CN108886251A - 用于光伏系统中的dc电力线通信的系统和方法 - Google Patents

用于光伏系统中的dc电力线通信的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于光伏系统中的直流电力线通信的方法包括：(a)使用电力线在光伏装置与负载之间传输功率，(b)检测电力线的操作变化，以及(c)响应于所检测到的电力线的操作变化对电力线的操作状态进行解码以获得信息。一种用于光伏系统中的直流电力线通信的方法包括：(a)使用电力线在光伏装置与负载之间传输功率，(b)改变电力线的操作，以及(c)对电力线的操作状态编码以表示要被传送的信息。

Description

用于光伏系统中的DC电力线通信的系统和方法
相关申请
本申请要求2015年7月13日提交的美国临时专利申请No.62/191945的优先权权益，通过引用将该美国临时专利申请并入本文中。
背景技术
光伏电池经常被用来对电池进行再充电，或者通过逆变器为电网和/或建筑物提供电力。然而，光伏电池所提供的输出功率往往低于根据已知装置效率和照度所预期的输出功率。
光伏电池的输送功率可能不及最佳功率的一个原因是其在典型条件下的最高功率输出往往处于与其负载不太匹配的电压。发生这种不匹配的原因部分在于典型的光伏电池具有温度敏感性，并且必须串联连接足够数量的光伏电池以在高温下提供所需的电压幅度。这一大的光伏电池数在光伏电池的最高功率输出电压处于最高水平的低温下将变得多余。类似地，最高功率输出电压可能随着照度变化而变化。当由互连的光伏电池构成的模块(光伏模块)中的任何一个串联连接的光伏电池所生成的电流低于光伏模块中的其它光伏电池时将发生其它损耗。除了附加电路以外，光伏电池的串联串的输出电流实际上受到最弱的或者最受遮蔽的电池当中生成的光电流的限制。
由于遮蔽影响光伏电池中生成的光电流，从而往往使电池的串联串的电流生成局限于该串中的最受遮蔽的电池的电流生成，因而同一串联串中的不受遮蔽的电池所产生的功率可能显著低于其要不然能够产生的功率。此外，电池的遮蔽可能随着一天当中的时间、太阳角度、遮挡位置乃至光伏板上的风吹落叶或其它杂物的位置的变化而变化。
最高功率点跟踪(MPPT)控制器经常连接在光伏模块与诸如逆变器或电池的负载之间。MPPT控制器通常包括转换电路和控制电路，所述转换电路例如为降压DC到DC转换器，其将处于模块电压的输入功率转化为用于负载的处于负载电压的输出功率，所述控制电路寻求发现使光伏模块生成最高功率的模块电压。MPPT控制器的转换电路用于使光伏模块电压与负载电压解耦。在Stratakos等人的美国专利申请公开No.2012/0043818、No.2012/0043823和No.2012/0044014中讨论了MPPT控制器以及相关系统和方法的一些例子，通过引用将上述美国专利申请公开并入本文中。
很多光伏系统应用需要系统部件之间的通信。例如，安全要求可能需要使MPPT控制器能够被远程禁用。作为另一个例子，MPPT控制器可能需要向中央装置传送状态信息，以进行光伏系统监测。相应地，常规MPPT控制器往往能够采用射频(RF)联网或者电力线通信(PLC)联网与远程装置进行通信。RF联网系统和PLC联网系统都通过以下操作来传输数据：生成高频载波，对载波进行调制，通过媒介传输载波以及对载波进行解调。因此，RF联网系统和PLC联网系统需要高频收发器以及调制和解调设备。RF联网系统中的传输媒介通常是空气，而PLC联网系统中的传输媒介是电力线。重要的是要指出，PLC联网是在跨电力线的电力输送和分配之外运行，并且PLC联网通常不干扰通过电力线的电力输送。
发明内容
在实施例中，一种用于光伏系统中的直流电力线通信的方法包括：(a)使用电力线在光伏装置与负载之间传输电力，(b)检测电力线的操作变化，以及(c)响应于所检测到的电力线的操作变化对电力线的操作状态进行解码以获得信息。
在实施例中，一种用于光伏系统中的直流电力线通信的方法包括：(a)使用电力线在光伏装置与负载之间传输电力，(b)改变电力线的操作，以及(c)对电力线的操作状态进行编码以表示要被传送的信息。
在实施例中，一种用于光伏系统中的直流电力线通信的通信控制器包括：(a)被配置为检测电力线的操作变化的检测模块，以及(b)被配置为响应于检测模块所检测到电力线的操作变化而对电力线的操作状态进行解码以获得信息的解码模块。
在实施例中，一种用于光伏系统中的直流电力线通信的通信控制器包括：(a)用于电耦接至电力线的开关装置，以及(b)脉冲控制模块，所述脉冲控制模块被配置为：(1)使开关装置改变操作状态，并由此改变电力线的操作，以及(2)使开关装置进行切换以对电力线的操作状态进行编码，以便表示要被传送的信息。
附图说明
图1示出了根据实施例的能够通过在电压域中改变电力线的操作来进行DC电力线通信的光伏系统。
图2示出了根据实施例的利用单脉冲跨电力线传输信息的图1的系统的一个例子。
图3示出了根据实施例的利用多脉冲跨电力线传输信息的图1的系统的一个例子。
图4示出了根据实施例的能够通过在电流域中改变电力线的操作来进行DC电力线通信的光伏系统。
图5示出了根据实施例的利用单脉冲跨电力线传输信息的图4的系统的一个例子。
图6示出了根据实施例的与图1的光伏系统类似但提高了电力线上的电压幅度以改变电力线的操作的光伏系统。
图7示出了根据实施例的利用单脉冲跨电力线传输信息的图6的系统的一个例子。
图8示出了根据实施例的能够通过在电流域中改变电力线的操作来进行DC电力线通信的另一光伏系统。
图9示出了根据实施例的利用单脉冲跨电力线传输信息的图8的系统的一个例子。
图10示出了根据实施例的能够通过在功率域中改变电力线的操作来进行DC电力线通信的光伏系统。
图11示出了根据实施例的利用单脉冲跨电力线传输信息的图10的系统的一个例子。
图12示出了根据实施例的与图1的光伏系统类似但将光伏装置和第一通信控制器共同封装在公共光伏板中的光伏系统。
图13示出了根据实施例的与图1的光伏系统类似但光伏装置是光伏模块的阵列并且第一通信控制器通信地耦合至禁用开关的光伏系统。
图14示出了根据实施例的与图6的光伏系统类似但第二通信控制器与光伏装置共同封装在光伏板中并且第一通信控制器是系统监测装置的部分的光伏系统。
图15示出了根据实施例的与图4的光伏系统类似但第一通信控制器是MPPT控制器的部分并且第二通信控制器是逆变器的部分的光伏系统。
图16示出了根据实施例的经由逆变器生成的三角波跨电力线传输信息的图15的光伏系统的一个例子。
图17示出了根据实施例的与图15的光伏系统类似但包括多个其输出被串联电耦合以形成串的MPPT控制器的光伏系统。
图18示出了根据实施例的用于光伏系统中的DC电力线通信的方法。
图19示出了根据实施例的用于光伏系统中的DC电力线通信的另一方法。
具体实施方式
申请人开发出了用于光伏系统中的直流(DC)电力线通信的系统和方法。所述系统和方法为系统电力线重新赋予了通信用途，由此潜在地消除了对使用常规RF和PLC通信技术时所需的高频收发器和相关部件的需求。因而，所公开的系统和方法有可能相对于常规技术显著简化光伏系统通信。
图1示出了能够通过在电压域中改变电力线的操作来进行DC电力线通信的光伏系统100。光伏系统100包括经由电力线106电耦合至负载104的光伏装置102。本文中的术语“光伏装置”表示一个或多个电耦合的光伏电池，例如，单结光伏电池、多结光伏电池、由互连的光伏电池构成的光伏模块或由多个互连的光伏模块构成的板。例如，负载104为用于将来自光伏装置102的DC功率转换为AC功率的逆变器。然而，负载104可以采取其它形式，而不脱离本文的范围。
光伏系统100还包括各自电耦合至电力线106的第一通信控制器108和第二通信控制器110。第一通信控制器108包括电压感测模块112、检测模块114和解码模块116。电压感测模块112生成表示电力线106上的电压Vp的电压信号118。在一些实施例中，电压感测模块112仅为跨电力线106的电抽头，从而使电压信号118与电力线106上的电压Vp相同。在一些其它实施例中，电压感测模块112包括生成电压信号118的电子电路(例如，放大电路、电平移位电路、定标电路和/或模数转换电路)，使得电压信号118代表电压Vp，但未必与之相同。电压信号118是模拟信号或数字信号，取决于电压感测电路112的实施方式。
