電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及電力電子設(shè)備通信【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種電力系統(tǒng)中功率與信號(hào)復(fù)合通信的方法及裝置，該方法包括以下步驟：參考FSK調(diào)制方式對(duì)信源信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，利用PWM調(diào)制技術(shù)將所述信源信號(hào)與功率復(fù)合調(diào)制后生成PWM調(diào)制信號(hào)，所述PWM調(diào)制信號(hào)以數(shù)據(jù)幀的形式傳輸，所述數(shù)據(jù)幀中包含有發(fā)送方地址、目的地址和數(shù)據(jù)信息；采樣直流母線(xiàn)電流，并解調(diào)還原得到發(fā)送給陣列通信終端的信源信號(hào)；采樣斬波功率回路的電容支路電流，并解調(diào)還原得到發(fā)送給斬波單元的信源信號(hào)。本發(fā)明，利用PWM調(diào)制方式產(chǎn)生的PWM脈沖信號(hào)作為信源信號(hào)與功率復(fù)合傳輸?shù)妮d體，通過(guò)檢測(cè)線(xiàn)路中的電流信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，還原得到相應(yīng)的信源信號(hào)，較好地實(shí)現(xiàn)了功率與信號(hào)復(fù)合傳輸。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子設(shè)備通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]電力電子設(shè)備已廣泛應(yīng)用于各級(jí)電力系統(tǒng)，例如有源濾波器、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備、功率變換器等。其中，功率變換器用于調(diào)節(jié)不同的負(fù)載處于額定功率運(yùn)行，同時(shí)不受電網(wǎng)波動(dòng)的影響。對(duì)于功率變換器而言，其基本的控制技術(shù)為脈寬調(diào)制技術(shù)(Pulse WidthModulat1n-PWM)，調(diào)制產(chǎn)生的脈沖序列通過(guò)控制功率變換器中的開(kāi)關(guān)管的通斷進(jìn)而控制輸出功率。
[0003]功率變換器的協(xié)調(diào)運(yùn)行，需要可靠的信息通信作保證。根據(jù)通信線(xiàn)路是否與功率線(xiàn)路復(fù)合，可分為專(zhuān)用通信和復(fù)合通信兩種。
[0004]專(zhuān)用通信是指在功率變換器運(yùn)行時(shí)，信息通信采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的通信線(xiàn)路。根據(jù)通信介質(zhì)的不同，專(zhuān)用通信又可進(jìn)一步分為有線(xiàn)通信和無(wú)線(xiàn)通信兩種，有線(xiàn)通信一般包括CAN總線(xiàn)通信、串行通訊和以太網(wǎng)通信等，而無(wú)線(xiàn)通信主要指ZigBee通信、藍(lán)牙(Bluetooth)通信和無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)通信等。
[0005]復(fù)合通信是指在功率變換器運(yùn)行時(shí)，其功率傳輸與信息傳輸基于同一信道完成，在信息通信的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)功率控制。根據(jù)通信方式的不同，又可進(jìn)一步將復(fù)合通信分為以下三種:
[0006](I)簡(jiǎn)單復(fù)合傳輸。
[0007]該方式中，信息通信僅依賴(lài)于交、直流電力線(xiàn)路某些參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)，如電壓幅值波動(dòng)、頻率或相位偏移，有功功率或無(wú)功功率的波動(dòng)等，依據(jù)對(duì)這些載體主動(dòng)實(shí)施擾動(dòng)，從而間接實(shí)現(xiàn)通信的目的，如微網(wǎng)的下垂控制。簡(jiǎn)單復(fù)合通信，由于表達(dá)信息的過(guò)程不可靠，所表達(dá)的信息比較有限，因此只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的通信聯(lián)絡(luò)功能，不適合作為各功率變換器之間可靠的通信方式。
[0008](2)時(shí)分復(fù)合傳輸。
[0009]該方式將傳輸信道按時(shí)間分割為不同時(shí)段，功率傳送與信號(hào)傳送占據(jù)不同的時(shí)間區(qū)段。該方式以通信為主體，功率在傳輸過(guò)程中不易控制。時(shí)分復(fù)用傳輸?shù)耐ㄐ殴δ芎凸β士刂茖?shí)際上是互斥的，在供電時(shí)無(wú)法通信，在通信時(shí)功率可控性又很差。
[0010](3)頻分復(fù)合傳輸。
[0011 ] 該方式中，功率傳輸功能和信號(hào)傳輸功能是同時(shí)進(jìn)行的，不同信號(hào)占據(jù)不同的頻段范圍，經(jīng)調(diào)制后隨功率一同傳送出去。電力線(xiàn)載波通信(Power LineCommunicat1n-PLC)技術(shù)是其中一種主要的實(shí)現(xiàn)方式。
[0012]目前PLC技術(shù)在電力系統(tǒng)通信中有著廣泛應(yīng)用，其利用電力線(xiàn)路作為信息傳輸?shù)拿浇?，將語(yǔ)音或數(shù)據(jù)信息調(diào)制到線(xiàn)路中，隨功率信號(hào)一同進(jìn)行傳輸。
[0013]中國(guó)發(fā)明CN102624427A公開(kāi)了一種能量與信息的同步傳輸系統(tǒng)(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201210055396.0)，在無(wú)需額外調(diào)制電路的前提下實(shí)現(xiàn)了能量與信息的同步傳輸，減小了系統(tǒng)的體積及相應(yīng)元器件的使用，不需要額外的連接線(xiàn)，且通信信道的特性也可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0014]中國(guó)發(fā)明CN103368609A公開(kāi)了一種基于f禹合電感的功率信號(hào)復(fù)合傳輸系統(tǒng)(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01310251539.X)，充分利用開(kāi)關(guān)電源自身的特性，將DC-DC變換器在開(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)程中存在的紋波作為通信載波，通過(guò)在變換器中加入耦合電感，將DC-DC變換器中固有的儲(chǔ)能電感上的穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)紋波信號(hào)耦合至電路的輸入端或輸出端，從而傳送至公共直流總線(xiàn)上，不受DC-DC拓?fù)湫问较拗?，可以在不額外增加通信線(xiàn)路和調(diào)制電路的前提下，通過(guò)耦合的方式將穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)信號(hào)送至直流總線(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)功率信號(hào)的復(fù)合傳輸，使變換器實(shí)現(xiàn)共享輸入或輸出直流總線(xiàn)的數(shù)據(jù)通信。
