PLC电力载波通信技术优势介绍V

PLC电力载波通信技术优势介绍

非原创

1 PLC电力载波通信原理介绍

电力线通信（Power Line Communication，简称PLC）技术是指利用电力线传输数据和媒体信号的一种通信方式。该技术是通过调制把原有信号变成高频信号加载到电力线进行传输，在接收端通过滤波器将调制信号取出解调，得到原有信号，实现信息传递。 目标标准主要有：

 Home-Plug（家庭插电联盟），美国发起，已逐步成为国际标准。  OPERA—开放式PLC欧州研究联盟（The Open PLC European Research Alliance）

电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道，要实现可靠的电力线高速数据通信，必须解决低压配电网上各种因素如：噪声、阻抗波动、配电网结构、电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等主要因素对数据传输的影响。为了解决以上低压配电网中各因素对数据传输的影响，在电力线上传输高速数据信号一般采用两种技术：

 电力线数字扩频(Spread Spectrum Communication ，SSC)，窄带PLC技术  正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)，即宽带

PLC技术

1.1 窄带PLC和宽带PLC比较

电力线数字扩频技术(Spread Spectrum Communication ，SSC)：

用伪随机编码将待传送的信息数据进行调制，实现频谱扩展后再传输，在接收端则采用同样的编码进行解调及相关处理。 香农公式

C＝Wlog2（1＋S／N）（其中：C为信道容量，W为频带宽度，S／N为信噪比） 主要优点如下：

1) 抗干扰能力强，适合在低压电力线这样的恶劣通信环境下实现可靠的数据信息。 2) 可以实现码分多址技术，在低压配电网上实现不同用户的同时通信。

实用文档

3) 信号的功率谱密度很低，具有良好的隐蔽性，不易被截获。 缺点：

扩频通信虽然抗干扰能力较强，但受其原理制约，传输速率最高只能达到 1 Mbit／s左右。采用SSC技术的PLC通常称为窄带PLC。

正交频分复用技术(OFDM)：

OFDM技术把所传输的高速数据流分解成若干个子比特流。每个子比特流具有低得多的传输速率，并且用这些低速数据流调制若干个子载波。

相比SSC技术，OFDM具有以下的优点：

1) 抗衰减能力强。OFDM通过多个子载波传输用户信息，对脉冲噪声 (ImpulseNoise)

和信道快衰落的抵抗力很强。同时，通过子载波的联合编码，OFDM实现了子信道间的频率分集作用，也增强了对脉冲噪声和信道 快衰落的抵抗力。

2) 频率利用率高。OFDM允许重叠的正交子载波作为子信道，而不是传统上利用保护频

带分离子信道的方式，因此提高了频率利用效率。

3) 适合高速数据传输。OFDM的自适应调制机制，使不同的子载波可以根据信道情况和

噪音背景的 情况选择不同的调制方式。OFDM技术非常适合高速数据传输。 4) 抗码间干扰(ISI)能力强。码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰。

造成码间干扰的原因有很多。实际上，只要传输信道的频带是有限的，就会造成一定的码间干扰。由于OFDM采用了循环前缀，因此，对抗码间干扰的能力很强。

1.2 华为PLC技术优势

华为PLC，采用华为海思自主研发芯片：Hi3911C，载波频率：2~12MHz（支持自适应调节），OFDM调制，相相耦合，最大发射功率4W，幅值大约±9V。遵从Home-Plug（家庭插电联盟）国际标准。

实用文档

技术特点：

 物理层采用OFDM，即“正交频分复用”技术，子载波支持BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、

64QAM 调制

 载波频率：2～12MHz

 物理层峰值速率14Mbit/s  应用层峰值速率2.8Mbit/s  支持终端个数1000 个

华为组串式逆变器，内部集成PLC通信模块PLC STA，通过交流输出电力线缆，与安装于箱变侧的智能子阵控制器Smartlogger进行电力载波通信。整个光伏子阵内，采用PLC后再无须专门为子阵内通信铺设RS485通信线缆，可节省通信线缆及施工量。

2 PLC电力载波与RS485方案对比

电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方

实用文档

式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。

光伏电站中应用场景比较多样，特别是大型电站，通常在偏远的荒芜地区，传统的通讯方案需要专门设计通讯线缆部分，埋地的话需要铠装线缆或者穿管铺设，成本升高，且施工方面需要挖沟，而PLC的最大特点：不需要重新架设通讯线缆，只要有电线，就能进行数据传递，无疑成为了智能光伏电站的最佳方案之一。