检测模块114检测电压域中的电力线106的操作变化。具体而言，检测模块114监测电压信号118，并响应于电压Vp下降到阈值以下而生成表示电力线106的操作变化的变化信号120。在一些实施例中，检测模块114仅将电压Vp的DC分量与阈值进行比较。此外，在一些实施例中，检测模块114在光伏系统100的启动和/或关闭期间被禁用，以避免对与系统启动或关闭相关的事件的误检测。在一些实施例中，检测模块114至少部分地由数字和/或模拟电路来实施，所述电路例如为将电压信号118与表示阈值的参考信号进行比较的比较电路。替代地或另外地，检测模块114至少部分地由处理器来实施，所述处理器执行以软件或固件的形式存储在存储器中的指令，以执行检测模块114的功能。变化信号120是模拟信号或数字信号，取决于检测模块114的实施方式。
解码模块116对电力线106的操作状态进行解码以获得所传输的信息。具体而言，解码模块116响应于变化信号120的断言对电力线106上的一个或多个电压脉冲的逻辑和/或定时进行解码以获得从第二通信控制器110向第一通信控制器传输的信息122。例如，在一些实施例中，解码模块116基于以下内容获得信息122：(1)特定时间帧内的电力线106上的脉冲的数量，(2)电力线106上的一个或多个脉冲的宽度，(3)电力线106上的脉冲的频率，和/或(4)电力线106上的脉冲的模式。在一些实施例中，解码模块116至少部分地由检测变化信号120上的脉冲及其相关定时的电子电路(例如，脉冲检测和计数电路)来实施。替代地或另外地，解码模块116至少部分地由处理器来实施，所述处理器执行以软件或固件的形式存储在存储器中的指令，以执行解码模块116的功能。信息122采用模拟形式或数字形式，取决于解码模块116的实施方式。
尽管第一通信控制器108的模块112、114、116被示为分立元件，但是这些模块中的一个或多个可以部分地或者完全地组合，而不脱离本文的范围。例如，在具体实施例中，检测模块114和解码模块116由共同的处理器来实施，所述处理器执行以固件或软件的形式存储在存储器中的指令。
第二通信控制器110包括跨电力线106电耦合的脉冲控制模块124和开关装置126。在本文的语境下，术语“开关装置”是指能够受到控制从而在导通状态与非导通状态之间切换的装置，其包括但不限于场效应晶体管、双极结型晶体管或者绝缘栅双极晶体管。脉冲控制模块124接收要传送至第一通信控制器108的信息122，脉冲控制模块124通过控制开关装置126而在电压域中改变电力线106的操作，从而对电力线106的操作状态进行编码以表示信息122。
具体而言，脉冲控制模块124使开关装置126在光伏系统100的正常操作下，即，当电力线106不传输信息时在其非导通状态下工作。然而，在接收到信息122时，脉冲控制模块124使开关装置126由其非导通状态切换至其导通状态，由此对电力线106分流，并在电压域中改变电力线106的操作。对电力线106的这种分流使电压Vp显著下降，例如下降到接近零，从而使Vp处于预期的正常工作范围以外。脉冲控制模块124使开关装置126在预定时间段内保持在其导通状态下，由此在电力线106上生成至少部分地表示信息122的电压脉冲。在一些实施例中，脉冲控制模块124适于响应于信息122对开关装置126进行控制以在电力线106上生成若干电压脉冲，从而例如串行传输表示信息122和/或通信协议的若干信息位。在一些其它实施例中，脉冲控制模块124适于响应于信息122对开关装置126进行控制以使其无限期地保持在其导通状态下，由此在电力线106上生成具有无限宽度的电压脉冲。
尽管脉冲控制模块124和开关装置126被示为分立元件，但是这些元件可以部分地或者完全地结合，而不脱离本文的范围。脉冲控制模块124可以由硬件、执行以软件或固件的形式存储在存储器中的指令的处理器或其组合来实施。例如，在具体实施例中，脉冲控制模块124包括检测具有在脉冲控制模块124的输入信号上的一个或多个脉冲的形式的信息122的脉冲检测电路以及响应于每一个检测到的信息122的脉冲使开关装置126在预定时间量内在其导通状态下工作的电路。作为另一个例子，在具体实施例中，脉冲控制模块124包括执行以软件或固件的形式存储在存储器中的指令的处理器，其响应于信息122按照预定方式控制开关装置126的切换，由此以电力线106上的电压脉冲的形式对信息122进行编码。
此外，尽管开关装置126被示为直接跨电力线106耦合，但是在一些替代实施例中，可以使一个或多个额外电部件(例如，电阻器和/或电容器)与开关装置126串联电耦合。在这些替代实施例中，开关装置126将额外的电部件切入/切出包括电力线106的电路以改变电力线106的操作。
图2示出了利用单脉冲跨电力线106传输信息的系统100的一个例子。在时间T0之前，电力线106上的电压Vp具有值202，该值例如是光伏装置102的最高功率点电压。在时间T0处，脉冲控制模块124响应于接收到信息122使开关装置126从其非导通状态切换至其导通状态。因此，电压Vp在时间T0处从值202下降至接近零。脉冲控制模块124使开关装置126在时间段Tb内保持在其导通状态下以在电力线106上生成电压脉冲204，其中电压脉冲204表示信息122。
第一通信控制器108处的电压感测模块112生成表示电压Vp的电压信号118。检测模块114检测到电压Vp在时间T0处下降到阈值206以下，并且作为响应，检测模块114断言变化信号120。然后，解码模块116响应于变化信号120的断言对电压脉冲204进行解码以获得信息122。
图3示出了利用多脉冲跨电力线106传输信息的系统100的一个例子。在时间T0之前，电力线106上的电压Vp具有值302。在时间T0处，脉冲控制模块124响应于接收到信息122使开关装置126从其非导通状态切换至其导通状态。因此，电压Vp在时间T0处从值302下降至接近零。脉冲控制模块124使开关装置126在时间段Tb内保持在其导通状态下以在电力线106上生成电压脉冲304。脉冲控制模块124随后使开关装置126在其导通状态与非导通状态之间切换若干次以生成额外脉冲306-314。脉冲304-314共同实施串行通信方案。例如，在具体实施例中，脉冲304和306是起始脉冲，脉冲308和310是数据脉冲，并且脉冲312和314是结束脉冲。脉冲控制模块124对数据脉冲308和310的状态进行设置以将信息122表示为两位有效载荷。脉冲304-314的宽度和定时可以发生变化而不脱离本文的范围。
第一通信控制器108处的电压感测模块112生成表示电压Vp的电压信号118。检测模块114检测到电压Vp在时间T0处下降到阈值316以下，并且作为响应，检测模块114断言变化信号120。然后，解码模块116响应于变化信号120的断言对数据脉冲308和310进行解码以获得具有两位形式的信息122。在一些替代实施例中，脉冲304-314以不同的方式表示信息122，例如基于所述脉冲中的一个或多个的宽度和/或所述脉冲的频率。
开关装置126当在其导通状态下工作时通常具有低阻抗。因此，开关装置126由其非导通状态转换至其导通状态通常将使得流过电力线106的电流Ip显著增大到超出预期的正常工作范围的值。相应地，可以对第一通信控制器108进行修改以在电流域中检测电力线106的操作变化。
例如，图4示出了与图1的光伏系统100类似但以能够在电流域中检测电力线106的操作变化的第一通信控制器408来代替第一通信控制器108的光伏系统400。第一通信控制器408包括电流感测模块412、检测模块414和解码模块416。电流感测模块412生成表示流过电力线106的电流Ip的电流信号418。在一些实施例中，电流感测模块412例如通过感测跨电流感测电阻器的电压而直接确定电流Ip的幅度，所述电流感测电阻器与电力线106串联电耦合。在一些其它实施例中，电流感测模块412例如通过使用Stratakos等人的美国专利No.6160441和No.6445244中公开的方法间接确定或者估计电流Ip的幅度，通过引用将上述专利中的每一个并入本文中。电流信号418可以是模拟信号或数字信号，取决于电流感测模块412的实施方式。
检测模块414检测电流域中的电力线106的操作变化。具体而言，检测模块414监测电流信号418，并响应于电流Ip升高到阈值以上而生成表示电力线106的操作变化的变化信号420。在一些实施例中，检测模块414仅将电流Ip的DC分量与阈值进行比较。另外，在一些实施例中，检测模块414在光伏系统400的启动和/或关闭期间被禁用，以避免对与系统启动或关闭相关的事件的误检测。在一些实施例中，检测模块414至少部分地由数字和/或模拟电路来实施，所述电路例如为将电流信号418与表示阈值的参考信号进行比较的比较电路。替代地或另外地，检测模块414至少部分地由处理器来实施，所述处理器执行以软件或固件的形式存储在存储器中的指令以执行检测模块414的功能。变化信号420是模拟信号或数字信号，取决于检测模块414的实施方式。
