CN108631820B - 在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统及通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明主要涉及到在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统及通信方法，在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统，功率优化电路可以利用电力载波信号的方式向汇流箱发送数据，汇流箱后续再向逆变器发送数据，确保整个光伏组件输出功率的最大化和实现发送数据的通信功能。具体需要由每一个汇流箱配置的第二数据数据处理模块和耦合到该汇流箱的任意一个电池组串中各个光伏组件所对应的第一数据处理模块建立双向通信；和需要由每一个逆变器箱配置的第三数据数据处理模块和耦合到该逆变器的任意一个汇流箱所对应的第二数据处理模块建立双向通信。

Description

在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统及通信方法

技术领域

本发明主要涉及到光伏发电技术领域，确切地说，采用了在光伏组件中都使用了功率优化电路和实施分级收发数据的方案，功率优化电路利用电力载波向汇流箱发送数据，汇流箱向逆变器发送数据，确保整个光伏组件输出功率的最大化和实现数据的收发功能。

背景技术

随着世界各国尤其是发展中国家的工业化进程，频率出现了类似于雾霾等极其恶劣的环境。世界各国随之普遍认识到：寻求一种取之不尽、周而复始的可再生能源来取代资源有限且对环境有污染的传统化工能源，成为当前迫切需要解决的重要命题。以新技术和新材料为基础的科技发展，使可再生能源得到现代化的开发和利用，如太阳能、地热能和风能、海洋能、生物质能和核聚变能等，节能环保和能持续性发展的新能源得到了越来越广泛的应用。由于光伏发电这种新能源具备洁净、安全可靠、运营费低、日常维护简单和任意地点都随处可用等优势，使光伏发电系统成为世界各国普遍关注和重点发展的新型产业，它在解决能源短缺和偏远地区的用电问题上发挥着不可或缺的作用。光伏发电技术的核心是光伏电池板，分布式或大型电站因为它们采用的电池板阵列的数量极其庞大，其他便携式或非便携式的电子设备需要频繁的与电池板进行信息交互，考虑到这种电池板的数量，我们必须建立一种合理的通讯机制，通过这种通讯机制我们可以从电池板撷取电池板的参数数据，从而减轻实地采集数据的压力，并且达到数据的精确采集，例如传统以无人机去红外侦测电池板的温度显然是不合理的，因为测量精度极其低下。

数据信息传输系统是各种智能化控制系统的重要组成部分，而数据送的方式大部分采用有线的数据传送方式，例如并行传送、串行传送、CAN总线和其他各种协议等，在有线数据传输方式当中数据的传输载体是双绞线、同轴电缆或光纤。但在采用了单片机或类似的处理器的监测系统中，很多应用场合的数据采集装置是安装在环境条件恶劣的现场或野外，光伏电站很多就是在建立在郊野的水域或荒漠地带。尤其是：采集到的数据通信传输到手持终端，然后通过手持终端送到后台计算机设备进行数据分析、处理。这样数据采集装置与手持终端之间的数据传输需解决通信问题，若采用有线数据传输方式显然是不合适，例如在光伏电站电池板阵列的数量惊人。考虑到数据传输可以无线方式传输，即通过空气或真空实现数据传送，相比于传统的有线数据传输，无线数据传输方式可以不考虑传输线缆的安装问题，从而节省大量电线电缆和人工，降低施工难度和成本，是很有发展潜力的研究课题。但是无线通信的弊端也非常明显，传输距离过短是最大的短处。

光伏电池的光伏特性受到环境温度、环境辐射强度的影响而发生很大的变化，在当前的光伏发电系统中，为了使整个发电系统更安全可靠的运行，最好是能够及时发现各种潜在的威胁，例如阴影遮挡造成的热斑效应就是一种负面的威胁，它可能会让某些电池从电源转换成负载而引起电池板发热至起火烧毁，所以监控光伏电池的电压、电流、功率及温度等工作参数是光伏发电系统中很重要的一个环节。光伏电池的工作参数监控在实际的应用场合更多的是采用了电力线载波作为通讯手段，依靠电力载波很容易就能将光伏电池的参数作为通信数据传递到光伏电池提供光伏电压的电力线上，再从电力线上进行载波信号的解码即可撷取光伏电池的实时参数。电力线不同于普通的数据通信线路，其初衷是为了进行电能而并非是数据的传输，对于数据通信而言，其信道并不理想，是一个非常不稳定的传输信道，这具体表现为噪声显著且信号衰减严重。为克服不稳定的问题，电力线宽带载波技术采用了扩频、正交频分复用等调制技术，而事实证明，多载波正交频分复用是目前为止解决在电力线上传输干扰问题的一种有效方法，电力线宽带通信采用正交频分复用技术能有效的抵抗多径干扰，使受干扰的信号仍能可靠接收。采样类似这样的手段来提高信号的可靠性仅仅是一方面，但在光伏电池和载波同时应用的场合，由于光伏电池自身的电压水准受到周遭环境温度、光辐射强度的影响会发生大幅度的变化，所以在电力线上的载波信号自身传播的畸变再加上电池这种输出特性容易波动的特征混合在一起，导致接收端期望撷取的真实载波信号并不精准、误码率高，而且光伏电池串组叠加的电压也受到载波干扰导致整个串组上的实际电压可能并不在预期的范围内。我们在下文中将考虑利用载波信号传输光伏电池的电压、电流、功率及温度等工作参数。

发明内容

本发明披露了一种在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统，

每一个电池串组均包含相互串联的多个光伏组件；

每一个汇流箱对并联的多个电池串组提供的直流电进行汇流；

每一个逆变器对并联的多个汇流箱所提供的直流电进行逆变；

其中：

由每一个光伏组件配置的第一数据处理模块采集该光伏组件的工作数据；

由每一个汇流箱配置的第二数据处理模块和耦合到该汇流箱的每一个电池串组中各个光伏组件所对应的第一数据处理模块建立双向通信，并藉此撷取耦合到该汇流箱的任意一个电池串组中各个光伏组件的工作数据；

