电力线通信(LC)技术的应用及未来

电力线通信(PLC)技术的应用及未来

电力线高速数据通信技术，简称PLC或PLT，是一种利用中、低压配电网作为通信介质，实现数据、话音、图像等综合业务传输的通信技术，不仅可以作为解决宽带末端接入瓶颈的有效手段，而且可以为电力负荷监控、远程抄表、配用电自动化、需求侧管理、企业内部网络、智能家庭以及数字化社区提供高速数据传输平台。

PLC按应用的配电网电压等级划分为低压PLC和中压PLC。低压PLC利用低压(220V/380V)电力线作为传输媒介，为用户提供Internet接入、家庭局域网、远程抄表、智能家居等应用。中压PLC利用中压（10KV）电力线作为通信链路，为接入骨干网、配电网自动化、用户需求侧管理及农村电话等应用提供传输通道。

近10年，特别是2000年以来，由于人们对带宽需求的不断增长，包括ADSL、PLC技术在内的宽带接入技术得到了快速发展。特别是PLC技术，由于充分利用最为普及的电力网络资源，建设速度快、投资少、户内不用布线，能够通过遍布各个房间的电源插座进行高速上网，实现“有线移动”，具备了其它接入方式不可比拟的优势，受到国内外的广泛关注。

二、PLC技术的发展现状

（一）国外发展现状

目前国际上专用PLC调制解调芯片主要有：以色列Yitran公司传输速率为2.5Mbps的芯片、美国Intellon公司14Mbps芯片、西班牙DS2公司45Mbps 和200Mbps芯片，其中美国Intellon公司14Mbps芯片应用最为普遍，大部分PLC系统都是基于该芯片开发的。近期，美国Intellon公司推出了芯片速率

为85Mbps的样片，法国Spidcom公司也开发了224Mbps芯片，正在测试之中。

欧盟为促进PLC技术的发展，从2004年1月1日开始启动了一个称之为OPERA（OpenPLCEuropeanResearchAlliance）的计划，旨在联合欧洲的主要PLC研究开发力量致力于制定欧洲的PLC统一技术标准、推动大规模商业化应用，并将PLC作为实现“eEurope”（信息化欧洲）的重要技术手段。美国联邦通信委员会（FCC）一直在鼓励启用新的基于现有设施的宽带平台，促进美国的宽带业务。2004年2月12日，FCC批准对某些技术规则的修改意见，目的是通过促进电力线宽带接入技术的推广应用，把美国电力网的巨大潜力利用起来。美国、欧洲等国许多大的电力企业也积极进行中压及低压PLC的试验，美国的Cinergy等17家电力企业、德国、奥地利、西班牙等15个欧洲国家的32个电力企业建立了PLC试验网络，有的还进行了PLC商业化运营，如德国的MVV等。亚洲开展PLC研究和试验的国家和地区除中国大陆外，还有日本、韩国、新加坡、中国香港、中国台湾等地，日本对PLC的态度，经历了从初期怀疑否定、到开放试验、直至今日的积极推动的三个阶段。目前日本的东京电力、新加坡电力、香港中华电力等建立了一定规模的试验网络。据不完全统计，截止2004年年底，PLC的试验网络遍及欧洲、亚洲、北美洲、南美洲、非洲以及大洋洲的40多个国家和地区。

（二）国内PLC技术的研发及应用

国外在电力线通信技术方面的进展，引起了国家电力公司的高度重视和科研单位的密切关注。国家电力（电网）公司先后八次立项，由中国电力科学研究院、国电通信中心等单位承担电力线高速数据通信技术相关课题的研究工作。由