解码模块416对电力线106的操作状态进行解码以获得所传输的信息。具体而言，解码模块416响应于变化信号420的断言对电力线106上的一个或多个电流脉冲的逻辑和/或定时进行解码以获得从第二通信控制器110传输的信息122。例如，在一些实施例中，解码模块416基于以下内容获得信息122：(1)特定时间帧内的电力线106上的脉冲的数量，(2)电力线106上的一个或多个脉冲的宽度，(3)电力线106上的脉冲的频率，和/或(4)电力线106上的脉冲的模式。在一些实施例中，解码模块416至少部分地由检测变化信号420上的脉冲及其相关定时的电子电路(例如，脉冲检测和计数电路)来实施。替代地或另外地，解码模块416至少部分地由处理器来实施，所述处理器执行以软件或固件的形式存储在存储器中的指令以执行解码模块416的功能。
尽管第一通信控制器408的模块412、414、416被示为分立元件，但是这些模块中的一个或多个可以部分地或者完全地结合，而不脱离本文的范围。例如，在具体实施例中，检测模块414和解码模块416由共同的处理器来实施，所述处理器执行以固件或软件的形式存储在存储器中的指令。
图5示出了利用单脉冲跨电力线106传输信息的系统400的一个例子。在时间T0之前，流过电力线106的电流Ip具有值502，该值例如为光伏装置102的最高功率点电流。在时间T0处，脉冲控制模块124响应于接收到信息122使开关装置126从其非导通状态切换至其导通状态。因此，电流Ip在时间T0处从值502升高到值504。脉冲控制模块124使开关装置126在时间段Tb内保持在其导通状态下以生成通过电力线106的电流脉冲506，其中电流脉冲506表示信息122。
第一通信控制器408的电流感测模块412生成表示电流Ip的电流信号418。检测模块414检测到电流Ip在时间T0处上升高到阈值508以上，并且作为响应，检测模块414断言变化信号420。然后，解码模块416响应于变化信号420的断言对电流脉冲506进行解码以获得信息122。
光伏系统400可以被配置为利用多个电流脉冲跨电力线106传输信息。例如，光伏系统400的一个实施例被配置为按照与以上相对于图3所讨论的类似的方式跨电力线106传输信息。
电力线106可能在光伏系统100或400的正常工作期间例如由于可从光伏装置102获得的或由负载104所汲取的功率的变化而经受电压和电流干扰。希望避免将这些干扰错误地检测为通信事件。因此，在系统100和400的某些实施例中，电力线106上的由开关装置126生成的脉冲显著不同于电力线106上的正常干扰期间所预期的脉冲，或者换言之，所述脉冲具有一个或多个在电力线106的正常操作期间不存在的特性，例如，幅度、持续性、模式和/或频率。例如，所述脉冲可以具有显著不同于预期的正常干扰的模式、宽度和/或频率。检测模块114和414可以被配置为忽略不具有与由第二通信控制器110生成的脉冲的特性类似的特性的脉冲。例如，再次考虑图3。可以对起始脉冲304和306的宽度以及脉冲304和306之间的间隔进行选择，从而使起始脉冲304和306显著不同于电力线106上的预期的正常干扰，并且检测模块114可以被配置为忽略不同于起始脉冲304和306的组合的脉冲。
图6示出了与图1的光伏系统100类似但使电力线106上的电压Vp的幅度增大超出正常预期范围以改变电力线106的操作的光伏系统600。光伏系统600具有与光伏系统100相同的部件，但是分别以第一通信控制器608和第二通信控制器610来代替第一通信控制器108和第二通信控制器110.
第一通信控制器608包括电压感测模块612、检测模块614和解码模块616。电压感测模块612生成表示电力线106上的电压Vp的电压信号618。在一些实施例中，电压感测模块612仅为跨电力线106的电抽头，从而使电压信号618与电力线106上的电压Vp相同。在一些其它实施例中，电压感测模块612包括生成电压信号618的电子电路(例如，放大电路、电平移位电路、定标电路和/或模数转换电路)，使得电压信号618代表电压Vp，但未必与之相同。电压信号618可以是模拟信号或数字信号，取决于电压感测模块612的实施方式。
检测模块614检测电压域中的电力线106的操作变化。具体而言，检测模块614监测电压信号618，并响应于电压Vp升高到阈值以上而生成表示电力线106的操作变化的变化信号620。在一些实施例中，检测模块614仅将电压Vp的DC分量与阈值进行比较。另外，在一些实施例中，检测模块614在光伏系统600的启动和/或关闭期间被禁用，以避免对与系统启动或关闭相关的事件的误检测。在一些实施例中，检测模块614至少部分地由数字和/或模拟电路来实施，所述电路例如为将电压信号618与表示阈值的参考信号进行比较的比较电路。替代地或另外地，检测模块614至少部分地由处理器来实施，所述处理器执行以软件或固件的形式存储在存储器中的指令以执行检测模块614的功能。变化信号620是模拟信号或数字信号，取决于检测模块614的实施方式。
解码模块616对电力线106的操作状态进行解码以获得所传输的信息。具体而言，解码模块616响应于变化信号620的断言对电力线106上的一个或多个电压脉冲的逻辑和/或定时进行解码以获得从第二通信模块610传输的信息122。例如，在一些实施例中，解码模块616基于以下内容获得信息122：(1)特定时间帧内的电力线106上的脉冲的数量，(2)电力线106上的一个或多个脉冲的宽度，(3)电力线106上的脉冲的频率，和/或(4)电力线106上的脉冲的模式。在一些实施例中，解码模块616至少部分地由检测变化信号620上的脉冲及其相关定时的电子电路(例如，脉冲检测和计数电路)来实施。替代地或另外地，解码模块616至少部分地由处理器来实施，所述处理器执行以软件或固件的形式存储在存储器中的指令以执行解码模块616的功能。信息122采用模拟形式或数字形式，取决于解码模块116的实施方式。
第二通信控制器610包括与电力线106串联电耦合的脉冲控制模块624和开关装置626。脉冲控制模块624接收要传送至第一通信控制器608的信息122，并且脉冲控制模块624通过控制开关装置626而在电压域中改变电力线106的操作，从而对电力线106的操作状态进行编码以表示信息122。
具体而言，脉冲控制模块624使开关装置626在光伏系统600的正常操作下，即，当电力线106不传输信息时在其导通状态下工作。然而，在接收到信息122时，脉冲控制模块624使开关装置126由其导通状态切换至其非导通状态，由此阻止电流Ip流过电力线106，并使电压Vp升高到预期的正常工作范围以外的值。脉冲控制模块624使开关装置626在预定时间段内保持在其非导通状态下，由此在电力线106上生成表示信息122的电压脉冲。在一些实施例中，脉冲控制模块624适于响应于信息122对开关装置626进行控制以在电力线106上生成若干电压脉冲，从而例如串行传输表示信息122和/或通信协议的若干信息位。在一些其它实施例中，脉冲控制模块624适于响应于信息122对开关装置626进行控制以使其无限期地保持在其非导通状态下，由此在电力线106上生成具有无限宽度的电压脉冲。脉冲控制模块624还可以被配置为使得由开关装置626在电力线106上生成的电压脉冲显著不同于光伏系统600的正常工作期间所预期的电压干扰，并且检测模块614可以被配置为忽略不具有与由第二通信控制器610生成的脉冲的特性类似的特性的脉冲。
脉冲控制模块624可以由硬件、执行以软件或固件的形式存储在存储器内的指令的处理器或其组合来实施。例如，在具体实施例中，脉冲控制模块624包括检测具有脉冲控制模块624的输入信号上的一个或多个脉冲的形式的信息122的脉冲检测电路以及响应于每一个所检测到的信息122的脉冲使开关装置626在预定时间量内在其非导通状态下工作的电路。作为另一个例子，在具体实施例中，脉冲控制模块624包括执行以软件或固件的形式存储在存储器中的指令的处理器，其响应于信息122按照预定方式对开关装置626的切换进行控制，由此以电力线106上的电压脉冲的形式对信息122进行编码。
