数字微波通信技术在风电并网发电通信中的应用

康燕文

（国家电投集团山西可再生能源有限公司，山西 太原 030000）

0 引 言

随着物联网技术、互联网技术、信息技术等现代化技术的不断发展，风电并网发电信息化的普及已是一个大的趋势，发电监控、故障监测等作为风电并网发电系统信息化的体现，是风电并网发电管理中必不可少的措施。随着无线通信技术的不断革新与发展，运行监控、故障监测等在风电并网发电系统管理中所起的作用也越来越明显，风电并网发电实时数据采集（电气设备运行数据、负荷数据等）等工作以往是由技术人员到现场进行操作，现在利用无线通信技术对发电数据进行自动化、智能化采集。数字微波通信技术作为一种新型通信技术，采用视距通信方式，具有数据传输速率快、成本低、通信安全等优点，目前已经被广泛应用到多个领域，此次试图将数字通信技术应用到风电并网发电通信中，为风电并网发电通信提供参考依据。

1 基于数字微波通信技术的风电并网发电通信方法

1.1 风电并网发电通信配置

为了实现基于数字微波通信技术的风电并网发电通信，需要合理规划风电并网发电通信物理配置，构建通信物理架构[1]。根据风电并网发电通信需求，确定风电并网发电通信天线数量，其计算公式为

式中：g为风电并网发电通信天线数量；e为电波输入端口数量；r为通信网络中通信节点数量[2]。根据自由空间传输损耗理论，确定信号发射端与信号接收端之间的距离，即天线长度，其计算公式为

式中：L为无线电波的自由空间传输损耗；hg为风电并网发电通信物理架构中信号发射端与信号接收端的距离，即第g根天线的长度；f为无线电波发射频率；c为光的传播速度[3]。上文分析到数字微波通信采用视距传输方式，视距长度的确定需要根据视距传输2端最小天线高度，其计算公式为

式中：d为风电并网发电通信的视距；bc,L、bs,L分别为视距传输两端的最小天线高度[4]。

1.2 基于数字微波通信技术的信道编码及扩展

为了降低噪声与干扰对风电并网发电通信质量的影响，减少通信错误，利用数字微波通信技术对信道编码和频带扩展处理。信道编码是指在数字微波信号发射端增加校验码，将校验码与信息码组合成数字微波通信信道传输的码字，校验码与数字码具有一定的约束关系，如果在传输过程中发生传输错误，信息码与校验码的约束关系破坏，则信号接收端会发现传输错误并对其进行立即纠正[5]。数字微波通信信道编码采用低密度奇偶校验（Low Density Parity Check，LDPC）编码，用二元组表示为

式中：Fd为传输视距为d的信道LDPC 编码；n为向量空间维度；k为向量子空间维度，即数字微波通信信道待传输的风电并网发电信息码数量[6]。信息码由多个信息向量序列组成，再利用校验矩阵生成校验码，用公式表示为

式中：Y为校验矩阵；z为校验方程；m为校验矩阵中校验方程的个数[7]。利用式（5）生成校验码，并将生成的校验码与信息码组合生成风电并网发电信道传输码，用公式表示为

式中：K为数字微波通信的信道传输码。在上述基础上将传输码与扩频码进行时域相乘运算，即对传输码进行扩频调制[8]。利用PN 码发生器生成信号源对应的扩频码，用公式表示为

式中：aj为风电并网发电通信信号扩频码；c0为位移寄存器的状态位；a0为状态位对应的反馈系数。如果生成的扩频码为nbit，则说明信号源的频谱扩展为n倍[9]。利用极性转换器将生成的扩频码与传输码时域相乘运算，其计算公式为

式中：L为扩频处理后的风电并网发电信号；⊗为时域相乘运算符号。利用式（8）能够实现对风电并网发电通信信号的扩频调制，得到通信带宽信号。

1.3 实现风电并网发电通信

根据风电并网发电传输需求，此次采用二进制相移键控方法对带宽信号进行载波调制[10]。假设载波信号为

式中：R为载波信号；ϖ为噪波信号频率；ρ为载波信号初相位。利用载波信号对带宽信号进行二进制相移键控调制，得到调制后的信号为

式中：P为经过载波调制后的风电并网发电通信信号。对信号P进行解调处理和信道译码处理，以此信号接收端可以读取到原有的风电并网发电通信数据，实现了基于数字微波通信技术的风电并网发电通信。

2 实验论证

2.1 实验准备与设计

以某风电并网发电站为实验环境，选择2 种传统方法作为比较对象，分别为基于通用分组无线电服务（General Packet Radio Service，GPRS）的通信方法和基于移动网络的通信方法，以下分别用传统方法1和传统方法2 表示。根据该发电厂的实际情况，在发电区域中心搭建了一个基站，周围布置10个通信节点，通信节点之间的距离范围为100 ～1 000 m，共安装了11 根天线，数字微波通信传输视距为565 m。

2.2 实验结果与讨论

为了突显出3 种方法通信传输时间的差异性，实验以通信距离为变量，通信距离范围为100 ～1 000 m，具体数据如表1 所示。

表1 3 种方法的数据传输时间对比

从表1 中的数据可以看出3 种方法在不同通信距离下的数据传输时间对比，本文设计方法所需的数据传输时间在1 s 以内，相较于传统方法1 和传统方法2 更短，具有更快的数据传输速度。此外，随着通信距离的增加，3 种方法的数据传输时间均呈现出逐渐增加的趋势。

为了进一步验证设计方法的适用性，对3 种方法的数据丢失量进行对比，具体数据如表2 所示。

表2 3 种方法的数据丢失量对比

从表2 中数据可以看出，在本次实验中，3 种方法在不同数据包大小下进行数据丢失量对比，本文设计方法相较于传统方法1 和传统方法2 具有更少的数据丢失数量。此外，随着数据包大小的增加，3 种方法的数据丢失数量均呈现出逐渐增加的趋势。

3 结 论

此次将数字微波通信技术应用到风电并网发电通信中，提出了一个新的通信思路，有效提高了风电并网发电通信的速率，降低了通信丢包率，实现了对现有风电并网发电通信理论的补充与完善。本文设计方法目前尚处于初步探索阶段，未在实际中得到大量应用与实践，今后会在该方面展开深层次研究，为风电并网发电通信提供有力的理论支撑。