實現遠程抄讀電量和電能的智能化設備，也是構成遠程自動抄表(AMR)系統的基本單元，而由智能電表組成的自動抄表系統是實現智能電網的重要一步。　　智能電表系統可以使電力供應

　　智能電表是多年來人們致力于用于實現遠程抄讀電量和電能的智能化設備，也是構成遠程自動抄表(AMR)系統的基本單元，而由智能電表組成的自動抄表系統是實現智能電網的重要一步。

　　智能電表系統可以使電力供應商在提高服務質量的同時降低管理成本，從而幫助公共事業服務提供者和政府降低電源損耗、優化能源消耗、管理對寶貴能源的需求，并讓用戶有機會充分利用各種用電計劃(如分時電價)來節省開支和享受多種便利。完善的智能電表系統將極大地方便人們的日常生活，同時提高電力能源的有效分配和利用，在建設“節能節約型”社會及“節能減排”的過程中產生巨大的商機和社會效益。

　　智能電表的實現使用了以下幾種主要技術：電力線載波通信(PLC)技術、專用通信線路(如RS485總線技術等)以及無線通信技術等。目前電力線載波通信技術是AMR的主流技術，因此智能電表的發展和推廣將與電力線載波通信技術的發展有著緊密的關系。

　　電力線載波通信系統是以電力傳輸線作為傳輸載波信號的媒介，這看起來似乎是一種便于實施并推廣的方案，但是電力傳輸線不是理想的載波信號傳輸媒介。電力線對載波信號有很大的衰減，同時電力線上有很多用電裝置產生的干擾，其干擾的總功率可能遠遠超過載波信號的功率，有時高達數百倍，因此在電力線上建立可靠的通信系統非常具有挑戰意義。如果沒有良好的系統設計，往往會導致通信完全失敗或僅能以極低的數據傳輸率進行通信。

　　早期的電力線載波通信技術多以分立元件和通用的集成電路芯片實現。由于當時硬件資源有限，不能利用先進數字信號處理技術來產生復雜的載波信號以及處理接收到的載波信號，更不用說在電力線上組成大規模的通信網絡了，所以早期的載波通信系統多僅能實現“點對點”的簡單通信以及小規模的系統。

　　隨著集成電路技術的發展，先進的電力載波技術逐漸采用專用的集成電路芯片來實現，并且從簡單的專用芯片發展到具有內嵌多個CPU內核的多功能系統級芯片(SoC)。先進的載波通信芯片具有強大的計算處理能力，使得大規模通信網絡的實現及管理成為可能。

　　盡管實現通信技術的硬件條件及資源逐漸改善，但是由于電力線通信的特殊性，特別是中國的電力線狀況的特殊性，如果沒有一個良好的設計(包括數字信號處理算法以及網絡系統管理等)，電力線載波通信還是難以保證其性能的可靠，以及大規模的推廣應用。

　　這在十多年來中國電力線載波通信的發展歷史中有所體現。以前有的技術方案低估了電力線載波通信的困難，事先未經過大量的研究分析和計算機模擬及現場實驗就投入使用，還有一些技術方案則照搬用于無線通信的技術方案或者某些在國外電力線上有效的電力線通信方案。

　　經過這十多年來的摸索以及經驗教訓的積累，越來越多的業內人士逐漸達成了以下幾點共識：國外電力線上的有效技術在中國未必完全適用；在無線通信領域中有效的技術，未必能適用于電力線通信；一個有生命力的電力載波通信技術方案必須引入網絡通信的要素。

　　以上的前兩點告訴我們不能機械地照搬不同區域和不同領域的技術或方案，第三點預示了電力載波通信技術發展的方向并提示我們沒有網絡功能的技術方案是很難大規模推廣并具競爭力。今后，電力線載波技術將進一步提高集成度并降低成本，同時還會向多功能綜合網絡系統的方向發展，控制響應速度或通信速度將進一步得到提高，而分布式處理模式將大大加快這一進程。

　　此外，隨著各種電力線載波通信的應用的加速發展，電力線資源的共享將成為一個突出的問題，因此一種有生命力的載波通信技術與系統方案，必須還能解決與各種電力線載波通信的應用系統共享通信媒介的問題。

　　瑞斯康微電子(深圳)有限公司是諸多致力于推廣電力載波通信應用的公司之一。作為一個電力載波通信專用芯片的設計公司，瑞斯康微電子公司始終視其芯片和系統的使用客戶的利益為第一。這個宗旨一直貫穿于整個芯片及系統的研發過程中，并延伸到芯片應用參考電路及系統的設計集成和測試、乃至批量生產和現場安裝中，同時還為客戶考慮了今后系統的維護和升級。目前瑞斯康微電子公司已是中國國家電網智能電表系統建設的主要電力載波芯片供應商之一。

　　在芯片設計前期，瑞斯康微電子公司做了廣泛的研究，借鑒了各種用于其它通信領域(如移動通信、衛星通信等)的技術利弊，充分考慮到電力線的特殊性，特別是中國電網的特殊性，結合各種先進數字信號處理技術并盡可能利用內嵌微處理器的運算能力，在抗干擾方面進行了努力，經過大量的計算機模擬分析后，最后確定比較全面的最優實現方案。

　　在接下來的芯片設計過程中則充分發揮其前端和后端設計能力，結合合作伙伴的芯片封裝和制造能力，完成了RISE3000系列芯片的設計與定型。

　　瑞斯康微電子公司在通信協議的實現和完善上投入了大量的人力和物力，使此通信協議不僅與國際標準協議兼容，還針對中國電力網的特殊需求，加入了路由控制層等。這使得每一個通信終端除完成它本身的通信功能外，還可為整個網絡提供通常必須由專用的路由終端來完成的服務。

　　瑞斯康微電子公司的載波通信芯片除了給使用用戶提供透明的網絡通信通道，還為用戶提供了可用于各種應用的硬件資源，包括供用戶專用的內嵌微處理器、串口通信接口、足夠的輸入輸出控制端口以及多路外部中斷信號端口等。使用這些資源，用戶可編寫自己的應用程序，可傳送數據至上位機，還可直接控制某些物理開關量或者讀取外界狀態量等等。

　　RISE3000系列芯片是專用于智能控制網絡的系列SoC，它們能利用電力線作為通信媒介，將電力線上的用電設備聯成控制網絡。RISE3000系列的設計符合EIA_709.1，EIA-709.2和EN50065-1等國際標準，同時增加了自動路由協議層，并以其性能優越的物理層設計及完善的網絡通信協議，保證了可靠的網絡通信性能。

　　以RISE3501電力線載波芯片為例(見圖)，它內部集成了載波通信的調制解調模塊，其物理層通信速率達5.5Kbps，并且內嵌一個高速8位CPU，內置12KB-SRAM內存和64KB-FLASH閃存。此外，該器件還擁有8個軟件可配置GPIO口、8個可配置復用輸入輸出端口以及3個16位定時器等，具有可編程BPSK調制載波頻點和可編程脈寬調制(PWM)輸出等功能。

　　隨著城市現代化進程的發展，電網智能化的趨勢日益顯著。除了智能電表以外，電力線載波通信技術在智能樓宇、智能家居、城市路燈智能照明等領域的應用越來越廣泛，作用也越來越重要。

　　瑞斯康微電子公司將一如既往，進一步加強與各行各業的企業和專家們的合作，繼續為電力線載波通信技術在智能電表中的應用以及智能電表的進一步的推廣和普及貢獻它的一份力量。