【工业4.0案例分析之104】宽带电力线通信技术BPL实现智能配电网络

与电力传输网络的情况相反，在低压和中压范围内几乎没有对能源配电网络的运行状态进行实时监测。随着在配电网中分散式传感设备数量的迅速增长，对于配电网络的主动控制和实时监控的需求变得越来越迫切，对于这两者的需求都是为了继续保障电力能源稳定的可供性和高效性。目前配电网运行状态往往只能通过成本高昂的测量方法逐条逐项地检测，或者通过配电网快照来掌握运行状况。而对客户端，例如在脑电图描记器、电路储能原件、控制器上，对电缆属性的缓慢变化或系统故障进行识别是非常困难的，因此故障发生时通常为时已晚。 

然而这类故障以及配电网络运行状态变化同样可以通过在宽带电力线通信技术（BPL）中配电网数据传送的高频特性进行识别。

目前,宽带电力线通信技术（BPL）在许多配电网络的测量系统和分布式控制系统中使用。来自伍珀塔尔大学的Markus Zdrallek博士解释道：“随着BPL技术的电力及电信网络智能的结合，BPL技术对于智能电网来说是一项非常具有吸引力通信技术。

2015年1月8日，在曼海姆（位于德国巴登-符腾堡州），“配电网络中的传感器”研究项目中，配电网络和相关设备运行状态分析的问题上开发出了一种全新且更具经济效益的方式。在该项目中，利用对宽带电力线上数据传输的频率分析来完成配电网运行状态实时监测，以及设备及电网故障探测。该项目由Power Plus通讯股份公司主导,在德国联邦教育及研究部（BMBF）提倡的“未来电力网络”概念的框架下,以大约250万欧元的预算总额推动运行。

在“配电网络中的传感器”项目中，合作伙伴分工明确，PPC股份公司是BPL的主要供应商，EVL公司是技术总监，乌珀塔尔大学是长期的研究伙伴，以及德国耐克森（Nexans）电力配件公司是数据线和设备制造商。

目前，宽带电力线通信技术（BPL）在许多配电网络的测量系统和分布式控制系统引入的范围内进行使用。来自伍珀塔尔大学博士兼教授Markus Zdrallek解释道：“随着BPL技术中的电力及电信网络智能的结合，BPL技术对于智能电网来说是一项非常具有吸引力通信技术。

该项目的目标是开发一个方案，利用电力线宽带数据传输的频率分析来收集网络状态并检测故障。因此，低/中压范围内的临界网络状态以及网络中当前可预见的扰动都可以在客户设备中被收集。所收集的状态数据可应用于电网运行和扩展规划。另外，项目伙伴还要检查，怎么才能通过简单的测量传感器更高效地获得额外的测量数据。开发一个用来解释数据的软件分析工具将被提上日程。

EVL技术总监Ulrik Dietzler博士说道：“我们希望可以从电力线宽带通信的传输质量变化中跳出，利用一些其他的测量值，未来可以相对快和简单地描述网络状态。这也是更具弹性并成本不高。”

这个为期三年的项目于2014年11月开始，预计于2017年10月结束。

Nexans公司

德国Nexans公司是欧洲领先的电缆制造商之一，它提供广泛的电缆和布线解决方案，能够为全球客户的生活带来能源。Nexans的团队致力于维持长期合作伙伴关系，在输配电（海底和陆地）、能源资源（石油和天然气，采矿和可再生能源）、交通（道路，铁路，和建筑（商业，住宅和数据中心）等四个主要业务领域服务客户。Nexans的商业战略建立在产品、解决方案和服务、员工发展、客户培训、环保工业过程等方面的持续创新上。Nexans是欧洲电线电缆制造商协会的成员，也是“可再生工业宪章”的签署人之一。“可再生工业宪章”的签署成员承诺会以生产可持续的和高质量的电缆为原则和目标。2013年，Nexans成为第一个为全球弱势群体引入能源可再生线缆的供应商。Nexans公司的工厂遍布40个国家，雇用近26 000人，在2015年创造了62亿欧元的销售额。Nexans已经在纽约泛欧交易所上市

