전력선 통신

Power-line communication
전원선 어댑터
하나의 케이블을 통해 데이터 및 전원을 전송하는 다른 방식에 대해서는 전원 켜기를 참조하십시오.

전력선 통신(Power-Line Carrier라고도 함)은 PLC로 약칭되며 AC 전력 전송 또는 소비자에 대한 전력 분배에 동시에 사용되는 도체에 대한 데이터를 전달합니다.

과거에는 전력선이 전기 전송에만 사용되었습니다. 그러나 광대역을 포함한 첨단 네트워킹 기술의 출현으로 유틸리티 및 서비스 제공업체가 비용 효율적이고 고성능 솔루션을 찾는 데 박차를 가하고 있습니다. 기업들이 데이터 네트워킹을 위해 전력선을 사용하는 것을 심각하게 고려하기 시작한 것은 최근의 일입니다. 전력선은 전기나 제어 신호뿐만 아니라 초고속 데이터와 멀티미디어를 전송하는 보편적인 매체로 활용될 가능성이 제기되고 있습니다.[1]

가정 자동화부터 종종 광대역 전력선(BPL)이라고 불리는 인터넷 액세스에 이르기까지 다양한 응용 분야에 광범위한 전력선 통신 기술이 필요합니다. 대부분의 PLC 기술은 한 가지 유형의 전선(예: 단일 건물 내의 구내 배선)으로 제한되지만, 일부는 두 수준(예: 배전망과 구내 배선) 사이를 넘나들 수 있습니다. 일반적으로 트랜스포머는 신호가 전파되는 것을 방지하며, 이는 매우 큰 네트워크를 형성하기 위해 여러 기술을 필요로 합니다. 다양한 데이터 속도와 주파수가 다양한 상황에서 사용됩니다.

무선 통신과 전력선 통신 사이에는 많은 어려운 기술적 문제들이 공통적으로 존재하며, 특히 혼잡한 환경에서 동작하는 확산 스펙트럼 무선 신호의 문제들이 있습니다. 예를 들어, 무선 간섭은 오랫동안 아마추어 무선 그룹의 관심사였습니다.[2]

기초

전력선 통신 시스템은 변조된 반송파 신호를 배선 시스템에 추가하여 작동합니다. 다양한 유형의 전력선 통신은 다양한 주파수 대역을 사용합니다. 배전 시스템은 원래 50Hz 또는 60Hz의 일반 주파수에서 교류 전력을 전송하기 위한 것이었기 때문에, 전력선 회로는 더 높은 주파수를 운반할 수 있는 제한된 능력만을 가지고 있습니다. 전파 문제는 전력선 통신의 각 유형에 대한 제한 요소입니다.

전력선 통신의 주파수를 결정하는 주요 쟁점은 무선 서비스에 대한 간섭을 제한하는 법률입니다. 많은 나라에서 무선 송신기인 것처럼 차폐되지 않은 유선 배출물을 규제하고 있습니다. 이러한 관할 구역에서는 일반적으로 500kHz 이하 또는 무면허 무선 대역에서 무면허 사용을 요구합니다. 일부 국가(EU 등)에서는 유선 전송을 더욱 규제합니다. 배선이 자유 공간에서 전파를 전파하도록 설계되지 않은 한 제한된 전력의 광대역 신호를 차폐되지 않은 배선에 주입하는 것을 허용하는 미국은 주목할 만한 예외입니다.

데이터 속도와 거리 제한은 많은 전력선 통신 표준에 따라 매우 다양합니다. 고전압 전송 선로에 충격을 받은 저주파(약 100~200kHz) 반송파는 1~2개의 아날로그 음성 회로 또는 초당 수백 비트의 등가 데이터 속도를 가진 원격 계측 및 제어 회로를 운반할 수 있지만 이러한 회로는 수 마일에 이를 수 있습니다. 일반적으로 데이터 전송 속도가 높으면 범위가 짧아집니다. 초당 수백만 비트로 작동하는 근거리 네트워크는 사무실 건물의 한 층만 차지할 수 있지만 전용 네트워크 케이블을 설치할 필요가 없습니다.

PLC의 종류

전 세계적으로 서로 다른 프로토콜과 법률이 존재하지만 기본적으로 PLC에는 실내 PLC와 실외 PLC의 유형만 있습니다.[3]

  • 실내 PLC: 실내 PLC는 LAN 네트워킹 및 홈 오토메이션과 같은 협대역 사내 애플리케이션에 사용됩니다. 가정용 전원 배선을 사용하여 데이터를 전송하고 전원 플러그에 전류를 직접 주입합니다.
  • 실외 PLC: 저주파 PLC(원격 측정 및 그리드 제어용)와 같은 주 전력선 전송 및 BPL에서 전력망을 통한 인터넷 전송에 적용됩니다. 이러한 유형의 PLC에서는 전력선의 높은 전압 레벨을 처리하기 위해 장비가 견고해야 합니다.