[0015]但是，上述兩個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)中，在功率變換器能量傳輸時(shí)，固定開(kāi)關(guān)頻率而調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的占空比；而在進(jìn)行通信時(shí)，固定占空比而調(diào)整開(kāi)關(guān)頻率。這種控制方式不能較好地實(shí)現(xiàn)功率與信號(hào)復(fù)合傳輸?shù)哪康?；同時(shí)，這兩種方案的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均基于多功率變換器并接于同一直流母線(xiàn)這一拓?fù)?，檢測(cè)信息通信的信號(hào)為直流母線(xiàn)電壓，因此對(duì)于光伏陣列這類(lèi)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而言，各組串內(nèi)的光伏組件之間是串聯(lián)在一起的，故無(wú)法通過(guò)檢測(cè)電壓信號(hào)進(jìn)行通信；并且當(dāng)直流母線(xiàn)并聯(lián)電容值較大時(shí)，電壓信號(hào)微弱，也不易檢測(cè)到通信信號(hào)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0017]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決在多組串并聯(lián)的級(jí)聯(lián)型陣列電力系統(tǒng)中，功率變換器間不能較好地實(shí)現(xiàn)功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的問(wèn)題。
[0018](二)技術(shù)方案
[0019]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法，所述電力系統(tǒng)包括并聯(lián)在直流母線(xiàn)上的多個(gè)組串，每個(gè)所述組串由多個(gè)斬波單元串聯(lián)而成，所述直流母線(xiàn)上掛接有陣列通信終端，所述方法包括以下步驟:
[0020]參考FSK調(diào)制方式對(duì)信源信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，利用PWM調(diào)制技術(shù)將所述信源信號(hào)與功率復(fù)合調(diào)制后生成PWM調(diào)制信號(hào)，所述PWM調(diào)制信號(hào)以數(shù)據(jù)幀的形式傳輸，所述數(shù)據(jù)幀中包含有發(fā)送方地址、目的地址和數(shù)據(jù)信息；
[0021]采樣電力系統(tǒng)的直流母線(xiàn)電流，并解調(diào)還原得到發(fā)送給電力系統(tǒng)的陣列通信終端的信源信號(hào)；采樣電力系統(tǒng)中相應(yīng)斬波單元的斬波功率回路的電容支路電流，并解調(diào)還原得到發(fā)送給相應(yīng)斬波單元的信源信號(hào)。
[0022]優(yōu)選的，以不同高次開(kāi)關(guān)頻率表示發(fā)送信源信號(hào)的碼元和沒(méi)有信源信號(hào)發(fā)送，對(duì)信源信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。
[0023]優(yōu)選的，電力系統(tǒng)中陣列通信終端與各斬波單元之間采用單向直接通信模式，該模式下，電力系統(tǒng)中同一組串內(nèi)的斬波單元隨機(jī)向陣列通信終端上傳數(shù)據(jù)幀，陣列通信終端根據(jù)數(shù)據(jù)幀內(nèi)的發(fā)送方地址判定所述數(shù)據(jù)幀的來(lái)源。
[0024]優(yōu)選的，當(dāng)電力系統(tǒng)中同一組串內(nèi)的多個(gè)斬波單元通信出現(xiàn)沖突時(shí)，經(jīng)過(guò)沖突解決機(jī)制確定通信權(quán)，獲得通信權(quán)的斬波單元才能繼續(xù)向所述陣列通信終端發(fā)送數(shù)據(jù)幀，其他斬波單元退出發(fā)送狀態(tài)等待下次通信，且不同組串在發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，其信源信號(hào)通過(guò)采用不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制以示區(qū)別。
[0025]優(yōu)選的，電力系統(tǒng)中陣列通信終端與各斬波單元之間采用雙向直接通信模式，該模式下，在每個(gè)組串內(nèi)選擇某一斬波單元作為本組串的主單元，并在陣列通信終端與該主單元之間加設(shè)專(zhuān)用通信線(xiàn)路，陣列通信終端先將數(shù)據(jù)信息經(jīng)專(zhuān)用通信線(xiàn)路下發(fā)至所述主單元，再由所述主單元與本組串內(nèi)的其它斬波單元利用復(fù)合傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)陣列通信終端與各斬波單元之間的透明數(shù)據(jù)傳輸。
[0026]優(yōu)選的，電力系統(tǒng)中陣列通信終端與各斬波單元之間采用雙向間接通信模式，該模式下，在每個(gè)組串內(nèi)選擇某一斬波單元作為本組串的主單元，所述主單元先與組串內(nèi)的其他斬波單元通信，將數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)信息集中起來(lái)，再統(tǒng)一發(fā)送給陣列通信終端，相當(dāng)于陣列通信終端與各斬波單元進(jìn)行非透明數(shù)據(jù)傳輸。
[0027]優(yōu)選的，實(shí)現(xiàn)同一組串內(nèi)主單元與其余斬波單元通信的方法如下:
[0028]每一個(gè)組串內(nèi)的主單元及各斬波單元均事先確定好一個(gè)單元地址，所有的單元地址以地址表的形式順序存放在陣列通信終端以及主單元內(nèi)；
[0029]按照地址表中的地址順序，主單元依次發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀給各個(gè)斬波單元，相應(yīng)地，各斬波單元分別回送應(yīng)答幀給主單元，主單元成功接收后，表明此斬波單元已成功接入組串并且通信狀態(tài)良好，故在主單元以及陣列通信終端的地址表內(nèi)均給此地址標(biāo)記為正常；若經(jīng)過(guò)數(shù)次請(qǐng)求之后主單元仍沒(méi)收到此斬波單元的反饋信息，則表明此斬波單元沒(méi)有接入到組串內(nèi)或通信出現(xiàn)故障，相應(yīng)地，在在主單元以及陣列通信終端的地址表內(nèi)均給此地址標(biāo)記為不正常，以此方式確定所有組串內(nèi)的各個(gè)斬波單元的運(yùn)行狀態(tài)是否正常；
