欧洲电力线智能计量发展标准简介.pdf
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1、总第 4 8卷第 5 4 8期 2 0 1 1 年第 8期 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e me n t& I n s t r u me nt at i o n Vo i 4 8 NO 5 4 8 Aug 2 0 11 欧洲电力线智能计量发展标准简介 朱满军 , 王斌 , 陶维青 -一 , 汪丽丽 ( 1 合肥工业大学 电气与 自动化工程学院 , 合肥 2 3 0 0 0 9 ; 2 安徽科大智能电网技术有限公 司, 合肥2 3 0 0 8 8 ) 摘要: 低压电力线载波通信采用低压电力线作为传输介质 , 为通信网络“ 最后一公里” 问题提供了一个
2、很好的解 决方案 。本文介绍 了一个新 的基于O F D M技术 的低压电力线载波通信标准电力线智能计量发展 ( P o w e r 一 l i n e I n t e l l i g e n t Me t e r i n g E v o l u t i o n , P R I ME) , 对P R I ME 的物理层 、 MA C 层和汇聚层进行了详细地描述 , 重点论述了 M A C 层中继技术的实现。通过对国内外电力线载波通信技术发展的比较, 可以看出P R I M E 技术有利于市场的发 展 , 满足 当前及未来低压电力线载波通信 的应用要求 。 关键词: 智能电网; 电力线智能计量发
3、展; 低压电力线载波通信; O F D M 中图分类号 : T M9 3 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 1 3 9 0 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 9 2 0 5 T h e I n t r o d u c t i o n o f P o we r - l i n e I n t e l l i g e n t M e t e r i n g Ev o l u t i o n S t a n d a r d Z HU Ma n - j u n , WA N G B i n , T AO We i - q i n g 1 ,2 , WA N G L i - l
4、 i ( 1 S c h o o l o f E l e c t r i c E n g i n e e r i n g a n d A u t o ma t i o n , He f e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , H e f e i 2 3 0 0 0 9 , C h i n a 2 An h u i C S G S ma r t G r i d T e c h n o l o g y C O , L T D, He f e i 2 3 0 0 8 8 , C h i n a ) Ab s t r a c t :The l
5、 o wv o l t a g e p o we r l i n e c a r r i e r c o mmu n i c a t i o n us i ng l o w v o l t a g e po we r l i n e a s t r a n s mi s s i o n me d i u n 1 , p r o v i de s a g o o d s o l u t i o n f o r t h e “ l a s t mi l e ” i n c o mmun i c a t i o n n e t wo r k Th i s a r t i c l e i n t r
6、o d uc e s a n e w l o w-v o l t a g e p o w e r l i n e c a r r i e r c o mm u n i c a t i o n s t a n d a r d b a s e d o n O F D M- - P R I ME ( P o w e r - l i n e I n t e l l i g e n t Me t e r i n g E v o l u t i o n ) ; d e s c r i b e s t h e p h y s i c a l l a y e r ,MAC l a y e r a n d c
7、o n v e r g e n c e l a y e r o f P RI ME i n d e t a i l T h e n d e t a i l e d l i g h t i s s h e d o n r e l a y i mp l e me n t a t i o n i n t h e MAC l a y e r Th r o ug h t he c o mpa r i s o n o f p o we r l i ne c a r r i e r c o mmu n i c a t i o n be t we e n ho me a n d a b r o a d W e
8、 c a n fi n d t h a t t h e P RI ME i s c o n d u c i v e t o t h e ma r k e t d e v e l o p me n t ,me e t i n g t h e r e q u i r e me n t a b o u t l o w v o l t a g e p o we r l i n e c a r r i e r c o mmu n i c a t i o n a pp l i c a t i o n s i n t h e c u r r e nt a nd f ut u r e Ke y wo r d
9、s :s ma r t g r i d , P RI ME, l o w v o h a g e p o we r l i n e c a r r i e r c o mmu n i c a t i o n , OF DM 0引 言 智能计量作为智能电网的终端 , 已越来越引起公 共事业部 门和政府的关注。 远程智能数据采集与监控 管理系统( A MR& A MM) 是智能 电网电能计量 的关 键技术 , 它们通过在居 民用户和工业 、 商业用户处安 装智能电表, 自动采集全面和详细的计量信息, 根据 对负荷情况更细致、 实时的掌握 , 指导电网建设 , 既减 少用电高峰负荷需求的增长, 也降
