CN112352385B - 光伏组件级监测系统 - Google Patents

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CN112352385B CN201980041206.XA CN201980041206A CN112352385B CN 112352385 B CN112352385 B CN 112352385B CN 201980041206 A CN201980041206 A CN 201980041206A CN 112352385 B CN112352385 B CN 112352385B
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Abstract

光伏PV组件级监测(MLM)系统(1)，包括借助电力电缆(3)连接至被设置为监测和/或控制相关光伏组件PVM(5)的组件级设备MLD(4)的基站BS(2)，其中基站(BS)(2)包括基站发送器(2A)和基站接收器(2B)，该基站发送器(2A)适于在下行链路信道DL‑CH中的预定时隙内TSCS通过所述电力电缆(3)向所述组件级设备MLD(4)发送快速关断RSD控制信号CS，该基站接收器(2B)适于通过所述电力电缆(3)在经由分配给所述组件级设备MLD(4)的上行链路信道UL‑CH的时隙TSMS内接收由所述组件级设备MLD(4)生成的监测信号MS。

Description

光伏组件级监测系统
本发明涉及光伏组件级监测系统和用于在基站和组件级监测(MLM)系统的组件级设备(MLDS)之间提供双向通信的方法，所述组件级监测(MLM)系统用于通过将组件级监测系统的基站与组件级监测系统的组件级设备连接起来电力电缆监测和/或控制相关的光伏组件(PVMS)。
背景技术
光伏系统可以包括光伏阵列内的一串或多串光伏组件PMVS。光伏阵列可以经由DC线连接到逆变器，该逆变器适于将从光伏阵列接收的DC电流转换成供应给配电网络的AC电流。在光伏系统中，可以使用电力线通信(PLC)。最近，SunSpec联盟选择了电力线通信(PLC)来生成保活(keep alive)信号，以按照NEC2017的要求在光伏组件级控制光伏阵列的快速关断(RSD)。SunSpec所定义的快速关断(RSD)采用的调制方案是基于连接光伏系统的光伏组件的DC电力线上的S-FSK调制。由于组件级的快速关断对于光伏设备的安装成为强制性的，因此需要在组件级的电子设备与光伏系统的逆变器之间提供通信，该通信与SunSpecRSD规范兼容。
因此，本发明的目的是提供一种用于在基站和组件级设备之间提供双向通信的方法和系统，该通信是有效的并且与SunSpec RSD规范兼容。
根据本发明的第一方面，该目的通过一种包括权利要求1的特征的光伏组件级监测系统来实现。
根据第一方面，本发明提供了一种光伏组件级监测系统，其包括通过电力电缆连接至组件级设备的基站，该组件级设备被设置为监测和/或控制相关的光伏组件，
其中，基站包括：
基站发送器，其适于在下行链路信道中的预定时隙通过所述电力电缆向所述组件级设备发送快速关断(RSD)控制信号；以及
基站接收器，其适于在分配给组件级设备的上行链路信道的时隙内通过所述电力电缆接收由所述组件级设备生成的监测信号。
根据本发明的第一方面，光伏组件级监测系统不仅与SunSpec RSD规范兼容，而且甚至利用在RSD规范中实现的PLC信令。
根据本发明的第一方面，在光伏组件级监测系统的可能的实施例中，用于在预定时隙内发送快速关断(RSD)控制信号的下行链路信道以及用于在分配的时隙内发送监测信号的上行链路信道彼此同步。
根据本发明的第一方面，在光伏组件级监测系统的又一可能的实施例中，基站发送器向所述组件级设备发送的快速关断(RSD)控制信号，所述组件级设备生成监测信号并发送到基站接收器，该监测信号在不同的载波频率进行调制。
