CN110168832B - 用于功率电子元件与控制组件之间的通信的通信网络 - Google Patents

用于功率电子元件与控制组件之间的通信的通信网络 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于至少一个功率电子元件(20，21，28)与至少一个控制组件(30)之间的通信的通信网络(10‑15)。根据本发明的一个或多个实施例，通信网络(10‑15)可以被描述为具有采用多跳和/或混合通信的部件或部分的通信网络(10‑15)。

Description

用于功率电子元件与控制组件之间的通信的通信网络
技术领域
本发明一般涉及功率系统(诸如，例如功率传输系统)领域。具体地，本发明涉及用于至少一个功率电子元件与至少一个控制组件之间的通信的通信网络，其中该至少一个控制组件被配置为借助于向至少一个功率电子元件传输至少一个控制信号来控制该至少一个功率电子元件。
背景技术
由于对功率供应或输送和互连的功率传输和分配系统的需求增加，所以HVDC功率传输变得越来越重要。在HVDC功率系统中，通常包括接口布置，该接口布置包括或构成HVDC变流器站，该HVDC变流器站是被配置为将高压直流(DC)转换为交流(AC)或反之亦然的类型的站。HVDC变流器站可以包括多个元件，诸如变流器本身(或者串联或并联连接的多个变流器)、一个或多个断路器、变压器、电容器、滤波器和/或其他辅助元件。通常被称为‘变流器阀’或简称为‘阀’的变流器可以包括诸如半导体器件的多个基于固态的器件，并且可以例如依据变流器中采用的开关(或开关器件)的类型分类为线路换向变流器(LCC)或电压源变流器(VSC)。诸如IGBT的多个固态半导体器件可以连接在一起，比如串联连接，以形成HVDC变流器或HVDC变流器阀的构建块或单元。HVDC变流器阀可以布置在室内，布置在所谓的变流器阀厅中。例如可以被包括在变流器中的元件(诸如开关或开关器件、断路器、变压器、电容器、滤波器和/或其他辅助元件)在下文中将称为功率电子部件(PEC)。
例如可以被包括在变流器中的PEC可以设有通信装置。优选地，这种通信装置应当具有鲁棒性和可靠性，并且具有相对较低的时延。PEC(诸如，例如IGBT)的操作可以通过使用多个光纤(OF)通信链路传输控制信号(例如，包括开关命令或指令)借助于控制组件来控制。然而，制造、安装和维护OF链路可能比较昂贵，并且OF链路与PEC相比较，可能具有较短的寿命和较高的故障率。已经提出了用于替换OF通信链路的无线通信链路形式的备选解决方案。然而，在许多应用中，控制组件与PEC之间的距离可能是所期望的或甚至需要长达一百米，特别是在高压系统中，诸如在HVDC变流器和高压断路器中。控制组件与PEC之间的这种相对较长的距离可能使得控制组件与PEC之间的无线通信链路的使用变得困难。例如，在控制组件与PEC之间的距离是几百米的情况下，在控制组件与PEC之间使用无线通信链路可能难以实现控制组件与PEC之间的、具有高可靠性和高数据速率的通信连接。无线通信链路可以利用射频(RF)通信技术或装置。然而，如果例如由于部件或障碍物(诸如金属平面、盘、柱或梁)位于控制组件与PEC之间而导致控制组件与PEC之间没有直接可视通路，则RF信号由于衰落、反射和衰减而可能会显着失真。这可能使得控制组件与PEC之间的无线通信链路的使用更加困难。PEC可以用于除HVDC功率系统之外的应用中，诸如，例如用于AC功率系统中，诸如所谓的柔性AC传输系统(FACTS)。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的是提供用于至少一个功率电子元件与至少一个控制组件之间的通信的通信网络，该通信网络可以减少甚至消除对至少一个功率电子元件与至少一个控制组件之间的通信系统中的OF通信链路的需求。
本发明的另一目的是提供用于至少一个功率电子元件与至少一个控制组件之间的通信的通信网络，其可以促进或允许至少一个功率电子元件与其他部件(诸如，例如至少一个控制组件和/或至少一个中间传输/接收组件)之间的电气隔离(galvanicseparation)。
本发明的另一目的是提供用于至少一个功率电子元件与至少一个控制组件之间的通信的通信网络，该通信网络可以有助于或允许至少一个功率电子元件与至少一个控制组件之间的距离相对较长(例如，多达一百米或甚至更长)，同时仍然能够为至少一个功率电子元件与至少一个控制组件之间的通信提供高可靠性、短时延和/或高数据速率。
本发明的另一目的是提供用于至少一个功率电子元件与至少一个控制组件之间的通信的通信网络，该通信网络即使在例如由于障碍物位于至少一个功率电子元件和至少一个控制组件之间而导致至少一个功率电子元件与至少一个控制组件之间没有直接可视通路的情况下，也能够为至少一个功率电子元件与至少一个控制组件之间的通信提供高可靠性、短时延和/或高数据速率。
为了解决这些问题和其他问题中的至少一个问题，提供了根据独立权利要求的通信网络。优选实施例由从属权利要求限定。
根据第一方面，提供了用于至少一个功率电子元件与至少一个控制组件之间的通信的通信网络或通信系统。至少一个功率电子元件和至少一个控制组件分开布置。至少一个控制组件被配置为借助于向至少一个功率电子元件传输至少一个控制信号来控制该至少一个功率电子元件。至少一个功率电子元件和至少一个控制组件中的每个包括传输/接收组件，该传输/接收组件被配置为传输和/或接收至少一个信号。通信网络包括至少一个通信链路，该至少一个通信链路用于通过通信网络的至少一部件或一部分传达至少一个信号。至少一个通信链路至少部分利用无线通信链路。至少一个通信链路至少部分利用有线通信链路。通信网络包括至少一个中间传输/接收组件，该至少一个中间传输/接收组件被配置为接收在来自至少一个功率电子元件并且去往至少一个控制组件的方向上通过通信网络所传输的至少一个信号，或者反之亦然，并且被配置为分别在去往至少一个控制组件或至少一个功率电子元件的方向上通过通信网络传输接收到的至少一个信号。
