ВЧ-связь по ЛЭП.

DCS3000 использует качественную технологию передачи данных OFDM — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов. Надежная технология обеспечивает автоматическую адаптацию к изменениям в сети передачи. При этом передаваемая информация в определенном диапазоне оптимально модулируется на нескольких отдельных несущих и передается в стандартизированном для электросетей диапазоне CENELEC (от 9 до 148 кГц). При соблюдении разрешенного диапазона частот и мощности передачи необходимо преодолеть изменения в конфигурации электросети, а также типичные для электросети помехи, например, широкополосный шум, импульсные помехи и узкополосные помехи. Дополнительно обеспечивается надежная поддержка функции передачи данных с использованием стандартных протоколов путем повторения пакетов данных в случае неисправности. Система DCS3000 была разработана для низкоскоростной передачи данных относящихся к службам электроснабжения в диапазоне от 4 кГц до 24 кГц.

Для подключения приёмопередатчиков к кабельным и воздушным ЛЭП используется блок согласования. Блок согласования был специально разработан для обеспечения электробезопасности обслуживающего персонала при сопряжении приемопередающей аппаратуры с высоковольтным кабелем. В этом запатентованном устройстве использован способ возбуждения сигнала в силовом кабеле со стороны бронирующей оплетки. При этом в состав устройства согласования PLC-приемопередатчика с высоковольтным кабелем входит высокочастотный трансформатор. Таким образом, схема устройства согласования не отличается от традиционно используемых в системах ВЧ связи и реализуется в соответствии с патентом.

типовая блок-схема PLC-модема от TI.

В реальной жизни компании, использующие данную технологию, сталкиваются с проблемой низкой скорости передачи данных и слабой помехозащищенностью. Если первая проблема успешно решается и уже приняты спецификации-ориентиры, в которых определена скорость до 14 Мб/сек., то проблема помехозащищенности продолжает оставаться ключевой. Источниками помех являются галогенные лампы, различного рода высокочастотные преобразователи, некачественная бытовая аппаратура, а также переходные процессы, возникающие при коммутации мощных электроприборов, оборудованных электрическими двигателями. К тому же поиск источника помех является отдельной, весьма трудоёмкой задачей. Технические проблемы усугубляются правовыми и организационными. Принцип «мой дом – моя крепость» значительно осложняет поиск источника помех. Даже если помеха локализована, устранить ее практически очень сложно. Поэтому данный вид связи относят связь с негарантированной доставкой информации

PLC -технология.
Технология PLC (Power Line Communication) – телекоммуникационная технология, базирующаяся на использовании силовых электросетей для высокоскоростного информационного обмена. Эксперименты по передаче данных по электросети велись достаточно давно, но низкая скорость передачи и слабая помехозащищенность были наиболее узким местом данной технологии. PLC-технология использует различные виды модуляции, каждая из которых имеет свои недостатки и преимущества.

Для обеспечения надежного взаимодействия и возможности расширения существующих систем предпринимались попытки создания неких шаблонов решений, инициируемые некоммерческими организациями. Одна из первых – IDIS  некоммерческая  ассоциация производителей интеллектуальных приборов учета, занимается продвижением технических решений, обеспечивающих взаимодействие приборов различных производителей в соответствии со стандартом IEC 61334 (S-FSK), утвержденном в конце 1990-х гг. В стандарте даны общие требования к системам автоматики с распределенными каналами связи, в которых в качестве физической среды для передачи данных используются электросети среднего и низкого напряжения.

Используемая модуляция S-FSK обеспечивает приемлемую надежность передачи данных в условиях нестабильности параметров канала связи, поэтому широко используется в сетях типа AMR (Automatic Meter Reading – автоматическое считывание показаний счетчиков) или АСКУЭ. Однако существенным недостатком этого вида модуляции является сравнительно невысокая скорость передачи данных и слабая помехоустойчивость для использования в нестабильных сетях.

Но прогресс не стоит на месте, и появление более мощных DSP - процессоров (Digital Signal Processor – цифровые сигнальные процессоры) дали возможность использовать более сложные способы модуляции сигнала, такие как OFDM модуляция (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), что позволило значительно продвинуться вперед в реализации технологии PLC, и, как следствие, осуществить переход на более усовершенствованные системы контроля AMI (Advanced Metering Infrastructure) и комплексные автоматизированные распределенные системы управления AMM (Automated Meter Management). В конечном итоге необходимо отметить, что именно использование помехоустойчивых и скоростных модификаций стандарта PLC позволяет расширить функциональность автоматизированных систем типа AMR/AMI/AMM.

При использовании OFDM-модуляции увеличение пропускной способности происходит не за счет сокращения длительности передаваемых символов, а благодаря существенному увеличению числа информационных каналов (поднесущих).

Наибольшее распространение в настоящее время получают спецификации PLC OFDM, предложенные альянсами PRIME (www.prime-alliance.org) и G3 (www.g3-plc.com).