根据本发明的第一方面，在光伏组件级监测系统的又一个可能的实施例中，在下行链路信道通过电力电缆传送的调制快速关断(RSD)控制信号与在上行链路信道通过电力电缆同时传送的调制监测信号通过基带脉冲整形减少了所占用的调制带宽。
根据本发明的第一方面，在光伏组件级监测系统的又一个可能的实施例中，分配给组件级设备的上行链路信道的时隙在下行链路信道的预定时隙内。
根据本发明的第一方面，在的伏组件级监测系统的另一可能的实施例中，若干组件级设备和基站通过DC电网中的电力电缆彼此连接。
根据本发明的第一方面，在光伏组件级监测系统的又一个可能的实施例中，基站的发送器和接收器以及每个组件级设备的发送器和接收器通过DC电网中的电力电缆彼此连接，并且经由双工器电路耦合到所述DC电网，该双工器电路包括适于将发送器与接收器隔离的大电流变压器。
根据本发明的第一方面，在光伏组件级监测系统的另一可能的实施例中，每个组件级设备包括组件级监测发送器，该组件级监测发送器适于在分配给所述组件级设备的上行链路信道的时隙向所述基站的基站接收器发送由组件级设备生成的监测信号；以及快速关断接收器，所述快速关断接收器适于在下行链路信道的时隙中接收由所述基站生成的快速关断RSD控制信号。
根据本发明的第一方面，在光伏组件级监测系统的另一可能的实施例中，每个组件级设备包括分配的唯一时隙地址号，该唯一时隙地址号定义上行链路信道的时隙，其中，所述组件级设备的组件级监测发送器在每个监测周期的寻址时隙发送由所述组件级设备生成的监测信号。
根据本发明的第一方面，在光伏组件级监测系统的又一可能的实施例中，在配对过程中，在安装了光伏组件级监测系统之后，将唯一的时隙地址号分配给各级监测设备，并存储在组件级设备的本地存储器中。
根据本发明的第一方面，在光伏组件级监测系统的另一可能的实施例中，基站的基站发送器连接到快速关断启动器，并适于当快速关断启动器指示快速关断未激活时，在下行链路信道周期性地发送操作许可(PTO)信号，并且进一步适于当该发起器指示快速关断激活时，停止发送操作许可(PTO)信号。
根据本发明的第一方面，在光伏组件级监测系统的另一可能的实施例中，基站的基站接收器经由有线或无线数据网络连接到通信网关。
根据本发明的第一方面，在光伏组件级监测系统的又一个可能的实施例中，每个组件级设备适于监测和/或控制至少一个相关联的光伏组件的物理参数，包括所述光伏组件产生的电流、电压、温度和/或能量。
根据本发明的第一方面，在光伏组件级监测系统的又一个可能的实施例中，每个组件级设备包括DC开关，该DC开关用于根据各组件级设备的快速关断接收器经由下行链路信道接收的快速关断(RSD)控制信号来接通/关断其相关联的光伏组件。
根据本发明的第一方面，在光伏组件级监测系统的又一可能的实施例中，基站被集成在逆变器中或连接到逆变器，该逆变器适于将由光伏组件经由电力电缆向所述的逆变器供应的DC电力转换为AC电流。
根据第二方面，本发明还提供一种用于提供双向通信的方法，该方法包括权利要求16的特征。
根据第二方面，本发明提供一种用于在基站和组件级设备之间提供双向通信的方法，该组件级设备用于经由将基站与组件级设备连接的电力电缆来监测和/或控制相关的光伏组件，其中，该方法包括以下步骤：
所述基站通过所述电力电缆在下行链路信道的预定时隙将快速关断(RSD)控制信号发送到所述组件级设备，并且组件级设备在分配给组件级设备的上行链路信道的时隙通过所述电力电缆同时向所述基站发送监测信号。
在下文中，参考附图更详细地描述本发明的不同方面的可能实施例。
图1a、图1b以及图1c示出了用于说明根据本发明的第一方面的光伏组件级监测系统的可能的示例性实施例的框图；
图2示出了根据本发明第一方面的组件级设备与光伏组件级监测系统的基站的连接和基本结构的框图；
图3示出了用于说明根据本发明的光伏组件级监测系统内的通信的信令图；
图4示出了用于说明基于根据本发明第一方面的光伏组件级监测系统的可能的示例性实施例的下行链路信道和上行链路信道的同步的图；
图5至图12图示出了在根据本发明的光伏组件级监测系统的可能示例性实施例中的通过基带脉冲整形减少由控制信号所占用的宽度；