在本发明的一个或多个实施例的上下文中，并且为了说明本发明的一个或多个实施例的原理，通信网络可以被描述为具有采用多跳和/或混合通信的部件或部分的通信网络。
在本申请的上下文中，多跳通信意指存在被包括通信网络中一个或多个中间传输/接收组件，用于通过通信网络的至少一部件或一部分传达至少一个信号。通信网络可以包括多个通信链路，其可以借助于至少一个中间传输/接收组件进行通信连接。一个或多个中间传输/接收组件可以用作通信网络中的中继器或转发器。进一步地，在本申请的上下文中，混合通信意指至少一个通信链路至少部分利用无线通信链路(例如，通过空中接口的通信链路)，以及至少一个通信链路至少部分利用有线通信链路(例如，包括至少一个光学波导)，用于通过通信网络的至少一部件或一部分传达至少一个信号。至少部分利用无线通信链路的一个或多个通信链路可以与至少部分利用有线通信链路的一个或多个通信链路不同或相同。
在本申请的上下文中，无线通信链路原则上意指利用用于实现通信的一种或多种无线技术或装置的任何类型的通信链路、连接或耦合，诸如，例如至少一个射频(RF)通信链路和/或红外通信链路(例如，采用红外光的通信链路)或其他类型的自由空间光学通信链路(例如，基于激光器)。进一步地，在本申请的上下文中，有线通信链路原则上意指利用用于实现通信的一种或多种非无线技术或装置的任何类型的通信链路、连接或耦合，诸如，例如至少一个光学波导、或光学传输线(例如，光纤)、和/或至少一个电导体(例如，电缆或电线，例如，铜导体或电缆、或铜线)。可替代地，“有线通信链路”可以被描述为“非无线通信链路”，其因此可以采用例如至少一个光学波导、或诸如光纤的光学传输线、和/或至少一个电缆或电线。
在本申请的上下文中，包括至少一个通信链路的通信网络意指耦合到通信网络的设备(例如，至少一个控制组件和/或至少一个功率电子元件)经由相应设备之间的一个或多个通信链路彼此相对连接。例如，对于耦合到通信网络的给定设备，可能存在将设备与耦合到通信网络的其他设备中的一些或所有设备相连接的相应通信链路。在通信网络中，耦合到通信网络的设备(诸如，例如至少一个控制组件和/或至少一个功率电子元件)可以各自访问至少一个信号(例如，信息、消息、命令和/或数据)，该至少一个信号通过通信网络传达，并且设备可以经由相应设备之间的通信链路彼此相对连接。例如，耦合到通信网络的设备中的一个或多个设备可以通过通信网络‘广播’或‘多播’至少一个信号，并且耦合到通信网络的其它设备中的一些或甚至所有设备能够接收广播或多播的至少一个信号。耦合到通信网络的给定设备在这个意义上可以是‘可寻址的’：它可以被配置为例如基于指派给它的一个或多个特定标识符(例如，一个或多个地址)来与通信网络选择性地交换至少一个信号(即，从通信网络接收至少一个信号和/或向通信网络传输至少一个信号)。
通信网络可以呈现网络拓扑结构，其例如基于星形网络拓扑结构、环形网络拓扑结构和/或网状网络拓扑结构，但不限于此。
通过至少部分利用无线通信链路的至少一个通信链路和至少部分利用有线通信链路的至少一个通信链路来通过通信网络的至少一部件或一部分传达至少一个信号(即需要例如通信网络的一个或多个部件或部分采用混合通信)，与用于借助于通过多个OF通信链路传输控制信号的控制组件来控制包括例如IGBT在内的PEC的操作的现有通信网络或系统相比，通信网络中的OF通信链路的总数可以保持相对较低。
在本申请的上下文中，功率电子元件原则上意指包括一个或多个功率电子部件(例如，包括固态半导体器件或功率半导体部件，诸如IGBT)的任何元件、模块或组件。
因此，至少一个功率电子元件可以例如包括至少一个变流器(例如，HVDC变流器)。根据本发明的一个或多个实施例，至少一个控制组件因此可以被配置为控制至少一个变流器。
变流器(例如，HVDC变流器)可以包括至少一个控制器，其用于控制被包括在变流器中的一个或多个功率电子部件的操作。根据本发明的一个或多个实施例，至少一个功率电子元件可以包括一个或多个功率电子部件，并且至少一个控制组件可以包括控制器，该控制器用于控制一个或多个功率电子部件的操作。因此，根据本发明的一个或多个实施例，通信网络可能用于变流器内的通信。
变流器的模块或者构建块或单元可以相对于接地电位处于相对较高的电位，例如，1kV或更高，可能高达30kV或甚至更高。通过至少部分利用无线通信链路的至少一个通信链路，可以有助于或允许至少一个功率电子元件(例如，包括一个或多个变流器模块或由一个或多个变流器模块构成)与其他部件(诸如，例如至少一个控制组件和/或至少一个中间传输/接收组件)之间的电气隔离。
通过采用多跳通信的至少一个通信链路的一个或多个部件或部分(即需要例如通信网络中可能包括一个或多个中间传输/接收组件)，通信网络可以有助于或允许至少一个功率电子元件与至少一个控制组件之间的相对较长的距离(例如，多达一百米或甚至更多)，同时仍然能够提供至少一个功率电子元件和至少一个控制组件之间的通信的高可靠性、短时延和/或高数据速率。这是因为从至少一个控制组件传输的信号被可能位于至少一个控制组件和至少一个功率电子元件之间的障碍物‘遮蔽’的风险可能随着至少一个功率电子元件和至少一个控制组件之间的距离增加而变得更高。障碍物可以例如包括一个或多个金属平面、盘、柱或梁。如果通信网络将仅采用单跳通信而不采用混合通信(但仅限于例如采用RF通信的无线通信)，则在至少一个控制组件和至少一个控制组件之间存在障碍物而导致至少一个控制组件和至少一个功率电子元件之间没有直接可视通路的情况下，可能由于衰落、反射和衰减而导致由至少一个控制组件传输的RF信号的显着失真。