[0030]地址標(biāo)記完成后，主單元按地址表中狀態(tài)正常的地址順序，依次與相應(yīng)的斬波單元進(jìn)行通信，所述斬波單元向所述主單元發(fā)送數(shù)據(jù)幀，此數(shù)據(jù)幀內(nèi)的發(fā)送方地址即是發(fā)送信息的斬波單元地址，目的地址即是此組串內(nèi)的主單元地址，數(shù)據(jù)信息為斬波單元的信源信號(hào)數(shù)據(jù)，通信成功后，所述主單元根據(jù)所述數(shù)據(jù)幀中發(fā)送消息的斬波單元地址，在所述地址表內(nèi)記錄此斬波單元已完成一次通信；當(dāng)所述組串內(nèi)的所有狀態(tài)正常地址對(duì)應(yīng)的斬波單元均與所述主單元通信完成后，由主單元整合再送入陣列通信終端；
[0031]當(dāng)某一組串內(nèi)有斬波單元檢修完成,或有斬波單元需要接入到組串時(shí)，首先在陣列通信終端內(nèi)此組串的地址表中將此斬波單元地址標(biāo)記為正常狀態(tài)，再將此信息發(fā)送給對(duì)應(yīng)組串的主單元，主單元接受信息后再修改自己內(nèi)部的地址表，標(biāo)記此斬波單元地址為正常狀態(tài)。
[0032]優(yōu)選的，所述主單元與所述陣列通信終端進(jìn)行通信的方法如下:
[0033]當(dāng)主單元與組串內(nèi)其余斬波單元通信完成后，主單元將各個(gè)斬波單元的信息重新整合為數(shù)據(jù)幀發(fā)送到陣列通信終端，其中:所述數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送方地址為主單元地址，目的地址為陣列通信終端地址，數(shù)據(jù)信息為包含此組串內(nèi)其余斬波單元的地址信息以及每個(gè)相應(yīng)斬波單元發(fā)送給主單元的信源信號(hào)數(shù)據(jù)信息。
[0034]優(yōu)選的，確定一個(gè)數(shù)據(jù)幀中信源信號(hào)的起始碼元和后續(xù)碼元的方法如下:
[0035]采用滑窗傅里葉變換算法確定信源信號(hào)的起始碼元，具體作法是:所述滑窗算法以一個(gè)碼兀長(zhǎng)度作為窗體長(zhǎng)度，窗體內(nèi)有N個(gè)米樣點(diǎn)，窗體每次滑動(dòng)一個(gè)米樣點(diǎn)并對(duì)窗體內(nèi)的N個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行傅里葉變換，分別提取出窗體內(nèi)所含第一開(kāi)關(guān)頻率I1和第二開(kāi)關(guān)頻率f-o分量的幅值Kid1)和m(f_Q)；
[0036]以所述第一開(kāi)關(guān)頻率分量和第二開(kāi)關(guān)頻率分量的幅值m(JL1)和m(JLci)序列作為數(shù)據(jù)源，再次進(jìn)行滑窗處理，同樣以一個(gè)碼元長(zhǎng)度作為窗體長(zhǎng)度，每次滑動(dòng)I個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)并分別對(duì)窗體內(nèi)的兩個(gè)頻率分量幅值序列積分，得到單次滑窗處理的頻率分量f-o和h對(duì)應(yīng)能量值 M(f_0)和 M(L1)；
[0037]分別設(shè)定第一、第二開(kāi)關(guān)頻率分量的幅值閾值IV K1和能量值閾值V、K1'；
[0038]根據(jù)Hi(G)Xtl或M(G)Xc;成立判定當(dāng)前窗體內(nèi)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)碼元為信源信號(hào)的起始碼元，且碼值為“O”;根據(jù)Hi(G) >Ki或M(G)X1'成立判定當(dāng)前窗體內(nèi)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)碼元為信源信號(hào)的起始碼元，且碼值為“I”;其中=Ktl = ^Idc07K1 = Ic1Idc^lvk1分別為幅值閾值系數(shù)土’ = k0' Idc0, K1' = k/ Idc0, k0' , k/分別為能量值閾值系數(shù)；Idc;(l為直流母線(xiàn)電流Itk的基波分量幅值大??；
[0039]在確定信源信號(hào)的起始碼元之后，保持一個(gè)碼元長(zhǎng)度作為窗體長(zhǎng)度不變，改變滑窗傅里葉變換算法的滑窗長(zhǎng)度為N，即每次滑動(dòng)N個(gè)采樣點(diǎn)，繼續(xù)采用滑窗傅里葉變換算法完成信源信號(hào)的后續(xù)碼元的檢出，直至完成全部采樣點(diǎn)；
[0040]當(dāng)滿(mǎn)足Kc^M(G)且Mt1XK1'時(shí)，將信源信號(hào)的后續(xù)碼元解調(diào)為“O”；當(dāng)滿(mǎn)足K1' <Μ(^)且〈V時(shí)，將信源信號(hào)的后續(xù)碼元解調(diào)為“I”;其他情況下，解調(diào)結(jié)果為“無(wú)碼元”。
[0041]本發(fā)明還提供一種電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的裝置，所述電力系統(tǒng)包括并聯(lián)在直流母線(xiàn)上的多個(gè)組串，每個(gè)所述組串由多個(gè)斬波單元串聯(lián)而成，所述直流母線(xiàn)上掛接有陣列通信終端，
[0042]所述斬波單元上設(shè)有信號(hào)調(diào)制單元，所述信號(hào)調(diào)制單元參考FSK調(diào)制方式對(duì)信源信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，利用PWM調(diào)制技術(shù)將所述信源信號(hào)與功率復(fù)合調(diào)制后生成PWM調(diào)制信號(hào)，所述PWM調(diào)制信號(hào)以數(shù)據(jù)幀的形式傳輸，所述數(shù)據(jù)幀中包含有發(fā)送方地址、目的地址和數(shù)據(jù)信息；
[0043]所述斬波單元上設(shè)有信號(hào)解調(diào)單元，所述信號(hào)解調(diào)單元采樣斬波功率回路的電容支路電流，并解調(diào)還原得到發(fā)送給所述斬波單元的信源信號(hào)；所述陣列通信終端上的解調(diào)單元采樣直流母線(xiàn)電流，并解調(diào)還原得到發(fā)送給所述陣列通信終端的信源信號(hào)。
[0044]本發(fā)明提供的電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法，利用PWM調(diào)制方式產(chǎn)生的PWM脈沖信號(hào)作為信源信號(hào)與功率復(fù)合傳輸?shù)妮d體，通過(guò)檢測(cè)線(xiàn)路中的電流信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，還原得到相應(yīng)的信源信號(hào)，較好地實(shí)現(xiàn)了功率與信號(hào)復(fù)合傳輸。