PRIME
Альянс PRIME (PRIME = PoweRline Intelligent Metering Evolution) для узкополосной PLC-технологии разработал требования к системам, в которых используется OFDM-модуляция с возможностью адаптации к параметрам физической среды передачи. Применение этого метода позволило в полосе частот 42…89 кГц (CENELEC A) поднять скорость передачи данных до 128 Кбит/с. Такая скорость передачи позволяет создать разветвленную интеллектуальную AMM-сеть, поскольку для полноценного обмена данными в автоматизированных системах требуется повышенная скорость, а использование такой модуляции как SFSK не позволяет ее реализовать. Для практического изучения стандарта PRIME были произведены эксперименты в различных сетях линий электропередачи в более чем 180 районах трех городов Испании. Тестовые линии имели различный срок эксплуатации, протяженность и топологию с применением различных типов кабеля. Тестовые испытания проводились для модификаций стандарта количеством поднесущих равным  13, 26, 48 и 96. Согласно опубликованным результатам наиболее оптимальные результаты были получены при применении 96 поднесущих. Большее увеличение не показало  существенное улучшение применения в подобных системах в рабочей  полосе частот. Обеспечение наилучшего соотношения между пропускной способностью и эффективностью передачи данных для каждой конкретной линии связи, осуществляется с помощью динамической перенастройки модуляции (DBPSK, DQPSK или D8PSK). В некоторых случаях дополнительно применяется отключение сверточного кодирования.

Основные коммерческие преимущества этой технологии:
- открытый протокол, общедоступный стандарт;
- предназначен для электрических сетей будущего SmartGrids;
- ориентирован на взаимозаменяемое оборудование различных производителей.

На сегодняшний день Альянс PRIME имеет мощную индустриальную поддержку в лице 34 членов, среди которых крупнейшие европейские поставщики электроэнергии (Iberdrola, Caz Mereni и пр.), ведущие мировые производители полупроводников (Atmel, STMicroelectronics, Texas Instruments), а также производители средств учета электроэнергии (Elster, Itron, Sagem, L&G и др.).

G3
Другим вариантом PLC OFDM является технология G3, продвигаемая компанией ERDF (Еlectricitе Rеseau Distribution France), которая является одним из подразделений крупнейшего французского государственного энергетического концерна Европы EdF (Electricite de France).

Основным отличием от вышеописанного стандарта PRIME  является более сложный механизм кодирования с добавлением кода Рида-Соломона (Reed-Solomon – RS) как дополнение к существующему сверточному кодированию. Стандарт использует пониженную по сравнению с PRIME скорость передачи, обеспечивая лучшую помехоустойчивость.

Зарождение альянса G3 началось после того, как в 2008 году Maxim Integrated Products объявила о том, что выиграла тендер на разработку спецификаций PLC-технологии для EdF. В процессе разработки спецификаций стандарта, реализации типовых конфигураций и их тестирования на территории Франции Maxim тесно сотрудничала с компаниями ERDF. С момента анонсирования в 2009 году, протокол G3-PLC был успешно протестирован десятками энергосбытовых компаний и независимых организаций по всему миру и показал прекрасные результаты.  После одобрения G3-PLC как международного стандарта и возможности поставок из разных источников, энергосбытовые компании могут с уверенностью планировать внедрение систем на его основе. В октябре 2011 года компания Maxim совместно с 11-ю другими компаниями официально объявила об организации глобального альянса G3-PLC Alliance.

В отличие от других протоколов, G3-PLC дает возможность осуществлять связь через трансформаторы, что дает возможность обслуживать одним концентратором большее количество приборов учета. В свою очередь снижение количества концентраторов уменьшает количество необходимого оборудования и стоимость внедряемого проекта. Предварительные тесты показали, что на линии длинной до 10 км концентратор может опрашивать приборы учета без использования повторителей, что существенно снижает издержки по сравнению с другими проводными и беспроводными технологиями.

В настоящее время, стандарт G3-PLC является единственной технологией PLC, совместимой с интернет протоколом IPv6 для создания энергетических систем с управлением по сети интернет. Большее количество адресов в IPv6 позволяет расширить количество адресов, доступных для подключения устройств, обеспечивая возможность поддержки работы новых приложений, в том числе контрольного оборудования и систем заряда электрических автомобилей.

Кроме того, технология PLC G3 позволяет исключить частотный диапазон в котором работает PLC S-FSK и параллельно использовать два решения одновременно.

Также как и PLC PRIME основным достоинством технологии G3-PLC является открытость стандарта и ориентированность на глобальное использование. Оба протокола адаптированы к требованиям множества международных стандартов (ITU, IEEE® и CENELEC), независимо протестированы десятками организаций по всему миру и реализованы рядом крупнейших международных изготовителей оборудования.

Практической пользой применения данных стандартов является уменьшение времени сбора информации с приборов учета. Исследования показывают, что при использовании PLC OFDM объем информации равной месячному объему часовых показаний со счетчика скачивается за 4 секунд, тогда как  при применении PLC на основе модуляции SFSK аналогичный объем скачивается 56 секунд.

Заключение
Таким образом, необходимо отметить, что продвигаемые  промышленными альянсами стандарты PRIME и G3 являются на сегодняшний день одними из наиболее надежных, позволяющие значительно сократить количество используемых концентраторов в интеллектуальных электросетях и снизить затраты на реализацию систем. Elster, как участник описанных альянсов, имеет решения по всем видам PLC технологий. Для обеспечения надежного взаимодействия и возможности расширения существующих систем компания Elster участвует в создании подобных шаблонов решений, инициированных подобными некоммерческими организациями. Данные решения являются на сегодняшний день одними из самых надежных, а значит, тиражируемых в перспективе, благодаря чему значительно снижаются затраты на реализацию комплексных систем интеллектуального учета энергоресурсов.