在本申请的上下文中，传输/接收组件意指能够以无线和/或有线方式传输和接收的设备。传输/接收组件可以例如包括收发器，例如，RF收发器。
根据本发明的一个或多个实施例，通过分开布置的至少一个功率电子元件和至少一个控制组件，可能需要至少一个功率电子元件和至少一个控制组件没有机械连接或彼此耦合，和/或没有布置在同一壳体或结构内。
根据本发明的一个或多个实施例，通过至少一个中间传输/接收组件与至少一个功率电子元件和/或至少一个控制组件分开布置，可能需要至少一个中间传输/接收组件没有机械连接或耦合到至少一个功率电子元件和/或至少一个控制组件，或者至少一个中间传输/接收组件没有布置在与至少一个功率电子元件和/或至少一个控制组件相同的壳体或结构内。
通信网络可以例如启用或促进至少一个信号在至少一个功率电子元件和至少一个控制组件之间的传达，该至少一个信号可以包括从至少一个控制组件传输到至少一个功率电子元件的一个或多个控制信号以及从至少一个功率电子元件传输到至少一个控制组件的一个或多个条件、状态和/或测量信号。
控制信号例如可以包括诸如脉冲宽度调制(PWM)信号或者由诸如脉冲宽度调制(PWM)信号构成，但是不限于此。
例如，在至少一个功率电子元件包括变流器或由变流器构成的情况下，控制信号可以例如包括变流器的一组切换状态以及可能的一组切换时刻。该组切换时刻的要素中的每个要素可以对应于该组切换状态中的要素中的相应要素，并且可以对应于变流器应当被操作(例如，切换)到与该组切换状态的相应要素相对应的切换状态时的时刻。一个或多个控制信号包括变流器的一组切换状态和对应的一组切换时刻的情况可以适用于例如多单元变流器拓扑结构。在多单元变流器拓扑结构中，每个单元中可以存在本地时钟，并且相应单元中的本地时钟可以彼此同步。每个单元中的控制器可以根据一个或多个控制信号执行变流器单元的切换。然而，如果通信网络的带宽相对较高并且通信网络的时延相对较低，则一组切换时刻可以无需被包括在一个或多个控制信号中。每个单元中的控制器可以在接收到一个或多个控制信号时立即或基本上立即根据一个或多个控制信号执行变流器单元的切换。
一个或多个测量信号可以包括至少一个功率电子元件的不同参数(例如，操作参数)的测量值。一个或多个测量信号可以例如包括变流器的至少一个单元的不同参数，例如，操作参数。条件和/或状态信号可以例如包括与至少一个功率电子元件有关的、从诊断流程或过程获得的一个或多个值。
通过通信网络在至少一个功率电子元件和至少一个控制组件之间传达至少一个信号可以例如在30GHz至300GHz之间的频率范围内执行。
如将在下面参考附图所进一步描述的，至少一个中间传输/接收组件可以被配置为通过无线通信链路传输和/或接收至少一个信号。可替代地或附加地，至少一个中间传输/接收组件可以被配置为通过有线通信链路传输和/或接收至少一个信号。
通信网络可以包括多个中间传输/接收组件，其中中间传输/接收组件中的每个中间传输/接收组件可以被配置为接收在从至少一个功率电子元件到至少一个控制组件的方向上通过通信网络所传输的至少一个信号，或反之亦然，并且被配置为分别在去往至少一个控制组件或至少一个功率电子元件的方向上通过通信网络传输接收到的至少一个信号。如下面将参考附图所进一步描述的，多个中间传输/接收组件可以被布置为使得中间传输/接收组件中的一个中间传输/接收组件被配置为接收由中间传输/接收组件中的另一中间传输/接收组件所传输的至少一个信号。中间传输/接收组件中的一个中间传输/接收组件可以被配置为接收通过有线通信链路和/或通过无线通信链路由中间传输/接收组件中的另一中间传输/接收组件所传输的至少一个信号。
通信网络可以被配置为准许使用利用时间、空间和/或分频的通信信道经由通信链路在至少一个控制组件和至少一个功率电子元件之间的通信。通信网络可以被配置为基于TDMA(时分多址)、SDMA(空分多址)、FDMA(频分多址)、OFDMA(正交频分多址)和/或CDMA(码分多址接入)来准许至少一个控制组件和至少一个功率电子元件之间的通信。这样的方案在本领域中是已知的，因此省略其进一步的描述。
通信网络或至少一个通信链路可以被配置为在至少一个功率电子元件和至少一个控制组件之间建立或实现半双工或全双工通信模式(分别是单向或双向通信)。换句话说，在给定时间可以存在分别从至少一个功率电子元件或至少一个控制组件到至少一个控制组件或至少一个功率电子元件的通信，或者可以是同时发生的至少一个功率电子元件和至少一个控制组件之间的双向通信(例如，使用利用时间、空间和/或频分的不同信道)。
通信网络或至少一个通信链路可以被配置为使得耦合到通信网络的设备(例如，至少一个控制组件、至少一个中间传输/接收组件和/或至少一个功率电子元件)之间的通信基于广播或多播或点对点通信、或其任何组合。
根据本发明的一个或多个实施例，至少一个功率电子元件、至少一个控制组件或至少一个中间传输/接收组件中的至少一个可以包括至少一个定向和/或极化天线，例如，RF天线。借助于定向和/或极化天线，可以有助于通过通信网络传播至少一个信号，并且可以减少或甚至最小化干扰。
根据第二方面，提供了控制组件，其被配置为与根据第一方面的通信网络结合使用，并且借助于经由通信网络向至少一个功率电子元件传输至少一个控制信号来控制该至少一个功率电子元件。
根据第三方面，提供了功率电子元件，其被配置为与根据第一方面的通信网络结合使用，并且接收经由通信网络由根据第二方面的控制组件所传输的至少一个控制信号。