[0045]另外，在既定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下設(shè)計(jì)相應(yīng)通信機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)組串內(nèi)斬波單元與陣列通信終端之間的相互通信。當(dāng)陣列通信終端與組串主單元之間沒(méi)有專(zhuān)用通信線(xiàn)路時(shí)，組串內(nèi)斬波單元與陣列通信終端間可進(jìn)行單向直接通信；當(dāng)二者之間加設(shè)專(zhuān)用通信線(xiàn)路后，陣列通信終端具有下發(fā)數(shù)據(jù)的能力，此時(shí)可實(shí)現(xiàn)組串內(nèi)斬波單元與陣列通信終端間的雙向直接通信以及雙向間接通信，并最終實(shí)現(xiàn)陣列系統(tǒng)級(jí)的雙向通信功能。
[0046](三)有益效果
[0047]本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0048](I)在多組串并聯(lián)的光伏陣列系統(tǒng)以及分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)等電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，可在不單獨(dú)加設(shè)通信線(xiàn)路的前提下，實(shí)現(xiàn)組串內(nèi)各串聯(lián)斬波單元之間的通信以及斬波單元與上層的雙向通信功能。
[0049](2)可以避免直流母線(xiàn)電容對(duì)電壓信號(hào)的高頻濾波作用，信源信號(hào)的檢測(cè)和解調(diào)方便。
[0050](3)在通信的同時(shí)不犧牲功率控制，使得功率控制與通信過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。
[0051](4)實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，成本低。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0052]圖1是【具體實(shí)施方式】中應(yīng)用本發(fā)明中功率與信號(hào)復(fù)合通信的裝置的電力系統(tǒng)示意圖；
[0053]圖2是【具體實(shí)施方式】中所述斬波單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖3是【具體實(shí)施方式】中所述斬波功率回路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖4是【具體實(shí)施方式】中所述監(jiān)控單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056]圖5是【具體實(shí)施方式】中所述信源信號(hào)調(diào)制的實(shí)現(xiàn)原理示意圖；
[0057]圖6是【具體實(shí)施方式】中所述信號(hào)解調(diào)單元的解調(diào)過(guò)程原理示意圖；
[0058]圖中:
[0059]斬波單元20、直流母線(xiàn)30、陣列通信終端40、信號(hào)調(diào)制單元11、信號(hào)解調(diào)單元12、能源單元21、斬波功率回路22、監(jiān)控單元23。

【具體實(shí)施方式】
[0060]本發(fā)明提供的電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法，屬于頻分復(fù)合傳輸?shù)囊环N形式，主要應(yīng)用于多組串并聯(lián)的級(jí)聯(lián)型陣列電力系統(tǒng)(如光伏陣列發(fā)電系統(tǒng))。參考FSK調(diào)制方式對(duì)信源信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，即以不同的高次開(kāi)關(guān)頻率表示發(fā)送信源信號(hào)的碼元“ I ”、“O”和沒(méi)有信源信號(hào)發(fā)送的“無(wú)碼元”情況，利用PWM調(diào)制方式將信源信號(hào)與功率復(fù)合調(diào)制后生成PWM調(diào)制信號(hào)，再通過(guò)對(duì)斬波單元的電容支路電流以及直流母線(xiàn)上的電流進(jìn)行采樣，從采樣結(jié)果中解調(diào)還原得到相應(yīng)的信源信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)斬波單元與陣列通信終端之間的通信。
[0061]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0062]如圖1所示，應(yīng)用了本發(fā)明提供的功率與通信信號(hào)復(fù)合通信裝置的電力系統(tǒng)中，多個(gè)斬波單元20串聯(lián)后形成組串(每個(gè)組串具有多個(gè)斬波單元20)，多個(gè)組串并聯(lián)于直流母線(xiàn)30后經(jīng)直流電容Cl穩(wěn)壓，再經(jīng)DC/AC逆變器輸出并送入交流電網(wǎng)，直流母線(xiàn)30上掛接有陣列通信終端40。
[0063]圖1中，共設(shè)有m個(gè)組串，如組串1、組串2、......、組串m。每個(gè)組串具有η個(gè)斬波單元，如斬波單元la、斬波單元lb、......、斬波單元In ;斬波單元2a、斬波單元2b......、斬波單元2n ;斬波單元ma、斬波單元mb、......、斬波單元mn。
[0064]斬波單元20的結(jié)構(gòu)如圖2所示，斬波單元20包括能源單元21、斬波功率回路22和監(jiān)控單元23，其中能源單元21可以是蓄電池或光伏電池等設(shè)備。
[0065]斬波功率回路的結(jié)構(gòu)如圖3所示，斬波功率回路可采用“H”橋結(jié)構(gòu)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制四個(gè)開(kāi)關(guān)管的通斷即可實(shí)現(xiàn)Buck或Boost斬波電路的靈活切換。
[0066]監(jiān)控單元的結(jié)構(gòu)如圖4所示，監(jiān)控單元包括信號(hào)調(diào)制(控制)單元11和信號(hào)解調(diào)(監(jiān)視)單元12。信號(hào)調(diào)制單元11同時(shí)將斬波功率回路的功率控制與信源信號(hào)調(diào)制結(jié)合起來(lái)，其中功率控制通過(guò)控制目標(biāo)的給定值與反饋值之差，經(jīng)調(diào)節(jié)器(如PI調(diào)節(jié)器)調(diào)節(jié)后得到一個(gè)占空比值來(lái)實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生占空比與信源信號(hào)作用于PWM發(fā)生器，最終將PWM發(fā)生器產(chǎn)生的功率與通信信號(hào)復(fù)合調(diào)制后的驅(qū)動(dòng)信號(hào)送入斬波功率回路控制開(kāi)關(guān)管。信號(hào)解調(diào)單元12用于對(duì)采樣的電流信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，以還原得到相應(yīng)的信源信號(hào)。