리플컨트롤

리플 컨트롤은 AC 라인에 오디오 주파수 톤을 추가합니다. 일반적인 주파수는 100~2400Hz입니다. 각 구역은 일반적으로 고유한 주파수를 가지고 있으므로 인접 지역은 영향을 받지 않습니다. 톤을 천천히 켜고 끄는 방식으로 코드가 전송됩니다. 고객 사이트의 장비가 코드를 수신하고 고객 장비를 껐다 켭니다. 종종 디코더는 표준 전기 미터의 일부이며 릴레이를 제어합니다. 전력계의 시계를 자정으로 설정하는 등 유틸리티 코드도 있습니다.

이러한 방식으로 유틸리티는 장비를 생성하기 위한 자본 비용의 최대 20%를 피할 수 있습니다. 이는 전기 및 연료 사용 비용을 낮춥니다. 갈색과 롤링 정전을 더 쉽게 방지할 수 있습니다. 열병합 발전을 사용하는 그리드는 전기가 아닌 열을 발생시키기 위해 발전기를 가동할 때 보조 고객 장비를 사용할 수 있습니다.

고객에게 성가신 점은 장비를 켜는 코드가 분실되거나 부하 배출이 불편하거나 위험하다는 것입니다. 예를 들어 파티 중 위험한 폭염이나 생명 유지 의료 장비가 현장에 있을 때. 이러한 경우를 처리하기 위해 일부 장비에는 부하 배출을 피하기 위한 스위치가 포함되어 있습니다. 일부 미터는 "파티 스위치"를 뒤집으면 더 높은 청구 비율로 전환됩니다.

장거리, 저주파

유틸리티 회사는 무선 송신기와 수신기를 AC 전력 운반 도체에 연결하기 위해 특수 커플링 캐패시터를 사용합니다. 전력 측정기는 종종 수십 와트 범위의 선형 증폭기가 있는 소형 변압기를 사용합니다. PLC 시스템 비용의 대부분은 전력 전자 제품입니다. 이에 비해 인코딩 및 디코딩할 전자 장치는 특수 목적 집적 회로에서 일반적으로 작습니다. 따라서 복잡한 OFDM 표준도 여전히 경제적일 수 있습니다.

사용되는 주파수는 24~500kHz 범위이며, 송신기 전력 레벨은 최대 수백 와트입니다. 이러한 신호는 한 도체, 두 도체 또는 고전압 AC 전송 라인의 세 도체 모두에 영향을 줄 수 있습니다. 하나의 HV 라인에 여러 개의 PLC 채널이 연결될 수 있습니다. 필터링 장치는 반송파 주파수 전류가 스테이션 장치를 통해 우회되는 것을 방지하고 원거리 고장이 PLC 시스템의 고립된 세그먼트에 영향을 미치지 않도록 하기 위해 스테이션에 적용됩니다. 이 회로는 스위치 기어 제어 및 전송선 보호에 사용됩니다. 예를 들어, 보호 릴레이는 PLC 채널을 사용하여 두 단자 사이에 고장이 감지된 경우 회선을 트립시킬 수 있지만 고장이 시스템의 다른 곳에 있는 경우에는 회선을 작동 상태로 유지할 수 있습니다.

전력 회사들이 마이크로웨이브를 사용하고 이제는 주 시스템 통신 요구사항으로 광섬유 케이블을 사용하는 경우가 늘고 있지만, 전력선 반송파 장치는 광섬유 회선의 설치를 보증하지 않거나 무선 또는 기타 통신이 불가능한 매우 단순한 저비용 설치에 여전히 유용할 수 있습니다.

전력선 반송파 통신(PLCC)은 주로 110 kV, 220 kV, 400 kV와 같은 고전압에서 전력선을 통한 전기 변전소 간의 통신, 원격 보호 및 원격 모니터링에 사용됩니다.[4]

이러한 시스템에서 일반적으로 사용되는 변조는 진폭 변조입니다. 반송파 주파수 범위는 오디오 신호, 보호 및 파일럿 주파수에 사용됩니다. 파일럿 주파수는 고장 감지를 위해 지속적으로 전송되는 오디오 범위의 신호입니다.