一些替代实施例包括与开关装置626并联电耦合的一个或多个额外电部件，例如，电阻器和/或电容器。当开关装置626处于其非导通状态下时，这些额外电部件为电流Ip提供路径。因此，在这些替代实施例中，当开关装置626处于其非导通状态下时，电流Ip的幅度有可能具有非零值。
图7示出了利用单脉冲跨电力线106传输信息的系统600的一个例子。在时间T0之前，电力线106上的电压Vp具有值702，该值例如为光伏装置102的最高功率点电压。在时间T0处，脉冲控制模块624响应于接收到信息122使开关装置626从其导通状态切换至其非导通状态。因此，电压Vp在时间T0处从值702升高到光伏装置102的开路电压704。脉冲控制模块624使开关装置626在时间段Tb内保持在其非导通状态下以在电力线106上生成电压脉冲706，其中电压脉冲706表示信息122。
第一通信控制器608的电压感测模块612生成表示电压Vp的电压信号618。检测模块614检测到电压Vp在时间T0处升高到阈值708以上，并且作为响应，检测模块614断言变化信号620。然后，解码模块616响应于变化信号620的断言对电压脉冲706进行解码以获得信息122。
开关装置626由其导通状态转换至其非导通状态将使电流Ip显著下降到处于预期的正常工作范围以外的值，例如，下降至零。相应地，可以对第一通信控制器608进行修改以在电流域中检测电力线106的操作变化。
图8示出了与图6的光伏系统600类似但以能够在电流域中检测电力线106的操作变化的第一通信控制器808来代替第一通信控制器608的光伏系统800。第一通信控制器808包括电流感测模块812、检测模块814和解码模块816。电流感测模块812生成表示流过电力线106的电流Ip的电流信号818。在一些实施例中，电流感测模块812例如通过感测跨电流感测电阻器的电压而直接确定电流Ip的幅度，所述电流感测电阻器与电力线106串联电耦合。在一些其它实施例中，电流感测模块812例如通过使用Stratakos等人的美国专利No.6160441和No.6445244中公开的方法间接确定或估计电流Ip的幅度。电流信号818可以是模拟信号或数字信号，取决于电流感测模块812的实施方式。
检测模块814检测电流域中的电力线106的操作变化。具体而言，检测模块814监测电流信号818，并响应于电流Ip下降到阈值以下而生成表示电力线106的操作变化的变化信号820。在具体实施例中，检测模块814仅将电流Ip的DC分量与阈值进行比较。在一些其它实施例中，检测模块814监测电流信号818，并响应于电流Ip的DC分量的极性变化而生成表示电力线106的操作变化的变化信号820，所述极性变化例如是由外部装置(未示出)或负载104向电力线106中注入电流从而使电流Ip的极性发生变化而导致的。另外，在一些实施例中，检测模块814在光伏系统800的启动和/或关闭期间被禁用，以避免对与系统启动或关闭相关的事件的误检测。另外，检测模块814可以被配置为忽略不具有与第二通信控制器610生成的脉冲的特性类似的特性的脉冲。
在一些实施例中，检测模块814至少部分地由数字和/或模拟电路来实施，所述电路例如为将电流信号818与表示阈值的参考信号进行比较的比较电路。替代地或另外地，检测模块814至少部分地由处理器来实施，所述处理器执行以软件或固件的形式存储在存储器中的指令以执行检测模块814的功能。变化信号820是模拟信号或数字信号，取决于检测模块814的实施方式。
解码模块816对电力线106的操作状态进行解码以获得所传输的信息。具体而言，解码模块816响应于变化信号820的断言对电力线106上的一个或多个电流脉冲的逻辑和/或定时进行解码以获得从第二通信模块610传输的信息122。例如，在一些实施例中，解码模块816基于以下内容获得信息122：(1)特定时间帧内的电力线106上的脉冲的数量，(2)电力线106上的一个或多个脉冲的宽度，(3)电力线106上的脉冲的频率，和/或(4)电力线106上的脉冲的模式。
在一些实施例中，解码模块816至少部分地由检测变化信号820上的脉冲及其相关定时的电子电路(例如，脉冲检测和计数电路)来实施。替代地或另外地，解码模块816至少部分地由处理器来实施，所述处理器执行以软件或固件的形式存储在存储器中的指令以执行解码模块816的功能。信息122采用模拟形式或数字形式，取决于解码模块816的实施方式。
尽管第一通信控制器808的模块812、814、816被示为分立元件，但是这些模块中的一个或多个可以部分地或者完全地结合，而不脱离本文的范围。例如，在具体实施例中，检测模块814和解码模块816由共同的处理器来实施，所述处理器执行以固件或软件的形式存储在存储器中的指令。
图9示出了利用单脉冲跨电力线106传输信息的系统800的一个例子。在时间T0之前，流过电力线106的电流Ip具有值902，该值例如为光伏装置102的最高功率点电流。在时间T0处，脉冲控制模块624响应于接收到信息122使开关装置626从其导通状态切换至其非导通状态。因此，电流Ip在时间T0处从值902下降至接近零。脉冲控制模块624使开关装置626在时间段Tb内保持在其非导通状态下以生成通过电力线106的电流脉冲904，其中电流脉冲904表示信息122。
第一通信控制器808的电流感测模块812生成表示电流Ip的电流信号818。检测模块814检测到电流Ip在时间T0处下降到阈值906以下，并且作为响应，检测模块814断言变化信号820。然后，解码模块816响应于变化信号820的断言对电流脉冲904进行解码以获得信息122。
光伏系统800可以被配置为利用多个电流脉冲跨电力线106传输信息。例如，光伏系统800的一个实施例被配置为按照与以上相对于图3所讨论的类似的方式跨电力线106传输信息。脉冲控制模块624还可以被配置为使得由开关装置626在电力线106上生成的电流脉冲显著不同于光伏系统600的正常工作期间所预期的电流干扰。
在图6和图8中，开关装置626被示为与电力线106的负导体628串联电耦合。然而，开关装置626或者可以与电力线106的正供电导体630串联电耦合。在光伏系统600或800的包括多个光伏装置102和/或多个负载104的某些替代实施例中，开关装置626在电力线106中的位置可能影响光伏系统内的通信范围。例如，考虑光伏系统600的包括并联电耦合的多串光伏装置102的替代实施例。将开关装置626放置在电力线106的服务多个串的部分中允许同时与所有串进行通信。另一方面，将开关装置626放置在电力线106的仅服务单个串的部分中允许与特定串进行单独通信。
申请人还确定能够在功率域中跨电力线传输信息，其中功率是DC条件下电压和电流的乘积。图10示出了能够通过在功率域中改变电力线的操作而进行DC电力线通信的光伏系统1000。光伏系统1000包括经由电力线106电耦合至负载1004的光伏装置1002。例如，负载1004是用于将来自光伏装置1002的DC功率转化为AC功率的逆变器。然而，负载1004可以采取其它形式，而不脱离本文的范围。
光伏系统1000还包括第一通信控制器1008和第二通信控制器1010。第一通信控制器1008包括功率感测模块1012、检测模块1014和解码模块1016。功率感测模块1012生成表示通过电力线1006从光伏装置1002传输至负载1004的功率P的功率信号1018。在一些实施例中，功率感测模块1012由表示电力线1006上的电压Vp的信号与表示通过电力线1006的电流Ip的信号的乘积生成功率信号1018。例如，分别采用与相对于电压感测模块112和电流感测模块412所讨论的技术类似的技术来确定电压Vp和电流Ip。功率信号1018是模拟信号或数字信号，取决于功率感测模块1012的实施方式。
检测模块1014检测功率域中的电力线1006的操作变化。具体而言，检测模块1014监测功率信号1018，并响应于功率P下降到阈值以下而断言表示电力线1006的操作变化的变化信号1020。然而，在一些替代实施例中，检测模块1014响应于功率P升高到阈值以上而断言变化信号1020。此外，在又一些替代实施例中，检测模块1014响应于通过电力线1006的“负”功率流，或者换言之，响应于从负载1004流向光伏装置1002的功率断言变化信号1020。在某些实施例中，检测模块1014仅将功率P的DC分量与阈值进行比较。另外，在一些实施例中，检测模块1014在光伏系统1000的启动和/或关闭期间被禁用，以避免对与系统启动或关闭相关的事件的误检测。在一些实施例中，检测模块1014至少部分地由数字和/或模拟电路来实施，所述电路例如为将功率信号1018与表示阈值的参考信号进行比较的比较电路。替代地或另外地，检测模块1014至少部分地由处理器来实施，所述处理器执行以软件或固件的形式存储在存储器中的指令以执行检测模块1014的功能。变化信号1020是模拟信号或数字信号，取决于检测模块1014的实施方式。