[0067]相應(yīng)地，陣列通信終端40上也設(shè)有信號(hào)解調(diào)單元，從而能夠解調(diào)出斬波單元20發(fā)送給陣列通信終端40的信息，斬波單元20與陣列通信終端40之間的通信可分為雙向通信和單向直接通信兩種方式；雙向通信又可分為雙向直接通信和雙向間接通信兩種方式。通信機(jī)制將在以后的部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0068]信號(hào)調(diào)制單元采用基于PWM的FSK調(diào)制方法，將用于斬波單元20之間以及斬波單元20與陣列通信終端40之間進(jìn)行通信的信源信號(hào)與功率傳輸進(jìn)行復(fù)合調(diào)制生成脈寬調(diào)制信號(hào)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)制信號(hào))。其中，信源信號(hào)為以碼元“I”和“O”表示的二進(jìn)制序列，調(diào)制信號(hào)為與碼元序列一一對(duì)應(yīng)的頻率變化的脈寬調(diào)制信號(hào)，利用基于PWM調(diào)制的頻移鍵控調(diào)制方式獲得。調(diào)制信號(hào)通過(guò)控制斬波單元的開(kāi)關(guān)器件，進(jìn)而使得功率變換器的輸出電流信號(hào)中攜帶有表征信源信號(hào)的高頻分量，采樣線(xiàn)路中的電流信號(hào)即可進(jìn)行解調(diào)。
[0069]信號(hào)解調(diào)單元用于對(duì)直流母線(xiàn)上的電流以及斬波功率回路的電容支路電流進(jìn)行采樣，并從采樣結(jié)果中進(jìn)行解調(diào)以還原得到信源信號(hào)。
[0070]下面再進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法，本發(fā)明提供的電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法，包括以下步驟:
[0071]利用基于PWM的FSK調(diào)制方式對(duì)信源信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以不同高次開(kāi)關(guān)頻率表示發(fā)送信源信號(hào)的碼元“1”、“0”和沒(méi)有信源信號(hào)發(fā)送的“無(wú)碼元”情況，利用PWM調(diào)制技術(shù)將功率與通信信號(hào)進(jìn)行復(fù)合調(diào)制生成調(diào)制信號(hào)，并以數(shù)據(jù)幀的形式傳輸，所述數(shù)據(jù)幀包含有發(fā)送方地址、目的地址和數(shù)據(jù)信息；
[0072]采樣電力系統(tǒng)的直流母線(xiàn)電流，并解調(diào)還原得到發(fā)送給電力系統(tǒng)的陣列通信終端的信源信號(hào)；采樣電力系統(tǒng)中相應(yīng)斬波單元的斬波功率回路的電容支路電流，并解調(diào)還原得到發(fā)送給相應(yīng)斬波單元的信源信號(hào)。
[0073]具體地說(shuō):本發(fā)明方法的實(shí)現(xiàn)主要包括以下幾個(gè)過(guò)程。
[0074](I)信源信號(hào)的調(diào)制。
[0075]將脈寬調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于信源信號(hào)的調(diào)制是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明功率和通信信號(hào)復(fù)合傳輸?shù)年P(guān)鍵。
[0076]信源信號(hào)是由碼元“I”和“O”構(gòu)成的二進(jìn)制序列，由于信源信號(hào)的調(diào)制參考頻移鍵控(FSK)的調(diào)制方式，因此選取第一、第二和第三個(gè)不同開(kāi)關(guān)頻率值分別表示發(fā)送信源信號(hào)的碼元“ I ”、“O”和不發(fā)送信源信號(hào)的“無(wú)碼元”情況。當(dāng)某一組串內(nèi)的斬波單元之間以及此組串內(nèi)的斬波單元與陣列通信終端之間進(jìn)行通信時(shí)，均是第一開(kāi)關(guān)頻率h對(duì)應(yīng)發(fā)送碼元“I”、第二開(kāi)關(guān)頻率h對(duì)應(yīng)發(fā)送碼元“0”，第三開(kāi)關(guān)頻率fk表示無(wú)碼元發(fā)送，信源信號(hào)長(zhǎng)度(一個(gè)信源信號(hào)持續(xù)時(shí)間)Tb為頻率f_0和fk對(duì)應(yīng)周期的整數(shù)倍。
[0077]目前，工程應(yīng)用PWM信號(hào)的產(chǎn)生技術(shù)已日趨完善，多數(shù)DSP芯片都自帶有PWM發(fā)生模塊。微控制器PWM發(fā)生器模塊一般包括一組寄存器，如周期寄存器(PRD)、比較寄存器(CMPR)、計(jì)數(shù)器(TCR)等，TBCLK為時(shí)基時(shí)鐘。如圖5所示，啟動(dòng)通信后，根據(jù)信源信號(hào)改變PRD的值，當(dāng)時(shí)基時(shí)鐘值固定時(shí)，PWM載波頻率即改變；根據(jù)占空比設(shè)置CMPR值，TCR與CMPR的值實(shí)時(shí)進(jìn)行比較判斷，當(dāng)二者相等時(shí)引腳信號(hào)翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生調(diào)制后的PWM波。功率控制反饋值與給定參考值經(jīng)調(diào)節(jié)器運(yùn)算產(chǎn)生占空比，信源信號(hào)經(jīng)FSK調(diào)制后產(chǎn)生攜帶通信信息的載波信號(hào)，兩者復(fù)合控制PWM發(fā)生器形成控制PWM脈沖列，并經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊生成斬波功率回路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以此控制開(kāi)關(guān)管通斷，完成信源信號(hào)與功率的復(fù)合調(diào)制過(guò)程。
[0078](2)基于電流信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
[0079]在通信過(guò)程中，某一斬波單元發(fā)送的信源信號(hào)，通過(guò)相應(yīng)解調(diào)策略，同一組串中的斬波單元及位于直流母線(xiàn)的陣列通信終端均可以解調(diào)出該信號(hào)。
[0080]分析得知，經(jīng)調(diào)制后的信源信號(hào)能在傳輸線(xiàn)路的電壓和電流信號(hào)的高頻分量中體現(xiàn)出來(lái)，但由于直流母線(xiàn)電容的高頻濾波作用，通過(guò)檢測(cè)直流母線(xiàn)電壓來(lái)解調(diào)出信源信號(hào)比較困難；并且在同一組串內(nèi)，各斬波單元之間也無(wú)法通過(guò)檢測(cè)電壓信號(hào)來(lái)進(jìn)行通信。
[0081]為此，本發(fā)明提出了一種在特定系統(tǒng)拓?fù)湎禄陔娏餍盘?hào)的解調(diào)算法:在多組串并聯(lián)的級(jí)聯(lián)型電力系統(tǒng)中，若組串中的斬波單元與陣列通信終端之間進(jìn)行雙向間接通信時(shí)，此時(shí)組串中的主單元向陣列通信終端發(fā)送信息，陣列通信終端可通過(guò)檢測(cè)直流母線(xiàn)電流來(lái)解調(diào)信號(hào)；當(dāng)同一組串內(nèi)各斬波單元與主單元之間進(jìn)行通信時(shí)，組串電流中的高頻分量幾乎全部通過(guò)主單元斬波功率回路的電容支路(由于電容支路阻抗較小的緣故)，因此通過(guò)檢測(cè)主單元的斬波功率回路的電容支路電流來(lái)解調(diào)信號(hào)。二者解調(diào)方法基本相同。