음성 신호는 300Hz~4000Hz 범위로 압축 및 필터링되며, 이 오디오 주파수는 반송파 주파수와 혼합됩니다. 반송파 주파수를 다시 필터링하고 증폭하여 전송합니다. 이러한 HF 반송파 주파수의 전송 전력은 0 ~ +32 dbW입니다. 이 범위는 변전소 간 거리에 따라 설정됩니다.

PLCC는 PBX(Private Branch Exchange)를 상호 연결하는 데 사용할 수 있습니다.

전송 네트워크를 분할하고 장애로부터 보호하기 위해 "파도 트랩"이 전력(전송) 라인과 직렬로 연결됩니다. 공진 회로는 고주파 반송파(24~500kHz)를 차단하고 전원 주파수 전류(50~60Hz)를 통과시키는 하나 이상의 공진 회로 섹션으로 구성됩니다. 웨이브 트랩은 대부분의 발전소의 스위치 야드에서 캐리어가 스테이션 장비에 들어가는 것을 방지하기 위해 사용됩니다. 각 웨이브 트랩에는 서지 전압으로부터 보호하기 위한 피뢰기가 있습니다.

커플링 커패시터는 송신기와 수신기를 고전압 라인에 연결하는 데 사용됩니다. 이는 HV 라인에 대한 캐리어 에너지의 낮은 임피던스 경로를 제공하지만 높은 임피던스 경로로 인해 전력 주파수 회로를 차단합니다. 커플링 커패시터는 전압 측정을 위해 사용되는 커패시터 전압 변압기의 일부일 수 있습니다.

전력선 반송파 시스템은 제어하는 인프라를 통해 안정적으로 데이터를 이동할 수 있기 때문에 많은 유틸리티에서 오랫동안 선호되어 왔습니다.

PLC 반송파 반복 스테이션은 전력선의 전력선 통신(PLC) 신호가 새로 고쳐지는 시설입니다. 따라서 신호는 전력선에서 걸러져 새로운 반송파 주파수로 복조 및 변조된 후 다시 전력선에 재주입됩니다. PLC 신호가 장거리(수백 킬로미터)를 운반할 수 있기 때문에 이러한 시설은 PLC 장비를 사용하여 매우 긴 전력선에서만 존재합니다.

PLC는 자동 검침에 사용되는 기술 중 하나입니다. 단방향 및 양방향 시스템은 모두 수십 년 동안 성공적으로 사용되었습니다. 이 애플리케이션에 대한 관심이 최근 들어 크게 증가하고 있습니다. 수동 프로세스를 자동화하는 데 관심이 있기 때문이 아니라 시스템을 더 잘 제어하고 운영하기 위해 모든 측정 지점에서 새로운 데이터를 얻는 데 관심이 있기 때문입니다. PLC는 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 시스템에서 사용되는 기술 중 하나입니다.

단방향(인바운드 전용) 시스템에서 판독값은 통신 인프라를 통해 엔드 디바이스(미터 등)에서 "버블 업"하여 판독값을 게시하는 "마스터 스테이션"으로 이동합니다. 단방향 시스템은 양방향 시스템보다 비용이 저렴할 수 있지만 운영 환경이 변경되는 경우 재구성이 어렵습니다.

양방향 시스템(아웃바운드와 인바운드 모두 지원)에서 명령은 마스터 스테이션에서 엔드 디바이스(미터)로 브로드캐스트될 수 있습니다. 이를 통해 네트워크를 재구성하거나 판독값을 얻거나 메시지를 전달하는 등의 작업을 수행할 수 있습니다. 그런 다음 네트워크 끝에 있는 장치가 원하는 값을 전달하는 메시지로 응답(인바운드)할 수 있습니다. 유틸리티 변전소에서 주입된 아웃바운드 메시지는 다운스트림의 모든 지점으로 전파됩니다. 이러한 유형의 방송을 통해 통신 시스템은 수천 개의 장치에 동시에 도달할 수 있습니다. 이 장치들은 모두 전력을 공급하는 것으로 알려져 있으며 이전에 로드 쉐이딩 후보로 확인되었습니다. PLC는 스마트 그리드의 구성 요소일 수도 있습니다.

중주파(100kHz)

이러한 시스템은 정상적인 무선을 방해하는 신호를 전송하는 것이 불법인 국가에서 종종 사용됩니다. 주파수가 너무 낮아서 유틸리티 배선을 통해 전송하면 전파를 시작할 수 없습니다.

홈 컨트롤(협대역)

전력선 통신 기술은 가정 내의 전기 배선을 가정 자동화에 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 추가 제어 배선을 설치하지 않고도 조명 및 가전 제품을 원격으로 제어할 수 있습니다.