图13示出了用于说明基于根据本发明的光伏组件级监测系统的可能的示例性实施例的与DC电网的可能耦合的电路图；
图14示出了用于说明图1a、图1b以及图1c所示的耦合的AC仿真结果的图。
图15示出了用于说明基于根据本发明的光伏组件级监测系统的另一示例性实施例，进行到DC电网的耦合的可能的示例性实施例的另一电路图；
图16示出了用于说明基于根据本发明的光伏组件级监测系统的可能的示例性实施例，进行到DC电网的耦合的可能的示例性实施例的另一电路图；
图17示出了用于说明可以在根据本发明的另一方面的光伏组件级监测系统中执行的配对过程的可能的示例性实施例的信号图；
图18示出了用于以在根据本发明的光伏组件级监测系统中执行的配对过程的另一信号图；
图19示出了在可能的实现中可以由根据本发明的系统使用的FSK切换；
图20示出了在可能的实施例中可以由根据本发明的系统使用的MLM和RSD FSK载波频率；
图21示出了本发明的可能实施例中的配对起始帧的结构；
图22示出了在根据本发明的系统的配对模式下的帧结构；
图23示出了可以在本发明的可能实施例中使用的地址分配请求帧的可能的数据结构；
图24具体图示了在如图23所示地址请求帧中的数据字段；
图25图示了在根据本发明的系统的可能的实现中地址请求帧的编码；
图26示出了根据本发明的MLM系统的可能实施例的可能的示例性硬件/软件架构的框图；
图27示出了用于说明可以在根据本发明的系统的可能实施例中执行的传送(TX)数据帧集合的图；
图28图示了在根据本发明的系统的可能实施例中执行的传送(TX)突发生成；
图29示出了在根据本发明的系统的可能的示例性实施例中的使用查找表的RSDFSK信号的构造；
图30图示了在根据本发明的系统的可能的示例性实施例中执行的同步消息和上行链路消息排序；
图31图示了根据本发明的系统的可能的示例性实施例的瞬时和集成数据的传送；
图32图示了在根据本发明的系统的可能的示例性实施例中的下行链路和上行链路消息以及光伏阵列状态和操作模式改变。
从图1a、图1b以及图1c的框图中可以看出，光伏、PV、组件级监测(MLM)系统1可以包括基站2，该基站2通过电力电缆3连接至组件级设备(MLD)4。如图1a、图1b以及图1c所示，组件级设备4-i被设置为来监测和/或控制相关的光伏组件5。组件级设备4-i例如通过双工器电路耦合到DC电网。耦合到DC电网的组件级设备4-i的数量可以根据使用情况而变化。在图1a、图1b以及图1c所示的实施例中，四个组件级设备4-1、4-2、4-3、4-4耦合到包括基站2的DC电网或DC电力环网。在图1a、图1b以及图1c所示的实施例中，基站2被集成在逆变器6中。基站2通过电力电缆3连接到耦合到DC电网的不同组件级设备4-i。组件级设备4-i被设置为监测和/或控制相关的光伏组件5。基站2包括基站发送器TX和基站接收器RX，同样如图2所示。基站2的基站发送器适于在下行链路信道DL-CH中的预定时隙TSCS中通过所述电力电缆3向模型级设备(MLD)4发送快速关断(RSD)控制信号CS。此外，基站2的基站接收器适于在经由分配给组件级设备(MLD)4的上行链路信道UL-CH的时隙TSMS内，通过所述电力电缆3接收由组件级设备(MLD)4生成的监测信号MS。
在图1a、图1b以及图1c所示的实施例中，基站2形成光伏逆变器6的一部分。在替代实施例中，基站2还可以形成单独设备的附加盒的一部分。
如图1a、图1b以及图1c所示，光伏组件级监测(MLM)系统1包括下行链路信道DL-CH和上行链路信道UL-CH。下行链路信道DL-CH用于在预定的时隙TSCS内传送快速关断(RSD)控制信号CS。上行链路信道UL-CH用于在指定的时隙TSMS内传送监测信号MS。下行链路信道DL-CH和上行链路信道UL-CH彼此同步。此外，由基站2的基站发送器向组件级设备(MLD)4发送的快速关断(RSD)控制信号CS和由组件级设备(MLD)4生成的传送到基站2的基站接收器的监测信号MS以不同的载波频率调制。
