CN106134093B - 串行通信系统、光伏设备以及用于串行通信的方法 - Google Patents
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Abstract
描述一种串行通信系统(2)，其具有高阻抗的主设备单元(6)、低阻抗的至少一个从设备单元(4)以及低阻抗的干扰源(3)，其特征在于，所述主设备单元(6)和所述至少一个从设备单元(4)分别具有一个同步单元(8)，所述同步单元设置用于对所述从设备单元(4)与所述主设备单元(6)之间的通信进行同步。
Description
技术领域
本发明涉及串行通信系统、光伏设备以及用于串行通信的方法
背景技术
在通过馈电线路的通信中例如存在所谓的电力线系统，所述电力线系统原则上具有参与者的并行接线或布置。这种电力线系统在WO 2011/023526 A1中公开。
还存在如下对参与者进行串行接线的可能性：例如在光伏系统中设置的那样。如果想在这种串行系统中通过已存在的布线通信，则存在点到点传输或点到多点传输，其中，一个发送器在一个方向上以电流来运行并且另一个发送器或另一些发送器在相反的方向上以电压来运行。因此保证，所有参与者可以用可比的品质接收所发送的信息。如果选择具有高内阻的主设备(Master)、例如电流源，并且选择具有低内阻的其他参与者、例如电压源，则两个参与者、也就是说主设备和另一参与者可以同时传输信息。这种系统例如可以根据HART通信(Highway Addressable Remote Transducer：可寻址远程传感器高速通道)工作。这是用于构建工业现场总线的标准化通信系统。
在光伏或者太阳能技术的应用中，逆变器或变流器作为附加的干扰源参与系统。逆变器主要具有电压源的特性，因此其表现为低欧姆或低阻抗。因为主设备使用电流来通信，所以在由主设备至参与者——即在此PV模块(光伏模块)——的通信中逆变器的存在可以被视为次要的。这以主设备的电流源的相应输送能力为前提，从而主设备可以馈入
电流。
与此不同，在由PV模块至主设备的通信中，不能区分所述模块的电压信号与逆变器的电压信号。即逆变器的输出信号直接作为经叠加的干扰信号出现。因为根据逆变器的技术结构，输出信号出现在所述传输的频率范围中，所以不能够滤波来在干扰信号和有用信号之间进行分离，这使得通信变得困难或不可能。
发明内容
根据本发明提出串行通信系统以供使用，所述串行系统具有高阻抗的主设备单元、低阻抗的至少一个从设备单元以及低阻抗的干扰源，其中，所述主设备单元和所述至少一个从设备单元分别具有一个同步单元，所述同步单元设置用于对所述从设备单元与所述主设备单元之间的通信进行同步。
根据本发明的通信系统具有以下优点：现在借助所述同步单元将迄今与从设备单元不可区分的干扰源从所述通信分离。换言之，在由从设备至主设备的通信中抑制干扰源的不与传输信号或有用信号同步的干扰信号。这在困难的条件下也能够实现可靠的通信。
显然，视通信方向或通信模式而定，从设备单元也可以起主设备单元的作用。低阻抗的干扰源为了参与通信也可能配备同步单元。
在一种特别的实施方式中设置，所述同步单元具有能够调节到同步频率和/或同步相位上的发送装置以及接收不同频率并且探测所述同步频率和/或所述同步相位的接收装置。这能够在由发送装置预给定的频带内以高的干扰抑制实现可靠的通信。
也可能的是，所述发送装置具有频率生成器和/或所述接收装置具有同步运行的采样和保持电路。在此有利的是：为此需要的组件——例如模数转换器(A/D转换器)通常已存在。因此，在硬件方面的变化微小，这降低成本。代替频率生成器地，例如也可以使用受控电流源等等。
还可能的是，所述串行通信系统具有在50kHz至300kHz之间的传输范围，尤其在100kHz至150kHz之间的传输范围。该传输范围适合于多个应用并且提高系统的多面性。
所述串行通信系统可以具有双线系统。所述双线系统是简单的且成本有利的通信系统，然而这不如同复杂系统——例如总线系统那样，这本身不提供用于改善通信的其他可能性。通过本发明将所述简单的双线系统扩展为具有高的干扰抑制的系统。