由每一个逆变器箱配置的第三数据处理模块和耦合到该逆变器的每一个汇流箱所对应的第二数据处理模块建立双向通信，并藉此撷取耦合到该逆变器的任意一个汇流箱中保存的各个光伏组件的工作数据。

上述的一种在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统：

每一个光伏组件配置有一个执行最大功率点追踪的电压转换电路以及由电压转换电路输出该光伏组件实施功率优化后提供的电压；

其中，每一个光伏组件配置的第一数据处理模块至少还用于驱动其配置的电压转换电路执行最大功率点追踪。

上述的一种在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统：第一和第二数据处理模块通过电力线载波的方式建立双向通信。

上述的一种在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统：第二和第三数据处理模块通过电力线载波的方式建立双向通信或者通过无线通信的方式建立双向通信。

上述的一种在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统：

第一至第三数据处理模块在利用电力线载波的方式执行数据的发送时，它们均配置有载波发送模块；以及

第一至第三数据处理模块在利用电力线载波的方式执行数据接收时，它们均配置有捕捉载波信号的传感器和用于从载波信号中滤除杂波的带通滤波器。

上述的一种在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统：

每一个汇流箱配置的传感器的数量与耦合到该汇流箱的电池串组的数量一致，从而使得耦合至任意一个汇流箱的每一个电池串组上的各个光伏组件配置的第一数据处理模块发送的数据均由为每一个电池串组配置的一个传感器进行感应；或者

每一个汇流箱均单独配置有一个传感器，从而使得耦合至同一个汇流箱的多个电池串组各自的各个光伏组件所配置的第一数据处理模块发送的数据均由为该些多个电池串组共同配置的同一个传感器感应。

上述的一种在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统，每一个汇流箱读取与之相连的电池串组的数据的方式为：

由汇流箱轮询耦合至该汇流箱的多个并联的电池串组直至并联的多个电池串组各自的光伏组件的工作数据都被汇流箱撷取到；

其中，在汇流箱轮询到耦合至该汇流箱的任意一个电池串组时，由汇流箱配置的第二数据处理模块依次轮询该任意一个电池串组中串联的各个光伏组件各自配置的第一数据处理模块，被询问的第一数据处理模块返回与之对应的光伏组件的工作数据。

上述的一种在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统，每一个逆变器读取与之相连的汇流箱的数据的方式为：

由逆变器轮询耦合至该逆变器的多个并联的汇流箱直至多个汇流箱各自保存的数据都被逆变器撷取到；

其中，在逆变器轮询到耦合至该逆变器的任意一个汇流箱时，由逆变器配置的第三数据处理模块询问该任意一个汇流箱中配置的第二数据处理模块，被询问的第二数据处理模块返回其保存的各个光伏组件的工作数据。

本发明还披露了一种基于权利要求1的通信系统的通信方法，其中：

由每一个汇流箱轮询耦合至该汇流箱的多个并联的电池串组，直至并联的多个电池串组各自的光伏组件的工作数据都被汇流箱撷取到；

由每一个逆变器轮询耦合至该逆变器的多个并联的汇流箱，直至并联的多个汇流箱各自保存的数据都被逆变器撷取到。

上述的方法，其中：

在汇流箱轮询到耦合至该汇流箱的任意一个电池串组时，由汇流箱配置的第二数据处理模块依次轮询该任意一个电池串组中串联的各个光伏组件各自配置的第一数据处理模块，被询问的第一数据处理模块返回与之对应的光伏组件的工作数据；以及

在逆变器轮询到耦合至该逆变器的任意一个汇流箱时，由逆变器配置的第三数据处理模块询问该任意一个汇流箱中配置的第二数据处理模块，被询问的第二数据处理模块返回其保存的各个光伏组件的工作数据。

附图说明

阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本发明的特征和优势将显而易见：

图1是多个电池串组先行并联之后再为某个汇流箱供电的范例示意图。

图2是汇流箱为每一个电池串组分别都配置一个传感器的范例示意图。

图3是汇流箱和逆变器以无线通信的方式取代载波通信的范例示意图。

图4是汇流箱为并联的多个电池串组配置一个公用传感器范例示意图。

图5是基于载波发送模块可以产生扰动电流来形成载波的范例示意图。

图6是基于载波发送模块可以通过耦合变压器形成载波的范例示意图。

具体实施方式

下面将结合各实施例，对本发明的方案进行清楚完整的阐述，所描述的实施例仅是本发明用作叙述说明所用的实施例而非全部的实施例，基于该等实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的方案都属于本发明的保护范围。