在可能的实施例中，被调制的快速关断(RSD)控制信号CS通过下行链路信道DL-CH中的电力电缆3传送，被调制的监测信号MS通过电力电缆3和上行链路信道UL-CH同时被传送，并且由被调制的快速关断(RSD)控制信号CS以及被调制的监测信号MS所占用的调制带宽通过基带(BB)脉冲整形来减少。
在光伏组件级监测系统MLM系统1的优选实施例中，如图4所示，分配给组件级设备(MLD)4的上行链路信道UL-CH的时隙TSMS在下行链路信道DL-CH的预定时隙TSCS内。组件级设备(MLD)4和基站2通过如图1a、图1b以及图1c所示的DC电网或DC电力环网中的电缆3相互连接。如结合图13至图16的上下文所述，通过DC电网中的电力电缆3相互连接的基站2以及各个组件级设备(MLD)4的发送器和接收器可以经由包括高电流互感器TR的双工器电路7耦合到所述DC电网，高电流互感器TR适于将发送器与接收器隔离。
在可能的实施例中，每个组件级设备(MLD)4包括组件级监测(MLM)发送器MLM-TX和快速关断(RSD)接收器RSD-RX。组件级设备(MLD)4的组件级监测(MLM)发送器适于在分配给所述组件级设备(MLD)4的上行链路信道UL的时隙TSMS中发送由组件级设备(MLD)4生成的监测信号MS到基站BS 2的基站接收器。此外，每个组件级设备(MLD)4的快速关断(RSD)接收器RSD-RX适于接收基站BS 2在下行链路信道DL-CH的时隙TSCS中生成的快速关断(RSD)控制信号CS。
在如图1a、图1b以及图1c所示，在光伏(PV)组件级监测(MLM)系统1的可能实施例中，每个组件级设备(MLD)4可以包括分配的唯一时隙地址号，该唯一地址号定了上行链路信道UL-CH的时隙TSMS。其中所述组件级设备(MLD)4的组件级监测(MLM)发送器在每个监测周期发送一次由相应组件级设备(MLD)4生成的监测信号MS。在一个可能的实施例中，如图17和图18所示，在配对过程中，在安装了光伏(PV)组件级监测(MLM)系统1之后，将唯一的时隙地址号分配给各个组件级监测设备MLD 4，并存储在模型级设备(MLD)4的本地存储器中。
在可能的实施例中，基站BS 2的基站发送器可以连接到快速关断(RSD)启动器，并且可以适合于当快速关断(RSD)启动器指示快速关断(RSD)未激活时，在下行链路信道DL-CH中周期性地发送操作许可(PTO)信号，并且进一步适合于在启动器指示快速关断(RSD)激活时停止发送操作许可(PTO)信号。在一个可能的实施例中，光伏组件级监测(MLM)系统1的基站2可以经由有线或无线数据网络连接到通信网关。
如图1a、图1b以及图1c所示，光伏组件级监测(MLM)系统1的每个组件级设备(MLD)4可以适于监测和/或控制至少一个相关联的光伏组件PVM 5的物理参数。这些物理参数可以包括由相应的光伏组件PVM 5产生的电流I、电压U、温度T和/或能量E。在可能的实施例中，光伏组件级监测(MLM)系统1的每个组件级设备(MLD)4可以包括DC开关4D，该DC开关4D用于根据由各个组件级设备(MLD)4的快速关断接收器RSD-RX经由下行链路信道DL-CH接收的快速关断(RSD)控制信号CS来接通/关断其关联的光伏组件PVM 5。
在图1a、图1b以及图1c所示的实施例中，基站BS 2集成在逆变器6中，该逆变器6适于将由光伏组件PVM经由通过所述逆变器6的电力电缆3提供的DC电力转换为AC电流。
如图1a、图1b以及图1c所示，光伏组件级监测(MLM)系统1的基站2适于在PLC下行链路中通过PV电缆3使用电力线通信(PLC)向组件级设备(MLD)4发送RSD控制信号和MLM同步信号。基站2还适于经由PLC上行链路接收监测数据。在可能的实施例中，基站2可以对数据进行分类，并且可以经由以太网、WiFi、蓝牙或蜂窝网络通过通信网关2D来访问数据。
如图1a、图1b以及图1c所示，组件级设备(MLD)4附接到相关的光伏组件5。组件级设备(MLD)4可以监测诸如电流、电压、温度或能量产生的物理量。组件级设备4可以使用PLC将监测数据发送回系统1的基站2。组件级设备4适于接收和解码来自基站2的快速关断和/或MLM同步信号。组件级设备4还可以适于根据接收到的RSD控制信号为相应的光伏组件DC开关4D生成通/断控制信号。
