1 具有PLC 通信功能的光伏逆变器应用介绍

太阳能作为一种可再生能源，近两年已经在国内外成功用于并网发电。光伏逆变设备从功率上来看大致可划分为三个等级：输出功率大于6KW 的三相大功率逆变器、输出功率在1KW 至6KW 之间的单相中型逆变器以及输出功率在 200W 至 500W 的微逆变器。大功率逆变器的成本高，效率相对较低，并且一般采用集中式拓扑，所以其对通信功能的需求量较少。与之相比，中小功率逆变器近年来在光伏发电市场上受到了更多的关注。

由于中小型逆变器本身功率不大，所以其更多用于微电网中的分布式太阳能发电系统。作为微电网的一个节点，其会在某个区域内有较大数量和较广范围的分布，例如在欧美地区，很多家庭会在屋顶安装这样的中小功率逆变器;在火车站或者工厂的屋顶会使用大量的中小型逆变器来搭建小型电站等等。这样就需要对一定区域内的逆变器进行管理，以便其更有效、安全、稳定的工作并且提供及时的需求和响应，而管理方法就是配以通信模块，以便通过上位机监测所有逆变器状态，并及时进行控制和调度。

无论是白天或者夜晚，我们都需要实时了解控制器的情况，例如逆变器当前工作状态、太阳能电池板的最大功率点追踪情况、当天/当月/当年等的发电千瓦时、当前输出功率/电压/电流等数据都需要被监控。如果使用中小功率逆变器搭建大功率的发电设备，则还会涉及单个发电设备功率因数的调节、防孤岛保护以及多个逆变器之间的相位同步等参数的控制。

从目前来看，最常见的方法就是通过无线(RF)或者RS485 技术通信。PLC 利用已有的电力线进行传输数据，不需要像 485 总线那样重新铺设新的线路，并且还可以在低成本的情况下实现有效的通信，其相对于 RF 可靠性更高，但相对于 RS485 在鲁棒性上则需要更多的设计优化。通过加入PLC 模块，光伏逆变系统就成为为微电网的一个节点，可以接受任何在智能电网上传输的数据，有利于今后进一步的功能扩展。

图 1 就是一种带有 PLC 功能的光伏发电设备的区域系统框图，在一定区域内给并网的光伏逆变设备安装 PLC 收发设备后，以电力线为总线来通信的拓扑结构。在距离和数量一定的设备之间，需要一个收发调制解调器来进行区域内的数据处理，并且还可以为其扩展上位机从而将数据通过上层网络进行传输。

2 PLC 方案介绍

2.1 PLC 概况及TI PLC 方案介绍

PLC 技术总体来说可以分为宽带(Broad-band)PLC 和窄带(Narrow-band)PLC 两大类，宽带PLC 速度一般大于1MBPS，应用于Internet 互联网等local area network 广域网连接的场合;窄带PLC(以下简称“NBPLC”)适用于长距离、低传输速度、只需窄带控制或者宽数据采集的场合 [1] 。而中小型光伏逆变设备往往对于其通信模块需要数据高可靠性以及低成本的要求，所以 NB PLC 会更适合于该应用。

目前 PLC 调制技术主要有三大类：单载波类(例如 FSK)、扩展频谱类(例如 S-FSK)、多载波类(例如 OFDM)。前两种从调制方式上看大体可以概括为单载波调制方法，是目前使用比较多的一种技术，其特点就是原理简单，但是速度较慢、鲁棒性也较低。而多载波即 OFDM(正交频分复用调制)是一种更加稳定且数据速率更高的调制技术，其原理就是在单一信道、同一时域传输过程中同时会有多个频率的载波信号进行传输，并且每个载波可以根据需求采用不同的调制方式。相对于单载波调制技术，其优点如下：1)低于 500 KHz 的 PLC 信号能够穿越变压器，因此具有很好的传播特性;2)NB PLC 在使用 MCU 或 DSP 实现时具有较好的成本效益;3)在窄带干扰(以下简称“NBI”)和短脉冲干扰(Impulse)下有很强的鲁棒性(Robustness);4)频率选择性信道的响应(阻抗特性)较好;5)能够与已有的单载波技术(FSK, S-FSK)共存 [1] 。6)无需与主电网过零点同步，因此可以用于直流应用 (如微逆)。

当前，基于OFDM 技术的NB PLC 的PRIME/G3 标准已经进入了实际部署阶段。而IEEE P1901.2和ITU-T G.hnem 两大国际标准也即将制定完成。TI 在OFDM 的软件开发上有很好的积累，提供了一系列针对各种不同标准的固件库，开发人员使用这些固件库的函数来进行开发时，不需要关心其底层设计的复杂时序，并且可以高效灵活的根据自己的需求进行产品定制。