参见图1，以光伏组件阵列ARR1至ARRN为例，它们是光伏发电系统从光能到电能转换的基础，设N是大于等于1的自然数。图1显示光伏组件阵列ARR1至ARRN当中的每一个都安装有并联的电池串组PV-1至PV-M，设M是大于等于1的自然数，而且每一个电池串组PV由K级串联连接的光伏组件101-1、101-2…至101-K串接构成，其中设K是大于等于1的自然数。在本申请中每块光伏组件或称光伏电池101均配置有执行最大功率追踪MPPT的功率优化电路100，例如某一个电池串组PV中的第一个光伏组件101-1产生的光伏电压由第一个功率优化电路100-1进行DC/DC电压转换以执行功率优化，第二个光伏组件101-2产生的光伏电压由第二个功率优化电路100-2进行电压转换，直至第K个光伏组件101-K产生的光伏电压由第K个功率优化电路100-K进行电压转换以执行功率优化功能。其实与每块光伏电池101对应的功率优化电路100输出的电压才可以表征该光伏电池101提供在光伏电池串组PV上的实际电压，我们先行假定任意一串的光伏电池串组PV-M串接有第一级光伏组件101-1、第二级光伏组件101-2…至第K级的光伏组件101-K，第一级功率优化电路100-1用于将第一级光伏电池101-1的光伏电压源执行最大功率追踪而进行电压转换并输出V₁，至第K级功率优化电路100-K将第K级的光伏电池101-K的光伏电压执行最大功率追踪而进行电压转换并输出V_K，可以获悉任意一串光伏电池串组PV-M上总的串级电压等于：第一级功率优化电路100-1输出的电压V₁加上第二级功率优化电路100-2输出的电压V₂再加第三级功率优化电路100-3输出的电压V₃……直至累加到第K级的功率优化电路100-K输出的电压V_K，串级电压的运算结果就等于V₁+ V₂+……V_K。功率优化电路或称电压转换电路100在下文中会详细介绍拓扑，本质上是直流到直流的DC-DC转换器。须强调的是，现有技术中披露的针对光伏电池的最大功率追踪的任何方案同样适用于本申请的电压转换电路，本申请不再单独对电压转换电路是如何执行最大功率追踪MPPT的方案予以赘述。图1中第一级功率优化电路100-1、第二级功率优化电路100-2直至第K级的功率优化电路100-K等均通过串接线LANC串联连接，传输串接线LANC上由它们叠加的串级电压被输送给类似于汇流箱PCB（Photovoltaic CombinerBox）等电力设备进行汇流。

参见图1，图1中与某个汇流箱耦合的数量合计为M级的电池串组PV-1至PV-M之间是并联的关系。我们先行以汇流箱PCB1为例，第一级电池串组PV-1的正极耦合到汇流箱PCB1的第一输入端C_P1以及第一级电池串组PV-1的负极耦合到汇流箱PCB1的第二输入端C_P2；第二级电池串组PV-2的正极耦合到汇流箱PCB1的第一输入端C_P1以及第二级电池串组PV-2的负极耦合到汇流箱PCB1的第二输入端C_P2；……依此类推，直至第M级电池串组PV-M的正极耦合到汇流箱PCB1的第一输入端C_P1以及第M级电池串组PV-2的负极耦合到汇流箱PCB1的第二输入端C_P2。从图中还可以了解到第一级电池串组PV-1在正极和负极之间产生的串级电压加载在汇流箱PCB1的第一输入端C_P1和第二输入端C_P2之间，依此类推，……第M级电池串组PV-M在正负极间产生的串级电压加载在汇流箱PCB1的第一输入端C_P1和第二输入端C_P2之间。因此很容易获悉，不同的电池串组PV-1至PV-M相互并联后再提供直流电压源。

参见图5，以光伏电池101-K配置的执行最大功率追踪的电压转换电路100-K为例来阐释说明。该电压转换电路100-K的第一输入节点A和第二输入节点B分别连接到与其对应的光伏电池101-K的正极和负极。其中，通常会在电压转换电路100-K的第一输出节点C和第二输出节点D之间输出该光伏电池101-K实施功率优化MPPT后所提供的实际电压V_K。图5中电压变换电路的MPPT基本原理大体上是：电压转换电路100-K的第一输入节点A和第二输入节点B从光伏电池101-K的阳极和阴极间撷取到直流的光伏电压源，其中运行MPPT演算的处理器105产生的脉冲宽度调制信号PWM驱动电压转换电路100-K执行DC到DC的转换，在业界电压转换电路100-K通常有BUCK降压型电路、BOOST升压型电路或者是BUCK-BOOST升降压型电路，运行MPPT演算的脉冲宽度调制信号PWM主要是驱动电压转换电路100-K中开关管的导通和关断，电压转换电路100-K的开关管整流控制方式有同步开关模式，或者是主开关管和续流二极管的开关模式等。值得说明的是，在业界对DC/DC直流到直流电压转换的电路实施最大功率追踪Maximum Power Point Tracking是成熟技术，例如比较常见的最大功率追踪有恒定电压法、电导增量法、扰动观察法等，本申请中不再单独予以赘述，任何现有的最大功率追踪技术对本申请的DC/DC电压转换电路均适用。

参见图1，第一级汇流箱PCB1对组件阵列ARR1中电池串组PV-1至PV-M所执行汇流后获取的直流电需要供给给逆变器INV；第二级汇流箱PCB2对组件阵列ARR2中电池串组PV-1至PV-M所执行汇流后获取的直流电需要供给给逆变器INV，第三级汇流箱PCB3对组件阵列ARR3中电池串组PV-1至PV-M所执行汇流后获取的直流电需要供给给逆变器INV，依此类推……第N级汇流箱PCBN对组件阵列ARRN中电池串组PV-1至PV-M所执行汇流后获取的直流电需要供给给逆变器INV。注意这里任意一个光伏组件阵列ARR中的电池串组的数量可以不限制于M，而且ARR1- ARRN它们当中电池组串的数量可以相同也可以不同。例如图1中的第一级汇流箱PCB1的第一输出端C_P3和第二输出端C_P4分别对应耦合到逆变器INV的第一输入端N_S1和第二输入端N_S2；第二级汇流箱PCB2的第一输出端C_P3和第二输出端C_P4分别对应耦合到逆变器INV的第一输入端N_S1和第二输入端N_S2；第三级汇流箱PCB3的第一输出端C_P3和第二输出端C_P4分别对应耦合到逆变器INV的第一输入端N_S1和第二输入端N_S2；依此类推……直至第N级的汇流箱PCBN的第一输出端C_P3和第二输出端C_P4分别对应耦合到逆变器INV的第一输入端N_S1和第二输入端N_S2。因此我们以第一级汇流箱PCB1耦合的数量合计为M级的电池串组PV-1至PV-M为例，电池串组PV-1至PV-M是相互并联：主要体现在电池串组PV-1至PV-M各自的正极和负极耦合到第一级汇流箱PCB1的第一输入端C_P1和第二输入端C_P2，而第一级汇流箱PCB1对它们汇流后输出直流电的第一输出端C_P3和第二输出端C_P4则耦合到逆变器INV的第一输入端N_S1和第二输入端N_S2。进一步而言，我们再以逆变器INV耦合的数量合计为N级的汇流箱PCB1至PCBN为例，类似的第一级汇流箱PCB1至第N级汇流箱PCBN是相互并联，体现在它们各自的第一输出端C_P3和第二输出端C_P4均耦合到逆变器INV的第一输入端N_S1和第二输入端N_S2。