根据本发明的一种优选的实施方式设置，所述主设备单元具有电流源，所述电流源设置用于将电流馈入到所述通信系统中。通过从设备单元作为电压源运行，有利地能够实现半双工运行和全双工运行。所述电流可以是交流电，而所述电压源可以是直流电压源，从而所述交流电叠加到从设备单元的直流信号上。
根据本发明提出一种光伏设备以供使用，其具有串行通信系统的低阻抗的逆变器、低阻抗的至少一个光伏模块以及高阻抗的主设备单元，其中，所述逆变器、所述至少一个光伏模块以及所述主设备单元串行接线，其中，所述主设备单元和所述至少一个光伏模块分别具有一个同步单元，所述同步单元设置用于对所述光伏模块与所述主设备单元之间的通信进行同步。如之前描述的同样的优点和改型适用。本发明特别适合于光伏设备，因为所述逆变器是迄今还没抑制的干扰发送器。
在一种特别的实施方式中设置：所述同步单元具有能够调节到同步频率上的发送装置以及接收不同频率并且探测所述同步频率的接收装置。附加地或替代地，也可以同步到所述发送装置的相位上。这能够在通过发送装置预给定的频带内以高的干扰抑制实现可靠的通信。有利地，可以选择对于在PV设备中的通信普遍的频带。
根据本发明的用于在高阻抗的主设备单元、低阻抗的至少一个从设备单元以及低阻抗的干扰源之间的串行通信的方法，所述方法原则上包括以下步骤：
通过所述主设备单元发送具有同步频率和/或同步相位的同步信号；
通过从设备单元接收所述同步信号并且探测所述同步频率和/或同步相位；并且
通过所述从设备单元以所述同步频率和/或同步相位发送信号。
如之前描述的同样的优点和修改适用。上述通信由主设备单元以如下方式来控制：所述主设备单元预给定所述同步频率和/或同步相位。
有利地设置，所述主设备单元馈入电流，而所述从设备单元输出电压。这允许半双工运行和全双工运行。
附图说明
根据附图和以下描述更详细地阐述本发明的实施例。附图示出：
图1示出串行通信系统的示意图；
图2示出串行通信系统的同步单元的示意图；以及
图3示出所述同步单元的梳状滤波器特性。
具体实施方式
图1以示例性示图示出具有串行通信系统2的光伏设备1。PV设备1包括一个逆变器3和多个PV模块4。逆变器3和模块4通过双线系统5或双极线路互相串行连接或接线。串行通信系统2的主设备6同样串行地接线在双线系统5中。主设备6可以构造为独立单元或集成在逆变器3中。
至少在图1中示出的部件逆变器3、PV模块4和双线系统5不仅是PV设备1的一部分，而且是串行通信系统2的一部分。这些单元在一定程度上起双重作用，因为在所述元件之间的通信通过设计用于能量运输的双线系统5实现。
模块4例如可以布置在PV设备1的一个支路(String)中，从而逆变器3可以是支路逆变器。逆变器3对于主设备6与模块4之间的通信而言是低阻抗干扰源，所述低阻抗干扰源从主设备6角度表现如模块4那样。
主设备6包含电流源7并且相应地具有高内阻或者是高阻抗的。主设备6还包括同步单元8，借助所述同步单元可以进行通信系统2中的同步或者更确切地说可以通过双线系统5同步。模块4中的每一个同样包含同步单元8以及电压源9。因此，模块4具有小的内阻。主设备6和作为从设备运行的模块4可以同时传输信息。因此，不仅能够实现串行通信系统2的半双工运行，而且能够实现串行通信系统2的全双工运行。这通过以下方式来实现：模块4借助其电压源9——在所述电压源上分别存在电压UM——在与主设备6的信息相反的方向上发送信息，所述主设备的电流源7馈入电流I。
如在图2中所示，同步单元8包含发送装置10例如频率生成器，所述频率生成器用于产生同步信号以及其他信号，例如到模块4中的一个、多个或全部上的寻址。借助频率生成器10调节，电流源7以什么频率将电流馈入到通信系统2或者双线系统5中。代替频率生成器地，也可以使用受控电流源或相似的装置。例如可以以125kHz的频率馈入电流I。替代地也可以使用移频键控方法(FSK，Frequenz Shift Keying)。那么，例如可以使用110kHz和130kHz的频率。
每个同步单元8还包括接收装置11例如同步整流器11，所述同步整流器例如具有同步运行的采样和保持电路。同步整流器11设置用于接收通过频率生成器10预给定的同步频率。此外，同步整流器11探测所述同步频率，以便为了下一次传输而以所述同步频率将发送装置10调节到所述同步频率上。