10、低电网扩容和建设 的费用。以一种经济可靠的方式实现 自动抄表 , 是建 设智能电网进程 中一个非常重要的环节。 用低压 电力 线载波通信方式实现自动抄表是目前最为理想的解 决方案。 但是, 低压电力线信道条件极其恶劣。 寻求一 种强健的通信方式作为物理层技术 , 是实现低压电力 一 92一 线载波抄表的关键_ l 1 。 基于正交频分复用( O rt h o g o n a l F r e q u e n c y D i v i s i o n Mu l t i p l e x i n g , O F D M) 调制的多载波技术 , 以其在恶劣信 道环境下独特的优势, 正成为新一代低压电力线载
11、波通 信的主流技术。 由欧洲多家电力公司、 仪表制造商、 半导 体制造商和公用事业公司组成的电力线智能计量发展 ( P o w e r - l i n e I n t e l l i g e n t Me t e r i n g E v o l u t i o n , P R I ME ) 联 盟, 提出了基于O F D M电力线通信技术的P R I M E 解决方 案。P R I ME 议提出的最初设想, 是作为对符合成本效 益、面向未来需要的自动电表管理解决方案的应答 P R I ME 方案具有很好的开放性和互操作性 , 减少 了市 场竞争 中的成本 ,已引起 电力行业 和市场的关注 J
12、P R I ME 低 电压采样方案如图l 所示。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 4 8 卷第 5 4 8 期 2 0 1 1年第 8期 电测与仪表 E l e c t r i c a l M e a s u r e me n t I n s t r u me n t a i i o n Vo I 4 8 No 5 4 8 Au g 2 0 1 1 图1 P RI ME低 电压 采样 方案 Fi g 1 PRI ME l o w v o l t a g e s a mpl e s c e na r i o 1 o F D M的基本原理及P RI ME与OF
13、 DM的关系 低压电力线载波是利用电力线进行通信的方式, 它的覆盖范围广泛 , 只要有电力线的地方 即可进行通 信 , 充分利用了电力线路和频率资源, 无需增加铺设 通信线路 , 实施简单 , 普及方便 , 且也不存在运行成本 。 目前的电力线载波通信技术还存在很多局限性: 数据 速率低、 抗干扰能力差、 信道自适用能力差, 等等。这 也是 O F D M技术在电力线载波通信上得以迅速发展 及应用的主要原因。 O F D M是一种先进 的多载波数字调制技术 , 近年 来 广泛用 于恶劣信道环境下现代通信 系统 的构建 。 O F D M 的基本原理是在工作频带 内, 以一定的频率 间 隔使用
14、, v 个相互正交的子载波( 通常为数百至数千 个子载波) ,需传输的数据经编码后分块被调制到 N 个子载波上发送 出去 。O F D M每个子载波所使用的调 制方法可不同。 各子载波可根据信道状况选择不同的 调制方式 , I3 B P S K ( 二进制相位键控 ) 、 D P S K( 差分相 位键控 ) 、 8 P S K( 8 进制相位键控 ) 、 1 6 Q A M( 1 6 进 制正 交振幅控制) 、 6 4 Q A M ( 6 4 进制正交振幅控制)等 。 O F D M 是对多载波调制的一种改进, 其特点是各子载 波相互正交 ,所以扩频调制后 的频谱可相互重叠 , 不 但减小了
15、各子载波问的相互干扰, 还大大提高了频谱 的利用率 。O F D M技术 因能有效对抗 多径传播 、 频率 选择性衰落和窄带噪声干扰而受到电力线通信研究 人员 重视 。 P R I M E 主要创新之一是使用O F D M 代替过去在窄 带电力线通信上使用的单信号载波。 在近几年的发展 期 间 , P R I ME 逐渐成 为一个 完整 的智 能电网解决方 案 。P R I ME 协议具有的开放性 , 使不同厂商的产品能 实现互连,这不仅降低了电力公司大规模A M R 建设 的成本, 同时其具有的技术前瞻性, 也适应未来智能 电网发展对通信速率的要求。 2 P 砌M E 概 述同 2 1 主要
16、特 点 P R I ME 标 准是一个基于时下最先进技术制定的 物 理 ( P h y s i c a l , P H Y)层 和 介质 访 问控制 ( Me d i u m A c c e s s C o n t r o l , MA C) 层标准 , 旨在确保 目前研发 的电 力设备能够满足未来市场的需求 , 保障电力公司的巨 额投资。 P R I ME 基于O F D M技术 , 应用于C E N E L E C A 频带 ( 3 9 5 k H z )范围内。此方案在I E C 一 6 1 3 3 4 和I E E E S t d 8 0 2 1 6 标准上做一些特殊 的改进 , 以适
17、应电力系统 的 特殊环境 。P R I ME 的各层结构如图2 所示。 控制和数据平面 管理平面 e 汇 聚 层(c L ) 一 MA C 层 管理实 访问点 体服务 媒 介 访问 控 制 ( M A C ) 层 访问 点 P H Y 服务 、 P l Y 层管 访问 点 L 理实体服 务访问点 物理 ( P I Y)层 图2 P R I ME 各层 结构 F i g 2 T h e s t r u c t u r e s o f P R I ME l a y e r s 由图2 可见 , P R I ME的物理层发送 和接收相邻节 点问MA C协议数据单元 ( P r o t o c o l
18、 D a t a U n i t s , P D U s ) 中的数据。原始数据速率最高可达1 3 0 k b p s 。 M AC 层提供 了系统通道 、 带宽分配 、 连接管理和 拓扑决议等功能 , 它被定义为面向主从环境的连接和 对低压电力线环境 的优化。 汇聚层 ( C o n v e r g e n c e l a y e r , C L ) 根据适 当的MAC 层连接, 对通信帧进行分类。这一层发挥着将任何适 合类型通信帧 映射进M A C 服务数据单元( S e r v i c e D a t a U n i t s , S D U s ) 的作用。多个汇聚子层被定义用来 向MA
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