参见图1，每一个电池串组PV均包含相互串联的多个光伏组件101-1至101-K；每一个汇流箱PCB对并联的多个电池串组PV-1至PV-M提供的直流电进行汇流；每一个逆变器INV对并联的多个汇流箱PCB1至PCBN所提供的直流电进行逆变。

参见图1，组件阵列ARR1中电池串组PV-1至PV-M的部分数据（工作参数）需要被检测和实施及时的监控，常见的如电压、电流、功率及温度等工作参数。同样的组件阵列ARR2中电池串组PV-1至PV-M的部分数据需要被检测和实施及时的监控，类推至组件阵列ARRN中电池串组PV-1至PV-M的部分数据需要被检测和实施及时的监控。因为电池板一般都在户外甚至在十分偏僻的地点，有些大电站还可能建立在荒漠或盐碱地或水域等光照辐射好的地方，光伏电池在接收端的近场可以采用无线通信的方式来传输数据，如果接收数据的设备距离光伏电池遥远就很难采用无线的方式。为了实现数据的监控则数据的收发通信功能是必不可少的。任意光伏电池101配置的电压转换电路100中还配置有第一数据处理模块或处理器105和载波发送模块，处理器105本身自己有时候会附带一些检测模块，例如光伏电池的电压、电流检测模块以及温度检测模块等，这时候不需要外设检测模块，但是如果处理器105不带检测模块的话，还可以利用现有技术中已知的电压电流功率温度等检测模块来检测光伏电池的工作参数并传输给处理器105，然后处理器105再试着将这些数据和参数传输（载波或无线等）出去。图2中任意一级光伏电池101的工作参数由与其对应的电压转换电路100带有的处理器105通过驱动电压转换电路100所配置的载波发送模块SIG发送到该串接线LANC上，发送数据的方式是载波信号。关于载波发送模块如何将数据也即电池板的工作参数以载波信号的方式加载/发送到串接线LANC上的方案后文会继续详细介绍。

参见图5，首先我们应该了解载波发送模块/单元的拓扑结构，每一级电压转换电路配置的载波发送模块包括串接在第一输出端C和第二输出端D之间的一个含有第一电阻、旁路电容及开关元件的支路，该支路中还设置有并联在旁路电容两端的第二电阻。以电压转换电路100-K为例来阐释说明，它配置的载波发送模块包括串接在电压转换电路100-K的第一输出端C和第二输出端D间的含第一电阻R1、旁路电容C_BC及开关元件SW的一个支路，该支路中还设置有并联在旁路电容C_BC两端的第二电阻R2。至于载波发送模块发送载波信号的工作机制，现在先以电压转换电路100-K作为范例来解释如下：电压转换电路100-K配置的处理器105发出的驱动信号DRI驱动开关元件SW在接通和关断间切换，开关元件SW被接通时该支路就有电流的流通而开关元件SW被关断时该支路就切断没有电流的流通，因此支路在第一输出端C和第二输出端D间因为驱动信号DRI驱动开关元件SW的关断/接通而主动引入了扰动的信号，扰动信号的频率完全是由驱动信号DRI决定，扰动信号从第一输出端C和/或第二输出端D被直接注入到串接线LANC上并视为特意引入的载波。从而我们将支路断开电流被截断和支路接通产生电流的这种变化导致支路（载波发送模块）产生的扰动信号视为电力载波信号。以上主要是基于站在发送载波信号的角度来考虑，如果站在接收载波信号的角度来考虑，在图1中所示的那些连接线/串接线LANC上可以利用当前任意的属于已知技术的载波解码模块就能够实现对载波信号的解码/译码。当处理器105将数据（如电池的指定工作参数）通过载波发到串接线LANC上后，其他的电子设备利用电力载波解码器就可以在串接线LANC上对载波解码，作为解码载波信号的一方，解码器通常带有传感器模块和带通滤波器模块及带有类似MCU/DSP等的处理单元等，串接线穿过传感器模块（如空心线圈传感器等）藉此由传感器模块来侦测传输线上的载波信号，为了更精确的捕获真实的载波数据和屏蔽噪声带通滤波器模块再对传感器模块感测到的载波信号进行进一步滤波，滤除不在指定频率范围内的杂波，只有落入在指定频率范围（跟驱动信号DRI的频率相近）内的载波才可以表示预期的真实载波信号，处理单元在接收到真实的载波信号后解码其载波数据。也就是说整串的电池串组PV上所有的个体电池101-1至101-K各自的数据都可以被以载波的方式发送到同一个串接它们的串接线上。

