CN106656271B - 一种载波通信电流环信号耦合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种载波通信电流环信号耦合装置，相较于传统的RS‑485通信方式，省去了必须的两条专用信号线进行数据的传输，从而减少了安装、维护的复杂性，提高了系统可靠性，也节约了成本；相较于传统的电力线载波通信方式，将并联电压通信耦合改造成串联电流环通信耦合，使光伏发电的电力主回路载波通信成为可能；利用并联谐振、串联谐振提高发送效率和接收灵敏度使抗干扰能力大幅度增强；利用变压器原理进行阻抗变换减轻环路负载使可检测环路中光伏组件单元数量大大增多等优点。

Description

一种载波通信电流环信号耦合装置
技术领域
本发明属于数据通信设备技术领域，尤其涉及一种载波通信电流环信号耦合装置。
背景技术
太阳能光伏发电技术是利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池并将太阳能转化为电能的发电技术，该技术具有不消耗化石燃料，电能就地产生不需长距离输送、无环境污染、可靠性高、寿命长、安全性能好、适合分散供电、扩充能量方便等优点。随着节能减排的要求，光伏发电技术的应用越来越广泛。光伏发电效率与太阳能电池组件的工作状态密切相关，因此组件级工况监测成为提高光伏电站发电效率、降低运行成本、提高系统可靠性及寿命的关键技术之一。
目前光伏组件阵列监测系统的通信方式传统上以RS485传输为主，但利用RS485传输的方式需要专用的信号传输线，当一个光伏电站有成千上万个光伏组件时，系统的布线及维护将变得非常困难，运行可靠性也会大大下降。
电力线载波通信技术利用通信载波频率和电力频率相差很大，可由选频放大电路区分的特点，在一对电力线上同时传输电力和载波通信信号，省去了专用的信号传输线。这种技术在工频电网上已有成熟的应用。但工频电网上的用电器是并联连接的，因而载波通信装置也是以并联方式进行通信信号耦合的。光伏发电电站中，为提高汇流输出电压，各个光伏组件是串联连接的，没有公共地，因此并联耦合的载波通信技术无法直接应用。
电流环通信技术是串联通信，通常是一对一通信结构，利用电流环串行通信的最大的优点是低阻抗传输线对电气噪声不敏感，抗干扰性能较好。但光伏 组件串联环路上有多个单元的数据需要传输，属于一对多结构。这就需要一种耦合装置能够方便地搭建一对多的载波通信电流环，要求发送状态时效率较，尽可能提高信噪比；接收状态时内阻较低，以保证信号不会过多衰减。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种载波通信电流环信号耦合装置。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明包括电感(1)、电容(2)、状态开关(3)，上述三者通过导线串联连接成环形，电感(1)通过耦合磁芯(4)与电力主回路(5)构成高频载波通道；电感(1)与电容(2)的节点处连接载波调制输出部分(6)；电容(2)与状态开关(3)的节点处连接选频放大解调部分(7)；状态开关(3)与通信终端的控制信号(8)相连接。
作为改进，电感(1)、电容(2)选择在通信载波频率附近谐振；耦合磁芯(4)必须带有气隙，以防止直流电力电流使之进入磁饱和状态。
作为改进，状态开关(3)受通信终端的控制信号(8)控制，当装置处于通讯发送状态时，状态开关(3)在控制信号(8)作用下闭合，载波调制输出部分(6)的负载为电感(1)和电容(2)组成的并联谐振回路，因而获得高的驱动放大增益；通过耦合磁芯(4)将电感(1)中的Q倍谐振电流馈入电力主回路(5)，这使得主回路中信噪比大幅度增大，当装置处于通讯接收状态时，载波调制输出部分(6)转为开漏断开，电力主回路(5)中的通讯载波信号通过耦合磁芯(4)激励电感(1)；状态开关(3)在控制信号(8)作用下断开，电感(1)和电容(2)组成串联谐振回路，将信号电流增益Q倍送入选频放大解调部分(7)的输入端，既可以提高接收信噪比，又大大减轻了本单元的环路 内阻，使传输信号衰减大幅度减小，从而整个通讯环路的负载能力得到增强。
本发明的有益效果在于：
本发明是一种载波通信电流环信号耦合装置，与现有技术相比，本发明相较于传统的RS-485通信方式，省去了必须的两条专用信号线进行数据的传输，从而减少了安装、维护的复杂性，提高了系统可靠性，也节约了成本；相较于传统的电力线载波通信方式，将并联电压通信耦合改造成串联电流环通信耦合，使光伏发电的电力主回路载波通信成为可能；利用并联谐振、串联谐振提高发送效率和接收灵敏度使抗干扰能力大幅度增强；利用变压器原理进行阻抗变换减轻环路负载使可检测环路中光伏组件单元数量大大增多等优点。