일반적으로 가정용 제어 전력선 통신 장치는 20~200kHz 사이의 반송파를 송신기의 가정용 배선으로 변조하여 작동합니다. 캐리어는 디지털 신호에 의해 변조됩니다. 시스템의 각 수신기에는 주소가 있으며 가정용 배선을 통해 전송되고 수신기에서 디코딩된 신호에 의해 개별적으로 명령될 수 있습니다. 이 장치는 일반 전원 콘센트에 연결하거나 제자리에 영구적으로 배선될 수 있습니다. 반송파 신호가 동일한 배전 시스템의 인근 가정(또는 아파트)으로 전파될 수 있기 때문에, 이러한 제어 방식에는 소유자를 지정하는 "집 주소"가 있습니다. X10이라고 알려진 인기 있는 기술은 1970년대부터 사용되어 왔습니다.[5]

1999년에 도입된 "범용 전력선 버스"는 펄스 위치 변조(PPM)를 사용합니다. 물리 계층 방식은 X10과 매우 다른 방식입니다.[6] LonWorks 홈 오토메이션 제품군의 일부인 LonTalk는 일부 자동화 표준의 일부로 받아들여졌습니다.[7]

저속 협대역

협대역 전력선 통신은 전력 공급이 널리 보급된 직후부터 시작되었습니다. 1922년 경에 최초의 반송파 주파수 시스템이 원격 측정 목적으로 15~500kHz의 주파수를 가진 고압선을 통해 작동하기 시작했고, 이는 계속됩니다.[8] 아기 경보기와 같은 소비자 제품은 적어도 1940년부터 사용 가능했습니다.[9]

1930년대에는 매체(10-20 kV) 및 저전압(240/415 V) 분배 시스템에 리플 캐리어 시그널링이 도입되었습니다.

수년 동안 원격 검침과 같은 응용 분야에 적합한 저렴한 양방향 기술을 찾기 위해 검색을 계속했습니다. 프랑스의 전력 전력회사인 Electricité de France (EDF)는 "전파 주파수 편이" 또는 S-FSK라고 불리는 시스템을 프로토타입 제작하고 표준화했습니다. (IEC 61334 참조) 현재는 간단하고 저렴한 비용으로 오랜 역사를 가지고 있지만, 매우 느린 전송 속도를 가지고 있습니다. 1970년대에 도쿄 전력은 수백 대의 양방향 운전에 성공했다고 보고하는 실험을 수행했습니다.[10] 이 시스템은 현재(2012년) 이탈리아와 EU의 일부 다른 지역에서 널리 사용되고 있습니다.

S-FSK는 AC 라인이 영전압을 통과할 때를 중심으로 2, 4 또는 8 톤의 버스트를 보냅니다. 이러한 방식으로, 톤들은 대부분의 무선 주파수 잡음이 아킹(arcing)되는 것을 방지합니다. (더티 절연체는 전압의 가장 높은 지점에서 아킹(arcing)되고, 따라서 광대역 잡음이 발생하는 것이 일반적입니다.) 다른 간섭을 피하기 위해 수신기는 "1" 톤의 전력만 측정하고 "0" 톤 또는 두 톤의 차동 전력만 측정하여 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있습니다. 구역마다 간섭을 피하기 위해 다른 톤 쌍을 사용합니다. 비트 타이밍은 일반적으로 UART와 유사한 방식으로 톤 간의 경계에서 복구됩니다. 타이밍은 대략 이전 제로 크로싱의 타이머를 사용한 제로 크로싱을 중심으로 합니다. 일반적인 속도는 초당 200~1200비트이며 톤 슬롯당 1비트입니다. 속도도 AC 라인 주파수에 따라 다릅니다. 속도는 노이즈와 로컬 부하의 영향을 받는 AC 라인의 제로 크로싱의 지터에 의해 제한됩니다. 이러한 시스템은 일반적으로 양방향이며 미터 및 중앙 스테이션 모두 데이터 및 명령을 전송합니다. 더 높은 수준의 프로토콜은 스테이션(보통 스마트 미터)이 메시지를 재전송하도록 할 수 있습니다. (IEC 61334 참조)

1980년대 중반부터 디지털 통신 기술과 디지털 신호 처리의 잠재력을 사용하는 것에 대한 관심이 급증했습니다. 이 드라이브는 널리 설치할 수 있을 정도로 저렴하고 무선 솔루션과 비용 효율적으로 경쟁할 수 있는 신뢰할 수 있는 시스템을 생산하기 위한 것입니다. 그러나 협대역 전력선 통신 채널은 많은 기술적 과제를 제시하고 있으며, 수학적 채널 모델과 작업에 대한 설문 조사를 이용할 수 있습니다.[11]

주 통신의 응용 분야는 광범위하게 사용 가능한 매체에서 예상되는 바와 같이 매우 다양합니다. 협대역 전력선 통신의 자연스러운 응용 중 하나는 미터, 스위치, 히터 및 가전 제품과 같은 전기 장비의 제어 및 원격 측정입니다. 많은 적극적인 개발이 수요 측면 관리와 같은 시스템 관점에서 이러한 애플리케이션을 고려하고 있습니다.[12] 이 경우 국내 가전제품은 예를 들어 최대 부하 제한과 같은 자원 사용을 지능적으로 조정합니다.