解码模块1016对电力线1006的操作状态进行解码以获得所传输的信息。具体而言，解码模块1016响应于变化信号1020的断言对电力线1006上的一个或多个功率脉冲的逻辑和/或定时进行解码以获得从第二通信模块1010传输的信息1022。例如，在一些实施例中，解码模块1016基于以下内容获得信息1022：(1)特定时间帧内的电力线1006上的脉冲的数量，(2)电力线1006上的一个或多个脉冲的宽度，(3)电力线1006上的脉冲的频率，和/或(4)电力线1006上的脉冲的模式。在一些实施例中，解码模块1016至少部分地由检测变化信号1020上的脉冲及其相关定时的电子电路(例如，脉冲检测和计数电路)来实施。替代地或另外地，解码模块1016至少部分地由处理器来实施，所述处理器执行以软件或固件的形式存储在存储器中的指令以执行解码模块1016的功能。信息1022采用模拟形式或数字形式，取决于解码模块1016的实施方式。
尽管第一通信控制器1008的模块1012、1014、1016被示为分立元件，但是这些模块中的一个或多个可以部分地或者完全地结合，而不脱离本文的范围。例如，在具体实施例中，检测模块1014和解码模块1016由共同的处理器来实施，所述处理器执行以固件或软件的形式存储在存储器中的指令。
第二通信控制器1010包括脉冲控制模块1024和电耦合至负载1004的功率控制模块1026。功率控制模块1026能够控制负载1004汲取的功率。在一些实施例中，功率控制模块1026包括与负载1004分开的电路，例如，DC到DC转换器。在一些其它实施例中，功率控制模块1026是负载1004的部分。例如，在负载1004为逆变器的某些实施例中，功率控制模块1026包括处于逆变器内的用于调整逆变器的功率输出的电路。脉冲控制模块1024接收要传送至第一通信控制器1008的信息1022，并且脉冲控制模块1024通过控制功率控制模块1026而在功率域中改变电力线1006的操作，从而对电力线1006的操作状态进行编码以表示信息1022。
具体而言，脉冲控制模块1024使功率控制模块1026在光伏系统1000的正常操作下，即，在电力线1006不传输信息时不影响负载1004汲取的功率。然而，在接收到信息1022时，脉冲控制模块1024使功率控制模块1026将负载1004汲取的功率降低到处于预期的正常工作范围之外的值，由此在功率域中改变电力线1006的操作。脉冲控制模块1024使功率控制模块1026在预定的时间段内降低负载1004的功率汲取，由此在电力线1006上生成表示信息1022的功率脉冲。或者，脉冲控制模块1024使功率控制模块1026响应于信息1022无限期地降低负载1004的功率汲取，由此在电力线1006上生成具有无线宽度的功率脉冲。在一些实施例中，脉冲控制模块1024适于对功率控制模块1026进行控制以响应于信息1022在电力线1006上生成若干功率脉冲，从而例如传输表示信息1022和/或通信协议的若干信息位。在一些替代实施例中，脉冲控制模块1024使功率控制模块1026在接收到信息1022时提高而非降低负载1004汲取的功率。在这些替代实施例中，第一通信控制器1008的检测模块1014也被修改为响应于功率P升高到阈值以上而非下降至阈值以下而断言变化信号1020。脉冲控制模块1024可以由硬件、处理器或其组合来实施，所述处理器执行以软件或固件的形式存储在存储器中的指令。
图11示出了利用单脉冲跨电力线1006传输信息的系统1000的一个例子。在时间T0之前，流过电力线1006的功率P具有值1102，该值例如为光伏装置1002的最高功率点。在时间T0处，脉冲控制模块1024使功率控制模块1026将负载1004汲取的功率从值1102降低至值1104。脉冲控制模块1024使功率控制模块1026在时间段Tb内将负载1004的功耗保持在值1104上以在电力线1006上生成功率脉冲1106，其中功率脉冲1106表示信息1022。
第一通信控制器1008处的功率感测模块1012生成表示功率P的功率信号1018。检测模块1014检测到功率P在时间T0处下降至阈值1108以下，并且作为响应，检测模块1014断言变化信号1020。然后，解码模块1016响应于变化信号1020的断言对功率脉冲1106进行解码以获得信息1022。
在一些实施例中，脉冲控制模块1024还可以被配置为使得通过由开关装置1026在电力线1006上生成的功率脉冲显著不同于光伏装置1000的正常工作期间预期的功率干扰，或者换言之，使得所述功率脉冲具有在电力线1006的正常工作期间不存在的一个或多个特性，例如，幅度、持续性、频率和/或模式。在这些实施例中，检测模块1014可以被配置为忽略不具有与第二通信控制器1010生成的脉冲的特性类似的特性的脉冲。
第一通信控制器108、408、608、808或1008和/或第二通信控制器110、610或1010可以与各种光伏系统部件共同封装或者可以远离系统部件。例如，图12示出了与图1的光伏系统100类似但将光伏装置102和第一通信控制器108共同封装在公共光伏板1202中的光伏系统1200。为了使说明更加清楚，在图12中没有示出第一通信控制器108的细节。
当从第二通信控制器110传送至第一通信控制器108的信息包括禁用或者启用光伏装置102的命令时，光伏装置102与第一通信控制器108的共同封装可能尤为有用。在本文中，禁用光伏装置意味着将来自光伏装置的功率的可得性降低至零或非零值。相反，启用光伏装置意味着提高来自光伏装置的功率的可得性。在支持光伏装置102的启用和禁用的实施例中，所述系统还包括用于禁用光伏装置102的电路，例如，能够使光伏装置102短路的禁用开关1204。或者，可以以与光伏装置102串联电耦合的开关来代替禁用开关1204，其中所述开关响应于禁用命令打开以使光伏装置102与电力线106隔离。任选地，光伏板1202包括代替禁用开关1204的开关电路1206或者在禁用开关1204之外包括开关电路1206。开关电路1206能够防止光伏装置102向电力线106提供功率。例如，开关电路1206具有降压型、升压型或者降压-升压型拓扑结构，并且在一些实施例中，开关电路1206能够执行MPPT。
作为另一个例子，图13示出了与图1的光伏系统100类似但光伏装置102为光伏模块1304的阵列1302并且第一通信控制器108通信地耦合至禁用开关1306的光伏系统1300。为了使说明更加清楚，在图13中没有示出第一通信控制器108的细节。禁用开关1306设置在阵列1302的边缘，并且能够基于从第二通信控制器110传送至第一通信控制器108的信息122而启用和禁用阵列1302。具体而言，开关1306响应于包括启用命令的信息122而闭合，由此将阵列1302电耦合至电力线106。开关1306响应于包括禁用命令的信息122而打开，由此使阵列1302与电力线106电隔离。在一些替代实施例中，以单串光伏装置来代替阵列1302。
作为又一个例子，图14示出了与图6的光伏系统600类似但第二通信控制器610与光伏装置102共同封装在光伏板1402中并且第一通信控制器608是系统监测装置1404的部分的光伏系统1400。在该系统中，第二通信控制器610将光伏装置102的状态或故障信息传送至第一通信控制器608，以启动由系统监测装置1404进行的监测。为了使说明更加清楚，在图13中没有示出第一通信控制器608的细节。
在一些实施例中，第一通信控制器108、408、608、808或1008和/或第二通信控制器110、610或1010与另一光伏系统元件共享一个或多个部件。例如，图15示出了与图4的光伏系统400类似但第一通信控制器408是MPPT控制器1502的部分并且第二通信控制器110是逆变器1504的部分的光伏系统1500，其中逆变器1504用作负载104。MPPT控制器1502电耦合在光伏装置102与电力线106之间，并且MPPT控制器1502能够按照使从光伏装置102到逆变器1504的功率传输最大化的方式使其中的一个或多个开关装置1506在其导通状态与非导通状态之间反复切换。例如，MPPT控制器1502具有降压型、升压型或者降压-升压型拓扑结构。在一些实施例中，用于MPPT控制器1502中的MPPT的电流感测电路还起着电流感测模块412的作用。为了使说明更加清楚，在图15中没有示出第一通信控制器408和第二通信控制器110的细节。
