章維揚(yáng)　（安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230001）

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電力線載波通訊技術(shù)在民用建筑能耗檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用

章維揚(yáng)（安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230001）

著重闡述了電力線載波通信技術(shù)在民用建筑能耗檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用。城市建筑向智能化、信息化、節(jié)能化發(fā)展，低壓電力線載波通信技術(shù)在建筑能耗檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)可靠傳輸、遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，提高了監(jiān)控的效率。文章主要就低壓電力載波通信技術(shù)在建筑能耗管理系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

建筑能耗檢測系統(tǒng)；電力線載波通信；建筑能耗監(jiān)測

1　概述

1.1建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)

建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)是運(yùn)用先進(jìn)的測控技術(shù)、通訊技術(shù)和大容量、高效率數(shù)據(jù)采集技術(shù)，以多級服務(wù)器實(shí)現(xiàn)分布式能源數(shù)據(jù)采集的集中管理體系，為智能建筑的能耗設(shè)備管理提供必要的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對用戶能耗設(shè)施、能耗細(xì)節(jié)和能耗趨勢的全面掌控。更重要的是能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以對建筑內(nèi)的能耗開展持續(xù)的節(jié)能減排工作，為用戶提供能耗數(shù)據(jù)依據(jù)，對所計(jì)量的能耗數(shù)據(jù)作綜合分析和評估，從中找出問題并采取措施，對不斷提高能源利用率具有特別重要的意義。通過統(tǒng)計(jì)每一種能源分時分段消耗的數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)每一種能源總消耗的數(shù)據(jù)以及統(tǒng)計(jì)整個建筑的能源總消耗數(shù)據(jù)，對統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行分析匯總，考核單項(xiàng)能耗和綜合能耗兩項(xiàng)指標(biāo)，根據(jù)同期的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行歷史比較，找出降低能耗的潛力及措施。

1.2電力線載波通信

電力線載波通信（Power LineCommunication簡稱PLC），電力線載波是電力系統(tǒng)特有的、基本的通信方式,電力線載波通信是指利用已有的電力網(wǎng),通過載波調(diào)制方式將模擬或數(shù)字信號進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。具體的方法是在應(yīng)用電力線通信方式發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送器先將數(shù)據(jù)調(diào)制到一個高頻載波上，再經(jīng)過功率放大后通過耦合電路耦合到電力線上。該技術(shù)最大特點(diǎn)是僅依托原有的電力線網(wǎng)絡(luò)，不需要重新布線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，具有施工簡便、運(yùn)行可靠，成本較低等特點(diǎn)。

1.3電力載波通訊應(yīng)用模式

電力載波通訊應(yīng)用模式分為用電信息采集模式和數(shù)據(jù)通訊模式。用電信息采集模式分為：大型專變用戶的信息采集模式、公配變下單相和三相用戶采集模式。通過遠(yuǎn)程抄表可對用戶用電信息進(jìn)行采集匯總，集中抄表終端包含集中器和采集器兩個部分，采集模式分為三種方式：集中器+載波表；集中器+采集器+RS-485表；網(wǎng)絡(luò)集中器+寬帶載波采集器+RS-485表。數(shù)據(jù)通訊模式分為遠(yuǎn)程通訊和本地通訊兩大類。在諸多通信媒體中（如：紅外線、RS-485專線、無線電、電話線、光纖、電力線及同軸電纜等）電力線載波通信技術(shù)應(yīng)該是最為經(jīng)濟(jì)、便捷、可靠的一種形式。

1.4電力線載波通信的特點(diǎn)

電力線載波具有通信距離長、投資少、施工工期短、設(shè)備簡單及可靠性高的特點(diǎn)，在遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)時，對傳輸線路的要求較高，而應(yīng)輸電線結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，安全系數(shù)比光纖高，運(yùn)行更為可靠。這種廉價的、電力系統(tǒng)獨(dú)有的信道資源應(yīng)加以合理的發(fā)展，使之與高速寬帶技術(shù)長期并存，互為補(bǔ)充。