[0082]解調(diào)過(guò)程如圖6所示，將線(xiàn)路中檢測(cè)到的電流信號(hào)送入解調(diào)器，經(jīng)采樣后離散化，再進(jìn)行濾波處理和滑窗傅里葉變換以提取高頻分量，設(shè)計(jì)信源信號(hào)起始碼元的解調(diào)算法以及后續(xù)碼元的解調(diào)算法逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)，直至結(jié)束。
[0083]具體地說(shuō)，解調(diào)采樣頻率為fs。根據(jù)采樣定理，可得到采樣頻率fs的下限值fsmin:
fsmin〉= 2max (f_o, f-1, fk);
[0084]若三個(gè)載波頻率大小依次為f-Afpf-o，則最小頻率分辨率Fn為:Fn =min (f-rfk.fk~f-o)；
[0085]由于最小頻率分辨率Fn由采樣頻率fs和采樣點(diǎn)數(shù)N共同決定:Fn = fs/N,并且采樣點(diǎn)數(shù)N滿(mǎn)足關(guān)系式:N = TB/l/fs,由此可得到合適的采樣頻率fs、信源信號(hào)長(zhǎng)度Tb以及采樣點(diǎn)數(shù)N的值。
[0086](3)確定信源信號(hào)起始碼元及后續(xù)碼元。
[0087]斬波單元在啟動(dòng)通信后開(kāi)始發(fā)送信源信號(hào)，對(duì)于接收端而言，無(wú)法確定信息發(fā)送的起始時(shí)刻，因此接收端的信號(hào)解調(diào)單元上設(shè)有信源信號(hào)起始碼元識(shí)別模塊與后續(xù)碼元識(shí)別模塊，二者均采用滑窗傅里葉變換算法進(jìn)行解調(diào)。
[0088]在信源信號(hào)起始碼元識(shí)別模塊中，采用滑窗傅里葉變換法確定信源信號(hào)的起始位，以碼兀長(zhǎng)度作為窗體長(zhǎng)度，窗體內(nèi)含有N個(gè)米樣點(diǎn)，窗體每次滑動(dòng)一個(gè)米樣點(diǎn)并對(duì)窗體內(nèi)的N個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行傅里葉變換，分別提取出窗體內(nèi)所含的第一開(kāi)關(guān)頻率分量h和第二開(kāi)關(guān)頻率分量f-ci的幅值mU和m(f_Q)。
[0089]以第一開(kāi)關(guān)頻率分量和第二開(kāi)關(guān)頻率分量的幅值Hi(L1)和Hi(G)序列作為數(shù)據(jù)源，再次進(jìn)行滑窗處理，同樣取一個(gè)碼元長(zhǎng)度作為窗體長(zhǎng)度，每次滑動(dòng)I個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)并分別對(duì)窗體內(nèi)的兩個(gè)頻率分量幅值序列積分，得到單次滑窗處理的頻率分量f-o和h對(duì)應(yīng)能量值M(f_0)和 MD。
[0090]分別設(shè)定第一、第二開(kāi)關(guān)頻率分量的幅值閾值和能量值閾值作為判別起始碼元的判定標(biāo)準(zhǔn)，取當(dāng)前幅值大小和能量值大小作為判定值，相應(yīng)有兩種方法計(jì)算閾值:
[0091]以當(dāng)前幅值大小mU、m(f-1)作為判定值時(shí)，信源信號(hào)起始碼元識(shí)別模塊以直流母線(xiàn)電流Id。的基波分量幅值Idcfl為基準(zhǔn)，選取kr ki為幅值閾值系數(shù)，定義Ktl為Hi(G)的幅值判定域值，K1為mU的幅值判定域值,其中，K0 = k0Idc0> K1 = ^Idc0, k0 = 0.9m(f_0)
h = 0.Qm(^1)fflaxZIdc0, m(f_0)fflax 和 Hi(L1)max 取頻率分量 Ltl 和 L1 幅值的最大值，可通過(guò)滑窗2N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)確定出來(lái)。
[0092]若某一時(shí)刻檢測(cè)到Hi(G) ，表明此時(shí)刻通信開(kāi)始，起始碼元為“O” ；若Hi(L1) X1成立，則表明通信起始時(shí)刻發(fā)送的碼元為“ I ”。
[0093]若以當(dāng)前能量值大小MU和M(^1)作為判定值時(shí)，同樣以直流母線(xiàn)電流基波分量幅值Itkci為基準(zhǔn)，此時(shí)選取kj A1 ’為能量值閾值系數(shù)，定義V和K1'作為M(G)和M(L1)的能量判定閾值，其中，K?！?= V idc0、K/ = V Idc0, V = 0.gMa—n’k/ = 0.9MD
和M(L)max為頻率h和L能量值分量的最大值，也可通過(guò)滑窗2N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)確定出來(lái)。
[0094]若某一時(shí)刻檢測(cè)到M(D)Ktl ’，表明此時(shí)刻通信開(kāi)始，起始碼元為“O”；若MfJ成立，則表明通信起始時(shí)刻發(fā)送的碼元為“I”。
[0095]應(yīng)用上述兩種判定方法得到的信源信號(hào)起始時(shí)刻會(huì)存在一定的位置偏差，若選取的閾值越接近頻率分量最大值，則解調(diào)結(jié)果越準(zhǔn)確，但解調(diào)后的信源信號(hào)延遲時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)，因此閾值的選取需要綜合考慮。
[0096]在確定信源信號(hào)的起始碼元之后，需要確定信源信號(hào)的后續(xù)碼元。在后續(xù)碼元識(shí)別模塊中，滑窗傅里葉算法的窗體長(zhǎng)度保持一個(gè)碼元長(zhǎng)度不變，但將每次滑窗長(zhǎng)度變?yōu)镹，即每次滑動(dòng)N個(gè)采樣點(diǎn)，繼續(xù)采用滑窗傅里葉變換算法完成信源信號(hào)的后續(xù)碼元的檢出，直到至完成全部采樣點(diǎn)。
[0097]后續(xù)碼元識(shí)別模塊同樣可用頻率分量的幅值閾值或能量值閾值兩種方式作為判別后續(xù)碼元的判定標(biāo)準(zhǔn)，幅值閾值和能量值閾值的計(jì)算方式與上文相同。這里以頻率分量的能量值大小作為判定值，設(shè)計(jì)后續(xù)碼元的解調(diào)判據(jù)如下:
[0098]當(dāng)滿(mǎn)足Kc^M(G)且Mt1XK1'時(shí)，將信源信號(hào)的后續(xù)碼元解調(diào)為“O”；當(dāng)滿(mǎn)足K1' <Μ(^)且M(G)〈V時(shí)，將信源信號(hào)的后續(xù)碼元解調(diào)為“I”;其他情況下，將信源信號(hào)的后續(xù)碼元解調(diào)為“無(wú)碼元”。