下行链路信道CL-CH从基站2指向组件级设备4。相反，上行链路信道UL-CH在从组件级设备4指向基站2的相反方向上。在一个可能的实施例中，如图1a、图1b以及图1c的实施例所示，在根据本发明的光伏(PV)组件级监测(MLM)系统1内提供的MLM通信是不对称的，即，监测数据是在上行链路信道上(即，从组件级设备4到基站2)发送，而控制信号是在下行链路信道(即，从基站2到组件级设备4)上发送。
图1a、图1b以及图1c所示的通信系统允许进行组件级监测(MLM)，但也可以扩展为从连接到DC线路(即电力电缆3)的其他设备收集数据。根据本发明的光伏组件级监测(MLM)系统1的设备使用光伏阵列和基站2(例如，可以集成在PV逆变器6中的基站2)之间的DC链路上的电力线通信(PLC)。在可能的实施例中，可以在DC链路上实现使用S-FSK调制的两个不同的通信信道。下行链路信道DL-CH可用于将消息(尤其是包括SunSpec快速关断(RSD)、保活信号的消息)发送到光伏阵列。在一个可能的实施例中，根据SunSpec快速关断规范，可以在此信道上使用八个字的集合。上行链路信道UL-CH可以将消息从组件级设备4传送到基站2。基站2在下行链路信道DL-CH上发送消息，并且监听上行链路信道UL-CH，并且如果它们之间没有冲突则获取消息。组件级设备4可以在上行链路信道UL-CH上发送消息。在可能的实施例中，组件级设备4仅监听下行链路信道DL-CH并获得同步消息。
图2示出了用于说明基站2与系统1的监测级设备(MLD)4之间的非对称MLM通信的框图。如图2所示，基站2和监测级设备(MLD)4借助PLC下行链路信道和PLC上行链路信道彼此连接。基站2包括基站发送器2A和基站接收器2B。基站发送器2A适于通过所述电力电缆3经由PLC下行链路信道向图2中示意性示出的组件级设备4发送快速关断(RSD)控制信号CS。进一步，基站2的基站接收器2B适于在经由分配给组件级设备(MLD)4的PLC上行链路信道的时隙TSMS内，通过电力电缆3接收由组件级设备4生成的监测信号MS。在图2所示的实施例中，基站2的基站发送器2A连接到快速关断(RSD)启动器2C，并且适于在快速关断(RSD)启动器2C指示快速关断(RSD)未激活的情况下，在下行链路信道DL-CH中周期性地发送操作许可(PTO)信号。基站发送器2A还适于当启动器2C指示快速关断(RSD)激活时，停止发送操作许可(PTO)信号。在图2所示的实施例中，基站2还包括监测网关2D。在可能的实施例中，基站接收器2B可以经由有线或无线数据网络连接到通信网关2C。
在图2所示的实施例中，组件级设备(MLD)4包括组件级监测(MLM)发送器4A和快速关断(RSD)接收器RSD-RX 4B。组件级监测(MLM)发送器4A适于在分配给组件级设备(MLD)4的上行链路信道UL-CH的时隙TSMS向基站2的基站接收器2B发送由组件级设备(MLD)生成的监测信号MS。组件级设备(MLD)4的快速关断(RSD)接收器RSD-RX 4B适于接收由基站2在下行链路信道DL-CH的时隙TSCS中生成的快速关断(RSD)控制信号CS。在一个可能的实施例中，组件级设备(MLD)4适于监测至少一个相关联的光伏组件5的诸如电流、电压、温度或产生的能量的物理参数。在一个可能的实施例中，组件级设备(MLD)4可以包括提供有关相关的光伏组件PVM 5的物理参数的数据的传感器4C。在一个可能的实施例中，每个组件级设备(MLD)4可以包括DC开关4D，其可用于根据由组件级设备(MLD)4的快速关断(RSD)接收器RSD-RX 4B经由下行链路信道DL-CH接收的快速关断(RSD)控制信号CS来接通/关断其关联的光伏组件PVM 5。
