摘要：近幾年來，電力通信的發(fā)展一直是綠色能源的關(guān)注重點之一，隨著電力電子技術(shù)進步，電力線的技術(shù)也愈加成熟，所以現(xiàn)在已經(jīng)有大量廠商對這個技術(shù)所帶來的新應(yīng)用感到興趣，例如智能電網(wǎng)、自動讀表系統(tǒng)甚至智能家庭都被視為未來電力線發(fā)展的重要標(biāo)的。因此，智能電網(wǎng)的出現(xiàn)，使得傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡(luò)可以偵測電力供應(yīng)及一般家庭電力的使用狀況，藉此來調(diào)整電力的耗電量，達到節(jié)約能源，增強電網(wǎng)可靠性的目的。本文將針對智能電網(wǎng)的基本概念、技術(shù)發(fā)展及通信標(biāo)準(zhǔn)，提供一個概略性的介紹與整理。
　　
　　電力線通信將*
　　
　　為了掌握各區(qū)域用電的實時情報，電力線通信的涵蓋范圍非常廣，從zui底層的家庭用電到跨越電表至變電站的信息集中器(Concentrator)，或是更高的中壓層通信都必需完整掌控，因此，更要確保不同電壓段的通信質(zhì)量，以提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　
　　因為技術(shù)日漸成熟，電力線的通信質(zhì)量有著飛躍性的增長。隨著應(yīng)用不同，可以分成可遠距離傳送的窄頻PLC(NarrowBandPowerlinecommunication)及短距離但高速度的寬帶PLC(BroadBandpowerlinecommunication)，目前寬帶PLC的物理層(PHYrate)傳輸速度己可達到200M(bps)。因此，智能家庭的應(yīng)用又再次搬上臺面，不僅從室外即可遠程操控家中的電器，電費也不再只能依靠每兩個月一次的賬單，家中所有電器的用電信息可以隨時掌控，再者，只要使用家中的插座即可直接上網(wǎng)，透過有線傳輸讓家里通信不再有死角。
　　
　　可靠的長程通信工具
　　
　　窄頻電力線，是電力線通信發(fā)展初期即存在的技術(shù)，適合用在較長距離的電力線通信技術(shù)。因通信使用500k(Hz)以下頻帶，較不易受到電力線先天環(huán)境的衰減，所以可以傳送較長的距離，但也因此傳輸速率較慢，大多使用在電力監(jiān)控，圖1即為*讀表系統(tǒng)(AMI)的架構(gòu)圖。意大利ENEL電力公司采用一個基于FSK和BPSK調(diào)制的窄帶PLC系統(tǒng)，建構(gòu)一個3500萬用戶的自動電表管理系統(tǒng)即為經(jīng)典的成功案例。　　
　　圖為自動讀表系統(tǒng)的通信環(huán)境示意圖，中國臺灣的電力系統(tǒng)大多是由變電站提供220v電源至各住戶，所以數(shù)據(jù)集中器適合設(shè)置于變電站，再由光纖將各家的用電信息傳至管理服務(wù)器，所以數(shù)字電表的電力信息必需透過圖中紅色電纜傳到變電站的集中器，但此部分電纜建構(gòu)時大多埋在地底下，難以評估其長度，以及是否連接其他電力設(shè)備，因此使用窄頻PLC作為解決方案。
　　
　　如上述，窄頻電力線通信雖然并非新一代的技術(shù)，但隨著通信技術(shù)增長，不論是通信速度或是對抗噪聲的調(diào)變技術(shù)都有大幅增長。當(dāng)下已有許多國家有制定自己的窄頻通信規(guī)范，例如北美的美國聯(lián)邦通信委員會FCC(9k~490kHz)，在歐洲，則由1976年成立于比利時的CENELEC制定其規(guī)范(3kHz~148.5kHz)，以及日本電波產(chǎn)業(yè)會ARIB(10kHz~450kHz)等等。
　　
　　近來，許多之前使用在數(shù)字通信的調(diào)變技術(shù)都被拿到電力線通信上使用例如FSK、PSK、展頻等等，其中zui熱門的莫過于使用多載波的OFDM調(diào)變技術(shù)，主要原因在于其抗信道衰減及噪聲干擾的優(yōu)異表現(xiàn)，也因此，歐洲的G3及PRIME兩個窄頻電力線解決方案都是采用這個技術(shù)。
　　
　　*的高速通信
　　
　　因為芯片制程技術(shù)進步及新調(diào)變技術(shù)表現(xiàn)優(yōu)異，PLC通信的速度成功突破瓶頸，2006年，新的HomePlugAV規(guī)范使速度達到189M(bps)。自此，PLC通信技術(shù)不再被局限只能用于自動控制，而是真正進入高速信息通信的殿堂。
　　