[0099]判據(jù)中的閾值是根據(jù)直流母線(xiàn)電流的基波分量幅值Itkci確定出來(lái)的，當(dāng)電流Id。較小時(shí)，相應(yīng)的V和V取值也會(huì)變化，因此屬于變閾值的解調(diào)算法。值得注意的是，信源信號(hào)反映在高次諧波分量中，對(duì)功率回路而言這類(lèi)諧波屬于雜波，不利于電能質(zhì)量的優(yōu)化。因此，在基于功率控制的通信過(guò)程中，關(guān)鍵是如何在電能質(zhì)量犧牲較小的情況下保證通信的可靠進(jìn)行，例如不同通信載波頻率的選擇以及濾波裝置參數(shù)的大小都會(huì)影響到通信信號(hào)傳輸?shù)慕Y(jié)果。為此需要設(shè)定一個(gè)電流紋波的變化范圍，既不能使紋波太大影響到電能質(zhì)量，又不能太小以至于無(wú)法正確解調(diào)出信號(hào)。
[0100](4)通信機(jī)制。
[0101]本發(fā)明提供的方案中，經(jīng)調(diào)制后的信源信號(hào)以數(shù)據(jù)幀的形式進(jìn)行傳輸。陣列通信終端與各組串間的通信方式可分為雙向通信和單向直接通信兩種方式。雙向通信又可分為雙向直接通信和雙向間接通信兩種方式，以下分別進(jìn)行介紹:
[0102]A、單向直接通信。
[0103]單向直接通信指的是:陣列通信終端不能下發(fā)數(shù)據(jù)給各組串中的斬波單元，只能接收各組串內(nèi)斬波單元發(fā)送給陣列通信終端的數(shù)據(jù)。
[0104]在單向直接通信模式下，各組串內(nèi)的斬波單元通過(guò)數(shù)據(jù)幀隨機(jī)向陣列通信終端上傳數(shù)據(jù)，陣列通信終端通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)幀內(nèi)的發(fā)送方地址判定數(shù)據(jù)來(lái)源。
[0105]此種模式下，組串內(nèi)各斬波單元首先檢測(cè)線(xiàn)路是否空閑，若線(xiàn)路空閑，則斬波單元可以開(kāi)始向陣列通信終端發(fā)送信息。當(dāng)多個(gè)斬波單元同時(shí)發(fā)送信息時(shí)，會(huì)引起沖突，此時(shí)設(shè)計(jì)沖突解決機(jī)制，即各個(gè)沖突斬波單元均停止發(fā)送信息，斬波單元各自隨機(jī)延遲一段時(shí)間之后再重新檢測(cè)線(xiàn)路是否空閑，若線(xiàn)路空閑，則可再次向陣列通信終端發(fā)送信息。
[0106]另外，當(dāng)不同組串與陣列通信終端進(jìn)行通信時(shí)，為避免不同組串向陣列通信終端發(fā)送的信源信號(hào)在解調(diào)時(shí)產(chǎn)生沖突，可采用不同的開(kāi)關(guān)頻率對(duì)信源信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以區(qū)分不同組串發(fā)送的信源信號(hào)，如表1所示。
[0107]表1各組串通信時(shí)開(kāi)關(guān)頻率對(duì)應(yīng)表。
[0108]

【權(quán)利要求】
1.電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法，其特征在于，包括以下步驟: 參考FSK調(diào)制方式對(duì)信源信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，利用PWM調(diào)制技術(shù)將所述信源信號(hào)與功率復(fù)合調(diào)制后生成PWM調(diào)制信號(hào)，所述PWM調(diào)制信號(hào)以數(shù)據(jù)幀的形式傳輸，所述數(shù)據(jù)幀中包含有發(fā)送方地址、目的地址和數(shù)據(jù)信息； 采樣電力系統(tǒng)的直流母線(xiàn)電流，并解調(diào)還原得到發(fā)送給電力系統(tǒng)的陣列通信終端的信源信號(hào)；采樣電力系統(tǒng)中相應(yīng)斬波單元的斬波功率回路的電容支路電流，并解調(diào)還原得到發(fā)送給相應(yīng)斬波單元的信源信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法，其特征在于，以不同高次開(kāi)關(guān)頻率表示發(fā)送信源信號(hào)的碼元和沒(méi)有信源信號(hào)發(fā)送，對(duì)信源信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法，其特征在于，電力系統(tǒng)中陣列通信終端與各斬波單元之間采用單向直接通信模式，該模式下，電力系統(tǒng)中同一組串內(nèi)的斬波單元隨機(jī)向陣列通信終端上傳數(shù)據(jù)幀，陣列通信終端根據(jù)數(shù)據(jù)幀內(nèi)的發(fā)送方地址判定所述數(shù)據(jù)幀的來(lái)源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法，其特征在于，當(dāng)電力系統(tǒng)中同一組串內(nèi)的多個(gè)斬波單元通信出現(xiàn)沖突時(shí)，經(jīng)過(guò)沖突解決機(jī)制確定通信權(quán)，獲得通信權(quán)的斬波單元才能繼續(xù)向所述陣列通信終端發(fā)送數(shù)據(jù)幀，其他斬波單元退出發(fā)送狀態(tài)等待下次通信，且不同組串在發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，其信源信號(hào)通過(guò)采用不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制以示區(qū)別。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法，其特征在于，電力系統(tǒng)中陣列通信終端與各斬波單元之間采用雙向直接通信模式，該模式下，每個(gè)組串內(nèi)選擇某一斬波單元作為本組串的主單元，并在陣列通信終端與該主單元之間加設(shè)專(zhuān)用通信線(xiàn)路，陣列通信終端先將數(shù)據(jù)信息經(jīng)專(zhuān)用通信線(xiàn)路下發(fā)至所述主單元，再由所述主單元與本組串內(nèi)的其它斬波單元利用復(fù)合傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)陣列通信終端與各斬波單元之間的透明數(shù)據(jù)傳輸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法，其特征在于，電力系統(tǒng)中陣列通信終端與各斬波單元之間采用雙向間接通信模式，該模式下，每個(gè)組串內(nèi)選擇某一斬波單元作為本組串的主單元，所述主單元先與組串內(nèi)的其他斬波單元通信，將各數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)信息集中起來(lái)，再統(tǒng)一發(fā)送給陣列通信終端，相當(dāng)于陣列通信終端與各斬波單元進(jìn)行非透明數(shù)據(jù)傳輸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法，其特征在于，實(shí)現(xiàn)同一組串內(nèi)主單元與其余斬波單元通信的方法如下: 每一個(gè)組串內(nèi)的主單元及各斬波單元均事先確定好一個(gè)單元地址，所有的單元地址以地址表的形式順序存放在陣列通信終端以及主單元內(nèi)； 