數(shù)字通信是現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展的方向，數(shù)字載波機(jī)由于采用語音壓縮技術(shù)、正交幅度調(diào)制、自適應(yīng)均衡、糾錯編碼以及回波抵消技術(shù)，數(shù)字通信的發(fā)展，給電力線載波通信開辟了極為廣闊的前景，數(shù)字載波機(jī)極大地提高了傳輸容量，減少了電力線載波通信所需通道的數(shù)量，有效地節(jié)約了運(yùn)行頻率資源。采用數(shù)字通信技術(shù)對電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，是未來發(fā)展的方向。

2　建筑能耗監(jiān)測

2.1智能建筑節(jié)能檢測

智能建筑的節(jié)能通常是由建筑節(jié)能、設(shè)備節(jié)能和管理節(jié)能三大部分組成。智能建筑能耗檢測管理系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)采集到的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測建筑中的所有能耗設(shè)備的能量使用狀況，并通過計(jì)算數(shù)據(jù)發(fā)出控制指令來不斷調(diào)節(jié)設(shè)備參數(shù)及工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化、節(jié)能化。

圖1　能耗監(jiān)控系統(tǒng)圖

電力線載波技術(shù)可用來實(shí)現(xiàn)對智能建筑設(shè)備的集中或分散控制，其原理是將電力載波技術(shù)集成后嵌入到各前端、末端設(shè)備中去，利用建筑內(nèi)現(xiàn)有的電力線路作為載波通信媒介，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備之間的通信與控制，達(dá)到智能建筑控制網(wǎng)中智能電器設(shè)備的互聯(lián)互動。通過網(wǎng)絡(luò)隨時查詢所有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，通過集中器可在任一點(diǎn)位集中控制區(qū)域內(nèi)所有智能設(shè)備。

2.2遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)

遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)是電力載波通訊在智能控制網(wǎng)的重要應(yīng)用之一。系統(tǒng)功能特點(diǎn)：遠(yuǎn)程自動抄表、遠(yuǎn)程控制電表拉合閘、水泵閥門開合等，實(shí)時查詢用戶用能量值。在公共區(qū)域的用水環(huán)境中，可以采取以人流的高低對流量大小進(jìn)行控制；對所有建筑的共公區(qū)域，在節(jié)假日期間進(jìn)行節(jié)流、斷水；還可安裝漏水檢測設(shè)備，因器具的損壞和人為原因造成的漏水、爆管能夠及時發(fā)現(xiàn)及時到場維修。與物業(yè)收費(fèi)管理系統(tǒng)聯(lián)為一體，實(shí)現(xiàn)自動抄表及計(jì)費(fèi)，控制非法竊電，減少人力及管理成本，自動保存抄讀的歷史數(shù)據(jù)等。

2.3遠(yuǎn)程路燈監(jiān)測系統(tǒng)

近年來市政建設(shè)快速發(fā)展、政府大力加強(qiáng)推行節(jié)能減排工作，隨著管理水平提高的要求和監(jiān)控技術(shù)、圖像監(jiān)視技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，使道路照明具有“五遙”（遙測、遙控、遙信、遙調(diào)、遙視）功能。

遠(yuǎn)程路燈監(jiān)控系統(tǒng)是利用電力載波技術(shù)，通過已有的電力線路將路燈照明系統(tǒng)升級為智能照明系統(tǒng)。在保證道路安全的同時節(jié)省電能，延長燈具壽命以及降低運(yùn)行維護(hù)成本。提供路燈照明設(shè)備的分回路、分區(qū)域、分時段的節(jié)能控制，按照度需求進(jìn)行智能通斷。實(shí)時監(jiān)控照明設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制。

遠(yuǎn)程路燈監(jiān)控系統(tǒng)功能特點(diǎn)具有全天候、長距離自動監(jiān)控，可細(xì)化到對單一燈具的電壓、電流、開關(guān)、溫度等狀態(tài)進(jìn)行單燈故障狀態(tài)自動檢測并上傳數(shù)據(jù)。

