Войти
Связь по линии электропередачи (также известна как носитель линии электропередачи или PLC ) передает данные о проводнике, который одновременно используется для передачи электроэнергии переменного тока или распределения электроэнергии потребителям.
Для различных приложений необходим широкий спектр технологий связи по линиям электропередачи, от домашней автоматизации до доступа в Интернет, который часто называют широкополосным доступом по мощности. строки (BPL). Большинство технологий ПЛК ограничиваются одним типом проводов (например, проводка внутри одного здания), но некоторые могут пересекать два уровня (например, и распределительная сеть, и проводка помещений). Обычно трансформаторы препятствуют распространению сигнала, что требует использования нескольких технологий для формирования очень больших сетей. В разных ситуациях используются разные скорости передачи данных и частоты.
Ряд сложных технических проблем характерен для беспроводной связи и связи по линии электропередачи, особенно проблемы радиосигналов с расширенным спектром, работающих в тесноте. Например, радиопомехи давно стали проблемой радиолюбителей групп.
Линии электропередач системы связи работают путем добавления модулированного несущего сигнала в систему проводки. Для различных типов связи по линиям электропередач используются разные диапазоны частот. Поскольку система распределения энергии изначально была предназначена для передачи переменного тока с типичными частотами 50 или 60 Гц, цепи силовых проводов имеют лишь ограниченную способность передавать более высокие частоты. Проблема распространения является ограничивающим фактором для каждого типа линий электропередач.
Основная проблема, определяющая частоты связи по линиям электропередач, - это законы, ограничивающие помехи для радиослужб. Многие страны регулируют неэкранированные проводные излучения, как если бы они были радиопередатчиками. Эти юрисдикции обычно требуют, чтобы нелицензированное использование было ниже 500 кГц или в нелицензированных радиодиапазонах. Некоторые юрисдикции (например, ЕС) дополнительно регулируют проводные передачи. Заметным исключением являются США, разрешающие вводить широкополосные сигналы ограниченной мощности в неэкранированную проводку, если проводка не предназначена для распространения радиоволн в свободном пространстве.
Скорость передачи данных и ограничения по расстоянию сильно различаются в зависимости от многих стандартов связи по линиям электропередач. Низкочастотные (около 100–200 кГц) несущие, воздействующие на высоковольтные линии передачи, могут нести одну или две аналоговые речевые цепи или схемы телеметрии и управления с эквивалентной скоростью передачи данных в несколько сотен бит в секунду; однако длина этих цепей может составлять много миль. Более высокие скорости передачи данных обычно подразумевают более короткие диапазоны; локальная сеть, работающая со скоростью миллионы бит в секунду, может охватывать только один этаж офисного здания, но устраняет необходимость в установке выделенных сетевых кабелей.
Энергетические компании используют специальные конденсаторы связи для подключения радиопередатчиков к проводам переменного тока. Используемые частоты находятся в диапазоне от 24 до 500 кГц с уровнями мощности передатчика до сотен ватт. Эти сигналы могут подаваться на один проводник, на два проводника или на все три проводника высоковольтной линии передачи переменного тока. Несколько каналов ПЛК могут быть подключены к одной линии ВН. На подстанциях применяются фильтрующие устройства для предотвращения обхода тока несущей частоты через станционное оборудование и для обеспечения того, чтобы удаленные неисправности не влияли на изолированные сегменты системы ПЛК. Эти схемы используются для управления распределительным устройством и для защиты линий передачи. Например, защитное реле может использовать канал ПЛК для отключения линии, если между двумя его выводами обнаружена неисправность, но оставить линию в работе, если неисправность возникла в другом месте системы.
На некоторых линиях электропередач в бывшем Советском Союзе сигналы PLC подаются не в линию высокого напряжения, а в заземляющие проводники, которые установлены на изоляторах на опорах.
В то время как электросеть компании используют микроволновую печь, и теперь все чаще оптоволоконные кабели для своих основных системных коммуникационных потребностей, устройство-носитель линии электропередачи все еще может быть полезно в качестве резервного канала или для очень простых недорогих установок, которые не гарантируют прокладка оптоволоконных линий.
Связь по линиям электропередач (PLCC) в основном используется для телекоммуникаций, телезащиты и телемониторинга между электрическими подстанциями с по линиями электропередач при высоких напряжениях, таких как 110 кВ, 220 кВ, 400 кВ.
В этих системах обычно используется модуляция амплитудная модуляция. Диапазон несущей частоты используется для звуковых сигналов, защиты и контрольной частоты. Пилотная частота - это сигнал в звуковом диапазоне, который непрерывно передается для обнаружения отказа.
