如何为智能电表选择适合的PLC调制解调器方案

表1：传统电网与新的智能电网之间的简单对比

　　在智能电网中，智能电表发挥关键的作用，可以使用户与电力系统之间实现互动。如一方面帮助电力机构精确了解用户的用电规律，为高峰用电或低谷用电设定差异化的电价；另一方面，用户也可以合理调整自己的用电计划，从而优化电费支出。从功能模块来看，智能电表除了电源和计量模块外，还涉及到数据存储功能，需采用安全可靠的存储器；此外，双向实时通信是智能电网的重要特征，故通信模块至关重要，需要选择适合的通信方式及相应的最佳解决方案。
　　智能电网建设是一个庞大的系统，涉及电力、通信及应用多个层次，以及局域网(LAN)和广域网(WAN)等不同网络类型。其中，LAN连接家庭或建筑物内不同类型的智能电表到数据集中器(concentrator)。就这一段的网络连接而言，通常它们对通信速率的要求不高，最主要的考虑因素是降低成本。常见的通信方式有无线射频网络、有线电力线载波(PLC)或电力线宽带(BPL)等。具体采用何种通信方式，需要考虑各国电网实际状况等因素，同时，最先试行国家的做法也会提供借鉴意义。

图1：法国EDF旗下公司法国配电公司(ERDF)的Linky项目简略示意图

　　在欧洲能源市场有重要影响力的法国电力(Electricité de France, EDF)，于2009年中启动了当前世界上最大的智能电表项目Linky控制工程网版权所有，计划到2017年在法国部署3500万个智能电表。这个项目为智能电表到数据集中器之间的通信选择了PLC技术，然后再利用通用分组无线业务(GPRS)技术将数据传送到该公司的数据中心。考虑到中国的智能电网仍在试点阶段，法国ERDF的选择对中国具有借鉴意义。
　　PLC调制技术的选择
　　虽然PLC技术提供了一种低成本的选择，但电力线的初衷并不是用于通信，故在应用PLC通信时也面临一些挑战。特别是设计人员需要密切注意会出现的信号衰减和噪声问题，反之也要求复杂的收发器技术。
　　为了抑制由噪声导致的信号衰减，降低误码率，并改善频率效率，有必要利用适合的信号调制技术。实际上，电力机构在部署智能电表抄表系统时，主要有三种调制方式CONTROL ENGINEERING China版权所有，分别是正交频分复用(OFDM)、相移键控(PSK)和扩频型频移键控(S-FSK)。
　　OFDM的理论带宽较高，但实际上在低压网络的噪声条件下会损失很大一部分带宽，而且OFDM的应用成本较高，工作时还消耗可观的电能。PSK调制技术的应用成本很低，但不是特别可靠，性能会受到相位噪声影响，而且无法充分覆盖较长距离。相比较而言，虽然S-FSK的数据率比OFDM低www.cechina.cn，但更胜任智能电表应用。这种调制技术能实现可靠的通信，同时应用成本更低CONTROL ENGINEERING China版权所有，消耗的电能也更少。因此，就当前的智能电网PLC应用而言，复杂度低、商用潜力更大及有可靠现场应用记录的S-FSK调制技术无疑是更适合的选择。
　　实际上，法国ERDF的Linky项目规范中，物理层参考规范是IEC61334-5-1/EN50065，其中规定的调制技术就是S-FSK，通信频率为标记频率(mark frequencywww.cechina.cn, Fm) 63.3 kHz和空频(space frequencywww.cechina.cn, Fs) 74 kHz，传输速率2.4 Kbps，并与50 Hz电气网络频率物理同步。