近年來,在綠色節(jié)能意識的推動下,以智能電表為核心的智能電網成為歐美日中等諸多國家競相發(fā)展的一個重點領域。電網技術面臨著一場重要的革命,而不只是簡單的技術演進。
表1:傳統(tǒng)電網與新的智能電網之間的簡單對比。
在智能電網中,智能電表發(fā)揮關鍵的作用,可以使用戶與電力系統(tǒng)之間實現(xiàn)互動。如一方面幫助電力機構精確了解用戶的用電規(guī)律,為高峰用電或低谷用電設定差異化的電價;另一方面,用戶也可以合理調整自己的用電計劃,從而優(yōu)化電費支出。從功能模塊來看,智能電表除了電源和計量模塊外,還涉及到數(shù)據(jù)存儲功能,需采用安全可靠的存儲器;此外,雙向實時通信是智能電網的重要特征,故通信模塊至關重要,需要選擇適合的通信方式及相應的最佳解決方案。
實際上,智能電網是一個龐大系統(tǒng),涉及電力、通信及應用等多個層次,以及局域網(LAN)和廣域網(WAN)等不同網絡類型。其中,LAN連接家庭或建筑物內的不同類型的智能電表到數(shù)據(jù)集中器(concentrator)。就這一段的網絡連接而言,通常它們對通信速率的要求不高,最主要的考慮因素是降低成本,常見的通信方式有無線射頻網絡,或有線的電力線載波(PLC)或電力線寬帶(BPL)等。具體采用何種通信方式,需要考慮各國電網實際狀況等因素,同時先行先試國家的做法也會提供借鑒意義。
圖1:法國EDF旗下公司法國配電公司(ERDF)的Linky項目簡略示意圖。
例如,在歐洲能源市場有重要影響力的法國電力(Electricité de France, EDF)于2009年中啟動了當前世界上最大的智能電表項目Linky,計劃到2017年在法國部署3,500萬個智能電表。這個項目為智能電表到數(shù)據(jù)集中器之間的通信選擇了PLC技術,然后再利用通用分組無線業(yè)務(GPRS)技術將數(shù)據(jù)傳送到該公司的數(shù)據(jù)中心??紤]到中國的智能電網仍在試點階段,法國ERDF的選擇對中國等其他國家也具有借鑒意義。
PLC調制技術的選擇
雖然PLC技術提供了一種低成本的選擇,但電力線的初衷并不是用于通信,故在應用PLC通信時也面臨一些挑戰(zhàn)。特別是設計人員需要密切注意會出現(xiàn)的信號衰減和噪聲問題,反之也要求復雜的收發(fā)器技術。
為了抑制由噪聲導致的信號衰減,降低誤碼率,并改善頻率效率,有必要利用適合的信號調制技術。實際上,電力機構在部署智能電表抄表系統(tǒng)時,有多種不同的調制方式,但主要的有三種,分別是正交頻分復用(OFDM)、相移鍵控(PSK)和擴頻型頻移鍵控(S-FSK)。