Речевой сигнал сжимается и фильтруется в диапазоне от 300 Гц до 4000 Гц, и эта звуковая частота смешивается с несущей частотой. Несущая частота снова фильтруется, усиливается и передается. Мощность передачи этих несущих ВЧ частот будет в диапазоне от 0 до +32 дБВт. Этот диапазон устанавливается в соответствии с расстоянием между подстанциями.
PLCC может использоваться для соединения частных телефонных станций (УАТС).
Для секционирования сети передачи и защиты от сбоев «волновой ловушка» включается последовательно с линией питания (передачи). Они состоят из одной или нескольких секций резонансных контуров, которые блокируют высокочастотные несущие волны (от 24 кГц до 500 кГц) и пропускают ток промышленной частоты (50 Гц - 60 Гц). Волновые ловушки используются на распределительных устройствах большинства электростанций для предотвращения проникновения носителя в оборудование станции. Каждая волновая ловушка оснащена грозозащитным разрядником для защиты от импульсных перенапряжений.
Конденсатор связи используется для подключения передатчиков и приемников к линии высокого напряжения. Это обеспечивает путь с низким импедансом для передачи энергии несущей к линии высокого напряжения, но блокирует цепь промышленной частоты, являясь путем с высоким импедансом. Конденсатор связи может быть частью конденсаторного трансформатора напряжения , используемого для измерения напряжения.
Системы передачи данных по линиям электропередач уже давно являются фаворитом многих коммунальных предприятий, поскольку они позволяют им надежно перемещать данные по инфраструктуре, которую они контролируют.
Станция ретрансляции несущей PLC - это средство, на котором обновляется сигнал связи по линии электропередачи (PLC) на линии электропередачи. Следовательно, сигнал отфильтровывается по линии электропередачи, демодулируется и модулируется на новой несущей частоте, а затем снова вводится в линию электропередачи. Поскольку сигналы PLC могут передаваться на большие расстояния (несколько 100 километров), такие средства существуют только на очень длинных линиях электропередачи с использованием оборудования PLC.
PLC - одна из технологий, используемых для автоматического считывания показаний счетчиков. Как односторонние, так и двусторонние системы успешно используются на протяжении десятилетий. За последнее время интерес к этому приложению существенно вырос - не столько потому, что есть интерес к автоматизации ручного процесса, сколько потому, что есть интерес к получению свежих данных со всех точек измерения, чтобы лучше контролировать и управлять системой. ПЛК - одна из технологий, используемых в системах Advanced Metering Infrastructure (AMI).
В односторонней (только входящей) системе показания «всплывают» от оконечных устройств (например, счетчиков) через инфраструктуру связи к «главной станции», которая публикует показания. Односторонняя система может быть дешевле, чем двусторонняя, но ее также сложно перенастроить в случае изменения операционной среды.
В двусторонней системе (поддерживающей как исходящие, так и входящие) команды могут транслироваться с главной станции на конечные устройства (счетчики), что позволяет реконфигурировать сеть, или получать показания, или передавать сообщения и т. д. Затем устройство на конце сети может ответить (входящим) сообщением, которое несет желаемое значение. Исходящие сообщения, введенные на подстанции, будут распространяться на все точки ниже по течению. Этот тип широковещательной передачи позволяет системе связи одновременно достигать многих тысяч устройств, все из которых, как известно, имеют питание и ранее были идентифицированы как кандидаты на сброс нагрузки. ПЛК также может быть компонентом Smart Grid.
В технологии связи по линии электропередач может использоваться электропроводка в доме для домашней автоматизации : например, дистанционное управление освещением и приборами без прокладки дополнительной управляющей проводки.
Обычно устройства связи по линии электропередач с управлением в доме работают, модулируя несущую в диапазоне от 20 до 200 кГц в бытовую проводку на передатчике. Несущая модулируется цифровыми сигналами. Каждый приемник в системе имеет адрес и может индивидуально управляться сигналами, передаваемыми по домашней проводке и декодируемыми в приемнике. Эти устройства могут быть подключены к обычным розеткам или постоянно подключены к месту. Поскольку несущий сигнал может распространяться в соседние дома (или квартиры) в той же распределительной системе, эти схемы управления имеют «домашний адрес», который обозначает владельца. Популярная технология, известная как X10, используется с 1970-х годов.
«универсальная шина Powerline », представленная в 1999 году, использует импульсно-позиционную модуляцию. (PPM). Метод физического уровня сильно отличается от схемы X10. LonTalk, часть линейки продуктов LonWorks для домашней автоматизации, была принята как часть некоторых стандартов автоматизации.
