摘要：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*
　　
　　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zui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*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，中國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zui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。
　　
　　*的高速通信
　　
　　因為芯片制程技術進步及新調變技術表現優異，PLC通信的速度成功突破瓶頸，2006年，新的HomePlugAV規范使速度達到189M(bps)。自此，PLC通信技術不再被局限只能用于自動控制，而是真正進入高速信息通信的殿堂。
　　
　　目前，HomePlug聯盟正積極制定下一代新的通信標準HomePlugAV2，預期傳輸速率可達1G(bps)，且支持多重串流的1080p高畫質影音、3D影音等等主流應用，預期在今年第3季問世。此外，在智能家庭方面，該組織日前擬定的HomePlugGreenPHY(GP)窄頻標準已獲選為美國家電制造商協會(AHAM)智能電網產品的主要通信協議，使得未來家庭電網的兼容性又大大提升。
　　
　　目前PLC業界有3個比較大的標準組織，分別是HomePlug、UPA及CEPCA。HomePlug是由HomePlugPowerAlliance業界標準組織制定，主要成員是由美國PLC制造業者組成。UPA，全名UniversalPowerlineAssociation，是另一個寬帶電力線通信標準，由西班牙DS2公司為中心所成立的業界標準組織。CEPCA消費電子電力線通信聯盟，Panasonic為主的業界聯盟組織，使用WaveletOFDM調變技術是與前兩者zui大的不同之處。上述三個寬帶電力線規范以市場分布及聯盟成員來區別大致可以分成HomePlug(美規)、UPA(歐規)、CEPCA(日規)。
　　
　　由于當下并沒有一個通用的業界標準，電信聯盟(ITU-T)、IEEE便著手于此，希望不久將來寬帶PLC可以像Ethernet或WiFi一樣有一個通用的標準流通于市面上。
　　
　　新一代整合界面標準-G.hn
　　
　　G.hn是由ITU-T制定，并由HomeGrid論壇推動的新標準，目的在于統一PLC及其他所有家用的高速通信規格。G.hn能在短時間內迅速竄起除了可以同時兼容電力線、同軸電纜與線之外，在使用同軸電纜作為傳輸媒介時傳輸速率更可達到700M(bps)，其通信速度可用在更廣泛且熱門的應用之中也是業界看好其發展性的重點之一。
　　
　　電力線通信先天的阻礙
　　
　　因為電力線本是為了供應用電而不是設計用于通信，所以要在這個環境下通信必須克服許多先天的不良因素。例如在變壓器(11.4kv～220kv)到家用電表端間的通信，如同圖2所示，即AMI系統的數據傳送信道，在此環境中即可能遇到電力線通道在地下，無法預估長度或是分接予其他用戶的情形，這些都可能導致通信上的困難。
　　
　　窄頻電力線方面如同先前所述因為較不易受到環境衰減，所以大多使用在中壓或是AMI的遠距離傳輸，但也因為使用的傳輸頻帶較低(約在1M(Hz)以下)，所以容易受到電器噪聲的影響。相較之下，窄頻電力線受到的干擾，寬帶電力線則是高頻通道衰減較為嚴重。圖4所示即為真實電力線的噪聲量測結果，可以看出噪聲多集中在低頻帶。圖5顯示是同場域量測的通道響應，從接收功率的分布情形得知高頻部分可能受到的嚴重衰減而并非噪聲干擾。當然，在室內使用之電力線通信也可能因為家中電器使用或是大負載電器而造成信號衰減，這些都是先天即存在且必須克服的不利因素。
　　
　　結語
　　
　　電力線通信不論是寬、窄頻近年來都已成為綠色能源的要角。如同前述，小自家庭電力網絡，大到都市電力系統，已訂定的通信規范雖然很多，但因為各國的電力系統設計不同，使用的效果也不盡相同，不論是AMI系統或是智能電網都必須選定zui合適的規范或是傳輸協議，甚至是制定出屬于電力系統的規范。然而，這些都是必須經過大量實地測試之后才可以得出定論，在這過程中也需要政策的大力支持，因為智能電網涉及到的范圍不僅僅是技術面，先期的推動還必須仰賴政策面，及補助政策以及制造商和企業的配合。因此，zui終的議題還是回歸到”人”身上，需要全民的支持，大家都有共識，才能達到zui終結能減碳的*目標。期許在不久將來，智能電網、智能家庭就可以成為大家耳熟能詳且zui生活化的技術。