華為海思逆變器PLC電力載波通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)說(shuō)明

LC電力載波通信技術(shù)優(yōu)勢(shì)介紹

1 PLC電力載波通信原理介紹

電力線(xiàn)通信（Power Line Communication，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）技術(shù)是指利用電力線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)和媒體信號(hào)的一種通信方式。該技術(shù)是通過(guò)調(diào)制把原有信號(hào)變成高頻信號(hào)加載到電力線(xiàn)進(jìn)行傳輸，在接收端通過(guò)濾波器將調(diào)制信號(hào)取出解調(diào)，得到原有信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信息傳遞。 目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)主要有：

n Home-Plug（家庭插電聯(lián)盟），美國(guó)發(fā)起，已逐步成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

n OPERA—開(kāi)放式PLC歐州研究聯(lián)盟（The Open PLC European Research Alliance）

電力線(xiàn)是一個(gè)極其不穩(wěn)定的高躁聲、強(qiáng)衰減的傳輸通道，要實(shí)現(xiàn)可靠的電力線(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信，必須解決低壓配電網(wǎng)上各種因素如：噪聲、阻抗波動(dòng)、配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電磁兼容性以及線(xiàn)路阻抗和容性負(fù)載引起的信號(hào)衰減等主要因素對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?。為了解決以上低壓配電網(wǎng)中各因素對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀陔娏€(xiàn)上傳輸高速數(shù)據(jù)信號(hào)一般采用兩種技術(shù)：

n 電力線(xiàn)數(shù)字?jǐn)U頻（Spread Spectrum Communication ，SSC），窄帶PLC技術(shù)

n 正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM），即寬帶PLC技術(shù)

1.1 窄帶PLC和寬帶PLC比較

電力線(xiàn)數(shù)字?jǐn)U頻技術(shù)（Spread Spectrum Communication ，SSC）：

用偽隨機(jī)編碼將待傳送的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸，在接收端則采用同樣的編碼進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理。 香農(nóng)公式

C＝Wlog2（1＋S／N）（其中：C為信道容量，W為頻帶寬度，S／N為信噪比）

主要優(yōu)點(diǎn)如下：

1） 抗干擾能力強(qiáng)，適合在低壓電力線(xiàn)這樣的惡劣通信環(huán)境下實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)信息。

2） 可以實(shí)現(xiàn)碼分多址技術(shù)，在低壓配電網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)不同用戶(hù)的同時(shí)通信。

3） 信號(hào)的功率譜密度很低，具有良好的隱蔽性，不易被截獲。

缺點(diǎn)：

擴(kuò)頻通信雖然抗干擾能力較強(qiáng)，但受其原理制約，傳輸速率最高只能達(dá)到 1 Mbit／s左右。采用SSC技術(shù)的PLC通常稱(chēng)為窄帶PLC。

正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）：

OFDM技術(shù)把所傳輸?shù)母咚贁?shù)據(jù)流分解成若干個(gè)子比特流。每個(gè)子比特流具有低得多的傳輸速率，并且用這些低速數(shù)據(jù)流調(diào)制若干個(gè)子載波。

相比SSC技術(shù)，OFDM具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

1） 抗衰減能力強(qiáng)。OFDM通過(guò)多個(gè)子載波傳輸用戶(hù)信息，對(duì)脈沖噪聲 （ImpulseNoise）和信道快衰落的抵抗力很強(qiáng)。同時(shí)，通過(guò)子載波的聯(lián)合編碼，OFDM實(shí)現(xiàn)了子信道間的頻率分集作用，也增強(qiáng)了對(duì)脈沖噪聲和信道 快衰落的抵抗力。

2） 頻率利用率高。OFDM允許重疊的正交子載波作為子信道，而不是傳統(tǒng)上利用保護(hù)頻帶分離子信道的方式，因此提高了頻率利用效率。

3） 適合高速數(shù)據(jù)傳輸。OFDM的自適應(yīng)調(diào)制機(jī)制，使不同的子載波可以根據(jù)信道情況和噪音背景的 情況選擇不同的調(diào)制方式。OFDM技術(shù)非常適合高速數(shù)據(jù)傳輸。