在一些替代实施例中，以图1的第一通信控制器108来代替第一通信控制器408。在这些实施例中，用于MPPT控制器1502中的MPPT的电压感测电路还起着电压感测模块112的作用。可以直接感测电压Vp，或者可以例如通过一个或多个开关电路1506的占空比来估计电压Vp。
在一些实施例中，第二通信控制器110向第一通信控制器408发送禁用和启用命令，并且在这些实施例中，MPPT控制器1502能够对开关装置1506进行控制以启用或禁用从光伏装置102到电力线106的功率的可得性，由此改变MPPT控制器1502的操作模式。在支持禁用和启用的某些实施例中，MPPT控制器1502使光伏装置102在禁用操作模式下向电力线106提供少量功率，从而允许在禁用模式期间经由电力线106进行信息通信。例如，在具体实施例中，MPPT控制器1502响应于接收到来自第二通信控制器110的禁用命令而使电力线106上的电压Vp降低到大约二十伏。
逆变器1504包括第一开关电路1508和第二开关电路1510。第二开关电路1510将来自光伏装置102的DC功率发转换为AC功率。在一些实施例中，第二开关电路1510具有半桥或者全桥拓扑结构。第一开关电路1508将第二开关电路1510与电力线106接口连接。在某些实施例中，第一开关电路1508具有升压型拓扑结构以将电压Vp的幅度升高到由第二开关电路1510使用的适当高的电压。任选地，第一开关电路1508还包括MPPT能力以使从光伏装置102中提取的功率最大化。
第二通信控制器110使用第一开关电路1508的一个或多个开关装置(如由第二通信控制器110与第一开关电路1508的重叠象征地示出的)以在电压域、电流域或功率域中改变电力线106的操作，以及在电力线106上生成脉冲以传输信息。例如，在一些实施例中，第一开关电路1508的一个或多个开关对电力线106分流以传递信息(例如，按照与以上相对于图2、图3和图5所讨论的类似的方式)。作为另一个例子，在一些其它实施例中，第一开关电路1508的一个或多个开关阻止电流Ip流过电力线106以传递信息(例如，按照与以上相对于图7和图9所讨论的类似的方式)。作为另一个例子，在一些其它实施例中，第一开关电路1508的一个或多个开关改变逆变器1504汲取的功率的幅度以传递信息(例如，按照与以上相对于图11所讨论的类似的方式)。作为又一个例子，在一些其它实施例中，第一开关电路1508将电压Vp的幅度升高到高于光伏装置102的开路电压的值从而使得逆变器1504向电力线106中注入电流并且电流Ip的极性反转，使得功率通过电力线106从逆变器1504流至光伏装置102，由此改变电力线106的操作。在这些具体实施例中，检测模块414被配置为响应于表示电流Ip的DC分量的极性变化的电流信号418生成电流信号420，其指示光伏系统1500中的“反向”功率流，即，从逆变器1504到光伏装置102。
此外，在一些实施例中，第二通信控制器110被配置为对电力线106的操作状态进行编码以通过使第一开关电路1508例如基于电压、电流或功率域中的峰值、频率和/或模式将通过电力线106的电压Vp、电流Ip或功率在两个或更多个非零值之间变化以传递信息来表示并传输信息。例如，在具体实施例中，第二通信控制器110使第一开关电路1508在电压、电流或功率域中生成正弦波、三角波或方波以表示信息并经由电力线106将信息从逆变器1504传输至MPPT控制器1502。
图16示出了经由逆变器1604生成的三角波跨电力线106传输信息的系统1600的一个例子。在时间T0之前，流过电力线106的电流Ip具有值1602，该值例如为光伏装置102的最高功率点电流。在时间T0处，第二通信控制器110使第一开关电路1508中的开关装置进行切换，从而使电流Ip具有三角波1604的形状直至时间T1。第一通信控制器408的电流感测模块412生成表示电流Ip的电流信号418。检测模块414检测到电流Ip在时间T2处升高到阈值1606以上，并且作为响应，检测模块414断言变化信号420。然后，解码模块416响应于变化信号420的断言例如基于三角波中的峰值的数量、频率和/或模式对三角波1604进行解码以获得信息122。
预期一些光伏系统将包括第一通信控制器108、408、608、808或1008和/或第二通信控制器110、610或1010的多个实例，从而允许在两个以上的点之间进行通信。例如，图17示出了与图15的光伏系统1500类似但包括其输出串联电耦合以形成串1702的多个MPPT控制器1502的光伏系统1700。串1702经由电力线106电耦合至逆变器1504。每一个MPPT控制器1502电耦合在相应的光伏装置102和电力线106之间。第一通信控制器408被结合在每一个MPPT控制器1502中，并因此逆变器1504中的第二通信控制器110能够通过电力线106与每一个MPPT控制器1502进行通信。串1702的数量和每一串1702内的MPPT控制器1502的数量可以发生变化，而不脱离本文的范围。
此外，以上讨论的光伏系统中的任何一个可以被修改为支持通过电力线的双向通信。例如，在光伏系统100的另一替代实施例中，使第一通信控制器108和第二通信控制器110与光伏装置102共同封装，并且使第一通信控制器108和第二通信控制器110与负载104共同封装。第一通信控制器108和第二通信控制器110的这些双实例实现了经由电力线106在光伏装置102与负载104之间进行双向通信。
图18示出了用于光伏系统中的DC电力线通信的方法1600。在步骤1802中，使用电力线在光伏装置与负载之间传输功率。在步骤1802的一个例子中，使用电力线106在光伏装置102与负载104之间传输功率(参考图1)。在步骤1804中，检测电力线的操作变化。在步骤1804的一个例子中，检测模块116检测到电力线106上的电压Vp下降到阈值以下。在步骤1806中，响应于所检测到的电力线的操作变化对电力线的操作状态进行解码以获得信息(例如，通过对电力线上一个或多个脉冲进行解码)。在步骤1806的一个例子中，解码模块116对电力线106上的数据脉冲308和310进行解码以获得信息122(参考图1和图3)。
图19示出了用于光伏系统中的DC电力线通信的方法1900。在步骤1902中，使用电力线在光伏装置与负载之间传输功率。在步骤1902的一个例子中，使用电力线106在光伏装置102与负载104之间传输功率(参考图1)。在步骤1904中，改变电力线的操作。在步骤1904的一个例子中，脉冲控制模块124使开关装置126由其非导通状态切换至其导通状态。在步骤1906中，对电力线的操作状态进行编码以表示要被传送的信息(例如，通过在电力线上生成一个或多个脉冲以表示信息)。在步骤1906的一个例子中，脉冲控制模块124使开关装置126在其导通状态与非导通状态之间切换若干次以生成脉冲304-314(参考图1和图3)。
特征组合
可以通过各种方式对以上描述的特征进行组合，而不脱离本文的范围。以下例子阐明了一些可能的组合。
(A1)一种用于光伏系统中的直流(DC)电力线通信的方法可以包括：(1)使用电力线在光伏装置与负载之间传输功率，(2)检测电力线的操作变化，以及(3)响应于所检测到的电力线的操作变化对电力线的操作状态进行解码以获得信息。
(A2)在如(A1)所表示的方法中，检测电力线的操作变化的步骤可以包括以下操作中的至少一个：(1)检测电力线上的电压的DC分量的幅度下降到第一阈值以下，以及(2)检测流过电力线的电流的DC分量的幅度升高到第二阈值以上。
(A3)如(A2)所表示的方法还可以包括通过以下操作中的至少一个来改变电力线的操作：(a)使电力线上的电压的DC分量的幅度下降到第一阈值以下，以及(b)使流过电力线的电流的DC分量的幅度升高到第二阈值以上。
(A4)在如(A3)所表示的方法中，改变电力线的操作的步骤还可以包括以下操作中的至少一个：(a)对电力线分流，以及(b)增加负载汲取的电流。
(A5)在如(A1)所表示的方法中，检测电力线的操作变化的步骤可以包括以下操作中的至少一个：(1)检测电力线上的电压的DC分量的幅度升高到第一阈值以上，以及(2)检测流过电力线的电流的DC分量的幅度下降到第二阈值以下。
(A6)如(A5)所表示的方法还可以包括通过执行以下操作中的至少一个来改变电力线的操作：(1)使电力线上的电压的DC分量的幅度升高到第一阈值以上，以及(2)使流过电力线的电流的DC分量的幅度下降到第二阈值以下。