序号 对比项 1 2 速率 升级性能 PLC 200Kbps 广播通道：升级1MW方阵不超过30min。（12分钟/468K 10个sta节点） PLC通过外置linedrive，最大可以支持1A电流输出 PLC物理层和MAC层有去噪、纠错、数据加密、数据备份/重传等多种手段保证数据传输安全可靠 RS485 9600bps，最大19.2Kbps 20台逆变器共享9600bps波特率，传输速率慢。30台逆变器加载1M大小的文件，4～5小时左右。 RS485芯片驱动能力一般为mA级别 RS485标准是通用的，物理层和数据链路层不能修改，只能通过应用层做一些简单的数据校验，如超时重传等 3 驱动能力 数据传输可靠性 组网功能 施工和线路可靠性 可维护性 成本 4 5 6 7 8 主从模式，从节点支持路由转发功能 主从模式，不支持路由 借用交流线做通道 只要交流不断，通信就不会断 可维护性好，仅更换故障单板即可。 施工复杂，需挖沟埋线缆 工程接线易出错 中间断链影响局部通信 可维护性差，特别是当线缆断线后，需挖沟更换线缆 通信线缆和施工成本降低0.02元/W。 0 3、华为PLC对潜在影响因数抑制介绍

3.1噪声抑制

3.1.1 逆变器交流线路上噪声主要有以下几种情况：

1) 逆变器的开关噪声，基本比较稳定，逆变器正常工作时基本不会影响PLC通信。

实用文档

2）交流谐波噪声，来源于逆变器交流输出。逆变器输出谐波控制不好，会导致交流线上噪声过大，从而影响PLC的信噪比，可能会导致通信失败。

3.1.2华为PLC关于逆变器交流线路上噪声抑制方案如下：

1）大多数交流噪声频率都在2MHz以下，而华为PLC芯片载波频率在2~12MHz，所以不会影响PLC通信。对于逆变器的开关噪声，大约15KHz，基本比较稳定。此种噪声进入到PLC通信板后，会被硬件带通滤波器滤除，不会影响通信。

2）交流谐波噪声过大，会影响PLC的信噪比，可能会导致通信失败。针对这一种噪声，华为PLC芯片物理层支持 FEC（Forward Error Correction）和CRC（Cyclic Redundancy Check）功能，具备强大的去噪和纠错能力。同时有专门的自动增益调整技术和特定的噪声滤波算法，可以很好的提升噪声耐受能力。

3）PLC芯片物理层还支持数据分段和重组，数据重传机制；应用层也有超时重传机制。对于在某一时候受到干扰的情况，可以在下一次数据传输时继续传输正确的数据。

3.2抗信号衰减和反射抑制

3.2.1 PLC信号在交流线路上衰减会导致传输距离变短，主要因素有：

1）汇流箱到箱变的传输线路过长，受到线缆本身阻抗以及分布电容的影响，PLC信号会被衰减。

2）线路上由于阻抗不匹配带来的信号反射以及多径反射，会造成信号衰减和失真。 信号衰减的简单模型如下：

信号从逆变器（PLC-STA）出来后进入汇流箱（这一段线缆为L1），经过长距离传输到箱变（这一段线缆为L2），再经过箱变母排到PLC-CCO （这一段线缆为L3）。L1、L2和L3之间由于阻抗不匹配导致信号反射，线缆由于本身阻抗导致会有线缆衰减。

实用文档

3.2.2华为PLC对衰减的解决措施

1)传输线阻抗匹配：

对于两段不同的线缆，如果要求传输距离远，需要做到阻抗匹配。由于涉及到工程安装，如果不能做到阻抗匹配，尽量选择高频阻抗低的线缆。

2)信号反射的抑制：

PLC信号使用OFDM进行调制解调，通过信号备份来消除反射的影响。

载波频段分为几个备份的传输频段，每个传输频段内又分为若干个子载波，每个子载波上面调制的幅度，就是有用信号的频域信息。

4、应用案例

浙江杭州某农光互补30MW电站中，2014年11月并网。电站全部采用SUN2000-40KTL组串逆变器，每个子阵约1.6MW，48台组串逆变器，各子阵内的逆变器之间采用PLC通信。电站运行至今，逆变器运行稳定，PLC未发现通讯质量问题。

2015年5月随机对一个子阵进行PLC对电能质量的影响现场测试，及PLC通信质量一周通信丢包率分析，测试结果显示，采用PLC通信后的电网谐波，与未采用PLC通信的子阵的电网谐波，几乎一样，PLC载波通信，不会对电网质量产生影响。