根据第四方面，提供了系统，其包括至少一个功率电子元件、至少一个控制组件和用于至少一个功率电子元件和至少一个控制组件之间的通信的根据第一方面的通信网络。
至少一个功率电子元件可以例如包括变流器，该变流器包括多个单元。至少一个控制组件可以被配置为借助于向多个单元中的至少一个单元传输至少一个控制信号来控制多个单元中的至少一个单元。多个单元中的任一个单元或每个单元可以包括传输/接收组件，该传输/接收组件被配置为传输和/或接收至少一个信号。至少一个控制组件可以被配置为借助于向多个单元中的每个单元传输至少一个控制信号来彼此独立地控制多个单元。多个单元中的至少一个单元可以包括通信网络的中间传输/接收组件。变流器可以例如包括高压直流(HVDC)变流器或由高压直流(HVDC)变流器构成。
变流器和至少一个控制组件中的每个可以例如布置在结构或建筑物内。变流器可以例如布置在变流器阀厅中。至少一个控制组件可以例如布置在控制室中。变流器阀厅和控制室可以布置在相同的结构或建筑物中，或布置在不同的结构或建筑物中。控制室可以相对于变流器阀厅单独定位。
下面通过示例性实施例对本发明的其他目的和优点进行描述。注意，本发明涉及权利要求中所记载的特征的所有可能组合。当研究本文中的所附权利要求和描述时，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员认识到，可以组合本发明的不同特征以产生除了本文中所描述的实施例之外的实施例。
附图说明
下文参考附图对本发明的示例性实施例进行描述。
图1至图5是根据本发明实施例的通信网络的示意图。
所有附图都是示意性的，并不一定按比例绘制，并且通常仅示出为了阐明本发明的实施例所必需的部件，其中其他部件可以省略或仅仅暗示。
具体实施方式
现在，在下文中参考附图对本发明进行描述，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为局限于本文中所阐述的本发明的实施例；相反，通过示例提供这些实施例，使得本公开将本发明的范围传达给本领域技术人员。
图1是根据本发明实施例的通信网络或通信系统10的示意图。通信网络10用于可以分开布置的功率电子元件20与控制组件30之间的通信。
控制组件30被配置为借助于向功率电子元件20传输至少一个控制信号来控制功率电子元件20。功率电子元件20和控制组件30中的每个分别包括传输/接收组件19和32，传输/接收组件19和32被配置为传输和/或接收至少一个信号。
功率电子元件20可以例如包括变流器或者由变流器构成，该变流器被配置为将高压DC转换为AC，反之亦然。变流器可以例如包括多个单元(图1中未示出)。变流器可以例如包括HVDC变流器或由HVDC变流器构成。控制组件30可以被配置为借助于向多个单元中的至少一个单元传输至少一个控制信号来控制变流器的多个单元中的至少一个单元。变流器的多个单元中的每个单元可以包括传输/接收组件，传输/接收组件被配置为传输和/或接收至少一个信号。
尽管图1仅示出了一个功率电子元件20，但是应当理解，通信网络10可以包括多个功率电子元件20，功率电子元件20中的每个功率电子元件可以由控制组件30控制。可能地，控制组件30可以被配置独立于其他功率电子元件而控制每个功率电子元件。还应当理解，通信网络10可以包括多个控制组件。
通信网络10包括至少一个通信链路，其用于通过通信网络10的至少一部分传达至少一个信号。根据本发明的所图示的实施例，存在两个通信链路41、42。通信链路41对功率电子元件20和例如中间传输/接收组件50进行互连，并且通信链路42对中间传输/接收组件50和例如控制组件30进行互连。
尽管通信链路41、42被图示为有线通信链路，但是通信网络10中的至少一个通信链路至少部分利用无线通信链路，并且通信网络10中的至少一个(可能是其他的)通信链路至少部分利用有线通信链路。
通信网络10或通信链路41、42包括中间传输/接收组件50。中间传输/接收组件50被配置为接收在来自功率电子元件20并且去往控制组件30的方向上通过通信网络10所传输的至少一个信号，或反之亦然，并且被配置为分别在去往控制组件30或功率电子元件20的方向上通过通信网络10传输接收到的至少一个信号。
因此，通信网络10可以被描述为具有采用多跳和/或混合通信的部件或部分的通信网络。
尽管图1仅示出了一个中间传输/接收组件50和两个通信链路41、42，但是应当理解，根据本发明的一个或多个实施例的通信网络10可以包括多于一个的中间传输/接收组件和多于两个的通信链路。借助于通信网络10中包括的通信链路，耦合到通信网络10的设备(例如，一个或多个控制组件、一个或多个功率电子元件和中间传输/接收组件)可以彼此互连。
如前所述，无线通信链路原则上可以包括利用用于实现通信的一种或多种无线技术或装置的任何类型的通信链路、连接或耦合(诸如，例如至少一个RF通信链路、红外通信链路或其他类型的自由空间光学通信链路)或由其构成。更进一步地，有线通信链路原则上可以包括利用用于实现通信的一种或多种非无线技术或装置的任何类型的通信链路、连接或耦合(诸如，例如至少一个光学波导(例如，光纤)或至少一个电导体(例如，铜导体或铜线))或由其构成。
在参考图2至图5的以下描述中，有线通信链路可以被描述为光学通信链路，例如，包括至少一个光学波导(诸如，例如至少一个光纤)，并且无线通信链路可以被描述为RF通信链路。然而，应当理解，这仅仅是为了描述本发明实施例的原理，并且光学通信链路和RF通信链路是根据本发明的一个或多个实施例的非限制性示例。
图2是根据本发明实施例的通信网络或通信系统11的示意图。通信网络11用于控制组件30与功率电子元件20和21之间的通信。控制组件30和功率电子元件20、21可以分开布置。