参见图1，在一个实施例中可以用逆变器INV的第三数据处理模块或处理器320去轮询组件整列ARR1-ARRN，具体模式例如是处理器320先访问读取组件整列ARR1中的电池串组（PV-1至PV-M）中的各个光伏组件的数据，然后读取组件整列ARR2中的电池串组（PV-1至PV-M）中的各个光伏组件的数据，类推至读取组件整列ARRN中的电池串组（PV-1至PV-M）中的各个光伏组件的数据。我们会发现当轮询完所有的组件整列ARR1-ARRN之后会花费很多时间，读取的数据可能已经不是实时数据，当任何光伏组件发生异常时就很可能无法直接实时有效的侦测到当时的数据和采取措施。

参见图2，第一级汇流箱PCB1配置有第二数据处理模块或者处理器220，其中该处理器220执行数据接收时配置有捕捉载波信号的传感器S₂和用于从载波信号中滤除杂波的带通滤波器（未示意出），第一级汇流箱PCB1配置的处理器220和耦合到该第一级汇流箱PCB1的每一个电池串组（PV-1至PV-M）中的各个光伏组件也即101-1至101-K各自所对应的处理器105建立双向通信，并藉此撷取耦合到该第一级汇流箱PCB1的任意一个电池串组（PV-1至PV-M）中各个光伏组件101-1至101-K的工作数据。具体的过程例如是：第一级汇流箱PCB1配置的处理器220先访问电池串组PV-1中各个光伏组件（以101-K为例）各自配置的处理器105（即建立通信），处理器220将与处理器105建立通信的询问信号以载波的方式加载到串接线LANC上，处理器105也通过配置的捕捉载波信号的传感器S₁和用于从载波信号中滤除杂波的带通滤波器（未示意出）将处理器220发出的询问信号侦测到，处理器105响应处理器220的询问信号并发出答复信号后两者正式建立通信，处理器105之后就会以载波的方式发出光伏组件101-K的工作参数等数据加载到串接线LANC上，处理器220执行101-K的数据接收时配置有捕捉载波信号的传感器S₂和用于从载波信号中滤除杂波的带通滤波器（未示意出），并藉此利用它们将体现为载波形式的光伏组件101-K的工作参数侦测到，可以结合图5分析。任意一个电池串组（PV-1至PV-M）中各个光伏组件101-1至101-K的电压转换电路100-1至电压转换电路100-K是串联的，所以处理器220将询问信号耦合到传输线路LANC上进行广播时任意一个电池组串上面所有的电压转换电路100都能监听到。相同的道理第N级汇流箱PCBN配置有第二数据处理模块或者处理器220，该处理器220执行数据接收时配置有捕捉载波信号的传感器S₂和用于从载波信号中滤除杂波的带通滤波器，第N级汇流箱PCBN配置的处理器220和耦合到该第N级汇流箱PCBN的每一个电池串组也即是PV-1至PV-M中的各个光伏组件也即101-1至101-K各自所对应的处理器105建立双向通信，并藉此撷取耦合到该第N级汇流箱PCBN的任意一个电池串组PV-1至PV-M中各个光伏组件101-1至101-K的工作数据。

参见图2，处理器220将询问信号的载波广播到串接线LANC上有多种方式，为了载波不影响PCB的正常工作，可采用变压器式的载波发送模块210带有变压器T₂。处理器220将需要传递到电压转换电路100配置的处理器105的数据通过载波发送模块210以载波信号的形式广播到传输线路上，变压器T₂作用就体现在：处理器220通过载波发送模块210将携带询问载波信号的载波脉冲发送在变压器T₂的原边绕组，变压器T₂的次级绕组因为耦合到串接线LANC上所以也将载波脉冲也耦合到串接线LANC上，变压器的作用就是将载波耦合到串接线LANC上的媒介。至此处理器220作为发送方已经将询问载波信号广播出来了，作为接收方电压转换电路100配置的处理器105所配置的传感器模块S₁就可以从传输线路上感测监听到询问载波脉冲。这个是建立处理器220和处理器105之间的通信的一种方式。

参见图2，逆变器INV配置有第三数据处理模块或者处理器320，其中该处理器320执行数据接收时配置有捕捉载波信号的传感器S₃和用于从载波信号中滤除杂波的带通滤波器（未示意出），其中逆变器INV配置的处理器320和耦合到该逆变器INV的每一个汇流箱（PCB1至PCBN）各自所对应的处理器220建立双向通信，并藉此撷取耦合到该逆变器INV的任意一个汇流箱（PCB1至PCBN）中保存的数据，其保存的数据也即组件阵列ARR1至ARRN中各个串组PV-1至PV-M的各个光伏组件101-1至101-K的工作数据。具体的过程例如是：逆变器INV配置的处理器320先访问汇流箱（以PCB1为例来阐释）各自配置的处理器220（即建立通信），处理器320将与处理器220建立通信的询问信号以载波的方式加载到逆变器INV和汇流箱之间的电力线上，处理器220也通过配置的捕捉载波信号的传感器S₂和用于从载波信号中滤除杂波的带通滤波器（未示意出）将处理器320发出的询问信号侦测到，处理器220响应处理器320的询问信号并发出答复信号后两者正式建立通信，处理器220之后会以载波的方式发出汇流箱PCB1保存的数据（即组件阵列ARR1中各个电池101的数据）加载到逆变器INV和汇流箱之间的电力线上，处理器320执行汇流箱PCB1的数据接收时其配置有捕捉载波信号的传感器S₃和用于从载波信号中滤除杂波的带通滤波器（未示意出），并藉此利用它们将体现为载波形式的汇流箱PCB1保存的数据侦测到。相同的道理，逆变器INV配置的处理器320先访问汇流箱（以PCBN为例来阐释）各自配置的处理器220（即建立通信），处理器320将与处理器220建立通信的询问信号以载波的方式加载到逆变器INV和汇流箱PCBN之间的电力线上，处理器220也通过配置的捕捉载波信号的传感器S₂和用于从载波信号中滤除杂波的带通滤波器（未示意出）将处理器320发出的询问信号侦测到，处理器220响应处理器320的询问信号并发出答复信号后两者正式建立通信，处理器220之后会以载波的方式发出汇流箱PCBN保存的数据（即阵列ARRN中各个电池101的数据）加载到逆变器INV和汇流箱PCBN之间的电力线上，处理器320执行汇流箱PCBN的数据接收时其配置有捕捉载波信号的传感器S₃和用于从载波信号中滤除杂波的带通滤波器（未示意出），并藉此利用它们将体现为载波形式的汇流箱PCBN保存的数据侦测到。