于我国低压配电网的网络结构、负荷特性、供电方式和国外有很大的不同，国外已有的理论研究成果和开发的系统不能完全适应我国的实际。我国科技工作者在中国低压配电网高频信号传播特性、电力线高速数据通信机理、应用产品开发等方面进行了大量的研究工作。中国电力科学研究院从1999年开始承担国家电力公司第一个电力线高速数据通信技术项目的研究工作，对电力线信道特性、电力线数据通信机理进行了系统的理论研究和大量测试，2000年研制出国内第一套传输速率为2Mbps的PLC产品，2001年在沈阳建立了国内第一个PLC宽带接入试验小区，实现了宽带上网、视频点播、数字化小区管理等功能。2001年和2003年分别研制出传输速率为14Mbps和45Mbps的产品，2003年和沈阳供电公司合作在沈阳开通了国内第一个45Mbps全电力线接入的宽带小区。福建电力试验研究院2001年研制出传输速率为14Mbps的产品，并在多个城市进行试验，深圳国电科技公司2004年利用西班牙DS2公司的芯片研制出200Mbps的PLC产品。中国电力科学研究院和福建电力试验研究院在PLC的组网技术、信道优化技术以及应用技术等方面进行了许多研究工作，形成了二十多项具有知识产权的专利技术，其中中国电力科学研究院申请了8项发明专利、8项实用新型专利，福建电力试验研究院申请了7项发明专利和5项实用新型专利。

随着低压PLC技术的突破以及应用的深入，中压PLC也得到了相应的发展，2004年国电通信中心控股的意科公司研制出传输速率为45Mbps的中压宽带PLC系统，无中继传输距离达到1Km，传输速率达到37Mbps，并可通过加装中继实现远距离的传输。国电通信中心还组织意科公司实施了利用中压PLC技术构筑配电网自动化系统通信平台的示范工程，将于今年10月底竣工验收。

在PLC技术的应用方面，我国已经走在了世界的前列。2001年国电通信中心在原国家电力公司的组织下，开始实施低压配电网电力线宽带接入技术的实验及推广应用，国电通信中心成立了PLC领导小组，下设PLC技术推进办公室，确立了推动电力线通信技术研究、试验及推广应用的策略、战略、思路和总体安排，引进了国内外多家企业的产品在北京进行实验。国电通信中心PLC领导小组以及推进办公室的成立标志着我国PLC大规模有序试验和推进工作的开始。短短的三年多时间内，在国家电力（电网）公司的统一安排下，国电通信中心组织研究开发单位、产品试验单位以及网络运营单位进行了大量的实验、电磁兼容特性测试、网络性能测试和工程探索，提出并实践了具有中国特色的电力线通信技术应用模式，建立了世界上最大规模的电力线宽带接入试验运行网络。截止到2005年5月底，由国电通信中心组织、中电飞华公司实施的北京电力线宽带接入试验网覆盖了500多个居民小区，接入楼宇近4000栋，开通用户40000余户，目前正以每月开通3000多户的速度推进。有的用户已经试用三年多，广大用户对上网速率和稳定性均表示认可。因此，PLC技术是一项利国利民的新技术，对加快、促进国家偏远地区信息化建设起着很好的推广作用。

三、PLC网络性能测试、电磁兼容（EMC）测试及标准化

在PLC宽带接入试验网络成功运行的基础上，为了加强电信监管，探索PLC 商业化运营模式，信息产业部电信管理局、科技司、通信科技委等部门的领导和专家多次到PLC试验小区和用户现场进行调研，充分肯定了电力系统近几年来在PLC宽带接入方面的工作，提出按照相关标准加强网络性能和电磁兼容性能的测试，通过测试评估PLC网络提供公众电信服务的技术可行性以及PLC系统对环境以及其他系统的影响。

按照信息产业部科技司的要求，国电通信中心、中国电力科学研究院配合信息产业部电信传输技术研究所、国家无线电监测中心等检测机构对PLC系统的传输性能、系统功能、网管功能、电磁兼容、电器设备安全等方面做了大量的测试。