EVL公司

勒沃库森市能源供应股份有限公司（EVL）是围绕能源和城市基础设施建设的现代化服务提供者。EVL公司作为勒沃库森市区当地公用事业公司，拥有近380名员工，提供与电力、燃气、集中供热、区域供热、水和能源相关的服务。EVL公司是勒沃库森地区最大的公司之一，为城内约162 000人带来活力、光和热。EVL公司还负责管理城市路灯并参与提供快速访问互联网的光纤网络的扩建。 

Power Plus公司

Power Plus通讯股份公司总部设在曼海姆，是宽带电力线通信系统和智能电表网关技术的领导者。Power Plus公司两位董事——Ingo Schönberg (首席执行官) 和Eugen Mayer （首席运营官）自2001年公司创办以来一直领导公司发展。Power Plus通讯股份公司的股东包括气候变化资本集团私募股权基金，西门子财务服务创业投资有限公司和英国燃气风险投资集团以及两名董事会成员和其他员工。

BPL技术简介

宽带电力线通信技术（BPL），兴起于20世纪90年代初，是指带宽限定在2—30MHz之间、通信速率在1Mbps以上的电力线载波通信。宽带电力线通信技术无须重新布线，只要利用现有的配电网，再加上一些PLC局端、中继、终端设备以及附属装置，即可将原有的电力线网络变成电力线通信网络，原有的电源插座变为信息插座。该技术通过电力线路构建高速因特网，可完成数据、语音和视频等多业务的承载，最终实现“四网合一”。终端用户只需插上电源插头，就可以接入因特网，接收电视频道节目，打电话或可视电话。BPL技术拥有广阔的应用前景，目前其应用领域包括：

• 智能家居服务系统

智能家居服务系统是智能电网用电环节的重要组成部分，主要由社区服务主站综合管理平台和用户服务智能交互终端平台组成。系统通过家庭智能交互终端或交互机顶盒完成用户和电网之间的互动，实现查询、物业、配送、网络增值、医疗等一系列特色服务和电热水器、空调、电冰箱等家庭灵敏负荷的用电信息采集和控制功能，并建立集紧急求助、燃气泄露、烟感、红外探测于一体的家庭安防系统，开通电话、互联网的三网融合业务等。该系统集中体现了智能电网技术先进、经济高效、服务多样、灵活互动、友好开放的特征。是智能家居服务系统组成结构。

• 电力线通信系统

电力线通信系统采用宽带电力线通信技术作为主要接人通信手段，采用光纤、中压宽带载波及公网无线通信作为补充接人通信手段，实现了对电力终端用户用电信息的采集与监控，并且为智能用电管理和智能家居的实现提供了双向实时通信通道。电力终端用户在享受智能化电力供应的同时，不仅可以随时与电网等企业进行全面的信息互动，还能体验电力宽带上网、IP电话以及远程教育、远程办公、远程医疗、智能化家居等信息服务，这些资源和服务随同用电一起，即取即用，方便快捷。

• 电力用电信息实时采集系统

电力用电信息实时采集系统满足国家电网“全覆盖、全采集、全费控”的建设要求，可实现电力终端用户用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互以及采集终端等相关通讯设备的运行监控、故障监测等功能。该系统使用以下采集方案。

宽带载波采集方式：采用“宽带集中器+宽带采集器+485电表”／“宽带集中器+宽带载波电表”的组网方式。通过在用户侧安装控制开关，对用户侧开关进行远程开合闸控制，实现用户预付费功能。宽带载波采集方式具有支持双向传输，抗噪能力强、通信速率高、误码率低的特点，在TCP／IP通信协议基础上使用并发通信机制，缩短了抄表的时间周期。宽／窄带载波融合采集方式：采用“宽窄带融合集中器+宽窄带融合采集器+宽(窄)带载波电表”的组网方式，实现远程控制功能、远程预付费管理及100％抄收成功率。宽窄带载波融合采集方式中的采集器和集中器是集合宽带载波通信和窄带载波通信功能于一体的数据采集和通信设备，既可与“宽带采集器”和“宽带载波电表”组成宽带电力线通信网络，也可与“窄带采集器”和“窄带载波电表”组成窄带电力线通信网络，并且宽、窄带通信网络可以同时工作、互不干扰。该方式既有宽带信息采集系统高速、准确的优点，也有窄带信息采集系统成本低、安装方便的优势。