参见图2，处理器320将询问信号的载波广播到逆变器INV和汇流箱PCBN之间的电力线上有多种方式，为了载波不影响逆变器INV的正常工作，可采用变压器式的载波发送模块310带有变压器T₃。处理器320将需要传递到汇流箱PCBN配置的处理器220的数据通过载波发送模块310以载波信号的形式广播到逆变器INV和汇流箱PCBN之间的电力线上，变压器T₃作用就体现在：处理器320通过载波发送模块310将携带询问载波信号的载波脉冲发送在变压器T₃的原边绕组，变压器T₃的次级绕组因为耦合到该逆变器INV和汇流箱PCBN之间的电力线上，所以也将载波脉冲也耦合到逆变器INV和汇流箱PCBN之间的电力线上，变压器的作用就是将载波耦合到电力线上的媒介。至此处理器320作为发送方已经将询问载波信号广播出来了，作为接收方逆变器INV配置的处理器220所配置的传感器模块S₂就可以从电力线上感测监听到询问载波脉冲。这个是建立处理器320和处理器220之间的通信的一种方式。

参见图2，在一个较佳的实施例中，我们发现任意一个组件阵列ARR1中的任何一个电池串组（PV-1至PV-M）所对应的多级电压转换电路100-1至100-K由串接线LANC串联，而且任何一个电池串组（PV-1至PV-M）的等效正极和等效负极分别连到对应汇流箱PCB1的第一输入节点C_P1和第二输入节点C_P2，及任意一个汇流箱PCB1的第一输出节点C_P3和第二输出节点C_P4通过电力线耦合到逆变器INV的第一输入节点N_S1和第二输入节点N_S2。本发明在基于上文介绍的汇流箱INV收集ARR1-ZRRN中各个光伏组件101的工作参数的方案上还有一个数据校验方式：S1、先由汇流箱PCB配置的第二数据处理模块220和耦合到该汇流箱PCB的每一个电池串组（PV-1至PV-M）中各个光伏组件所对应的第一数据处理模块105建立双向通信，藉此撷取耦合到该汇流箱PCB的任意一个电池串组（PV-1至PV-M）中各个光伏组件的工作数据Data_1；S2、然后再由该逆变器INV所配置的该第三数据处理模块320和耦合到这个逆变器INV的每一个所述的汇流箱（PCB1-PCBN）所对应的第二数据处理模块220建立双向通信，并藉此可以撷取耦合到逆变器INV的任意一个汇流箱（PCB1-PCBN）中保存的各个光伏组件的那些工作数据Data_2。很容易获悉，由于光伏阵列ARR1-ARRN的数据量极其庞大，Data_1数据集和Data_2数据集之间的差错率极高，如果其中某个电池的数据发生错误，例如发生低压或高压或过温等情况，我们根据错误的数据及时将该电池关断，但实际上该电池并未发生异常，这样就会带来极大的麻烦甚至造成整个电站无法正常工作。因此有必要提供校验Data_1的数据集群和Data_2的数据集群的正确率并且方案为：在执行上述步骤S1的阶段由第三数据处理模块320同步采集第一数据处理模块105发送给第二数据处理模块220的数据Data_1（由于第一数据处理模块105发送的是耦合到电力线上的载波，而且第三数据处理模块320还设置有捕获载波的传感器S₃和滤除杂波的带通滤波器，所以逆变器INV读取Data_1这一点很容易实现），然后在执行上述步骤S2的阶段，由于第三数据处理模块320还从和各个汇流箱PCB1-PCBN各自的第二数据处理模块220读取到了数据Data_2，所以逆变器INV的第三数据处理模块320很容易就能比较Data_1数据集和Data_2数据集的差异，因此就实现了误差数据的校验。对于Data_1与Data_2中那些存在这误差的数据，只要再重新执行至少一次上述步骤S1-S2就能判断发生了误差的那些数据的真伪，找出误差数据实现Data_1与Data_2的校验对于减少错误数据的收集是十分有必要的，尤其是光伏阵列ARR1-ARRN的数据量越庞大这一点越重要。

参见图3，在一个较为简介的实施例中，处理器320和处理器220不再通过电力线载波的方式建立双向通信，反而是通过无线通信的方式建立双向通信，因此此时只要处理器320和处理器220再额外添加无线通信模块即可，并且处理器320不再需要配套的耦合变压器，但是处理器220仍然需要耦合变压器T₂和处理器105建立通信。

参见图2，每一个汇流箱配置的传感器的数量与耦合到该汇流箱的电池串组的数量一致，从而使得耦合至汇流箱的每一个电池串组上的各个光伏组件配置的第一数据处理模块发送的数据均由为每一个电池串组配置的一个传感器进行感应。例如：汇流箱PCB1配置的传感器的数量（M个）与耦合到该汇流箱PCB1的电池串组（PV-1至PV-M）的数量（M个）一致，从而使得耦合至汇流箱PCB1的每一个电池串组（如PV-1）上的各个光伏组件101-1至101-K各自配置的第一数据处理模块105发送的数据均由为每一个电池串组（如PV-1）配置的一个传感器S₂进行感应；例如：使得耦合至汇流箱PCBN的每一个电池串组（如PV-N）上的各个光伏组件101-1至101-K各自配置的第一数据处理模块105发送的数据均由为电池串组（如PV-N）配置的一个传感器S₂进行感应。此时耦合到同一汇流箱的每一串的电池串组的串接线LANC上都设置有一个传感器。