网络性能测试是信息产业部电信传输技术研究所依据《提供公共电信业务的用户驻地网技术要求和测试方法》，分别在实际应用现场和实验室进行的。测试内容包括网络吞吐量、网络时延、长时间传输性能等多项网络性能指标。测试结果表明PLC网络的主要性能满足用户驻地网技术标准的要求，完全可以作为一种有效的宽带接入方式为用户提供商业化INTERNET服务。

EMC测试分别采用国际电信联盟ITU-TK.60标准和GB9254《信息技术设备无线电骚扰限值和测量方法》(等同于CISPR22)进行。测试单位包括国家无线电监测中心、信息产业部通信电磁兼容质量监督检验中心、上海电器研究所、中国泰尔实验室、武汉高压研究所等多家机构，测试地点为检测机构的实验室以及实际运行环境。参测产品为14Mbps和45Mbps两种传输速率的产品，检验内容为30MHz以内的辐射骚扰和传导骚扰。测试的辐射骚扰和传导骚扰均能满足ITU-TK.60和GB9254的骚扰限值要求。

电气安全方面的测试标准为DL/T698-1999《低压电力用户集中抄表系统技术条件》、GB/T17626.2-1998等，测试单位为电力工业电力设备及仪表质量检验检测中心和武汉高压研究所。测试内容包括结构、信号传输特性、电气性能、气候环境影响、机械性能、安全性能、电磁兼容性、PLC对电表及抄表系统的精度影响等方面，测试结果均符合检验标准要求。

通过近2年的全面测试，获得了PLC网络性能、电磁辐射、电气性能的大量运行数据。测试结果以及检测机构出具的检测报告表明，PLC设备及系统的使

用不会干扰其它无线业务的正常工作，不会影响运行于电网中电气设备的正常使用，不会影响电表和抄表系统的精度和传输可靠性。PLC系统的网络性能、电磁骚扰性能、抗电磁干扰性能、以及电气安全性能符合用户商业化宽带接入的技术要求。

欧洲从2002年起开始研究PLC系统的技术框架和技术标准，目前已经取得了积极进展。欧洲电信标准化组织ETSI从2002年开始陆续公开了两个PLC技术规范和5个技术报告。另外还有六个项目正在进行中。PLC产品EMC标准方面涉及的国际标准化组织包括IEC、CENELEC等，其中最主要的是IEC下属机构国际无线电干扰特别委员会--——CISPR。目前定义了1~30MHz范围内电信网络辐射限值的技术标准有四个：德国的NB30、英国的MPTl570、美国的FCCPart15以及国际电信联盟于2003年7月推出的ITU-TK.60。

PLC技术在美国的主要应用是家庭联网，其家庭插座联盟（HomePlug）——在2001年推出了HomePlugSpeciation1.0(速率14Mbps)技术规范，并即将推出速率为200Mbps的HomePlugAV技术规范，以上这两个规范只适用于家庭联网。随着PLC作为接入应用的增多，近期HomePlug已经开始着手制定涵盖家庭联网和宽带接入的BPL标准。

随着PLC技术的日渐成熟以及大规模应用，中国PLC技术标准化方面的研究工作逐渐深入，取得了初步的成果。2003年9月，国电通信中心与中国电力企业联合会标准化中心签订了标准项目合同《作为用户接入的低压电力线通信技术规范》，旨在从电力行业的角度，对PLC产品和网络等各方面进行管理。2004年12月，中国电力科学研究院、国电通信中心、华北电力大学等共同承担了国家电网公司科技项目《PLC安全问题的研究》。通过该项目的研究将形成实用化

PLC产品及系统的技术条件，提出PLC系统的国家电网公司企业标准。我国制定PLC标准具有良好的基础，特别是通过大量的现场和实验室测试，对PLC的网络性能、电气性能以及电磁兼容性能有了深入了解，检测部门、研究单位以及运行单位对相关测试方法、测试仪器、参考的标准以及依据有了基本的共识，制定了PLC标准大纲。相信经过相关单位的共同努力，国家电网公司PLC企业标准有望在2005年第四季度出台。