제어 및 원격 측정 애플리케이션에는 가정용 미터기까지 전력 회사에 속하는 장비를 포함하는 '유틸리티 측' 애플리케이션과 소비자의 구내에 장비를 포함하는 '소비자 측' 애플리케이션이 모두 포함됩니다. 가능한 유틸리티 측 응용 분야로는 자동 검침(AMR), 동적 관세 제어, 부하 관리, 부하 프로파일 기록, 신용 제어, 선결제, 원격 연결, 사기 탐지 및 네트워크 관리가 [13]있으며 가스 및 수도를 포함하도록 확장될 수 있습니다.

OSGP(Open Smart Grid Protocol)는 스마트 미터링을 위한 가장 검증된 협대역 PLC 기술 및 프로토콜 중 하나입니다. OSGP를 기반으로 하고 BPSK PLC를 사용하는 5백만 개 이상의 스마트 미터가[as of?] 전 세계에 설치되어 운영되고 있습니다. 2006년에 원래 ESNA로 설립된 비영리 협회인 OSGP Alliance는 스마트 그리드 애플리케이션을 위한 ISO/IEC 14908 제어 네트워킹 표준과 함께 사용되는 유럽 전기 통신 표준 연구소(ETSI)에서 발표한 사양 제품군을 구축하기 위한 노력을 주도했습니다. OSGP는 스마트 미터, 직접 부하 제어 모듈, 태양광 패널, 게이트웨이 및 기타 스마트 그리드 장치에 대한 명령 및 제어 정보를 안정적이고 효율적으로 전달하도록 최적화되었습니다. OSGP는 OSI 프로토콜 모델을 기반으로 하는 현대적이고 구조화된 접근 방식을 따라 스마트 그리드의 진화하는 과제를 해결합니다.

물리 계층에서 OSGP는 현재 ETSI 103908을 기술 표준으로 사용하고 있습니다. 이것은 86.232KHz +/- 200ppm의 반송파 톤을 사용하여 3592.98 BOAD에서 이진 위상 편이를 사용합니다.[14] (참고: 비트 클럭은 거의 정확하게 반송파의 1/24입니다.) OSGP 응용 계층에서 ETS 104001은 부분적으로 ANSI C12.19 / MC12.19 / 2012 / IEEE Std 1377 표준에 기반하여 서비스 및 페이로드 캡슐화를 위한 ANSI C12.18 / MC12.18 / IEEE Std 1701에 기반한 테이블 지향 데이터 스토리지를 제공합니다. 이 표준 및 명령 시스템은 스마트 미터 및 관련 데이터뿐만 아니라 다른 스마트 그리드 장치로의 범용 확장을 제공합니다.

프랑스 EDF의 프로젝트에는 수요 관리, 거리 조명 제어, 원격 계량 및 청구, 고객별 관세 최적화, 계약 관리, 비용 추정 및 가스 애플리케이션 안전성이 포함됩니다.[15]

가정 내 주 공급 장치를 원격 측정을 위한 편리한 데이터 링크로 사용하는 많은 특수 틈새 애플리케이션도 있습니다. 예를 들어, 영국과 유럽에서 TV 시청자 모니터링 시스템은 가정의 다른 방에서 TV 시청 활동을 모니터링하는 장치와 전화 모뎀에 연결된 데이터 집중기 사이의 편리한 데이터 경로로 전력선 통신을 사용합니다.

중속 협대역

DLC(Distribution Line Carrier) 시스템 기술은 9~500kHz의 주파수 범위를 사용했으며 데이터 속도는 최대 576kbit/s입니다.[16]

전력선과 인터넷을 통한 실시간 에너지 관리(REMPLI)라는 프로젝트는 2003년부터 2006년까지 유럽 위원회의 자금 지원을 받았습니다.[17]

더 현대적인 시스템은 OFDM을 사용하여 무선 주파수 간섭을 일으키지 않고 더 빠른 비트 속도로 데이터를 전송합니다. 이들은 느리게 전송되는 수백 개의 데이터 채널을 활용합니다. 일반적으로 간섭이 있는 채널을 꺼 소음에 적응할 수 있습니다. 인코딩 장치의 추가 비용은 전송하는 전자 제품의 비용에 비해 미미합니다. 송신 전자 제품은 일반적으로 고출력 연산 증폭기, 커플링 변압기 및 전원 공급 장치입니다. 오래되고 느린 시스템에서는 유사한 전송 전자 장치가 필요하므로 향상된 기술을 사용하면 성능이 매우 저렴해질 수 있습니다.