通过一周的通信日志分析，丢包率在0.05%，稳定性非常好，通信可靠性高。

4.1、PLC对电网谐波影响分析

100%Pn 不采用PLC（采用RS485） A 1.564993 B 1.539779 C 1.603081 A# 1.552962 采用PLC通信 B# 1.529767 C# 1.589043 -0.77% -0.65% -0.88% 谐波差异

实用文档

0.559671 0.091389 0.025886 0.408289 0.035624 0.224604 0.029879 0.014966 0.041134 0.620973 0.036926 0.539792 0.02447 0.034295 0.607946 0.050611 0.551993 0.042094 0.030839 0.034107 0.484624 0.051805 0.397638 0.033953 0.015416 0.022738 0.257107 0.034376 0.202181 0.01804 0.007054 0.011295 0.126805 0.022745 0.124047 0.011651 0.005785 0.387221 0.087107 0.122966 0.406074 0.036839 0.21951 0.029852 0.045832 0.032235 0.600141 0.020423 0.561906 0.027732 0.013027 0.613463 0.030993 0.586913 0.018913 0.097369 0.012456 0.504154 0.025121 0.392215 0.023792 0.037805 0.01449 0.268503 0.02243 0.199846 0.014966 0.008544 0.014846 0.130483 0.01547 0.121201 0.011698 0.007128 0.58955 0.071758 0.103919 0.411799 0.033094 0.228389 0.054617 0.030275 0.034423 0.619255 0.025792 0.567 0.020128 0.035691 0.610289 0.026067 0.578544 0.039879 0.10053 0.032409 0.481624 0.028859 0.403732 0.023436 0.024987 0.020523 0.264463 0.015879 0.202584 0.011477 0.010926 0.010396 0.121732 0.009081 0.121765 0.012094 0.010201 0.54985 0.091225 0.025139 0.399432 0.035979 0.216343 0.029402 0.014697 0.03971 0.633842 0.034694 0.54015 0.023815 0.035072 0.609606 0.049131 0.554678 0.04237 0.02833 0.033346 0.480976 0.046861 0.39678 0.032504 0.015879 0.020732 0.254839 0.031501 0.205539 0.017233 0.00748 0.010912 0.126617 0.02285 0.115976 0.011649 0.00594 0.382408 0.082357 0.118544 0.395509 0.03563 0.221595 0.029874 0.042405 0.030287 0.635182 0.021397 0.560684 0.030035 0.013686 0.617327 0.029335 0.578657 0.020432 0.098287 0.013239 0.497651 0.024287 0.393815 0.023343 0.035338 0.015153 0.267611 0.020845 0.203378 0.014456 0.010558 0.013105 0.130193 0.014056 0.112772 0.010566 0.007738 0.57141 0.07496 0.103008 0.398928 0.032732 0.228088 0.053694 0.029483 0.034743 0.639499 0.026665 0.56215 0.019416 0.033702 0.616933 0.025346 0.580826 0.038008 0.099429 0.032681 0.483456 0.026861 0.402115 0.022831 0.024019 0.01908 0.26107 0.015941 0.208405 0.011528 0.010745 0.010469 0.122198 0.008603 0.113399 0.012515 0.009547 -1.79% -0.18% -2.97% -2.22% 0.99% -3.82% -1.62% -1.83% -3.59% 2.03% -6.43% 0.07% -2.75% 2.22% 0.27% -3.01% 0.48% 0.65% -8.86% -2.28% -0.76% -10.55% -0.22% -4.46% 2.92% -9.68% -0.89% -9.13% 1.63% -4.68% 5.70% -3.51% -0.15% 0.46% -6.96% -0.02% 2.61% -1.26% -5.77% -3.73% -2.67% -3.39% 0.94% 0.07% -8.08% -6.43% 5.52% 4.55% -0.22% 7.67% 4.82% 0.63% -5.65% -1.43% 7.43% 0.93% 5.91% -1.31% -3.43% 0.41% -1.92% -6.98% 4.38% -0.33% -7.60% 1.74% -3.53% 19.08% -13.29% -0.22% -10.06% -7.47% -10.71% 7.88% -3.17% 4.27% -0.88% -3.23% -1.11% -0.13% -1.72% -2.69% 0.92% 3.17% 3.27% -0.86% -3.67% -5.90% 1.08% -2.84% 0.39% -4.92% -1.11% 0.83% 0.38% -7.44% -0.40% -2.65% -4.03% -7.56% -1.30% 0.39% 2.79% 0.44% -1.68% 0.70% 0.38% -5.56% -7.38% 3.36% -6.85%

实用文档

1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 A A# 100%Pn A

1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 C C# 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 B B# 100%Pn B 100%Pn A 100%Pn C 100%Pn A

实用文档

4.2、一周丢包率分析