2.4應(yīng)用亮點(diǎn)

電力載波通訊系統(tǒng)技術(shù)在民用建筑設(shè)備能耗管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對三表（電表、水表、燃?xì)獗恚?shù)據(jù)遠(yuǎn)程抄收及控制的應(yīng)用創(chuàng)新和突破，完成了由人工逐戶抄表、控制、管理、收費(fèi)轉(zhuǎn)換為自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理，系統(tǒng)可具有遠(yuǎn)程自動抄表、實(shí)時結(jié)算、價格變更、計(jì)量收費(fèi)、實(shí)時監(jiān)測、通斷控制等各種人性化管理服務(wù)功能?？蓪?shí)現(xiàn)市政路燈、綠化灌溉、空調(diào)控制、供暖控制、公共用水、公共照明、景觀照明、辦公建筑、各種場館等的節(jié)能降耗管理與科學(xué)調(diào)配管理。

數(shù)字通信的發(fā)展，也給電力載波通信提供了更加廣闊的應(yīng)用前景，有了數(shù)字載波機(jī)，信號的傳輸容量大幅度提高，減少了電力線載波通信所需通道的數(shù)量，有效地節(jié)約了運(yùn)行頻率資源。采用數(shù)字通信技術(shù)對電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，是未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要方向。

3　電力載波目前存在的問題

與10kV及以上中高壓電力線作為信號傳輸通道不同，低壓電力線載波通訊因?yàn)橛幸韵氯秉c(diǎn)，使得目前市場還未能普遍應(yīng)用。

①低壓電力線上的負(fù)荷接入較多，電器頻率特性各不相同，阻抗時變性和隨機(jī)性大，很難達(dá)到阻抗匹配；

②電力線其自身存在固有的電磁脈沖干擾，對信號的影響較大；

③配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用，使得電力載波信號只能在一個配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送，這對網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)有很大的限制；

④由于電力線對電力載波信號的削減作用，當(dāng)電力線重負(fù)荷運(yùn)行時時，線路阻抗可達(dá)1歐姆以下，造成載波信號的高削減，傳輸距離也將大幅度減??；

⑤電力線上的高噪聲、電力線引起的數(shù)據(jù)變形、防雷電技術(shù)措施不完善、專屬儀器儀表配置不完備等問題的存在，也在相當(dāng)大的程度上影響了載波通信的可靠性。

保證在電力線上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信可靠的必要條件是：信號的傳輸距離不能太遠(yuǎn)；傳輸信號的頻率設(shè)在100～450kHz。目前，低壓電力線載波通信正在向使用擴(kuò)頻技術(shù)的方向發(fā)展，用以克服電力通道特性的不理想。

4　結(jié)語

把載有信息的高頻信號加載于電流，然后用電線傳輸，接受信息的調(diào)制解調(diào)器再把高頻從電流中分離出來，以輸電線路作為信號的傳輸媒介傳送到電腦，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。目前，人們可以利用電力線來傳輸數(shù)據(jù)、電話、遠(yuǎn)動和遠(yuǎn)方保護(hù)信號等。由于電力線機(jī)械強(qiáng)度高，可靠性好，不需要線路的基礎(chǔ)建設(shè)投資和日常的維護(hù)費(fèi)用，因此電力線載波具有較高的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，在民用建筑能耗檢測系統(tǒng)中應(yīng)該得到更廣泛的應(yīng)用。

[1] 楊剛.電力線通信技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2]王昕.電力線載波通信系統(tǒng)存在的問題及解決方案[J].西南科技大學(xué)學(xué)報，2004(1).

TU111.19+5

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1007-7359(2016)03-0242-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.088

章維揚(yáng)（1963-），男，安徽蕪湖人，高級工程師，主要從事智能建筑及電氣工程設(shè)計(jì)、技術(shù)管理工作。