附图说明
图1是本发明光伏组件阵列工况监测系统的载波通信电流环信号耦合装置的结构示意图；
图2是本发明光伏组件阵列工况监测系统的载波通信电流环信号耦合装置的应用环境的结构示意图。
图中，1电感,2电容,3状态开关，4耦合磁芯，5电力主回路，6载波调制输出部分，7选频放大解调部分，8通信终端的控制信号，9汇流排正极，10汇流排负极，11光伏组件，12数据采集终端，13载波通信电流环信号耦合装置，14汇流排数据集中器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示：本发明包括电感(1)、电容(2)、状态开关(3)，上述三者通过导线串联连接成环形，电感(1)通过耦合磁芯(4)与电力主回路(5)构成高频载波通道；电感(1)与电容(2)的节点处连接载波调制输出部分(6)； 电容(2)与状态开关(3)的节点处连接选频放大解调部分(7)；状态开关(3)与通信终端的控制信号(8)相连接。
作为改进，电感(1)、电容(2)选择在通信载波频率附近谐振；耦合磁芯(4)必须带有气隙，以防止直流电力电流使之进入磁饱和状态。
如图2所示：状态开关(3)受通信终端的控制信号(8)控制，当装置处于通讯发送状态时，状态开关(3)在控制信号(8)作用下闭合，载波调制输出部分(6)的负载为电感(1)和电容(2)组成的并联谐振回路，因而获得高的驱动放大增益；通过耦合磁芯(4)将电感(1)中的Q倍谐振电流馈入电力主回路(5)，这使得主回路中信噪比大幅度增大，当装置处于通讯接收状态时，载波调制输出部分(6)转为开漏断开，电力主回路(5)中的通讯载波信号通过耦合磁芯(4)激励电感(1)；状态开关(3)在控制信号(8)作用下断开，电感(1)和电容(2)组成串联谐振回路，将信号电流增益Q倍送入选频放大解调部分(7)的输入端，既可以提高接收信噪比，又大大减轻了本单元的环路内阻，使传输信号衰减大幅度减小，从而整个通讯环路的负载能力得到增强。
实施例一
本发明的电路参数如下：载波中心频率421KHz；主回路L1为单匝穿心绝缘导线；耦合磁芯的磁隙0.5mm；电感L2为1mH，用直径0.1mm聚酯漆包线乱绕1000匝；电容C1为聚酯薄膜电容器，容量0.15μf；状态开关T1选用开关三极管3DK8，基极限流电阻R1选用1KΩ0.1W5％金属膜电阻。
本发明的工作过程如下：当装置处于通讯发送状态时，控制信号为高电平，T1导通，载波调制输出部分的负载为电感L2和电容C1组成的并联谐振回路，因而获得高的驱动放大增益，电感L1中的Q倍谐振电流通过耦合磁芯馈入电力主回路L1，使得主回路中信噪比大幅度增大；当装置处于通讯接收状态时，载 波调制输出部分转为开漏与谐振回路断开，电力主回路L1中的通讯载波信号通过耦合磁芯激励电感L2，同时控制信号为低电平，使T1工作在截止区等效为开路，电感L2和电容C1组成串联谐振回路，将信号电流增益Q倍送入选频放大解调部分的输入端，既可以提高接收信噪比，又大大减小了本单元的等效环路内阻，使传输信号衰减大幅度减小，从而整个通讯环路的负载能力得到增强。由于有磁隙的存在，光伏组件产生的直流电流不会使耦合磁芯饱和。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种载波通信电流环信号耦合装置，其特征在于：包括电感(1)、电容(2)、状态开关(3)，上述三者通过导线串联连接成环形，电感(1)通过耦合磁芯(4)与电力主回路(5)构成高频载波通道；电感(1)与电容(2)的节点处连接载波调制输出部分(6)；电容(2)与状态开关(3)的节点处连接选频放大解调部分(7)；状态开关(3)与通信终端的控制信号(8)相连接；
电感(1)、电容(2)选择在通信载波频率附近谐振；耦合磁芯(4)带有气隙，以防止直流电力电流使之进入磁饱和状态；
状态开关(3)受通信终端的控制信号(8)控制，当装置处于通讯发送状态时，状态开关(3)在控制信号(8)作用下闭合，载波调制输出部分(6)的负载为电感(1)和电容(2)组成的并联谐振回路；通过耦合磁芯(4)将电感(1)中的Q倍谐振电流馈入电力主回路(5)，当装置处于通讯接收状态时，载波调制输出部分(6)转为开漏断开，电力主回路(5)中的通讯载波信号通过耦合磁芯(4)激励电感(1)；状态开关(3)在控制信号(8)作用下断开，电感(1)和电容(2)组成串联谐振回路，将信号电流增益Q倍送入选频放大解调部分(7)的输入端。
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