2009년에는 공급업체 그룹이 PRIME(PowerRline Intelligent Metering Evolution) 연합을 결성했습니다.[18] 전달된 바와 같이 물리 계층은 250kHz에서 샘플링된 OFDM이며 42~89kHz에서 512개의 차동 위상 편이 채널이 있습니다. 가장 빠른 전송 속도는 128.6 킬로비트/초인 반면 가장 강력한 전송 속도는 21.4 kbit/초입니다. 오류 탐지 및 수정을 위해 컨볼루션 코드를 사용합니다. 상위 계층은 일반적으로 IPv4입니다.[19]

2011년에는 유통망 운영업체(ERDF, Enexis), 미터 판매업체(Sagemcom, Landis&Gyr) 및 칩 판매업체(Maxim Integrated, Texas Instruments, STMicroelectronics, Renesas)를 포함한 여러 회사가 G3-PLC 기술을 홍보하기 위해 G3-PLC[20] Alliance를 설립했습니다. G3-PLC는 전력망의 대규모 인프라를 가능하게 하는 저층 프로토콜입니다. G3-PLC는 유럽의 CENELECA 대역(35~91kHz) 또는 CENELECB 대역(98kHz~122kHz), 일본의 ARIB 대역(155kHz~403kHz) 및 미국 및 기타 국가의 FCC(155kHz~487kHz)에서 작동할 수 있습니다. 사용된 기술은 적응 변조 및 톤 매핑을 통해 400kHz에서 샘플링된 OFDM입니다. 콘볼루션 코드와 리드-솔로몬 오류 수정 모두 오류 탐지 및 수정을 수행합니다. 필요한 미디어 액세스 제어는 무선 표준인 IEEE 802.15.4에서 가져온 것입니다. 프로토콜에서 6loWPAN은 IPv6 인터넷 네트워크 계층을 제한된 환경(Power line communications)에 적응시키기 위해 선택되었습니다. 6loWPAN은 메시 네트워크 LOADng, 헤더 압축, 조각화 및 보안을 기반으로 라우팅을 통합합니다. G3-PLC는 중전압에서 저전압 변압기로 교차하는 것을 포함하여 장치 간의 안정적이고 고도로 보안된 연결을 기반으로 하는 매우 강력한 통신을 위해 설계되었습니다. IPv6를 사용하여 G3-PLC는 미터, 그리드 액추에이터 및 스마트 오브젝트 간의 통신을 가능하게 합니다. 2011년 12월, G3 PLC 기술은 G.9903,[21] G3-PLC 네트워크를 위한 협대역 직교 주파수 분할 다중화 전력선 통신 트랜시버로 참조되는 제네바 ITU에서 국제 표준으로 인정되었습니다.

라디오 프로그램 전송

메인 기사: 캐리어 전류

때때로 PLC는 전력선을 통해 라디오 프로그램을 전송하는 데 사용되었습니다. AM 라디오 대역에서 작동하는 경우 캐리어 전류 시스템으로 알려져 있습니다.

고주파(≥ 1MHz)

고주파 통신은 기술에 따라 무선 스펙트럼의 많은 부분을 통신에 사용할 수도 있고, 선택된(좁은) 대역을 사용할 수도 있습니다.

홈 네트워킹(LAN)

전력선 통신은 가정에서 이더넷 포트가 있는 가정용 컴퓨터 및 주변기기, 가정용 엔터테인먼트 장치를 상호 연결하는 데에도 사용할 수 있습니다. 전원선 어댑터는 플러그를 전원 콘센트에 꽂아 가정의 기존 전기 배선을 사용하여 이더넷 연결을 설정합니다(필터링이 있는 전원 스트립은 전원선 신호를 흡수할 수 있습니다). 이를 통해 전용 네트워크 케이블을 실행해야 하는 불편함 없이 기기가 데이터를 공유할 수 있습니다.