(A7)在如(A6)所表示的方法中，改变电力线的操作的步骤还可以包括以下操作中的至少一个：(1)阻止电流流过电力线，以及(2)减少负载汲取的电流。
(A8)在如(A1)所表示的方法中，检测电力线的操作变化的步骤可以包括检测流过电力线的功率的幅度下降到阈值以下。
(A9)如(A8)所表示的方法还可以包括通过减少负载汲取的功率来改变电力线的操作。
(A10)在如(A1)所表示的方法中，检测电力线的操作变化的步骤可以包括检测从负载流至光伏装置的功率。
(A11)如(A10)所表示的方法还可以包括通过执行以下操作中的至少一个来改变电力线的操作：(1)向电力线中注入电流，以及(2)升高电力线上的电压。
(A12)在如(A1)所表示的方法中，检测电力线的操作变化的步骤可以包括检测流过电力线的电流的DC分量的极性变化。
(A13)如(A12)所表示的方法还可以包括通过执行以下操作中的至少一个来改变电力线的操作：(1)向电力线中注入电流，以及(2)升高电力线上的电压。
(A14)在如(A1)到(A13)所表示的方法中的任一方法中，检测电力线的操作变化的步骤可以包括至少在最低预定时间段内检测操作变化的持续性。
(A15)在如(A1)到(A14)所表示的方法中的任一方法中，检测电力线的操作变化的步骤可以包括检测操作变化的预定模式。
(A16)在如(A1)到(A15)所表示的方法中的任一方法中，检测电力线的操作变化的步骤可以包括检测操作变化的频率。
(A17)在如(A1)到(A16)所表示的方法中的任一方法中，对电力线的操作状态进行解码的步骤可以包括以下操作中的至少一个：(1)对电力线的单次操作状态变化进行解码以获得信息，以及(2)对电力线的一序列操作状态变化进行解码以获得信息。
(A18)如(A1)到(A17)所表示的方法中的任一方法还可以包括通过执行以下操作中的至少一个来对电力线的操作状态进行编码以表示信息：(1)改变电力线上的电压的DC分量的幅度，以及(2)改变流过电力线的电流的DC分量的幅度。
(A19)在如(A18)所表示的方法中，编码步骤还可以包括在电力线上生成一个或多个脉冲。
(A20)如(A1)到(A17)所表示的方法中的任一方法还可以包括通过改变流过电力线的电流的DC分量的极性来对电力线的操作状态进行编码以表示信息。
(A21)在如(A1)到(A20)所表示的方法中的任一方法中，检测和解码步骤可以由与光伏装置共同封装的通信控制器来执行。
(A22)在如(A21)所表示的方法中，所述信息可以包括禁用命令，并且所述方法还可以包括响应于对电力线的操作状态进行解码从而获得禁用命令而降低从光伏装置到电力线的功率的可得性。
(A23)在如(A22)所表示的方法中，降低从光伏装置到电力线的功率的可得性的步骤可以包括按照降低来自电力线处的光伏装置的功率的可得性的方式控制电耦合在光伏装置与电力线之间的开关电路。
(A24)在如(A23)所表示的方法中，所述开关电路可以具有选自由降压型拓扑结构、升压型拓扑结构和降压-升压型拓扑结构组成的组中的拓扑结构。
(A25)在如(A22)所表示的方法中，降低从光伏装置到电力线的功率的可得性的步骤可以包括使光伏装置短路或者使光伏装置与电力线断开。
(A26)在如(A21)所表示的方法中，所述信息可以包括启用命令，并且所述方法还可以包括响应于对电力线的操作状态进行解码从而获得启用命令而增加从光伏装置到电力线的功率的可得性。
(A27)在如(A1)到(A20)所表示的方法中的任一方法中，检测和解码步骤可以由作为电耦合在光伏装置与电力线之间的最高功率点跟踪控制器的部分的通信控制器来执行，并且在光伏装置与负载之间传输功率的步骤包括按照使从光伏装置向负载传输的功率最大化的方式使最高功率点跟踪控制器的开关装置在其导通状态与非导通状态之间反复切换。
(A28)如(A27)所表示的方法还可以包括响应于在解码步骤中获得的信息而改变最高功率点跟踪控制器的操作状态。
(A29)在如(A1)到(A20)所表示的方法中的任一方法中，检测和解码步骤可以由与负载共同封装的通信控制器来执行。
(A30)在如(A29)所表示的方法中，所述信息可以包括表示光伏装置的状态的信息。
(A31)在如(A29)或(A30)所表示的方法中的任一方法中，所述负载可以包括用于将来自光伏装置的功率转换为交流功率的逆变器，并且通信控制器可以是逆变器的部分。
(A32)在如(A1)到(A20)所表示的方法中的任一方法中，检测和解码步骤可以由在远离光伏装置和负载的位置处电耦合至电力线的通信控制器来执行。
(B1)一种用于光伏系统中的直流(DC)电力线通信的方法可以包括：(1)使用电力线在光伏装置与负载之间传输功率，(2)改变电力线的操作，以及(3)对电力线的操作状态进行编码以表示要被传送的信息。
(B2)在如(B1)所表示的方法中，改变电力线的操作的步骤可以包括以下操作中的至少一个：(1)使电力线上的电压的DC分量的幅度下降到第一阈值以下，以及(2)使流过电力线的电流的DC分量的幅度升高到第二阈值以上。
(B3)在如(B2)所表示的方法中，改变电力线的操作的步骤还可以包括以下操作中的至少一个：(1)对电力线分流，以及(2)提高负载汲取的电流。
(B4)在如(B1)所表示的方法中，改变电力线的操作的步骤可以包括至以下操作中的至少一个：(a)使电力线上的电压的DC分量的幅度升高到第一阈值以上，以及(b)使流过电力线的电流的DC分量的幅度下降到第二阈值以下。
(B5)在如(B4)所表示的方法中，改变电力线的操作的步骤还可以包括以下操作中的至少一个：(1)阻止电流流过电力线，以及(2)降低负载汲取的电流。
(B6)在如(B1)所表示的方法中，改变电力线的操作的步骤可以包括使负载汲取的功率下降到阈值以下。
(B7)在如(B1)所表示的方法中，改变电力线的操作的步骤可以包括将功率从负载传输至光伏装置。
(B8)在如(B7)所表示的方法中，改变电力线的操作的步骤还可以包括以下操作中的至少一个：(1)向电力线内注入电流，以及(2)提高电力线上的电压。
(B9)在如(B1)所表示的方法中，改变电力线的操作的步骤可以包括改变流过电力线的电流的DC分量的极性。
(B10)在如(B9)所表示的方法中，改变电力线的操作的步骤还可以包括以下操作中的至少一个：(a)向电力线注入电流，以及(b)提高电力线上的电压。
(B11)在如(B1)到(B10)所表示的方法中的任一方法中，改变电力线的操作的步骤可以包括至少在最低预定时间段内改变电力线的操作。
(B12)在如(B1)到(B11)所表示的方法中的任一方法中，改变电力线的操作的步骤可以包括根据预定模式改变电力线的操作。
(B13)在如(B1)到(B12)所表示的方法中的任一方法中，改变电力线的操作的步骤可以包括以预定频率改变电力线的操作。
(B14)在如(B1)到(B13)所表示的方法中的任一方法中，对电力线的操作状态进行编码的步骤可以包括以下操作中的至少一个：(1)改变电力线上的电压的DC分量的幅度，以及(2)改变流过电力线的电流的DC分量的幅度。
(B15)在如(B14)所表示的方法中，对电力线的操作状态进行编码的步骤还可以包括在电力线上生成一个或多个脉冲。
(B16)在如(B1)到(B13)所表示的方法中的任一方法中，对电力线的操作状态进行编码的步骤可以包括改变流过电力线的电流的DC分量的极性。
(B17)在如(B1)到(B16)所表示的方法中的任一方法中，改变和编码步骤可以由与负载共同封装的通信控制器来执行。
(B18)在如(B17)所表示的方法中，所述负载可以包括用于将来自光伏装置的功率转换为交流功率的逆变器，并且所述通信控制器可以是逆变器的部分。
(B19)在如(B18)所表示的方法中，改变电力线的操作的步骤可以包括以下操作中的至少一个：(1)使逆变器提高电力线上的电压，以及(2)使逆变器向电力线内注入电流。
(B20)在如(B1)到(B19)所表示的方法中的任一方法中，要被传送的信息可以包括选自由启用来自光伏装置的功率的可得性的命令和降低来自光伏装置的功率的可得性的命令组成的组中的命令。
(B21)在如(B1)到(B16)所表示的方法中的任一方法中，改变和编码步骤可以由与光伏装置共同封装的通信控制器来执行。
(B22)在如(B21)所表示的方法中，要被传送的信息可以包括表示光伏装置的状态的信息。
(B23)在如(B1)到(B16)所表示的方法中的任一方法中，改变和编码步骤可以由电耦合在光伏装置与电力线之间的开关电路来执行，并且改变电力线的操作的步骤可以包括控制开关电路的开关装置。
