LC電力載波通信技術(shù)優(yōu)勢介紹

1 PLC電力載波通信原理介紹

電力線通信（Power Line Communication，簡稱PLC）技術(shù)是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和媒體信號的一種通信方式。該技術(shù)是通過調(diào)制把原有信號變成高頻信號加載到電力線進行傳輸，在接收端通過濾波器將調(diào)制信號取出解調(diào)，得到原有信號，實現(xiàn)信息傳遞。 目標標準主要有：

n Home-Plug（家庭插電聯(lián)盟），美國發(fā)起，已逐步成為國際標準。

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

電力線是一個極其不穩(wěn)定的高躁聲、強衰減的傳輸通道，要實現(xiàn)可靠的電力線高速數(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、配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電磁兼容性以及線路阻抗和容性負載引起的信號衰減等主要因素對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽榱私鉀Q以上低壓配電網(wǎng)中各因素對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀陔娏€上傳輸高速數(shù)據(jù)信號一般采用兩種技術(shù)：

n 電力線數(shù)字擴頻（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

電力線數(shù)字擴頻技術(shù)（Spread Spectrum Communication ，SSC）：

用偽隨機編碼將待傳送的信息數(shù)據(jù)進行調(diào)制，實現(xiàn)頻譜擴展后再傳輸，在接收端則采用同樣的編碼進行解調(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)點如下：

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

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

3） 信號的功率譜密度很低，具有良好的隱蔽性，不易被截獲。

缺點：

擴頻通信雖然抗干擾能力較強，但受其原理制約，傳輸速率最高只能達到 1 Mbit／s左右。采用SSC技術(shù)的PLC通常稱為窄帶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)流分解成若干個子比特流。每個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)制若干個子載波。

相比SSC技術(shù)，OFDM具有以下的優(yōu)點：

1） 抗衰減能力強。OFDM通過多個子載波傳輸用戶信息，對脈沖噪聲 （ImpulseNoise）和信道快衰落的抵抗力很強。同時，通過子載波的聯(lián)合編碼，OFDM實現(xiàn)了子信道間的頻率分集作用，也增強了對脈沖噪聲和信道 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。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。實際上，只要傳輸信道的頻帶是有限的，就會造成一定的碼間干擾。由于OFDM采用了循環(huán)前綴，因此，對抗碼間干擾的能力很強。

1.2 華為PLC技術(shù)優(yōu)勢

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）國際標準。

技術(shù)特點：

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 支持終端個數(shù)1000 個

華為組串式逆變器，內(nèi)部集成PLC通信模塊PLC STA，通過交流輸出電力線纜，與安裝于箱變側(cè)的智能子陣控制器Smartlogger進行電力載波通信。整個光伏子陣內(nèi)，采用PLC后再無須專門為子陣內(nèi)通信鋪設(shè)RS485通信線纜，可節(jié)省通信線纜及施工量。

2 PLC電力載波與RS485方案對比

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，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號進行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。最大特點是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進行數(shù)據(jù)傳遞。

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

序號對比項PLCRS485

1速率200Kbps9600bps，最大19.2Kbps

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

3驅(qū)動能力PLC通過外置linedrive，最大可以支持1A電流輸出RS485芯片驅(qū)動能力一般為mA級別

4數(shù)據(jù)傳輸可靠性PLC物理層和MAC層有去噪、糾錯、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標準是通用的，物理層和數(shù)據(jù)鏈路層不能修改，只能通過應(yīng)用層做一些簡單的數(shù)據(jù)校驗，如超時重傳等

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

6施工和線路可靠性借用交流線做通道

只要交流不斷，通信就不會斷施工復(fù)雜，需挖溝埋線纜

工程接線易出錯

中間斷鏈影響局部通信

7可維護性可維護性好，僅更換故障單板即可。可維護性差，特別是當線纜斷線后，需挖溝更換線纜

8成本通信線纜和施工成本降低0.02元/W。0

3、華為PLC對潛在影響因數(shù)抑制介紹

3.1噪聲抑制

3.1.1 逆變器交流線路上噪聲主要有以下幾種情況：

1） 逆變器的開關(guān)噪聲，基本比較穩(wěn)定，逆變器正常工作時基本不會影響PLC通信。

2）交流諧波噪聲，來源于逆變器交流輸出。逆變器輸出諧波控制不好，會導(dǎo)致交流線上噪聲過大，從而影響PLC的信噪比，可能會導(dǎo)致通信失敗。

3.1.2華為PLC關(guān)于逆變器交流線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，所以不會影響PLC通信。對于逆變器的開關(guān)噪聲，大約15KHz，基本比較穩(wěn)定。此種噪聲進入到PLC通信板后，會被硬件帶通濾波器濾除，不會影響通信。

2）交流諧波噪聲過大，會影響PLC的信噪比，可能會導(dǎo)致通信失敗。針對這一種噪聲，華為PLC芯片物理層支持 FEC（Forward Error Correction）和CRC（Cyclic Redundancy Check）功能，具備強大的去噪和糾錯能力。同時有專門的自動增益調(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芯片物理層還支持數(shù)據(jù)分段和重組，數(shù)據(jù)重傳機制；應(yīng)用層也有超時重傳機制。對于在某一時候受到干擾的情況，可以在下一次數(shù)據(jù)傳輸時繼續(xù)傳輸正確的數(shù)據(jù)。

3.2抗信號衰減和反射抑制

3.2.1 PLC信號在交流線路上衰減會導(dǎo)致傳輸距離變短，主要因素有：

1）匯流箱到箱變的傳輸線路過長，受到線纜本身阻抗以及分布電容的影響，PLC信號會被衰減。

2）線路上由于阻抗不匹配帶來的信號反射以及多徑反射，會造成信號衰減和失真。

信號衰減的簡單模型如下：

信號從逆變器（PLC-STA）出來后進入?yún)R流箱（這一段線纜為L1），經(jīng)過長距離傳輸?shù)较渥儯ㄟ@一段線纜為L2），再經(jīng)過箱變母排到PLC-CCO （這一段線纜為L3）。L1、L2和L3之間由于阻抗不匹配導(dǎo)致信號反射，線纜由于本身阻抗導(dǎo)致會有線纜衰減。

3.2.2華為PLC對衰減的解決措施

1）傳輸線阻抗匹配：

對于兩段不同的線纜，如果要求傳輸距離遠，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纜。

2）信號反射的抑制：

PLC信號使用OFDM進行調(diào)制解調(diào)，通過信號備份來消除反射的影響。

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

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