널리 배포된 전력선 네트워킹 표준은 HD-PLC Alliance 및 HomePlug Powerline Alliance의 제품입니다. HomePlug Powerline Alliance는 2016년 10월 활동을 중단한다고 발표했으며 Alliance 웹사이트(homeplug.org )는 폐쇄되었습니다. 2010년 12월 30일 발표된 IEEE 1901 그룹은 HD-PLC 및 HomePlug AV를 표준의 기본 기술로 채택했습니다. HomePlug는 전 세계적으로 4,500만 대 이상의 HomePlug 디바이스가 구축된 것으로 추정하고 있습니다. 다른 회사와 조직들은 전력선 홈 네트워킹에 대한 다양한 사양을 지지하며, 여기에는 범용 전력선 협회, SiConnect, Xsilon 및 ITU-T의 G.hn (HomeGrid) 사양이 포함됩니다.

비홈 네트워킹(LAN)

IoT 응용의 다양화에 따라 스마트 빌딩, 스마트 팩토리, 스마트 시티 등의 분야에서 고화질의 영상 데이터 및/또는 고주파 센서 데이터의 전송과 같은 초고속 데이터 통신에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 이러한 사용 사례에서 전력선 통신 기술도 사용할 수 있으며 기존 케이블을 재사용할 수 있는 동일한 이점을 제공합니다.

HD-PLC는 대규모 네트워크 구축에 사용할 수 있는 멀티홉 기술을 개발했습니다. 또한 4세대 HD-PLC 기술로 여러 채널을 제공하여 최적의 채널을 선택하여 고속 및 장거리 통신이 가능합니다.

전력선을 통한 광대역

주요 기사: 전력선을 통한 광대역 및 IEEE 1901

광대역 전력선(BPL)은 기존의 ACMV(중전압) 전기 분배 배선, 변압기 사이 및 변압기와 고객 콘센트 사이(일반적으로 100~240V) 사이의 ACLV(저전압) 배선을 통해 양방향 데이터를 전송하는 시스템입니다. 이를 통해 데이터 통신을 위한 전용 와이어 네트워크의 비용과 무선 네트워크에서 안테나, 라디오 및 라우터의 전용 네트워크를 유지하는 비용을 피할 수 있습니다.

BPL은 공중 무선 시스템에 사용되는 것과 동일한 무선 주파수 중 일부를 사용합니다. 현재의 BPL은 Wavelet-OFDM, FFT-OFDM 또는 주파수 홉핑 확산 스펙트럼을 사용하여 실제 사용되는 주파수를 사용하지 않습니다. 이러한 관점에서 BPL에 대한 비판은 OPERA 이전, 1905년 이전 표준에 대한 것입니다.

BPL OPERA 표준은 주로 유럽에서 ISP에 의해 사용됩니다. 북미에서는 일부 지역(예를 들어 Washington Island, WI)에서 사용되지만 스마트 미터 및 부하 관리를 위해 배전 유틸리티에서 더 일반적으로 사용됩니다.

IEEE 1901 (HD-PLC, HomePlug) LAN 표준의 비준과 주류 라우터 칩셋에서의 광범위한 구현 이후, 오래된 BPL 표준들은 건물 내의 AC 콘센트들 간의 통신이나 MV가 LV 회선을 충족하는 건물과 트랜스포머 간의 통신에 대해 경쟁력이 없습니다.

초고주파 (≥ 100MHz)

전력선을 통한 더 높은 정보 전송은 단일 도체만 필요한 횡방향 모드 표면파 전파 메커니즘을 통해 전송되는 마이크로파 주파수를 통해 RF를 사용합니다. 이 기술의 구현은 E-Line으로 판매됩니다. 이들은 최대 2~20GHz의 낮은 주파수 대역 대신 마이크로파를 사용합니다. 야외에서 사용될 때 이러한 것들이 전파 천문학에[22] 방해가 될 수 있지만, 새로운 배선 없이 광섬유 케이블과 경쟁할 수 있는 속도의 장점이 그보다 더 클 가능성이 있습니다.

이러한 시스템은 각 방향에서 1 Gbit/s를 초과하는 대칭 및 전이중 통신을 주장합니다.[23] 2.4 GHz 및 5.0 GHz 비면허 대역에서 동시 아날로그 텔레비전이 있는 여러 Wi-Fi 채널이 단일 중전압 회선 도체에서 작동하는 것으로 시연되었습니다. 기본적인 전파 모드는 (기술적인 의미에서) 극도로 광대역이기 때문에 20MHz – 20GHz 영역 어디에서나 작동할 수 있습니다. 또한 고주파 BPL의 경우와 마찬가지로 80MHz 이하로 제한되지 않기 때문에, 이러한 시스템은 다른 면허 또는 비면허 서비스와의 공유 스펙트럼 사용과 관련된 간섭 문제를 피할 수 있습니다.[24]

표준

2010년 초 기준으로 전력선 네트워킹에는 확연히 다른 두 가지 표준 세트가 적용됩니다.