参见图4，每一个汇流箱均单独配置有一个传感器，从而使得耦合至同一个汇流箱的多个电池串组各自的各个光伏组件所配置的第一数据处理模块发送的数据均由为该些多个电池串组共同配置的同一个传感器感应。例如：汇流箱PCB1仅仅是配置有一个单独的传感器S₂，从而使得耦合至同一个汇流箱PCB1的多个电池串组（PV-1至PV-M）各自的各个光伏组件101-1至101-K各自所配置的第一数据处理模块105发送的数据均由为该些多个电池串组共同配置的同一个传感器S₂感应。例如：汇流箱PCBN仅仅是配置有一个单独的传感器S₂，从而使得耦合至同一个汇流箱PCBN的多个电池串组（PV-1至PV-M）各自的各个光伏组件101-1至101-K各自所配置的第一数据处理模块105发送的数据均由为该些多个电池串组共同配置的同一个传感器S₂感应。此时耦合到同一汇流箱的所有电池串组PV-1至PV-M各自的串接线LANC共同设有单一的传感器。

参见图6，处理器105将携带有光伏组件的工作参数的载波广播到串接线LANC上有多种方式，为了载波不影响电压转换电路100-K的正常工作，可采用变压器式的载波发送模块110带有变压器T₁。处理器105将需要传递到串接线LANC上的数据通过载波发送模块110以载波信号的形式广播到串接线LANC上，变压器T₁作用就体现在：例如处理器105通过载波发送模块110将携带光伏组件101-K工作参数的载波脉冲发送在变压器T₁的原边绕组，变压器T₁的次级绕组因为耦合到串接线LANC上，所以也将携带工作参数的载波脉冲也耦合到串接线LANC上，所以变压器的主要作用就是将载波耦合到串接线LANC上上的媒介。至此处理器105作为发送方已经将携带光伏组件101-K工作参数的载波广播出来了，作为接收方，汇流箱PCB配置的处理器220所配置的传感器模块S₂就可以从电力线上感测监听到询问载波脉冲。这个是建立处理器220和处理器105之间的通信的一种方式。

综上所述，每一个汇流箱PCB读取与之相连的电池串组PV-1至PV-M的数据的方式和方法为：由汇流箱轮询耦合至该汇流箱的多个并联的电池串组直至并联的多个电池串组各自的光伏组件的工作数据都被汇流箱撷取到；其中，在汇流箱轮询到耦合至该汇流箱的任意一个电池串组时，由汇流箱配置的第二数据处理模块依次轮询该任意一个电池串组中串联的各个光伏组件各自配置的第一数据处理模块，被询问的第一数据处理模块返回与之对应的光伏组件的工作数据。例如：由汇流箱PCB1轮询耦合至该汇流箱PCB1的多个并联的电池串组PV-1至PV-M，直至并联的多个电池串组PV-1至PV-M各自当中的光伏组件101-1至101-K各自的工作数据都被汇流箱PCB1撷取到。其中在汇流箱PCB1轮询到耦合至该汇流箱PCB1的任意一个电池串组（例如PV-M）时，由汇流箱PCB1配置的第二数据处理模块220依次轮询该任意一个电池串组PV-M中串联的各个光伏组件101-1至101-K各自配置的第一数据处理模块105，被询问的第一数据处理模块105返回与之对应的一个光伏组件的工作数据至汇流箱PCB1。

综上所述，每一个逆变器INV读取与之相连的汇流箱PCB1至PCBN的数据的方式或方法为：由逆变器轮询耦合至该逆变器的多个并联的汇流箱直至多个汇流箱各自保存的数据都被汇流箱撷取到；其中，在逆变器轮询到耦合至该逆变器的任意一个汇流箱时，由逆变器配置的第三数据处理模块询问该任意一个汇流箱中配置的第二数据处理模块，被询问的第二数据处理模块返回其保存的各个光伏组件的工作数据。例如：由逆变器INV轮询耦合至该逆变器INV的多个并联的汇流箱PCB1-PCBN，直至多个汇流箱PCB1-PCBN各自保存的数据都被逆变器INV撷取到；其中在逆变器INV轮询到耦合至该逆变器INV的任意一个汇流箱（例如PCBN）时，由逆变器INV配置的第三数据处理模块320询问该任意一个汇流箱PCBN中配置的第二数据处理模块220，因此由被询问的第二数据处理模块220返回其保存的各个光伏组件的工作数据至逆变器INV。

