电力载波通信PLC技术在充电桩建设中的应用俞华煜

电力载波通信PLC技术在充电桩建设中的应用俞华煜

俞华煜

国网山西省电力公司太原供电公司,山西太原030000

摘要：经济在快速的发展，社会在不断的进步，新能源电动汽车作为绿色环保交通工具，发展前景巨大。配套的基础设施充电桩行业的发展，受到越来越多的关注。基于电力载波通信PLC技术，为充电桩的建设提供解决方案。阐述PLC技术在充电桩建设中的能力与优势。

关键词：电动汽车；充电桩；电力载波通信；PLC技术

引言

随着全球天然气以及石油资源的日益匾乏，自然环境的不断被破坏，全世界各个国家的研究者们都在积极不断地寻找能够代替传统的石油及天然气的新型能源，而电能无疑是比较清洁、干净、污染小、高效率的资源之一。作为新型交通工具电动汽车的高速发展大大减少的人类对石油的依赖，且电动汽车具有节能减排、低碳环保的效果，全球各国政府和企业都大力支持并出资进行研究和探索。同时，电动汽车的大规模投入市场势必会对电力系统的规划和运营管理产生重要的影响，尤其是处于无控制状态下的电动汽车充电需求必然会个电力系统带来巨大的负面影响。为了满足电力系统运行的可靠性和效益，提高电网运行的质量，在电动汽车充电时需采用有序的充电控制策略，能够实时对充电汽车进行控制。

1充电站整体架构及系统功能简介

1）供电系统充电站供电系统主要由配电变压器、高/低压配电柜、计量计费装置、谐波治理装置构成。供电系统主要为电动汽车充电站的动力设备、监控系统和办公场所等提供交流电，它不接入其他无关的电力负荷，专门为电动汽车充电站提供交流电源。供电系统是整个充电站正常运行的基础，它为充电设施提供充电所需要的电能。2）充电系统电动汽车充电系统是整个充电站的核心，主要由交流充电机、直流充电机、计费装置、电池更换设备构成。它能够为电动汽车蓄电池提供符合适的电源。充电系统可满足多种充电需求，可快捷和安全的对电动汽车进行补给。3）监控系统监控系统主要由配电监控系统、充电监控系统、烟雾和视频安保监视系统构成。它主要承担对整个充电站的监控、调度和管理工作，保证充电站安全高效地运行。4）配套设施配套设施包括充电工作区、站内建筑、消防设施及电池维护、客户休息服务设施等。

2PLC技术在充电桩建设中的应用

2.1PLC技术在充电桩建设中需考虑的因素

随着电动汽车的推广，与之配套的各种充电桩也日益增多。无论是直流还是交流充电桩，桩体与桩体之间以及桩与电池之间均需要进行实时的数据通信，并且所有的数据都会采集至后台或云端，进行统一的管理。在充电过程中，充电桩与电池之间也必须进行数据交互，目前在充电桩的系统中，存在着多种通信方式，有线方式，如RS485、CAN，无线方式，如WiFi、GPRS等等，用以解决在不同层面上的数据通信。作为电动汽车的基础配套设施的充电桩，其结构的特殊性决定了智能化通信系统有以下特点：一是需要检测的点多且分散；二是覆盖面广、通信距离短；三是网络拓扑须具有灵活性和扩展性。因此，建设充电桩时需要考虑以下问题：（1）通信系统在户外需长期经受暴风骤雨等恶劣环境，具备抗电磁、噪音干扰能力，保持通信畅通。（2）通信上，实现信息量的上传和控制量的下达；且随着终端业务量的增长，保证多业务的数据传输速率越来越快。（3）通信协议标准化，用以满足充电桩控制点面多、面广和分散的特点。（4）在满足通信稳定可靠后，整体考虑初期建设成本，长期使用、维护的成本，以及便于安装施工、调试、运维等。