가정 내에서 IEEE 1901 표준은 전 세계적으로 기존 AC 와이어를 데이터 용도로 사용하는 방법을 명시하고 있습니다. IEEE 1901에는 HD-PLC와 HomePlug AV가 기본 기술로 포함되어 있습니다. 모든 IEEE 1901 제품은 공존할 수 있으며 동일한 기술을 사용하는 제품 간에 완전히 상호 운용 가능합니다. 반면 중주파 홈 제어 장치는 X10이 우세한 경향이 있지만 분할된 상태를 유지합니다. 전력망 사용을 위해 IEEE는 2013년 IEEE 1901.2라는 저주파(≤ 500kHz) 표준을 승인했습니다.[25]

표준단체

홈플러그 파워라인 얼라이언스(defunction), 범용 파워라인 협회(defunction), HD-PLC 얼라이언스 등 여러 경쟁사가 사양을 개발했습니다. 2009년 10월, ITU-T는 고속 전력선, 동축 및 전화선 통신을 위한 네트워크 표준으로 권장 G.hn/G.9960 을 채택했습니다. 전미 에너지 마케터 협회(미국의 무역 기구)도 표준을 지지하는 일에 참여했습니다.[27]

2009년 7월, IEEE 전력선 통신 표준 위원회는 전력선을 통한 광대역 표준 초안을 승인했습니다. IEEE 1901 최종 표준은 2010년 12월 30일에 발표되었으며, 홈플러그와 HD-PLC의 기능을 포함하고 있습니다. IEEE 1901 및 IEEE 1905 호환 장치를 통한 전력선 통신은 2013년에 약속된 모든 주요 장치 공급업체의 nVoy 인증으로 표시됩니다. NIST는 IEEE 1901(HD-PLC, HomePlug AV)과 ITU-T G.hn 을 미국의 스마트 그리드에 대한 "추가 검토 대상이 되는 NIST의 추가 표준"으로 포함시켰습니다. IEEE는 또한 2013년에 IEEE 1901.2라는 장거리 스마트 그리드를 위한 저주파 표준을 고안했습니다.[25]

    적용들

    PLC 기술은 네트워크 구축 비용 절감을 위한 솔루션으로 Smart Building, Smart Factory, Smart Grid, Smart City 등에 힘을 실어주기 위해 다음과 같은 시스템에서 널리 사용되고 있습니다.[29]

    • AMI(Advanced Metering Infrastructure) 시스템
    • 마이크로 인버터
    • HVAC 시스템
    • 엘리베이터
    • 축전지
    • 스마트 가로등
    • 조명제어시스템
    • 인터콤 시스템
    • 보안 카메라 시스템

    PLC의 과제

    현재까지 PLC의 주요 과제는 차폐되지 않고 비틀림이 없는 전원 배선입니다. 이러한 유형의 배선은 상당한 무선 에너지를 방출하여 동일한 주파수 대역을 사용하는 다른 사람에게 방해가 될 수 있습니다. 또한, BPL(Broadband over Power Line) 시스템은 PLC 배선에 의해 생성된 무선 신호로부터 간섭을 겪을 수 있습니다.[3]

    참고 항목

    참고문헌

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    2. ^ "ARRL Strengthens the Case for Mandatory BPL Notching". News release. American Amateur Radio League. 2 December 2010. Retrieved 24 November 2011.
    3. ^ a b Pandit, Abhimanyu (2019). "What is Power Line Communication (PLC) and How it works". Circuit Digest.
    4. ^ Stanley H. Horowitz; Arun G. Phadke (2008). Power system relaying third edition. John Wiley and Sons. pp. 64–65. ISBN 978-0-470-05712-4.
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    27. ^ "NEM: National Energy Marketers Association". www.energymarketers.com. Retrieved 14 October 2019.
    28. ^ "NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards, Release 1.0" (PDF). Nist.gov. Retrieved 8 May 2012.
    29. ^ Nessum (2021). "What is Power Line Communications". Nessum.

    더보기

    • 전력선 통신: 잠재적이고 중요한 시스템, 기존 기술 및 미래 발전 전망 http://www.tesionline.it/default/tesi.asp?idt=34078
    • Blackburn, J. L., ed. (1976). Applied Protective Relaying. Newark, N.J.: Westinghouse Electric Corp., Relay-Instrument Division. ISBN 9781118701515. LCCN 76008060. OCLC 2423329.
    • Carcelle, Xavier (2006). Réseaux CPL par la pratique (in French). Paris: Eyrolles. ISBN 978-2-212-11930-5. OCLC 421746698.

    외부 링크