4） 抗碼間干擾（ISI）能力強(qiáng)。碼間干擾是數(shù)字通信系統(tǒng)中除噪聲干擾之外最主要的干擾。造成碼間干擾的原因有很多。實(shí)際上，只要傳輸信道的頻帶是有限的，就會(huì)造成一定的碼間干擾。由于OFDM采用了循環(huán)前綴，因此，對(duì)抗碼間干擾的能力很強(qiáng)。

1.2 華為PLC技術(shù)優(yōu)勢(shì)

華為PLC，采用華為海思自主研發(fā)芯片：Hi3911C，載波頻率：2~12MHz（支持自適應(yīng)調(diào)節(jié)），OFDM調(diào)制，相相耦合，最大發(fā)射功率4W，幅值大約±9V。遵從Home-Plug（家庭插電聯(lián)盟）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)特點(diǎn)：

n 物理層采用OFDM，即“正交頻分復(fù)用”技術(shù)，子載波支持BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM 調(diào)制

n 載波頻率：2～12MHz

n 物理層峰值速率14Mbit/s

n 應(yīng)用層峰值速率2.8Mbit/s

n 支持終端個(gè)數(shù)1000 個(gè)

華為組串式逆變器，內(nèi)部集成PLC通信模塊PLC STA，通過(guò)交流輸出電力線(xiàn)纜，與安裝于箱變側(cè)的智能子陣控制器Smartlogger進(jìn)行電力載波通信。整個(gè)光伏子陣內(nèi)，采用PLC后再無(wú)須專(zhuān)門(mén)為子陣內(nèi)通信鋪設(shè)RS485通信線(xiàn)纜，可節(jié)省通信線(xiàn)纜及施工量。

2 PLC電力載波與RS485方案對(duì)比

電力載波是電力系統(tǒng)特有的通信方式，電力載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線(xiàn)，通過(guò)載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。最大特點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線(xiàn)，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

光伏電站中應(yīng)用場(chǎng)景比較多樣，特別是大型電站，通常在偏遠(yuǎn)的荒蕪地區(qū)，傳統(tǒng)的通訊方案需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)通訊線(xiàn)纜部分，埋地的話(huà)需要鎧裝線(xiàn)纜或者穿管鋪設(shè)，成本升高，且施工方面需要挖溝，而PLC的最大特點(diǎn)：不需要重新架設(shè)通訊線(xiàn)纜，只要有電線(xiàn)，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，無(wú)疑成為了智能光伏電站的最佳方案之一。

序號(hào)對(duì)比項(xiàng)PLCRS485

1速率200Kbps9600bps，最大19.2Kbps

2升級(jí)性能廣播通道：升級(jí)1MW方陣不超過(guò)30min。（12分鐘/468K 10個(gè)sta節(jié)點(diǎn)）20臺(tái)逆變器共享9600bps波特率，傳輸速率慢。30臺(tái)逆變器加載1M大小的文件，4～5小時(shí)左右。

3驅(qū)動(dòng)能力PLC通過(guò)外置linedrive，最大可以支持1A電流輸出RS485芯片驅(qū)動(dòng)能力一般為mA級(jí)別

4數(shù)據(jù)傳輸可靠性PLC物理層和MAC層有去噪、糾錯(cuò)、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)備份/重傳等多種手段保證數(shù)據(jù)傳輸安全可靠RS485標(biāo)準(zhǔn)是通用的，物理層和數(shù)據(jù)鏈路層不能修改，只能通過(guò)應(yīng)用層做一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)校驗(yàn)，如超時(shí)重傳等

5組網(wǎng)功能主從模式，從節(jié)點(diǎn)支持路由轉(zhuǎn)發(fā)功能主從模式，不支持路由

6施工和線(xiàn)路可靠性借用交流線(xiàn)做通道

只要交流不斷，通信就不會(huì)斷施工復(fù)雜，需挖溝埋線(xiàn)纜

工程接線(xiàn)易出錯(cuò)

