摘要

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作为光伏逆变系统不可缺少的组成部分，通信功能主要用于分布式逆变器状态的远程监测和控制。电力线载波通信“PLC”)是指将已有的电力线网络作为通信媒介实现通信的一种方法，将 PLC 与其他类型的通信方法相比，增加光伏逆变系统的功能可以更好地降低成本，简化系统的复杂性。本文重点介绍了一种基于TI 的 TMS320F28035(以下简称“F28035”)和TMS320F28069(以下简称“F28069”)单芯片光伏逆变器 PLC 解决方案，并给出系统框图和软件流程图。

1 具有PLC 光伏逆变器通信功能应用介绍

近两年来，太阳能作为一种可再生能源，已成功应用于国内外并网发电。从功率上看，光伏逆变设备大致可分为三个等级：输出功率大于6KW 三相大功率逆变器，输出功率为1KW 至6KW 单相中型逆变器和输出功率 200W 至 500W 微逆变器。大功率逆变器成本高，效率相对较低，一般采用集中拓扑，因此对通信功能的需求较小。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较小，它更多地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，它将在某一地区有大量和广泛的分布。例如，在欧洲和美国，许多家庭将在屋顶上安装这样的中小型功率逆变器；大量的中小型逆变器将用于建造火车站或工厂屋顶上的小型电站。因此，有必要管理一定区域内的逆变器，使其工作更加有效、安全、稳定，并提供及时的需求和响应。管理方法是配备通信模块，通过上位机监控所有逆变器的状态，并及时控制和调度。

无论是白天还是晚上，我们都需要实时了解控制器的情况，如逆变器当前工作状态、太阳能电池板最大功率点跟踪、当天/当月/当年发电千瓦时、当前输出功率/电压/电流等。如果使用中小功率逆变器构建大功率发电设备，还将涉及调整单个发电设备的功率因数、防孤岛保护和多个逆变器之间的相位同步等参数。

目前最常见的方法是无线(RF)或者RS485 技术通信。PLC 无需使用现有的电力线传输数据 485 与总线相比，新线路可以重新铺设，低成本实现有效通信。 RF 可靠性较高，但相对于 RS485 鲁棒需要更多的设计优化。通过加入PLC 光伏逆变系统已成为微电网的节点，可接受智能电网上传输的任何数据，有利于未来功能的进一步扩展。

图 1 使用PLC 光伏逆变设备区域系统结构

图 1 是一种带有 PLC 光伏发电设备的区域系统框图安装在一定区域内并网的光伏逆变设备 PLC 设备收发后，以电力线为总线通信的拓扑结构。在一定距离和数量的设备之间，需要一个收发调制解调器来处理区域内的数据，也可以扩展上位机，通过上网传输数据。

2 PLC 方案介绍

2.1 PLC 概况及TI PLC 方案介绍

PLC 一般来说，技术可以分为宽带(Broad-band)PLC 和窄带(Narrow-band)PLC 宽带两大类PLC 速度一般大于1MBPS，应用于Internet 互联网等local area network 广域网连接场合；窄带PLC(以下简称“NBPLC”)适用于长距离、低传输速度、窄带控制或宽数据采集 [1] 。中小型光伏逆变器设备往往需要高可靠性和低成本的数据，因此 NB PLC 会更适合这个应用。

目前 PLC 调制技术主要有三类:单载波(如 FSK)、扩展频谱(例如 S-FSK)、例如多载波类 OFDM)。从调制方法的角度来看，前两种调制方法一般可以概括为单载波调制方法。这是目前使用较多的技术。其特点是原理简单，但速度慢，鲁棒性低。而多载波即 OFDM（正交频分为复用调制）是一种更稳定、数据速率更高的调制技术。其原理是在单个信道和同一时域传输过程中传输多个频率的载波信号，每个载波可根据需要采用不同的调制方法。与单载波调制技术相比，其优点如下:1)低于单载波调制技术 500 KHz 的 PLC 信号可以穿越变压器，因此具有良好的传播特性；2)NB PLC 在使用 MCU 或 DSP 实现时具有良好的成本效益；3)窄带干扰(以下简称“NBI”)短脉冲干扰(Impulse)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)可用于直流应用，无需与主电网过零点同步 (如微逆)。

图 2 NB PLC 的调制方式

当前，基于OFDM 技术的NB PLC 的PRIME/G3 标准已进入实际部署阶段。而IEEE P1901.2和ITU-T G.hnem 两个国际标准即将制定和完成。TI 在OFDM 软件开发积累良好，为各种标准提供了一系列固件库。当开发人员使用这些固件库的函数进行开发时，他们不需要关心底层设计的复杂顺序，并可以根据自己的需要高效灵活地定制产品。图3 是TI 的PLC 开发软件库(plcSUITE)。

图 3 PLC Suite 结构框图

TI 提供的plcSUITETM 软件库解决方案包括实际部署PRIME/G3 协议栈，以及TI 定义的PLC Lite 标准。PLC Lite 是TI 在PRIME 优化标准是基于OFDM 下一节将介绍软件库的特点。除提供软件开发固件库外，TI 包括硬件模拟前端模块在内的解决方案，C2000 可用作数字调制解调和网络协议栈的处理器plcSUITETM 软件开发中提供的库，通过调制好的物理层信号SPI 作为模拟前端发送到发送到AFE031/AFE030，然后通过AF031/AFE030 将数据信号耦合到电力线发送。

图 4 TI NB PLC 解决方案

2.2 TI PLC Lite 标准介绍 [2]

PRIME 和G3 标准制定之初，主要应用对象是终端节点多、距离长、传输数据量大的应用，如远程抄表PRIME 和G3 标准将包括物理层、媒体层、逻辑链路层和上层(如适应层支持)IPV6 及IEC61334-32 等)网络层协议。对于光伏逆变设备，其数据量较小，在目前的大多数应用中，其网络模式相对简单，因此不需要复杂的网络协议堆栈。TI 定义低成本和相对简单的标准PLCLite 用于光伏逆变、路灯控制等相对简单灵活的网络。而PLC Lite 本身是由PRIME 因此，标准优化是稳定的TI芯片代理性也可以保证。特点如下:(1) 可使用TMS320F28035 contorlCARD 或TMS320F28069 contorlCARD 支持主控模块(2)PLC Add-on AFE031 模拟前端驱动模块K~90K 半频段(欧洲CENELEC A 频段标准)，40K~150K 半频段(24K 欧洲CENELEC A /B/C/D (4)最高传输速率为21Kpbs(不使用前向纠错)，11Kpbs(使用前向纠错)OFDM 调制方法，使用前向纠错功能，使用每个频率载波DBPSK (6)40K~90K 频段子载波量为97 路(1 路导频，96 (7)具有重复码纠错功能，CRC8 校验错误，重复码和RS 前向纠错算法；(8)可通过UART (9)可编程控制AFE031 增益；(10)有PRIME 标准物理层的特点和增强NBI 性能及支持MAC 层扩展。

图5 PLC Lite 物理特征参数