Узкополосная связь по линиям электропередачи началась вскоре после того, как электроснабжение стало повсеместным. Примерно в 1922 году первые системы несущей частоты начали работать на линиях высокого напряжения с частотами от 15 до 500 кГц для целей телеметрии, и это продолжается. Потребительские товары, такие как детские сигнализации, доступны по крайней мере с 1940 года.
В 1930-х годах в распределительных сетях среднего (10–20 кВ) и низкого напряжения (240/415 В) была введена сигнализация с несущей пульсацией.
В течение многих лет продолжались поиски дешевой двунаправленной технологии, подходящей для таких приложений, как удаленное считывание показаний счетчиков. Французская электроэнергетическая компания Électricité de France (EDF) создала прототип и стандартизировала систему, называемую «частотная манипуляция» или S-FSK. (См. IEC 61334 ) Теперь это простая недорогая система с долгой историей, однако она имеет очень низкую скорость передачи, от 200 до 800 бит в секунду. В 1970-х годах компания Tokyo Electric Power Co провела эксперименты, в которых сообщалось об успешной двунаправленной работе с несколькими сотнями устройств.
С середины 1980-х годов наблюдается всплеск интереса к использованию потенциала цифровых технологий связи. и обработка цифрового сигнала. Целью является создание надежной системы, достаточно дешевой для широкого распространения и способной эффективно конкурировать с беспроводными решениями. Но узкополосный канал связи по линиям электропередач представляет собой множество технических проблем, имеется математическая модель канала и обзор работ.
Применения сетевых коммуникаций сильно различаются, как и следовало ожидать от такой широко доступной среды. Одним из естественных применений узкополосной связи по линиям электропередач является управление и телеметрия электрического оборудования, такого как счетчики, переключатели, обогреватели и бытовые приборы. В ряде активных разработок такие приложения рассматриваются с системной точки зрения, например, управление спросом. При этом бытовые приборы разумно координировали бы использование ресурсов, например, ограничивая пиковые нагрузки.
Приложения управления и телеметрии включают в себя как приложения со стороны коммунальных услуг, которые включают оборудование, принадлежащее коммунальной компании, вплоть до домашнего счетчика, так и приложения со стороны потребителя, которые включают оборудование в помещениях потребителя. Возможные приложения на стороне коммунальных услуг включают автоматическое считывание показаний счетчиков (AMR), динамическое управление тарифами, управление нагрузкой, запись профиля нагрузки, контроль кредита, предоплату, удаленное соединение, обнаружение мошенничества и управление сетью, и могут быть расширены включить газ и воду.
Open Smart Grid Protocol (OSGP) - одна из наиболее проверенных узкополосных технологий и протоколов ПЛК для интеллектуального учета. Во всем мире установлено и работает более пяти миллионов интеллектуальных счетчиков, основанных на OSGP и использующих BPSK PLC. OSGP Alliance, некоммерческая ассоциация, первоначально созданная как ESNA в 2006 году, возглавила усилия по созданию семейства спецификаций, опубликованных Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI), используемых в сочетании со стандартом управляющих сетей ISO / IEC 14908 для интеллектуальных сетей. Приложения. OSGP оптимизирован для обеспечения надежной и эффективной доставки информации управления и контроля для интеллектуальных счетчиков, модулей прямого управления нагрузкой, солнечных панелей, шлюзов и других устройств интеллектуальных сетей. OSGP следует современному, структурированному подходу, основанному на модели протокола OSI, для решения меняющихся задач интеллектуальной сети.
На физическом уровне OSGP в настоящее время использует ETSI 103 908 в качестве технологического стандарта. На уровне приложений OSGP ETSI TS 104 001 обеспечивает таблично-ориентированное хранилище данных, частично основанное на стандартах ANSI C12.19 / MC12.19 / 2012 / IEEE Std 1377 для таблиц данных конечных устройств коммунальной отрасли и ANSI C12. 18 / MC12.18 / IEEE Std 1701, за свои услуги и инкапсуляцию полезной нагрузки. Эта стандартная и командная система предназначена не только для интеллектуальных счетчиков и связанных данных, но и для общего назначения для других устройств интеллектуальной электросети.
Проект EDF, Франция, включает управление спросом, управление уличным освещением, удаленный учет и выставление счетов, оптимизацию тарифов для конкретного клиента, управление контрактами, оценку затрат и безопасность газовых приложений.