综上所述，在带有校验的通信方法中：步骤一、由每一个汇流箱（如PCBN）轮询耦合至该汇流箱PCBN的多个并联的电池串组PV-1至PV-M，直至并联的多个电池串组PV-1至PV-M各自的光伏组件101-1至101-K的工作数据Data_1都被汇流箱PCBN撷取到；此时还由逆变器INV同步读取（逆变器同步捕获处理器105发出的载波的方式来实现）耦合到该逆变器INV上的所有的汇流箱PCB1-PCBN各自所连接的电池串组PV-1至PV-M中各自的光伏组件101-1至101-K的工作数据DATA1。步骤二、由逆变器INV轮询耦合至该逆变器INV的多个并联的汇流箱（PCB1-PCBN），其中那些并联的多个汇流箱（PCB1-PCBN）各自保存的数据都被逆变器撷取到；此时还需要由逆变器INV同步读取（由逆变器INV和汇流箱PCB之间建立通信的方式实现读取）耦合到该逆变器INV上的所有的那些汇流箱PCB1-PCBN各自所连接的电池串组PV-1至PV-M中各自的光伏组件101-1至101-K的工作数据DATA2；逆变器INV对比DATA1和DATA2实现数据的校验。在一些可选的实施例中，通常在电压转换电路100/汇流箱PCB/逆变器INV它们各自配置的处理器/数据处理模块发出载波的频段可以设置为不同，主要是为了避免发生同频载波相互干扰的情形和防止无法辨别载波发送源头。直接从逆变器撷取电池参数而不通过汇流箱则会存在数据误差，起因是：电池组串中每个电池由于受到逆变器的逆变桥臂支路之间存在共模电压的激励而诱发产生的对地漏电流，混入载波会加剧载波误码。

以上通过说明和附图的内容，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述发明提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (8)

1.一种在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统，其中，

每一个电池串组均包含相互串联的多个光伏组件；

每一个汇流箱对并联的多个电池串组提供的直流电进行汇流；

每一个逆变器对并联的多个汇流箱所提供的直流电进行逆变；

其特征在于：

由每一个光伏组件配置的第一数据处理模块采集该光伏组件的工作数据；

由每一个汇流箱配置的第二数据处理模块和耦合到该汇流箱的每一个电池串组中各个光伏组件所对应的第一数据处理模块建立双向通信，第一和第二数据处理模块通过电力线载波的方式建立双向通信，并藉此撷取耦合到该汇流箱的任意一个电池串组中各个光伏组件的工作数据；

由每一个逆变器配置的第三数据处理模块和耦合到该逆变器的每一个汇流箱所对应的第二数据处理模块建立双向通信，并藉此撷取耦合到该逆变器的任意一个汇流箱中保存的各个光伏组件的工作数据；

每一个汇流箱读取与之相连的电池串组的数据的方式为：由汇流箱轮询耦合至该汇流箱的多个并联的电池串组直至并联的多个电池串组各自的光伏组件的工作数据都被汇流箱撷取到，此时还由逆变器以同步捕获第一数据处理模块发出的电力线载波的方式，来同步读取耦合到该逆变器上的所有的汇流箱各自所连接的电池串组中各自的光伏组件的工作数据；

每一个逆变器读取与之相连的汇流箱的数据的方式为：由逆变器轮询耦合至该逆变器的多个并联的汇流箱直至多个汇流箱各自保存的数据都被逆变器撷取到，此时还需要由逆变器同步读取耦合到该逆变器上的所有的那些汇流箱各自所连接的电池串组中各自的光伏组件的工作数据；

逆变器将从第一数据处理模块读取到的工作数据和从汇流箱读取到的工作数据进行对比，从而实现数据的校验。

2.根据权利要求1所述的一种在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统，其特征在于：

每一个光伏组件配置有一个执行最大功率点追踪的电压转换电路以及由电压转换电路输出该光伏组件实施功率优化后提供的电压；

其中，每一个光伏组件配置的第一数据处理模块至少还用于驱动其配置的电压转换电路执行最大功率点追踪。

3.根据权利要求1所述的一种在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统，其特征在于：第二和第三数据处理模块通过电力线载波的方式建立双向通信或者通过无线通信的方式建立双向通信。

4.根据权利要求1所述的一种在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统，其特征在于：

第一至第三数据处理模块在利用电力线载波的方式执行数据的发送时，它们均配置有载波发送模块；以及

第一至第三数据处理模块在利用电力线载波的方式执行数据接收时，它们均配置有捕捉载波信号的传感器和用于从载波信号中滤除杂波的带通滤波器。

5.根据权利要求4所述的一种在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统，其特征在于：

每一个汇流箱配置的传感器的数量与耦合到该汇流箱的电池串组的数量一致，从而使得耦合至任意一个汇流箱的每一个电池串组上的各个光伏组件配置的第一数据处理模块发送的数据均由为每一个电池串组配置的一个传感器进行感应；或者

每一个汇流箱均单独配置有一个传感器，从而使得耦合至同一个汇流箱的多个电池串组各自的各个光伏组件所配置的第一数据处理模块发送的数据均由为该些多个电池串组共同配置的同一个传感器感应。

6.根据权利要求1所述的一种在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统，其特征在于，

其中，在汇流箱轮询到耦合至该汇流箱的任意一个电池串组时，由汇流箱配置的第二数据处理模块依次轮询该任意一个电池串组中串联的各个光伏组件各自配置的第一数据处理模块，被询问的第一数据处理模块返回与之对应的光伏组件的工作数据。

7.根据权利要求1所述的一种在光伏发电领域实施分级收发数据的通信系统，其特征在于，

其中，在逆变器轮询到耦合至该逆变器的任意一个汇流箱时，由逆变器配置的第三数据处理模块询问该任意一个汇流箱中配置的第二数据处理模块，被询问的第二数据处理模块返回其保存的各个光伏组件的工作数据。

8.一种基于权利要求1的通信系统的通信方法，其特征在于：

在汇流箱轮询到耦合至该汇流箱的任意一个电池串组时，由汇流箱配置的第二数据处理模块依次轮询该任意一个电池串组中串联的各个光伏组件各自配置的第一数据处理模块，被询问的第一数据处理模块返回与之对应的光伏组件的工作数据；以及

在逆变器轮询到耦合至该逆变器的任意一个汇流箱时，由逆变器配置的第三数据处理模块询问该任意一个汇流箱中配置的第二数据处理模块，被询问的第二数据处理模块返回其保存的各个光伏组件的工作数据。

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