控制组件30包括控制模块31，控制模块31被配置为生成例如至少一个控制信号，该至少一个控制信号可以经由通信网络11传输到功率电子元件20和21，以便控制功率电子元件20和21(可能彼此独立)。
控制组件30还包括多个传输/接收组件32、34、36，多个传输/接收组件32、34、36被配置为传输和/或接收至少一个信号。传输/接收组件32、34、36中的每个传输/接收组件包括分别具有天线(例如，RF天线和/或红外天线)33、35和37的无线收发器。如图2所示，控制组件30中可能包括多于三个的传输/接收组件32、34、36。然而，根据本发明的一个或多个实施例，控制组件30中可能包括少于三个的传输/接收组件。
功率电子元件20包括三个功率电子部件22、23、24，其例如可以包括被包括在变流器中的部件，该变流器被配置为将高压DC转换为AC，反之亦然。功率电子元件20包括三个传输/接收组件61、62、63，每个传输/接收组件包括分别具有天线(例如，RF天线)71、72、73的无线收发器。如图2所示，功率电子部件22、23、24分别连接到传输/接收组件61、62、63。
功率电子元件21包括三个功率电子部件25、26、27，三个功率电子部件25、26、27例如可以包括被包括在变流器中的部件，该变流器被配置为将高压DC转换为AC，反之亦然。功率电子元件21包括三个传输/接收组件64、65、66，每个传输/接收组件包括分别具有天线(例如，RF天线)74、75、76的无线收发器。如图2所示，功率电子部件25、26、27分别连接到传输/接收组件64、65、66。
通信网络11包括中间传输/接收组件50。中间传输/接收组件50被配置为接收在来自功率电子元件20、21并且去往控制组件30的方向上通过通信网络11所传输的至少一个信号，或反之亦然，并且被配置为分别在去往控制组件30或功率电子元件20、21的方向上通过通信网络11传输接收到的至少一个信号。
如图2所示，中间传输/接收组件50可以包括无线到无线网桥，该无线到无线网桥包括两个无线收发器91、92，每个无线收发器分别具有天线(例如，RF天线)93和94。因此，中间传输/接收组件50可以被配置为通过无线通信链路81、82接收和传输至少一个信号。例如，借助于无线通信链路81，中间传输/接收组件50可以从控制组件30接收至少一个信号或者将至少一个信号传输到控制组件30，并且借助于无线通信链路82，中间传输/接收组件50可以从功率电子元件21接收至少一个信号或者将至少一个信号传输到功率电子元件21。无线通信链路81、82可以例如包括至少一个射频通信链路、至少一个红外通信链路、或至少一个其他类型的自由空间光学通信链路。
根据本发明的实施例，中间传输/接收组件50可以可替代地或另外被配置为通过有线通信链路接收和/或传输至少一个信号，该有线通信链路例如包括至少一个光学波导或至少一个电导体(图2中未示出；参见图3至图5)。通信网络11包括一个或多个附加的中间传输/接收组件(图2中未示出)，该一个或多个附加的中间传输/接收组件被配置为通过这种有线通信链路接收和/或传输至少一个信号。因此，根据本发明的一个或多个实施例，通信网络11可以被描述为具有采用多跳和/或混合通信的部件或部分的通信网络。
被包括在控制组件30、功率电子元件20、21和中间传输/接收组件50中的无线收发器中的任一个无线收发器或每个无线收发器可以例如基于具有定制物理层和介质访问层(MAC)层设计的软件定义无线电(SDR)技术，并且可以例如被配置为在30GHz至300GHz之间的频带内操作。
如图2所示，通信网络11可以包括例如控制组件30与功率电子元件20之间的无线通信链路83。无线通信链路83可以例如包括至少一个射频通信链路、至少一个红外通信链路或至少一个其他类型的自由空间光学通信链路。因此，使用无线通信链路83的控制组件30与功率电子元件20之间的通信可以构成单跳无线通信链路。
如图2所示，如果控制组件30与功率电子元件20、21之间的距离相对较短，则它们之间的单跳通信链路可能就足够了。然而，在例如由于可能位于控制组件30与功率电子元件20、21之间的由具有附图标记100的元件示意性地表示的障碍物而导致控制组件30与功率电子元件20、21之间没有直接可视通路的情况下，从控制组件30传输的至少一个信号可能被障碍物100‘遮蔽’。障碍物100可以例如包括一个或多个金属平面、盘、柱或梁。这种场景可能适用于例如中压变流器应用中。为了解决这种情况，根据本发明的所图示的实施例，中间传输/接收组件50可以部署在通信网络11中，以便例如通过中间传输/接收组件50和无线通信链路81、82实现控制组件30与功率电子元件(例如，如图2所示的功率电子元件21)之间的多跳通信链路。
图3是根据本发明实施例的通信网络或通信系统12的示意图。通信网络12用于控制组件30与功率电子元件20和21之间的通信。控制组件30和功率电子元件20、21可以分开布置。
图3中所图示的通信网络12类似于图2中所图示的通信网络11。图2和图3中相同的附图标记指示具有相同或相似功能的相同或相似的部件。
进一步参考图3，控制组件30包括控制模块31，控制模块31被配置为生成例如至少一个控制信号，该至少一个控制信号可以经由通信网络12传输到功率电子元件20和21，以便可能彼此独立控制功率电子元件20和21。
控制组件30还包括两个传输/接收组件38和39，两个传输/接收组件38和39被配置为传输和/或接收至少一个信号。传输/接收组件38和39中的每个传输/接收组件包括光学波导收发器，例如，包括光纤收发器或由光纤收发器构成。如图3所示，控制组件30中可能包括多于两个的传输/接收组件38、39。然而，根据本发明的一个或多个实施例，控制组件30中可以仅包括一个传输/接收组件。
