應用于智能電網的PLC通信標準

緒論

近幾年來，電力通信的發展一直是綠色能源的關注重點之一，隨著電力電子技術進步，電力線的技術也愈加成熟，所以現在已經有大量廠商對這個技術所帶來的新應用感到興趣，例如智能電網、自動讀表系統甚至智能家庭都被視為未來電力線發展的重要標的。因此，智能電網的出現，使得傳統電力網絡可以偵測電力供應及一般家庭電力的使用狀況，藉此來調整電力的耗電量，達到節約能源，增強電網可靠性的目的。本文將針對智能電網的基本概念、技術發展及通信標準，提供一個概略性的介紹與整理。

電力線通信將無所不在

為了掌握各區域用電的實時情報，電力線通信的涵蓋范圍非常廣，從最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量，以提升系統的穩定性。

因為技術日漸成熟，電力線的通信質量有著飛躍性的增長。隨著應用不同，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，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，是電力線通信發展初期即存在的技術，適合用在較長距離的電力線通信技術。因通信使用500k(Hz)以下頻帶，較不易受到電力線先天環境的衰減，所以可以傳送較長的距離，但也因此傳輸速率較慢，大多使用在電力監控，圖1即為先進讀表系統(AMI)的架構圖。意大利ENEL電力公司采用一個基于FSK和BPSK調制的窄帶PLC系統，建構一個3500萬用戶的自動電表管理系統即為經典的成功案例。

圖為自動讀表系統的通信環境示意圖，臺灣的電力系統大多是由變電站提供220v電源至各住戶，所以數據集中器適合設置于變電站，再由光纖將各家的用電信息傳至管理服務器，所以數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備，因此最適合使用窄頻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，但隨著通信技術增長，不論是通信速度或是對抗噪聲的調變技術都有大幅增長。當下已有許多國家有制定自己的窄頻通信規范，例如北美的美國聯邦通信委員會FCC(9k~490kHz)，在歐洲，則由1976年成立于比利時的CENELEC制定其規范(3kHz~148.5kHz)，以及日本電波產業會ARIB(10kHz~450kHz)等等。

近來，許多之前使用在數字通信的調變技術都被拿到電力線通信上使用例如FSK、PSK、展頻等等，其中最熱門的莫過于使用多載波的OFDM調變技術，主要原因在于其抗信道衰減及噪聲干擾的優異表現，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。