隨著太陽(yáng)能裝置數(shù)量的增加，系統(tǒng)監(jiān)控和安全的重要性也日益凸顯。有線通信在此背景下扮演了關(guān)鍵角色，特別是支持NEC 2014、NEC 2017 和 UL1741模塊級(jí)快速關(guān)斷(SunSpec? RSD)等標(biāo)準(zhǔn)的安全措施，都構(gòu)建在有線通信接口之上。

太陽(yáng)能系統(tǒng)的通信架構(gòu)

圖1展示了不同太陽(yáng)能裝置中實(shí)現(xiàn)的典型電力線通信選項(xiàng)。這些方案可以分為直流線路（紅色）和交流線路（藍(lán)色）上的通信。其區(qū)別在于數(shù)據(jù)信號(hào)如何在發(fā)送器處耦合到電力線，以及如何在接收器側(cè)提取信號(hào)。此外，還有兩種主要的通信方向：從太陽(yáng)能電池板到逆變器，以及面向電網(wǎng)的通信。前者用于監(jiān)控PV電池板運(yùn)行條件、故障檢測(cè)和快速關(guān)斷；后者則主要用于監(jiān)測(cè)和控制多個(gè)串式逆變器或同步微型逆變器以形成分相或三相交流電網(wǎng)。

圖 1：基于激光雷達(dá)的點(diǎn)云的圖形表示

窄帶與寬帶PLC

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范規(guī)定了可用于電力線通信的頻段，通常分為窄帶和寬帶兩類。窄帶PLC使用高達(dá)500kHz的載波頻率，適合智能儀表和長(zhǎng)距離通信。寬帶PLC則使用高于2MHz的頻率，提供更高的數(shù)據(jù)速率但覆蓋范圍較小且功耗更高。

表1和表2分別展示了窄帶和寬帶PLC的標(biāo)準(zhǔn)與比較。窄帶PLC因其較低的頻率和較遠(yuǎn)的傳輸距離，在太陽(yáng)能應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢(shì)。

表1

表2

調(diào)制方案分析

電力線通信采用了多種調(diào)制方案。窄帶應(yīng)用中常見(jiàn)的有開(kāi)關(guān)鍵控(OOK)、移頻鍵控(FSK)和正交頻分復(fù)用(OFDM)，而寬帶PLC主要使用OFDM。

OOK：通過(guò)傳輸定義的載波頻率來(lái)編碼二進(jìn)制1和0。它簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，適合低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用。

FSK：使用不同的載波頻率對(duì)符號(hào)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。S-FSK是FSK的一種變體，廣泛應(yīng)用于SunSpec RSD，能夠有效抵抗窄帶干擾。

OFDM：將數(shù)據(jù)流分割并通過(guò)多個(gè)子載波傳輸，適用于高數(shù)據(jù)速率和嘈雜環(huán)境中的穩(wěn)健通信。

實(shí)際應(yīng)用案例

TIDA-010935參考設(shè)計(jì)展示了OOK如何用于太陽(yáng)能應(yīng)用，而TIDA-060001實(shí)現(xiàn)了適用于SunSpec快速關(guān)斷的S-FSK。對(duì)于需要高數(shù)據(jù)速率和抗噪性能的應(yīng)用，OFDM是一個(gè)理想選擇。例如，G3和PRIME標(biāo)準(zhǔn)利用OFDM在窄帶操作中實(shí)現(xiàn)高達(dá)幾百Kb的數(shù)據(jù)速率。

PLC收發(fā)器實(shí)現(xiàn)

圖2給出了一個(gè)基于C2000 MCU和AFE031的PLC收發(fā)器實(shí)現(xiàn)方案。發(fā)送操作中，MCU通過(guò)SPI控制AFE031內(nèi)的DAC，輸出經(jīng)過(guò)濾波放大后耦合到電力線。接收路徑則包括傳入信號(hào)的耦合、增益調(diào)整、濾波及ADC采樣。

圖2

圖3展示了針對(duì)電力線通信的不同MCU分區(qū)策略，可以根據(jù)具體需求選擇合適的配置方式。

圖3

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結(jié)論

在太陽(yáng)能應(yīng)用中，窄帶PLC提供了多種調(diào)制方案。表3總結(jié)了各方案的優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)于簡(jiǎn)單的低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用，OOK足夠使用；FSK增加了額外的穩(wěn)健性，適合安全應(yīng)用；而在需要高數(shù)據(jù)速率的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，OFDM則是更佳的選擇。通過(guò)合理選擇調(diào)制方案和技術(shù)架構(gòu)，可以有效提升太陽(yáng)能系統(tǒng)的監(jiān)控和安全性，為未來(lái)的智能能源管理奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。