通信网络12包括两个中间传输/接收组件51和52。中间传输/接收组件51和51中的每个中间传输/接收组件被配置为接收在来自功率电子元件20、21并且去往控制组件30的方向上通过通信网络12所传输的至少一个信号，或反之亦然，并且被配置为分别在去往控制组件30或功率电子元件20、21的方向上通过通信网络12传输接收到的至少一个信号。
如图3所示，中间传输/接收组件51和52中的每个中间传输/接收组件可以包括光学到无线网桥，每个光学到无线网桥包括光学波导收发器101、102，例如，包括光纤收发器或由光纤收发器构成。相应的中间传输/接收组件51和52的光学波导收发器101、102中的每个光学波导收发器分别连接到无线收发器103-105和106-108，每个无线收发器103-108分别具有天线(例如，RF天线)109-114。中间传输/接收组件51和52中的每个中间传输/接收组件通过相应的光学波导有线通信链路131、132连接到传输/接收组件38和39中的相应传输/接收组件。由此，中间传输/接收组件51、52中的每个中间传输/接收组件可以被配置为分别通过光学波导有线通信链路131、132和无线通信链路82、83传输和接收至少一个信号。光学波导有线通信链路131和132中的每个光学波导有线通信链路可以例如包括至少一个光纤通信链路和/或至少一个电导体，或者由至少一个光纤通信链路和/或至少一个电导体构成。
例如，借助于光学波导有线通信链路132，中间传输/接收组件52可以从控制组件30接收至少一个信号，或者向控制组件30传输至少一个信号，并且借助于无线通信链路82，中间传输/接收组件52可以从例如功率电子元件21接收至少一个信号，或者向例如功率电子元件21传输至少一个信号。附加地，借助于光学波导有线通信链路131，中间传输/接收组件51可以例如从控制组件30接收至少一个信号，或者向控制组件30传输至少一个信号，并且借助于无线通信链路83，中间传输/接收组件51可以例如从功率电子元件20接收至少一个信号，或者向例如功率电子元件20传输至少一个信号。
因此，根据本发明的一个或多个实施例，通信网络12可以被描述为具有采用多跳和/或混合通信的部件或部分的通信网络。
中间传输/接收组件51和52中的任一个中间传输/接收组件或每个中间传输/接收组件可以包括光学到无线网桥。光学到无线网桥可以例如采用或基于RF-光纤技术(RF-over-fiber technology)，其在本领域中是已知的。然而，光学到无线网桥可以可替代地或附加地采用或基于例如千兆以太网、EtherCat或专有光学通信技术。RF-光纤技术不需要解调和解码至少一个无线信号(例如，一个或多个无线传输的分组)。相反，至少一个无线信号可以在RF和OF信号的预期频率之间直接上变频或下变频。这可以将处理延迟减少到例如低至纳秒或更小，其与功率电子控制回路的整个传播延迟(量级为μs)相比较小。此外，无线收发器103-105可以通过对无线收发器103-105中的不同无线收发器采用不同的波长来共享相同的光学波导收发器101。同样，无线收发器106-108可以通过对无线收发器106-108中的不同的无线收发器采用不同的波长来共享相同的光学波导收发器102。
光学波导有线通信链路131、132和光学波导收发器101、102中的任一个或每个可以例如采用或基于单模塑料光纤或多模玻璃光纤。
如图3所示，如果控制组件30与功率电子元件20、21之间的距离对于它们之间的单跳通信链路而言太长而无法提供足够的容量或性能，则光学波导有线通信链路131和132可以用于将控制组件30与中间传输/接收组件51和52连接，该中间传输/接收组件51和52可以相对靠近功率电子元件20、21部署。可以部署包括例如中间传输/接收组件51和52在内的多个中间传输/接收组件，以便解决从控制组件30传输到功率电子元件20、21的至少一个信号可以被障碍物100‘遮蔽’的情况。通过如图3所示的拓扑结构，功率电子元件20、21与控制组件30之间的通信系统中的OF通信链路的数目可以保持相对较少。
图4是根据本发明实施例的通信网络或通信系统13的示意图。通信网络13用于控制组件30与功率电子元件28之间的通信。控制组件30和功率电子元件28可以分开布置。
图4中所图示的通信网络13类似于图2和图3中分别所图示的通信网络11和12。图2、图3和图4中相同的附图标记指示具有相同或相似的功能的相同或相似的部件。
与分别在图2和图3中图示的通信网络11和12相比，通信网络13包括由功率电子元件28构成的单个相对大的功率电子结构。功率电子元件28中所包括的、附图标记与图2和图3中所图示的功率电子元件20和21中所包括的元件的附图标记相同的元件是相同或相似的，并且具有相同或相似的功能。
图4中所图示的中间传输/接收组件50与图2中所图示的中间传输/接收组件50类似或相同，并且其功能类似或相同。
图4中所图示的通信网络13还包括中间传输/接收组件54。中间传输/接收组件54被配置为接收在来自功率电子元件28并且去往控制组件30的方向上通过通信网络13所传输的至少一个信号，或反之亦然，并且被配置为分别在去往控制组件30或功率电子元件28的方向上通过通信网络13传输接收到的至少一个信号。如图4所示，中间传输/接收组件54可以包括无线到无线网桥，该无线到无线网桥包括两个无线收发器95、96，每个无线收发器分别具有天线(例如，RF天线)97和98。由此，中间传输/接收组件54可以被配置为通过无线通信链路121、122接收和传输至少一个信号。例如，借助于无线通信链路121，中间传输/接收组件54可以从控制组件30接收至少一个信号，或者向控制组件30传输至少一个信号，并且借助于无线通信链路122，中间传输/接收组件54可以从例如功率电子元件28接收至少一个信号，或者向例如功率电子元件28传输至少一个信号。无线通信链路121、122可以例如包括至少一个射频通信链路、至少一个红外通信链路或至少一个其他类型的自由空间光学通信链路。