中間斷鏈影響局部通信

7可維護(hù)性可維護(hù)性好，僅更換故障單板即可。可維護(hù)性差，特別是當(dāng)線(xiàn)纜斷線(xiàn)后，需挖溝更換線(xiàn)纜

8成本通信線(xiàn)纜和施工成本降低0.02元/W。0

3、華為PLC對(duì)潛在影響因數(shù)抑制介紹

3.1噪聲抑制

3.1.1 逆變器交流線(xiàn)路上噪聲主要有以下幾種情況：

1） 逆變器的開(kāi)關(guān)噪聲，基本比較穩(wěn)定，逆變器正常工作時(shí)基本不會(huì)影響PLC通信。

2）交流諧波噪聲，來(lái)源于逆變器交流輸出。逆變器輸出諧波控制不好，會(huì)導(dǎo)致交流線(xiàn)上噪聲過(guò)大，從而影響PLC的信噪比，可能會(huì)導(dǎo)致通信失敗。

3.1.2華為PLC關(guān)于逆變器交流線(xiàn)路上噪聲抑制方案如下：

1）大多數(shù)交流噪聲頻率都在2MHz以下，而華為PLC芯片載波頻率在2~12MHz，所以不會(huì)影響PLC通信。對(duì)于逆變器的開(kāi)關(guān)噪聲，大約15KHz，基本比較穩(wěn)定。此種噪聲進(jìn)入到PLC通信板后，會(huì)被硬件帶通濾波器濾除，不會(huì)影響通信。

2）交流諧波噪聲過(guò)大，會(huì)影響PLC的信噪比，可能會(huì)導(dǎo)致通信失敗。針對(duì)這一種噪聲，華為PLC芯片物理層支持 FEC（Forward Error Correction）和CRC（Cyclic Redundancy Check）功能，具備強(qiáng)大的去噪和糾錯(cuò)能力。同時(shí)有專(zhuān)門(mén)的自動(dòng)增益調(diào)整技術(shù)和特定的噪聲濾波算法，可以很好的提升噪聲耐受能力。

3）PLC芯片物理層還支持?jǐn)?shù)據(jù)分段和重組，數(shù)據(jù)重傳機(jī)制；應(yīng)用層也有超時(shí)重傳機(jī)制。對(duì)于在某一時(shí)候受到干擾的情況，可以在下一次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)繼續(xù)傳輸正確的數(shù)據(jù)。

3.2抗信號(hào)衰減和反射抑制

3.2.1 PLC信號(hào)在交流線(xiàn)路上衰減會(huì)導(dǎo)致傳輸距離變短，主要因素有：

1）匯流箱到箱變的傳輸線(xiàn)路過(guò)長(zhǎng)，受到線(xiàn)纜本身阻抗以及分布電容的影響，PLC信號(hào)會(huì)被衰減。

2）線(xiàn)路上由于阻抗不匹配帶來(lái)的信號(hào)反射以及多徑反射，會(huì)造成信號(hào)衰減和失真。

信號(hào)衰減的簡(jiǎn)單模型如下：

信號(hào)從逆變器（PLC-STA）出來(lái)后進(jìn)入?yún)R流箱（這一段線(xiàn)纜為L(zhǎng)1），經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸?shù)较渥儯ㄟ@一段線(xiàn)纜為L(zhǎng)2），再經(jīng)過(guò)箱變母排到PLC-CCO （這一段線(xiàn)纜為L(zhǎng)3）。L1、L2和L3之間由于阻抗不匹配導(dǎo)致信號(hào)反射，線(xiàn)纜由于本身阻抗導(dǎo)致會(huì)有線(xiàn)纜衰減。

3.2.2華為PLC對(duì)衰減的解決措施

1）傳輸線(xiàn)阻抗匹配：

對(duì)于兩段不同的線(xiàn)纜，如果要求傳輸距離遠(yuǎn)，需要做到阻抗匹配。由于涉及到工程安裝，如果不能做到阻抗匹配，盡量選擇高頻阻抗低的線(xiàn)纜。

2）信號(hào)反射的抑制：

PLC信號(hào)使用OFDM進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，通過(guò)信號(hào)備份來(lái)消除反射的影響。

載波頻段分為幾個(gè)備份的傳輸頻段，每個(gè)傳輸頻段內(nèi)又分為若干個(gè)子載波，每個(gè)子載波上面調(diào)制的幅度，就是有用信號(hào)的頻域信息。

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