Есть также много специализированные нишевые приложения, использующие домашнюю электросеть в качестве удобного канала передачи данных для телеметрии. Например, в Великобритании и Европе система мониторинга телеаудитории использует связь по электросети в качестве удобного канала передачи данных между устройствами, которые контролируют просмотр телепрограмм в разных комнатах дома, и концентратором данных , подключенным к телефону. модем.
Технология системы распределения линии связи (DLC) использовала частотный диапазон от 9 до 500 кГц со скоростью передачи данных до 576 кбит / с.
Проект под названием Управление энергопотреблением в реальном времени через Powerlines и Интернет (REMPLI) финансировался с 2003 по 2006 год Европейской комиссией.
В 2009 году группа поставщиков сформировала альянс PoweRline Intelligent Metering Evolution (PRIME).. В состоянии поставки физический уровень - это OFDM с дискретизацией 250 кГц, с 512 каналами с дифференциальной фазовой манипуляцией в диапазоне 42–89 кГц. Его самая высокая скорость передачи составляет 128,6 кбит / с, а максимальная - 21,4 кбит / с. Он использует сверточный код для обнаружения и исправления ошибок. Верхним уровнем обычно является IPv4.
. В 2011 году несколько компаний, включая операторов распределительных сетей (ERDF, Enexis), поставщиков счетчиков (Landis Gyr) и поставщиков микросхем (Maxim Integrated, Texas Instruments, STMicroelectronics, Renesas ) основали альянс G3-PLC для продвижения технологии G3-PLC. G3-PLC - это протокол нижнего уровня, обеспечивающий крупномасштабную инфраструктуру в электрической сети. G3-PLC может работать в диапазоне CENELEC A (от 35 до 91 кГц) или CENELEC B (от 98 кГц до 122 кГц) в Европе, в диапазоне ARIB (от 155 кГц до 403 кГц) в Японии и в FCC (от 155 кГц до 487 кГц).) для США и остального мира. Используемая технология OFDM с дискретизацией 400 кГц с адаптивной модуляцией и тональным отображением. Обнаружение и исправление ошибок выполняется как с помощью сверточного кода , так и с помощью исправления ошибок Рида-Соломона. Требуемый контроль доступа к среде взят из IEEE 802.15.4, стандарта радиосвязи. В протоколе был выбран 6loWPAN, чтобы адаптировать IPv6 сетевой уровень Интернета к ограниченным средам, которыми является связь по линиям электропередач. 6loWPAN объединяет маршрутизацию на основе ячеистой сети LOADng, сжатие заголовков, фрагментацию и безопасность. G3-PLC был разработан для чрезвычайно надежной связи, основанной на надежных и высокозащищенных соединениях между устройствами, включая переход от трансформаторов среднего напряжения к низковольтному. Благодаря использованию IPv6 G3-PLC обеспечивает связь между счетчиками, исполнительными механизмами сети, а также интеллектуальными объектами. В декабре 2011 года технология G3 PLC была признана международным стандартом в ITU в Женеве, где она обозначена как G.9903, Узкополосные приемопередатчики связи по линиям электропередачи с ортогональным частотным разделением каналов для сетей G3-PLC.
Иногда PLC использовался для передачи радиопрограмм по линиям электропередач. При работе в радиодиапазоне AM она известна как система несущего тока.
Высокочастотная связь может (повторно) использовать большие части радиоспектра для связи или может использовать выбранный (узкий) диапазон (и), в зависимости от по технологии.
Связь по линии электропередач также может использоваться в доме для соединения домашних компьютеров и периферийных устройств, а также домашних развлекательных устройств, имеющих порт Ethernet. Адаптер Powerline устанавливает вилку в розетки и устанавливает соединение Ethernet, используя существующую электропроводку в доме (разветвители питания с фильтрацией могут поглощать сигнал линии питания). Это позволяет устройствам обмениваться данными без использования выделенных сетевых кабелей.
Наиболее широко распространенный сетевой стандарт Powerline взят из HomePlug Powerline Alliance. HomePlug AV является самой последней спецификацией HomePlug и был принят группой IEEE 1901 в качестве базовой технологии для их стандарта, опубликованного 30 декабря 2010 года. По оценкам HomePlug, во всем мире развернуто более 45 миллионов устройств HomePlug. Другие компании и организации поддерживают другие спецификации для домашних сетей с линиями электропередач, в том числе Universal Powerline Association, SiConnect, HD-PLC Alliance и ITU-T <99.>спецификация G.hn.