(B24)在如(B1)到(B16)所表示的方法中的任一方法中，改变和编码步骤可以由在远离光伏装置和负载的位置处电耦合至电力线的通信控制器来执行。
(C1)一种用于光伏系统中的直流(DC)电力线通信的通信控制器可以包括：(1)被配置为检测电力线的操作变化的检测模块，以及(2)被配置为响应于检测模块检测到的电力线的操作变化对电力线的操作状态进行解码以获得信息的解码模块。
(C2)如(C1)所表示的通信控制器还可以包括被配置为生成表示电力线上的电压的电压信号的电压感测模块，其中所述检测模块还被配置为监测所述电压信号并响应于电力线上的电压下降到阈值以下或者升高到阈值以上而检测电力线的操作变化。
(C3)如(C1)所表示的通信控制器还可以包括被配置为生成表示流过电力线的电流的电流信号的电流感测模块，其中所述检测模块还被配置为监测所述电流信号并响应于流过电力线的电流下降到阈值以下或者升高到阈值以上而检测电力线的操作变化。
(C4)如(C1)所表示的通信控制器还可以包括被配置为生成表示流过电力线的电流的电流信号的电流感测模块，其中所述检测模块还被配置为监测所述电流信号并响应于流过电力线的电流的极性变化而检测电力线的操作变化。
(C5)如(C1)所表示的通信控制器还可以包括被配置为生成表示通过电力线传输的功率的功率信号的功率感测模块，其中所述检测模块还被配置为监测所述功率信号并响应于流过电力线的功率(a)下降到第一阈值以下，(b)升高到第二阈值以上，或者(c)通过电力线从负载流至光伏装置而检测电力线的操作变化。
(D1)一种用于光伏系统中的直流(DC)电力线通信的通信控制器可以包括：(1)用于电耦合至电力线的开关装置，以及(2)脉冲控制模块，其被配置为：(a)使开关装置改变操作状态并由此改变电力线的操作，以及(b)使开关装置进行切换以对电力线的操作状态进行编码，以便表示要被传送的信息。
(E1)一种逆变器可以包括如(C1)到(C5)或(D1)所表示的通信控制器中的任何一种。
(F1)一种光伏系统可以包括：(1)如(E1)所表示的逆变器，(2)光伏装置，以及(3)将光伏装置电耦合至逆变器的电力线。
(G1)一种光伏系统可以包括：(1)光伏装置，(2)逆变器，(3)将光伏装置与逆变器电耦合的电力线，以及(4)电耦接合电力线的如(C1)到(C5)所表示的通信控制器中的任何一种，其中所述逆变器被配置为执行以下步骤中的至少一个：(a)提高电力线上的电压以改变电力线的操作，以及(b)向电力线内注入电流以改变电力线的操作。
(H1)一种光伏系统可以包括：(1)光伏装置，以及(2)电耦合至光伏装置的如(C1)到(C5)或(D1)所表示的通信控制器中的任何一种。
(H2)在如(H1)所表示的光伏系统中，所述光伏系统的通信控制器可以是电耦合至光伏装置的最高功率点跟踪控制器的部分。
(H3)在如(H1)所表示的光伏系统中，所述光伏系统的通信控制器可以与光伏装置共同封装。
(H4)如(H1)所表示的光伏系统还可以包括：(1)负载，以及(2)将光伏装置电耦和至负载的电力线，其中所述光伏系统的通信控制器电耦合至电力线。
可以对上述方法、装置和系统做出改变，而不脱离本文的范围。因而，应当指出的是，在以上描述中所包含的并且在附图中所示出的内容应当被解释是说明性的而非限制性的。所附权利要求旨在涵盖在本文中描述的一般特征和具体特征以及所有的对所提出的方法和系统的范围的陈述，从措辞的角度来看，可以说这些陈述落在所附权利要求当中。

Claims (22)

1.一种用于光伏系统中的直流(DC)电力线通信的方法，包括：
使用电力线在光伏装置与负载之间传输功率；
检测所述电力线的操作变化；以及
响应于所检测到的所述电力线的操作变化，对所述电力线的操作状态进行解码以获得信息。
2.根据权利要求1所述的方法，检测所述电力线的操作变化的步骤包括以下操作中的至少一个：(a)检测所述电力线上的电压的DC分量的幅度下降到第一阈值以下，以及(b)检测流过所述电力线的电流的DC分量的幅度升高到第二阈值以上。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括通过以下操作中的至少一个来改变所述电力线的操作：(a)使所述电力线上的电压的DC分量的幅度下降到所述第一阈值以下，以及(b)使流过所述电力线的电流的DC分量的幅度升高到所述第二阈值以上。
4.根据权利要求3所述的方法，改变所述电力线的操作的步骤还包括以下操作中的至少一个：(a)对所述电力线分流，以及(b)提高所述负载汲取的电流。
5.根据权利要求1所述的方法，检测所述电力线的操作变化的步骤包括以下操作中的至少一个：(a)检测所述电力线上的电压的DC分量的幅度升高到第一阈值以上，以及(b)检测流过所述电力线的电流的DC分量的幅度下降到第二阈值以下。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括通过执行以下操作中的至少一个来改变所述电力线的操作：(a)使所述电力线上的电压的DC分量的幅度升高到所述第一阈值以上，以及(b)使流过所述电力线的电流的DC分量的幅度下降到所述第二阈值以下。
7.根据权利要求6所述的方法，改变所述电力线的操作的步骤还包括以下操作中的至少一个：(a)阻止电流流过所述电力线，以及(b)减少所述负载汲取的电流。
8.根据权利要求1所述的方法，检测所述电力线的操作变化的步骤包括检测流过所述电力线的电流的DC分量的极性变化。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括通过执行以下操作中的至少一个来改变所述电力线的操作：(a)向所述电力线内注入电流，以及(b)提高所述电力线上的电压。
10.根据权利要求1所述的方法，检测所述电力线的操作变化的步骤包括至少在最低预定时间段内检测所述操作变化的持续性。
11.根据权利要求1所述的方法，检测所述电力线的操作变化的步骤包括检测所述操作变化的预定模式。
12.根据权利要求1所述的方法，对所述电力线的操作状态进行解码的步骤包括以下操作中的至少一个：
对所述电力线的单次操作状态变化进行解码以获得所述信息；以及
对所述电力线的一序列操作状态变化进行解码以获得所述信息。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括通过执行以下操作中的至少一个来对所述电力线的操作状态进行编码以表示所述信息：(a)改变所述电力线上的电压的DC分量的幅度，以及(b)改变流过所述电力线的电流的DC分量的幅度。
14.根据权利要求13所述的方法，所述编码步骤还包括在所述电力线上生成一个或多个脉冲。
15.根据权利要求1所述的方法，还包括通过改变流过所述电力线的电流的DC分量的极性来对所述电力线的操作状态进行编码以表示所述信息。
16.根据权利要求1-15中的任一项所述的方法，所述检测和解码步骤是由与所述光伏装置共同封装的通信控制器来执行的。
17.根据权利要求16所述的方法，所述信息包括禁用命令，并且所述方法还包括响应于对所述电力线的操作状态进行解码从而获得所述禁用命令而降低从所述光伏装置到所述电力线的功率的可得性。
18.根据权利要求17所述的方法，降低从所述光伏装置到所述电力线的功率的可得性的步骤包括按照降低所述电力线处的来自所述光伏装置的功率的可得性的方式控制电耦合在所述光伏装置与所述电力线之间的开关电路。
19.根据权利要求17所述的方法，降低从所述光伏装置到所述电力线的功率的可得性的步骤包括使所述光伏装置短路或者将所述光伏装置与所述电力线断开。
20.根据权利要求16所述的方法，所述信息包括启用命令，并且所述方法还包括响应于对所述电力线的操作状态进行解码从而获得所述启用命令而提高从所述光伏装置到所述电力线的功率的可得性。
21.根据权利要求1-15中的任一项所述的方法，所述检测和解码步骤由作为电耦合在所述光伏装置与所述电力线之间的最高功率点跟踪控制器的部分的通信控制器来执行，并且在所述光伏装置与所述负载之间传输功率的步骤包括按照使从所述光伏装置向所述负载传输的功率最大化的方式使所述最高功率点跟踪控制器的开关装置在其导通状态与非导通状态之间反复切换。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括响应于在所述解码步骤中获得的所述信息改变所述最高功率点跟踪控制器的操作状态。
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