进一步地，中间传输/接收组件50可以被配置为通过无线通信链路123、124接收和传输至少一个信号。例如，借助于无线通信链路123，中间传输/接收组件50可以从控制组件30接收至少一个信号，或者向控制组件30传输至少一个信号，并且借助于无线通信链路124，中间传输/接收组件50可以从例如功率电子元件28接收至少一个信号，或者向例如功率电子元件28传输至少一个信号。无线通信链路123、124可以例如包括至少一个射频通信链路、至少一个红外通信链路或至少一个其他类型的自由空间光学通信链路。
因此，根据本发明的一个或多个实施例，通信网络13可以被描述为具有采用多跳和/或混合通信的部件或部分的通信网络。
被包括在中间传输/接收组件50、51和54以及功率电子部件28中的无线收发器中的任一个无线收发器或每个无线收发器可以例如基于具有定制物理层和介质访问层(MAC)层设计的软件定义无线电(SDR)技术，并且可以例如被配置为在30GHz至300GHz之间的频带内操作。
如图4所示，中间传输/接收组件50和54可以包括无线到无线网桥。
图4图示了与图3所图示的场景相比功率电子元件28与中间传输/接收组件51(例如，包括光学到无线网桥)之间的距离相对较长的场景。为了解决这种情况，可以部署中间传输/接收组件50和54(例如，包括无线到无线网桥)。
图5是根据本发明实施例的通信网络或通信系统14的示意图。通信网络14用于控制组件30与功率电子元件28之间的通信。控制组件30和功率电子元件28可以分开布置。
图5中所图示的通信网络14类似于图4中所图示的通信网络13。图4和图5中相同的附图标记指示具有相同或相似功能的相同或相似的组件。
与图4中所图示的通信网络13相比，图4中所图示的中间传输/接收组件54已经用两个中间传输/接收组件55和56替换。
如图5所示，中间传输/接收组件55可以包括无线到光学网桥，该无线到光学网桥包括无线收发器135，该无线收发器135具有天线(例如，RF天线)136。中间传输/接收组件55的无线收发器135连接到光学波导收发器137，例如，包括光纤收发器或由光纤收发器构成。
中间传输/接收组件55通过无线通信链路121连接到例如中间传输/接收组件50，该无线通信链路121例如可以包括至少一个射频通信链路。可替代地或附加地，它可以包括至少一个红外通信链路或至少一个其他类型的自由空间光学通信链路。
中间传输/接收组件55通过光学波导有线通信链路133连接到中间传输/接收组件56。光学波导有线通信链路133可以例如包括至少一个光纤通信链路和/或至少一个电导体，或者由至少一个光纤通信链路和/或至少一个电导体构成。
因此，中间传输/接收组件55可以被配置为分别通过光学波导有线通信链路133和无线通信链路121传输和接收至少一个信号。例如，借助于光学波导有线通信链路133，中间传输/接收组件55可以从中间传输/接收组件56接收至少一个信号，或者向中间传输/接收组件56传输至少一个信号，并且借助于无线通信链路121，中间传输/接收组件55可以从例如中间传输/接收组件50接收至少一个信号，或者向例如中间传输/接收组件50传输至少一个信号。
根据本发明的所图示的实施例，中间传输/接收组件56包括光学到无线网桥，该光学到无线网桥包括光学波导收发器138，例如，包括光纤收发器或由光纤收发器构成。中间传输/接收组件56的光学波导收发器138连接到无线收发器139，该无线收发器139具有天线(例如，RF天线)140。
中间传输/接收组件56通过无线通信链路122连接到例如功率电子元件28，该无线通信链路122例如可以包括至少一个射频通信链路。可替代地或附加地，它可以包括至少一个红外通信链路或至少一个其他类型的自由空间光学通信链路。
因此，中间传输/接收组件56可以被配置为分别通过光学波导有线通信链路133和无线通信链路122传输和接收至少一个信号。例如，借助于光学波导有线通信链路133，中间传输/接收组件56可以从中间传输/接收组件55接收至少一个信号，或者向中间传输/接收组件55传输至少一个信号，并且借助于无线通信链路122，中间传输/接收组件56可以从例如功率电子元件28接收至少一个信号，或者向例如功率电子元件28传输至少一个信号。
因此，根据本发明的一个或多个实施例，通信网络14可以被描述为具有采用多跳和/或混合通信的部件或部分的通信网络。
图5图示了与图4所示的场景相比障碍物100可能相对较大的场景。要注意的是，图中所示的障碍物100(例如，图4和图5中的障碍物)未按比例绘制。为了解决这种情况，可以部署一个或多个附加光学波导有线通信链路，例如，光学波导有线通信链路133，以便尽管存在障碍物100，但是控制组件30与功率电子元件28之间的至少一个信号更容易‘绕过’障碍物100，例如，控制组件30与功率电子元件28之间的至少一个信号在其间相对无阻碍地传送。
参考所有图示的实施例，所描绘的通信网络的所图示的元件中的任一元件的一个或多个无线收发器的一个或多个天线可以例如包括RF天线或红外天线。一个或多个天线可以包括至少一个定向和/或极化天线，例如，RF天线。借助于定向和/或极化天线，可以促进通过通信网络传播至少一个信号，并且可以减少或甚至最小化干扰。
总之，公开了一种用于至少一个功率电子元件与至少一个控制组件之间的通信的通信网络。根据本发明的一个或多个实施例，通信网络可以被描述为具有采用多跳和/或混合通信的部件或部分的通信网络。