Широкополосная связь по линии электропередачи (BPL) - это система для двусторонней передачи данных по существующей распределительной электропроводке переменного тока среднего (среднего напряжения), между трансформаторами и переменного тока низкого напряжения (низковольтная) проводка между трансформатором и розетками потребителя (обычно от 110 до 240 В). Это позволяет избежать расходов на выделенную сеть проводов для передачи данных и расходов на содержание выделенной сети антенн, радиоприемников и маршрутизаторов в беспроводной сети.
BPL использует некоторые из тех же радиочастот, которые используются в системах эфирного радио. Современный BPL использует расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты, чтобы избежать использования тех частот, которые фактически используются, хотя стандарты BPL ранних периодов до 2010 года этого не делали. Критика BPL с этой точки зрения связана со стандартами до OPERA, до 1905 года.
Стандарт BPL OPERA в основном используется интернет-провайдерами в Европе. В Северной Америке он используется в некоторых местах (например, на острове Вашингтон, штат Висконсин), но чаще используется распределительными компаниями для интеллектуальных счетчиков и управления нагрузкой.
С момента ратификации стандарта LAN IEEE 1901 (HomePlug) и его повсеместной реализации в основных наборах микросхем маршрутизаторов старые стандарты BPL неконкурентоспособны для связи между розетками переменного тока в здании, а также между зданием и трансформатором, где СН встречается с линиями НН.
При передаче по линии электропередачи даже с более высокой скоростью передачи информации используется РЧ через микроволновые частоты, передаваемые через механизм распространения поверхностных волн поперечной моды для этого требуется только один проводник. Реализация этой технологии продается как E-Line. Они используют микроволны вместо нижних частотных диапазонов, до 2–20 ГГц. Хотя они могут мешать радиоастрономии при использовании на открытом воздухе, преимущества скорости, которые могут сравниться с волоконно-оптическими кабелями без новой проводки, вероятно, перевешивают это.
Эти системы требуют симметричной и полнодуплексной связи со скоростью более 1 Гбит / с в каждом направлении. Было продемонстрировано, что несколько каналов Wi-Fi с одновременным аналоговым телевидением в нелицензируемых диапазонах 2,4 и 5,3 ГГц работают по одному проводу линии среднего напряжения. Поскольку основной режим распространения является чрезвычайно широкополосным (в техническом смысле), он может работать в любом месте в диапазоне 20 МГц - 20 ГГц. Кроме того, поскольку он не ограничен диапазоном частот ниже 80 МГц, как в случае высокочастотной BPL, эти системы могут избежать проблем с помехами, связанных с использованием общего спектра с другими лицензированными или нелицензируемыми услугами.
На начало 2010 года к сетям Powerline применяются два совершенно разных набора стандартов.
В домашних условиях стандарты HomePlug AV и IEEE 1901 определяют, как в глобальном масштабе должны использоваться существующие провода переменного тока. использоваться в информационных целях. IEEE 1901 включает HomePlug AV в качестве базовой технологии, поэтому любые продукты IEEE 1901 полностью совместимы с HomePlug AV, HomePlug GreenPHY и HomePlug AV2. С другой стороны, среднечастотные устройства управления домом остаются разделенными, хотя X10, как правило, доминирует. Для использования в электросетях IEEE утвердил стандарт низкой частоты (≤ 500 кГц) под названием IEEE 1901.2 в 2013 году.
Несколько конкурирующих организаций разработали спецификации, включая HomePlug Powerline Alliance, Universal Powerline Association (несуществующая) и HD-PLC Alliance. В декабре 2008 года ITU-T принял Рекомендацию G.hn /G.9960 в качестве стандарта для высокоскоростной связи по линиям электропередач, коаксиальным кабелям и телефонным линиям мобильных сетей. (Торговая организация США) также участвовала в отстаивании стандартов.
В июле 2009 года Комитет по стандартам связи по линиям электропередач IEEE утвердил проект своего стандарта для широкополосной связи по линиям электропередач. Окончательный стандарт IEEE 1901 был опубликован 1 февраля 2011 года и включает функции HomePlug и HD-PLC. Связь по линии электропередачи через устройства, совместимые с IEEE 1901 и IEEE 1905, обозначена сертификатом, принятым всеми основными поставщиками таких устройств в 2013 году. NIST включает IEEE 1901, HomePlug AV и ITU-T G.hn как «Дополнительные стандарты, определенные NIST, подлежащие дальнейшему рассмотрению» для Smart grid в США. Состояния. В 2013 году IEEE также разработал стандарт низкой частоты для интеллектуальных сетей дальней связи под названием IEEE 1901.2.