四、PLC和其它宽带接入技术的比较

宽带接入技术除正在发展中的电力线接入系统以外，还有XDSL接入(以ADSL为主)、光纤+五类缆接入、802.11无线局域网接入、HFC接入、无源光纤接入、无线LMDS宽带接入、卫星接入、HomePNA等。ADSL、光纤+五类缆、802.11无线局域网接入、HFC接入、以及PLC是目前的主要接入方式。ADSL是目前应用的主要宽带接入方式，其优势是借用已有的电话线，不干扰普通电话使用，频带专用，接入速度快。由于其基于电话交换网络建设，因此网络建设成本较低，建设速度快。其不足是ADSL信号在从服务商所在地发送到用户家庭的途中会迅速衰减，并且到大约5km后就会微弱到无法保证可靠的连接。另外由于线间串扰的影响，ADSL的出线率也会受到影响。ADSL上网费用较高，局端设备较贵，不适应建设独立的数字化小区的需要，房屋内接入点少，用户使用不方便，PLC技术和ADSL相比主要优势表现在PLC依靠室内电源插座作为宽带接入，并可组建家庭局域网，实现多台计算机同时上网，大大方便了用户的使用。采用光纤加五类缆接入时，以太网的建设费用比较高，以太网的建设不像HFC、xDSL可以借用现成庞大的广电网或电话网，它必须单独架线，包括局域网、城域网和广域网的各种基础设施建设，以及接入网络的高速光纤线路架设等，

建设工作量大；特别是在我国城市的许多小区中，架设千兆以太网必须进行大规模的旧有设施改造(各种线路的走向和连接设施)。HFC接入系统借助有线电视系统进行宽带接入，优势是充分利用已有的基础资源，接入速率快。不足是网络运行商必须拥有现成的有线电视网络，并改造为双向传输，改造费用大；在新区域开办服务和铺设线路造价高，用户增多时，接入性能下降。802.11无线局域网接入的特点是建设速度快，无需布线，移动性强，建设成本较低。不足之处是易受建筑物阻挡，对天气、气候状况敏感，信号不稳定，上网费用高。和上述几种宽带接入技术相比，PLC技术具有得天独厚的优势：

①低压电力线是现有的电力基础设施，是世界上覆盖面最大的网络，无需新建线缆，无需穿墙打洞，避免了对建筑物和公共设施的破坏。

②利用室内电源插座安装简单、设置灵活，为用户实现宽带互联和户内移动带来很多方便。

③能方便实现智能家庭自动化和家庭联网。

④带宽较宽，可满足当前一段时间宽带接入业务的需要。

⑤PLC的网络建设灵活，可根据用户需要按小区、甚至可以按照若干用户进行组网安装，可实现滚动式投资，收回投资时间短。

⑥由于建设规模和投资规模小而灵活，运行费用低，用户花费的上网费用也较低。

⑦能够为电力公司的自动抄表、配用电自动化、负荷控制、需求侧管理等提供传输通道，实现电力线的增值服务，进而实现数据、话音、视频、电力的“四线合一”。

应当承认PLC技术也有其不足之处，由于受电网的影响，PLC的传播距离有限，在低压配电网上无中继的传输距离一般在250m以下，要实现自配电变压器至

用户插座的全电力接入需要借助中继技术，这势必要增加系统的造价。电力负荷的波动对PLC接入网络的吞吐量也有一定影响，由于多个用户共享信道带宽，当用户增加到一定程度时，网络性能和用户可用带宽有所下降，但通过合理的组网可加以解决。

目前在保证用户接入带宽和接入稳定性前提下，最经济的PLC接入系统采用光纤+五类缆+电力线的方式。其中光缆作为骨干网接到小区，在小区内通过五类缆布线到各个居民楼的单元。在单元安装一台PLC局端设备供该单元的用户共享使用，局端设备的高频信号线通过串接的方式耦合到各个用户的电表处，并将信号传送到用户的家庭电力网络中，这样用户就可以通过家庭电力线以及位于家庭外部的配套网络实现宽带接入和其它数据通信。这是目前普遍采用的PLC 接入方式，不仅可以实现用户的电力线接入，提高了系统稳定性和传输带宽，大大降低了负荷波动对吞吐量的影响，同时也大大降低了系统造价。