虽然已经在附图和前面的描述中说明了本发明，但是这样的说明应当被认为是说明性的或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在所附权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种通信系统（20，21，28，30，10-15），包括：
至少一个功率电子元件（20，21，28）；
至少一个控制组件（30）；以及
通信网络（10-15），用于所述至少一个功率电子元件（20，21，28）与所述至少一个控制组件（30）之间的通信，所述至少一个功率电子元件和所述至少一个控制组件分开布置，其中所述至少一个控制组件被配置为借助于向所述至少一个功率电子元件传输至少一个控制信号来控制所述至少一个功率电子元件，所述至少一个功率电子元件和所述至少一个控制组件中的每个包括传输/接收组件，所述传输/接收组件被配置为传输和/或接收至少一个信号，所述通信网络包括：
至少一个通信链路（41，42，81-83，121-124，131-133），用于通过所述通信网络的至少一部件或一部分传达至少一个信号，其中至少一个通信链路至少部分利用无线通信链路（81-83，121-124），并且至少一个通信链路至少部分利用有线通信链路（131-133）；以及
多个中间传输/接收组件（50-56），所述多个中间传输/接收组件中的每个中间传输/接收组件被配置为接收在来自所述至少一个功率电子元件并且去往所述至少一个控制组件的方向上通过所述通信网络所传输的至少一个信号，或者接收在来自所述至少一个控制组件并且去往所述至少一个功率电子元件的方向上通过所述通信网络所传输的至少一个信号，并且被配置为分别在去往所述至少一个控制组件或所述至少一个功率电子元件的方向上通过所述通信网络传输接收到的所述至少一个信号，其中所述多个中间传输/接收组件中的每个中间传输/接收组件被配置为用作转发器，其中所述中间传输/接收组件重新传输所述中间传输/接收组件已接收的所述至少一个信号，并且其中所述多个中间传输/接收组件中的至少一个被配置为通过所述有线通信链路接收所述至少一个信号并且通过所述无线通信链路重新发送所述至少一个信号，或者所述多个中间传输/接收组件中的至少一个被配置为通过所述无线通信链路接收所述至少一个信号并且通过所述有线通信链路重新发送所述至少一个信号；
其中所述至少一个功率电子元件包括变流器，所述变流器被配置为将高压 DC 转换为AC，或者将 AC 转换为高压 DC，所述变流器包括多个单元，其中所述至少一个控制组件被配置为借助于向所述多个单元中的至少一个单元传输至少一个控制信号来控制所述多个单元中的所述至少一个单元，所述多个单元中的每个单元包括传输/接收组件，所述传输/接收组件被配置为传输和/或接收至少一个信号。
2.根据权利要求 1 所述的系统，其中至少一个中间传输/接收组件被配置为通过无线通信链路接收和/或传输至少一个信号。
3.根据权利要求 1 或 2 所述的系统，其中至少一个中间传输/接收组件被配置为通过有线通信链路接收和/或传输至少一个信号。
4.根据权利要求 1 至 2中任一项所述的系统，其中所述无线通信链路包括至少一个射频通信链路、红外通信链路或自由空间光学通信链路。
5.根据权利要求 1 至 2中任一项所述的系统，其中所述有线通信链路包括以下各项中的至少一项：至少一个光学波导或至少一个电导体。
6.根据权利要求 1 至 2 中任一项所述的系统，其中所述多个中间传输/接收组件被布置为使得所述中间传输/接收组件中的一个中间传输/接收组件被配置为：接收由所述中间传输/接收组件中的另一中间传输/接收组件所传输的至少一个信号。
7.根据权利要求 6 所述的系统，其中所述中间传输/接收组件中的所述一个中间传输/接收组件被配置为：接收通过无线通信链路由所述中间传输/接收组件中的所述另一中间传输/接收组件所传输的至少一个信号。
8.根据权利要求 6所述的系统，其中所述中间传输/接收组件中的所述一个中间传输/接收组件被配置为：接收通过有线通信链路由所述中间传输/接收组件中的所述另一中间传输/接收组件所传输的至少一个信号。
9.根据权利要求 1 至 2 中任一项所述的系统，其中所述至少一个功率电子元件、所述至少一个控制组件或所述至少一个中间传输/接收组件中的至少一个包括至少一个定向和/或极化天线。
10.根据权利要求 1 至 2 中任一项所述的系统，其中所述通信网络被配置为基于时分多址 TDMA、空分多址 SDMA、频分多址 FDMA、正交频分多址 OFDMA 或码分多址 CDMA 或其任何组合来准许所述至少一个控制组件与所述至少一个功率电子元件之间的通信。
11.根据权利要求 1 至 2 中任一项所述的系统，其中所述通信网络被配置为在所述至少一个功率电子元件与所述至少一个控制组件之间实现半双工或全双工通信。
12.根据权利要求 1 至 2 中任一项所述的系统，其中所述至少一个控制组件被配置为借助于向所述多个单元中的每个单元传输至少一个控制信号来彼此独立地控制所述多个单元。
13.根据权利要求 1 至 2中任一项所述的系统，其中所述多个单元中的至少一个单元包括所述通信网络的中间传输/接收组件。
14.根据权利要求 1 至 2 中任一项所述的系统，其中所述变流器和所述至少一个控制组件中的每个被布置在结构或建筑物内，并且其中所述变流器被布置在变流器阀厅中，并且所述至少一个控制组件被布置在控制室中。
15.根据权利要求 14 所述的系统，其中所述控制室相对于所述变流器阀厅被单独定位。
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