2.2载波信号源电路的设计

在OFDM电力载波通信系统中，各个子载波受信道的影响很大，当载波的频率发生偏移之后会对整个系统造成很坏的影响。这就要求系统中的各个子载波都要严格同步。高精度的载波信号源电路的设计在系统的作用也显得很重要。本次课题选择AD8950数字式频率合成器设计出高频率的载波信号源电路，设计出的信号源电路频率为3MHzoAD8950是由AD公司生产的数字式频率合成器，它能够实现全数字编程控制。同时具有时钟产生的功能。AD8950数字式频率合成器的最高时钟是125MHz。内部主要由3大部分组成分别是:可编程DDS系统、模数转换芯片以及比较器。

2.3PLC通信的调制技术

PLC技术是一种低成本通信手段，但电力线建设的初期并未考虑通信因素，所以在应用.PLC通信时会面临一些挑战。一般设计人员需要特别关注信号衰减及噪声等问题，要求具备复杂的收发器。为了提供频率利用率、抑制信号衰减、降低误码率，采用适合的信号调制技术是非常必要的。电力线信道的复杂多变，一般通信标准中的调制技术及媒介接入需要经适当修改才能够应用于电力线上。正交频分多路复用(()FDM)调制技术和扩频调制技术是低压电力线载波通信中主要采用的两项技术，这两种技术抗干扰能力强、抗多径干扰，因此能够很好地适用于电力线特殊的通信环境。

2.4PLC技术为充电桩建设提供的解决方案

电动汽车和充电桩之间需建立稳定、高速的通信连接，电力线载波通信PLC技术利用现有电力线路进行信息传输，不需要再铺设通信电缆，也无需对现有充电设备进行改造，利用充电系统中的各种交直流线缆，即可进行数据交互，实现供电与信息通信的二合一。同时具备了工程量小、建设周期快、综合成本低等优势。一般充电桩可分为交流充电桩与直流充电桩。通常交流充电桩为小电流慢充方式，用于小型汽车的充电，多建在居民小区、大型商场、以及公共停车场中。直流充电桩为大电流快充方式。适用于电动大巴、中巴、混合动力公交车、电动轿车、出租车、工程车等快速直流充电。

2.5电动汽车和充电桩的整体结构设计

电动汽车和充电桩的整体结构由充电桩模组及电动汽车充电模组、充电桩控制器模块、连接充电桩控制器模块的充电桩PLC电力载波模块、连接充电桩PLC电力载波模块的电源等组成。其中充电桩PLC电力载波模块通过电力线与电动汽车PLC电力载波模块连接，该电力线同时连接电源及车载电池以传输电能。电动汽车控制器模块搜集车载电池参数及状态信息，并传送至电动汽车PLC电力载波模块。电动汽车PLC电力载波模块将车载电池参数及状态信息转化为载波信号并调制到电力线上传给充电桩PLC电力载波模块。充电桩控制器模块控制电源的充电电压和充电电流以适应车载电池参数及状态。

2.6充电桩硬件控制电路设计

交流充电桩内部控制器由主控LPC2388单片机、采样模块、控制导引模块、输入输出模块、人机模块、保护模块以及电力载波板组成。其中人机模块能够提供人机界面同时用于充电汽车充电信息显示和输入。控制导引模块的基本功能首先是确认电动汽车的连接，原理是通过检测两点之间的电阻值来判断车辆插头与插座有无完全连接。同时还能够通过检测电阻值来识别充电连接装置的载流能力以及充电桩的供电功率。保护模块根据实时执行充电桩控制器模块传达的命令，充电桩控制器模块发送命令时可作出准确急停操作。而AMIS-49587则是将充电信息通过OFDM调制方式，加载到交流电上传输给交流充电桩从而实现进行数据的交互。

结语

电动汽车作为一种绿色环保，经济实用的交通工具，正在蓬勃发展，作为其基础配套设施之一，充电桩建设也在如火如荼的发展。本文重点说明了电力载波通信PLC技术为充电桩建设提供的解决方案，且在这一解决方案中所运用的关键技术及参数，体现了PLC技术在充电桩建设中的能力与优势。

参考文献

[1]中国新能源汽车行业市场前瞻与投资战略规划分析报告[M].前瞻研究院,2019.

[2]李建岐,赵勇,张明.PLC技术在电动汽车充电站通信系统中的应用研究[J].电气应用,2013,32(S2):84-90.