　　目前，HomePlug聯(lián)盟正積極制定下一代新的通信標(biāo)準(zhǔn)HomePlugAV2，預(yù)期傳輸速率可達1G(bps)，且支持多重串流的1080p高畫質(zhì)影音、3D影音等等主流應(yīng)用，預(yù)期在今年第3季問世。此外，在智能家庭方面，該組織日前擬定的HomePlugGreenPHY(GP)窄頻標(biāo)準(zhǔn)已獲選為美國家電制造商協(xié)會(AHAM)智能電網(wǎng)產(chǎn)品的主要通信協(xié)議，使得未來家庭電網(wǎng)的兼容性又大大提升。
　　
　　目前PLC業(yè)界有3個比較大的標(biāo)準(zhǔn)組織，分別是HomePlug、UPA及CEPCA。HomePlug是由HomePlugPowerAlliance業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)組織制定，主要成員是由美國PLC制造業(yè)者組成。UPA，全名UniversalPowerlineAssociation，是另一個寬帶電力線通信標(biāo)準(zhǔn)，由西班牙DS2公司為中心所成立的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)組織。CEPCA消費電子電力線通信聯(lián)盟，Panasonic為主的業(yè)界聯(lián)盟組織，使用WaveletOFDM調(diào)變技術(shù)是與前兩者zui大的不同之處。上述三個寬帶電力線規(guī)范以市場分布及聯(lián)盟成員來區(qū)別大致可以分成HomePlug(美規(guī))、UPA(歐規(guī))、CEPCA(日規(guī))。
　　
　　由于當(dāng)下并沒有一個通用的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，電信聯(lián)盟(ITU-T)、IEEE便著手于此，希望不久將來寬帶PLC可以像Ethernet或WiFi一樣有一個通用的標(biāo)準(zhǔn)流通于市面上。
　　
　　新一代整合界面標(biāo)準(zhǔn)-G.hn
　　
　　G.hn是由ITU-T制定，并由HomeGrid論壇推動的新標(biāo)準(zhǔn)，目的在于統(tǒng)一PLC及其他所有家用的高速通信規(guī)格。G.hn能在短時間內(nèi)迅速竄起除了可以同時兼容電力線、同軸電纜與線之外，在使用同軸電纜作為傳輸媒介時傳輸速率更可達到700M(bps)，其通信速度可用在更廣泛且熱門的應(yīng)用之中也是業(yè)界看好其發(fā)展性的重點之一。
　　
　　電力線通信先天的阻礙
　　
　　因為電力線本是為了供應(yīng)用電而不是設(shè)計用于通信，所以要在這個環(huán)境下通信必須克服許多先天的不良因素。例如在變壓器(11.4kv～220kv)到家用電表端間的通信，如同圖2所示，即AMI系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送信道，在此環(huán)境中即可能遇到電力線通道在地下，無法預(yù)估長度或是分接予其他用戶的情形，這些都可能導(dǎo)致通信上的困難。
　　
　　窄頻電力線方面如同先前所述因為較不易受到環(huán)境衰減，所以大多使用在中壓或是AMI的遠距離傳輸，但也因為使用的傳輸頻帶較低(約在1M(Hz)以下)，所以容易受到電器噪聲的影響。相較之下，窄頻電力線受到的干擾，寬帶電力線則是高頻通道衰減較為嚴重。圖4所示即為真實電力線的噪聲量測結(jié)果，可以看出噪聲多集中在低頻帶。圖5顯示是同場域量測的通道響應(yīng)，從接收功率的分布情形得知高頻部分可能受到的嚴重衰減而并非噪聲干擾。當(dāng)然，在室內(nèi)使用之電力線通信也可能因為家中電器使用或是大負載電器而造成信號衰減，這些都是先天即存在且必須克服的不利因素。
　　
　　結(jié)語
　　
　　電力線通信不論是寬、窄頻近年來都已成為綠色能源的要角。如同前述，小自家庭電力網(wǎng)絡(luò)，大到都市電力系統(tǒng)，已訂定的通信規(guī)范雖然很多，但因為各國的電力系統(tǒng)設(shè)計不同，使用的效果也不盡相同，不論是AMI系統(tǒng)或是智能電網(wǎng)都必須選定zui合適的規(guī)范或是傳輸協(xié)議，甚至是制定出屬于電力系統(tǒng)的規(guī)范。然而，這些都是必須經(jīng)過大量實地測試之后才可以得出定論，在這過程中也需要政策的大力支持，因為智能電網(wǎng)涉及到的范圍不僅僅是技術(shù)面，先期的推動還必須仰賴政策面，及補助政策以及制造商和企業(yè)的配合。因此，zui終的議題還是回歸到”人”身上，需要全民的支持，大家都有共識，才能達到zui終結(jié)能減碳的*目標(biāo)。期許在不久將來，智能電網(wǎng)、智能家庭就可以成為大家耳熟能詳且zui生活化的技術(shù)。