ofdm通信技术在ami及智能用电中的应用

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1、OFDM通信技术在AMI及智能用电中的应用崔玉峰杨晴张林山（云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院，云南昆明650217）摘要智能用电是智能电网的重要组成部分。其途径是通过智能开关、智能插座、远程遥控、智能安防、家庭电能网关（HomeEnergyGateway）等技术手段，配合智能小区系统、动态电价信息等，实现节能、安全、方便、舒适的智能家居环境，以及用户与电网的互动。电力线载波技术作为新技术，在智能用电中有着重要作用。关键字OFDM电力线载波智能用电一、前言智能微网信息的采集及交互包括智能电网最后500米及最后50米两方面。智能电网

2、涉及到发电、输电、配电、用电等所有环节的智能化建设。而AMI（先进量测体系）主要包括用电端的量测、信息采集及用电管理等是智能电网的重要组成部分，智能电表及通信是AMI的核心，而低压变压器500米供电半径区域内的通信问题是AMI信息采集及信息交互的基础。用户端能源监测及智能用电是智能电网建设和发展的核心目的之一。除了通过智能电表的用电信息采集及信息交互外，楼宇及家庭内的电器设备的用电监测及智能用电控制十分重要。显然，针对这些设备的通信及信息交互问题成为智能电网这最后50米的核心之一。近年来，大家在考虑多种技术和方案，包括光纤到户、RF无线及电

3、力线载波技术等。光纤到户可以提供宽带及可靠的通信性能。但具有布线施工以及维护成本高等缺点。RF无线具有无需布线的优点，但需要进行频率规划，RF无线电频谱资源有限，信号穿透性不强，存在通信盲点，信号易受干扰。相比较而言，电力线载波由于具有一系列的优点而被广泛采用，这些优点包括：Ø充分利用电力系统所拥有的现有电力线资源。智能电表及电器设备本身就与电力线相连接，因而不需要额外及专门线路维护。Ø与有线方式相比,无需要重新布线Ø与RF无线方式相比,可以穿墙越壁,无需要频率规划Ø被国家选定为电力用户用电信息采集主要技术当然，目前的电力线载波技术还存在着

4、很多局限性，例如数据速率低、抗干扰能力差、信道自适用能力差等。这些都需要通过技术的进步来解决，这也是OFDM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。二、OFDM通信技术国内外发展由于智能电网的发展，以及智能电网信息采集及信息交互对电力线载波所提出的新的、更高的要求，OFDM高速电力线载波技术近年来迅速发展，并正成为下一代低压电力载波通信的主要技术。2009年西班牙电力发布了其应用于智能电表的OFDM电力线载波标准PRIME（PoweRlineIntelligentMetering），物理层使用10–95kHz频段,OFDM/DB

5、PSK/DQPSK调制，支持数据速率20–128kbps。法国电力ERDF在2009年也颁布了其OFDM电力线载波标准G3AMM，物理层使用35.9kHz-90.6kHz频段，采用OFDM/DBPSK/DQPSK调制，支持数据速率33.4kbps。此外，目前欧洲IEC也正在征集OFDM标准提案。同时，国外多家芯片公司已推出了OFDM电力线载波芯片。在国内，清华力合旗下的深圳市力合微电子有限公司是国内较早开始研发OFDM电力线载波技术及芯片的公司，其OFDM高速电力线载波芯片近期可能推出，可能是国内第一家。表1为低压电力线载波技术应用情况。低

6、频段（<500kHz）宽带（1–30MHz）低速（<10kbps）高速(x10kbps)宽带（x10Mbps）简单调制简单正交多载波正交多载波（OFDM）正交多载波（OFDM）FSK,BPSK正交四载波数百至数千子载波数千子载波120–450kHz40–500kHz40–500kHz1–30MHz主要应用于国内国内外应用国内外应用主要是国外应用表1低压电力线载波技术应用三、OFDM通信技术研究无论在用电信息采集系统，或者楼宇及家庭能源管理系统，电力线载波网络的关键技术主要包括以下三个层面，如图1所示。应用层（能效管理、用电信息采集与发布、多

7、渠道缴费、智能家电控制、分布式能源接入及储能、电动汽车充电、增值服务等）MAC层物理传输及链路层图1通信协议架构物理层:包括电力线载波信号调制及接收技术，信号注入及藕合。物理层是抗干扰能力及提供可靠的点对点数据传输的根本保障；数据链路层：包括MAC子层（即介质接入控制层）及LLC子层（即逻辑链路层）。MAC子层涉及CSMA/CA（载波侦听及避碰）信道接入,节点寻址,路由及中继,在物理层的支持下,为LLC子层提供双向端对端数据通信服务。逻辑链路子层(LLC)为应用层及网络管理提供双信端对端数据通信服务；应用层：例如DT/L645,698.42

8、及网络管理等，取决于具体的系统应用。对于用电信息采集系统，应用层已经有了比较完善的标准体系。3.1电力线载波物理层技术挑战物理层技术决定了数据速率，抗干扰能力及点对点通信可靠性。