按照地址表中的地址順序，主單元依次發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀給各個(gè)斬波單元，相應(yīng)地，各斬波單元分別回送應(yīng)答幀給主單元，主單元成功接收后，表明此斬波單元已成功接入組串并且通信狀態(tài)良好，故在主單元以及陣列通信終端的地址表內(nèi)均給此地址標(biāo)記為正常；若經(jīng)過(guò)數(shù)次請(qǐng)求之后主單元仍沒(méi)收到此斬波單元的反饋信息，則表明此斬波單元沒(méi)有接入到組串內(nèi)或通信出現(xiàn)故障，相應(yīng)地，在主單元以及陣列通信終端的地址表內(nèi)均給此地址標(biāo)記為不正常，以此方式確定所有組串內(nèi)的各個(gè)斬波單元的運(yùn)行狀態(tài)是否正常； 地址標(biāo)記完成后，主單元按地址表中狀態(tài)正常的地址順序，依次與相應(yīng)的斬波單元進(jìn)行通信，所述斬波單元向所述主單元發(fā)送數(shù)據(jù)幀，此數(shù)據(jù)幀內(nèi)的發(fā)送方地址即是發(fā)送信息的斬波單元地址，目的地址即是此組串內(nèi)的主單元地址，數(shù)據(jù)信息為斬波單元的信源信號(hào)數(shù)據(jù)；通信成功后，所述主單元根據(jù)所述數(shù)據(jù)幀中發(fā)送信息的斬波單元地址，在所述地址表內(nèi)記錄此斬波單元已完成一次通信；當(dāng)所述組串內(nèi)的所有狀態(tài)正常地址對(duì)應(yīng)的斬波單元均與所述主單元通信完成后，由主單元整合再送入陣列通信終端； 當(dāng)某一組串內(nèi)有斬波單元檢修完成，或有斬波單元需要接入到組串時(shí)，首先在陣列通信終端內(nèi)此組串的地址表中將此斬波單元地址標(biāo)記為正常狀態(tài)，再將此信息發(fā)送給對(duì)應(yīng)組串的主單元，主單元接受信息后再修改自己內(nèi)部的地址表，標(biāo)記此斬波單元地址為正常狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法，其特征在于，所述主單元與所述陣列通信終端進(jìn)行通信的方法如下: 當(dāng)主單元與組串內(nèi)其余斬波單元通信完成后，主單元將各個(gè)斬波單元的信息重新整合為數(shù)據(jù)幀發(fā)送到陣列通信終端，其中:所述數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送方地址為主單元地址，目的地址為陣列通信終端地址，數(shù)據(jù)信息為包含此組串內(nèi)其余斬波單元的地址信息以及每個(gè)相應(yīng)斬波單元發(fā)送給主單元的信源信號(hào)數(shù)據(jù)信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的方法，其特征在于，確定一個(gè)數(shù)據(jù)幀中信源信號(hào)的起始碼元和后續(xù)碼元的方法如下: 采用滑窗傅里葉變換算法確定信源信號(hào)的起始碼元，具體作法是:所述滑窗算法以一個(gè)碼兀長(zhǎng)度作為窗體長(zhǎng)度，窗體內(nèi)有N個(gè)米樣點(diǎn)，窗體每次滑動(dòng)一個(gè)米樣點(diǎn)并對(duì)窗體內(nèi)的N個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行傅里葉變換，分別提取出窗體內(nèi)所含第一開(kāi)關(guān)頻率h和第二開(kāi)關(guān)頻率f-o分量的幅值mU和m(f_Q)； 以所述第一開(kāi)關(guān)頻率分量和第二開(kāi)關(guān)頻率分量的幅值Hl(L1)和序列作為數(shù)據(jù)源，再次進(jìn)行滑窗處理，同樣以一個(gè)碼元長(zhǎng)度作為窗體長(zhǎng)度，每次滑動(dòng)I個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)并分別對(duì)窗體內(nèi)的兩個(gè)頻率分量幅值序列積分，得到單次滑窗處理的頻率分量f-o和h對(duì)應(yīng)能量值M(f_0)和 M(L1)； 分別設(shè)定第一、第二開(kāi)關(guān)頻率分量的幅值閾值1、K1和能量值閾值KJ、K1'； 根據(jù)m(G)Xtl或M(G)Xc;成立判定當(dāng)前窗體內(nèi)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)碼元為信源信號(hào)的起始碼元，且碼值為“O”；根據(jù)WfL1) M(L1)X1'成立判定當(dāng)前窗體內(nèi)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)碼元為信源信號(hào)的起始碼元，且碼值為“I”;其中=Ktl = ^Idc07K1 = Ic1Idc^lvk1分別為幅值閾值系數(shù)；&’ = k0' Idc0,K/ = k/ Idc0, k0' A1 ’分別為能量值閾值系數(shù)山。C1為直流母線(xiàn)電流Id。的基波分量幅值大??； 在確定信源信號(hào)的起始碼元之后，保持一個(gè)碼元長(zhǎng)度作為窗體長(zhǎng)度不變，改變滑窗傅里葉變換算法的滑窗長(zhǎng)度為N，即每次滑動(dòng)N個(gè)采樣點(diǎn)，繼續(xù)采用滑窗傅里葉變換算法完成信源信號(hào)的后續(xù)碼元的檢出，直至完成全部采樣點(diǎn)； 當(dāng)滿(mǎn)足Ktl^M(G)且WhXK/時(shí)，將信源信號(hào)的后續(xù)碼元解調(diào)為“O”；當(dāng)滿(mǎn)足K1' <Μ(^)且〈V時(shí)，將信源信號(hào)的后續(xù)碼元解調(diào)為“I”;其他情況下，解調(diào)結(jié)果為“無(wú)碼元”。
10.電力系統(tǒng)中功率與通信信號(hào)復(fù)合通信的裝置，所述電力系統(tǒng)包括并聯(lián)在直流母線(xiàn)上的多個(gè)組串，每個(gè)所述組串由多個(gè)斬波單元串聯(lián)而成，所述直流母線(xiàn)上掛接有陣列通信終端，其特征在于: 所述斬波單元上設(shè)有信號(hào)調(diào)制單元，所述信號(hào)調(diào)制單元參考FSK調(diào)制方式對(duì)信源信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，利用PWM調(diào)制技術(shù)將所述信源信號(hào)與功率復(fù)合調(diào)制后生成PWM調(diào)制信號(hào)，所述PWM調(diào)制信號(hào)以數(shù)據(jù)幀的形式傳輸，所述數(shù)據(jù)幀中包含有發(fā)送方地址、目的地址和數(shù)據(jù)信息； 所述斬波單元上設(shè)有信號(hào)解調(diào)單元，所述信號(hào)解調(diào)單元采樣斬波功率回路的電容支路電流，并解調(diào)還原得到發(fā)送給所述斬波單元的信源信號(hào)；所述陣列通信終端上的解調(diào)單元采樣直流母線(xiàn)電流，并解調(diào)還原得到發(fā)送給所述陣列通信終端的信源信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H04B3/54GK104184492SQ201410374488
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】杜海江, 楊博 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)