五、需要进一步研究和推进的工作

（一）芯片技术

国内在PLC技术的多个方面进行了大量研究工作，生产出具有国际水准的PLC产品，取得了可喜的成绩。但我们应当看到，由于各种条件限制，国内生产的PLC设备均是采用国外的专用芯片，在大规模商业化应用时必然产生许多制约。我们需要抓紧PLC的芯片技术研究工作，集中力量研发具有中国自主知识产权的高速率芯片。只有掌握PLC产品的核心技术，才能够根据我国电网的自身特点以及特定需求，研发出符合我国国情、具有自主知识产权的PLC产品，真正解决PLC的国产化问题。目前意科公司同清华大学合作，已经着手开发具有完全自主知识产权的PLC芯片。

（二）有序引导

PLC技术的发展受到了规范、标准以及政策上的一些限制。在国家标准和相关政策没有出台前，过多的投入无疑会增加设备厂商、运营商以及用户的风险。这就需要国家科技主管部门、电信监管部门对PLC先期运营商、产品制造商给予政策上的扶持，这样既为新技术的推广应用创造了良好的市场环境，又可避免无序竞争、重复试验对国家造成的科技经费、人力、物力等资源的浪费。（三）电力线增值服务

电力线是电力系统的基础设施，但目前的PLC技术应用还仅停留在低压电力线接入应用上，解决的主要是宽带接入问题。作为拥有丰富电力线资源的电力系统，如果在利用低压PLC提供宽带上网服务的同时，能够利用PLC技术为远程抄表、配用网自动化等提供信息传输通道，推动PLC技术向着多元化的方向发展，将会带来巨大的经济效益和社会效益，

六、PLC前景展望

21世纪是国际互联网规模和速度发展最快的年代，其用户规模每年都在以指数形式增长，从最初的高科技数据网络发展成为人们工作、学习、生活中必不可少的桌面工具。据有关市场研究公司预测，在2007年之前中国的宽带用户数量将达到5450万户，面对如此巨大的宽带用户市场，PLC的发展拉动了网络向千家万户的覆盖。PLC技术施工方便、使用灵活，能够利用已有的电力网这一广泛的基础设施把宽带网络接入到每个家庭，省去在接入方式上的重复建设，对于推进中国数字化进程必将产生积极的作用。同时，PLC技术在远程抄表、配网自动化、营销自动化、负荷管理等方面的广泛应用，将为实现中国的电网配售侧自动化、建设电力信息化平台，提供一个良好的网络基础和解决方案。

然而，由于PLC技术的传输速度和传输距离有一定限制，它的主要用途不是核心主干网络，而是通信网的外围和末端。发展PLC技术的目的，不是取代光纤通信接入以及ADSL等其它宽带接入技术，而是与以上技术共同发展，在特定应用场合发挥各自的长处，为国家信息化建设节省投资，给广大网民带来利益。PLC在末端用户接入（最后100m接入），即从楼内总配电室到每个家庭及入户后采用任意电源插座即能实现连接等功能，具有明显的优势。为此，末端接入的优势必将给已经有宽带网络的基础电信运营商和宽带接入服务商提供增加用户接入率的商机。

此外，中压宽带PLC技术也日益得到国内外科研机构的重视，国家电网公司已经立项，研究利用中压电缆作为高速数据传输链路，既可以解决电力系统配网自动化通道问题，又为广大农村用户及西部地区提供一个节省投资的通信传输方式。相信随着PLC技术标准的制定，PLC产业链的形成，中国的PLC事业必将走向健康有序的发展道路。