因此，例如主设备6将具有同步频率和/或同步相位的同步信号发送到网络2中，例如借助到确定的模块4上的寻址和信号请求。模块4的接收装置11接收所述信号，探测并且保持或存储所述同步频率或同步相位，以便然后自己以所述同步频率或所述同步相位将信号或消息传递到所述网络中，所述信号或消息然后由主设备6接收。
在图3中示出同步整流器的或者换言之相位选择性整流器的相应梳状滤波器特性。在图3的图表中，相对于接收频率除以发送频率的商来绘出电压。如由所述图表可识别的那样，通过所述同步运行能够实现高的干扰抑制。所述信号的经同步的峰值明显地可识别。在此，这种同步整流器可以有利地被用作非常窄带的滤波器。
滤波品质可以附加地通过经匹配的采样和保持时间——即用于采样和保持的时间——来优化。真实的通信频带根据图3例如在0.5至1.5之间变化。在所述通信频带之外的干扰能够简单地通过传统的方式来滤除，从而可以独立于干扰源3地或者不受干扰源3干扰地实现通信。
Claims (7)
1.一种光伏设备，其具有串行通信系统(2)，所述串行通信系统具有高阻抗的主设备单元(6)、光伏模块形式的低阻抗的至少一个从设备单元(4)以及逆变器形式的低阻抗的干扰源(3)，其中，所述逆变器、至少一个所述光伏模块以及所述主设备单元串行接线，所述主设备单元(6)具有电流源(7)，所述电流源设置用于将电流(I)馈入到所述通信系统(2)中，并且所述低阻抗的至少一个从设备单元(4)具有电压源(9)，所述电压源设置用于输出电压，并且所述主设备单元(6)和所述至少一个从设备单元(4)分别具有一个同步单元(8)，所述同步单元设置用于对所述从设备单元(4)与所述主设备单元(6)之间的通信进行同步，其中，所述通信系统(2)构造成不仅能够半双工运行而且能够全双工运行，其特征在于，所述主设备单元(6)的电流源(7)的电流是交流电流，并且所述从设备单元(4)的电压源是直流电压源，从而所述交流电流与所述从设备单元的直流信号叠加。
2.根据权利要求1所述的光伏设备，其中，所述同步单元(8)具有能够调节到同步频率和/或同步相位上的发送装置(10)以及接收不同频率并且探测所述同步频率和/或所述同步相位的接收装置(11)。
3.根据权利要求2所述的光伏设备，其中，所述发送装置(10)具有频率生成器和/或所述接收装置(11)具有同步运行的采样和保持电路。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光伏设备，其中，所述串行通信系统(2)具有在50kHz至300kHz之间的传输范围。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的光伏设备，其中，所述串行通信系统(2)具有双线系统(5)。
6.根据权利要求4所述的光伏设备，其中，所述串行通信系统(2)具有在100kHz至150kHz之间的传输范围。
7.一种用于在高阻抗的主设备单元(6)、光伏模块形式的低阻抗的至少一个从设备单元(4)以及逆变器形式的低阻抗的干扰源(3)之间的串行通信的方法，其中，所述逆变器、至少一个所述光伏模块以及所述主设备单元串行接线，其中，所述主设备单元(6)具有电流源(7)并且将电流(I)馈入到串行通信系统(2)中，其中，所述从设备单元(4)具有电压源(9)并且输出电压，并且所述主设备单元(6)和所述至少一个从设备单元(4)分别具有一个同步单元(8)，所述同步单元(8)设置用于对所述从设备单元(4)与所述主设备单元(6)之间的通信进行同步，其中，所述通信系统(2)作为半双工运行或者全双工运行，所述方法具有以下步骤：
通过所述主设备单元(6)发送具有同步频率和/或同步相位的同步信号；
通过从设备单元(4)接收所述同步信号并且探测所述同步频率和/或同步相位；并且
通过所述从设备单元(4)以所述同步频率和/或同步相位发送信号，
其特征在于，所述主设备单元(6)的电流源(7)的电流是交流电流，并且所述从设备单元(4)的电压源是直流电压源，从而所述交流电流与所述从设备单元的直流信号叠加。
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