在图2所示的示例性实施例中，下行链路信道DL-CH可以允许每秒传送编码在三个比特上的八个不同命令，而上行链路信道UL-CH则每秒传送96个有用比特。在所示的示例性实施例中，组件级监测(MLM)系统1内的MLM通信是不对称的，其中PLC下行链路信道DL-Ch中的有效载荷以比PLC上行信道UL-CH的有效载荷低的速率被传送。快速关断(RSD)命令信号的主要功能是在没有允许操作PTO信号的情况下，使得每个光伏组件PVM 5与光伏串可能断开连接。在可能的实施例中，PTO信号周期性(例如每秒)地发送。
以下表1说明了根据本发明的光伏(PV)组件级监测(MLM)系统1内不同的RSD符号及其用作MLM控制信号的可能定义。
编码 RSD功能 PTO 实现 监测功能
1-1-1 PTO-操作许可 是 强制的 同步
0-0-0 ASD–加速关断 否 可选的 同步
0-0-1 — 否 预留的 —
0-1-0 — 否 可选的 监测周期开始
0-1-1 — 否 预留的 —
1-0-0 — 否 预留的 —
1-0-1 备选PTO 是 可选的 监测周期开始
1-1-0 备选PTO 是 预留的 —
表1可以用更全面的方式表示如下：
Figure GDA0002844656790000101
Figure GDA0002844656790000111
表2中所示的四个编码可以在如图3的信号图所示的MLM系统1中使用。在初始化命令之后，基站2可以发送具有大约一秒钟周期的RSD命令信号。在优选实施例中，每个组件级设备(MLD)4包括定义时隙TS的唯一编号，组件级设备(MLD)可以在时隙TS中发送监测数据，例如每个监测周期发送一次监测数据。该方案确保了下行链路信令与SunSpec RSD系统的兼容性。由于111编码和101编码均包含操作许可(PTO)消息，因此当RSD系统激活光伏组件PVM 5时将使用它们。相反，当光伏组件PVM 5必须关闭时，将发送000编码和010编码(不包括PTO消息)，以确保MLM操作的连续性。
还如图4所示，用于预定时隙TSCS内传送快速关断(RSD)控制信号CS的下行链路信道DL-CH与用于预定时隙TSMS内传送监测信号MS的上行链路信道UL-CH彼此同步。在图4所示的实施例中，分配给组件级设备(MLD)4的上行信道UL-CH的时隙TSMS较短，并且位于下行链路信道DL-CH的预定时隙TSCS内。在图4所示特定实现方式中，上行链路信道UL-CH的时隙TSMS的长度为153.60毫秒，并且比下行链路信道DL-CH的预定时隙TSCS的长度(在图4所示的特定实现方式中，预定时隙TSCS的长度为168.96毫秒)短。为了确保监测信号MS不干扰RSD信号的静默期，图示的监测协议使用比用于RSD命令信号的时隙短的时隙TSMD，其中时隙彼此同步。此外，频分复用FDM可用于分离两个信号，即，这些信号以不同的频率调制。
为了占据可能的最窄频带，在上行链路信道UL-CH和下行链路信道DL-CH上使用的FSK(频移键)频率可以在彼此接近的相同频带中。组件级监测(MLM)信令和快速关断(RSD)信令可以同时执行。在可能的实施例中，可以通过传送包括落在接收信道的频谱中的低旁瓣的信号来实现接收信号与发送信号的分离。在两个载波频率之间执行的FSK切换会产生高旁瓣，在优选实施例中，可以通过基带脉冲整形来降低这些高旁瓣。在可能的实施例中，可以通过基带(BB)脉冲整形来减少在下行链路信道DL-CH通过电力电缆3传送的调制快速关断(RSD)控制信号CS与在上行链路信道UL-CH通过电力电缆3同时传送的调制监测信号所占用的调制带宽。
在一个可能的实施例中，上行链路(到基站2的MLD 4)调制包括S-FSK，即，包括以零周期在两个符号“标记”和“空间”之间传送的二进制调制，同样如图19所示。
图20示出了用于MLM和可以由本发明的光伏组件级监测(MLM)系统1使用的RSDSFSK载波频率的示例性实施方式。MLM“标记”和“空间”频率FMONM和FMOMSP可以与RSD频率FRSDMK和FRSDSP在相同的6.25kHz栅格上。在S-FSK调制的简单实现中，执行两个载波频率之间的切换。但是，这确实会产生如图12所示的宽频谱I。当以RSD和MLM之类彼此接近的频率运行两个系统时，宽频谱是不希望的。而且，宽频谱可能导致IMI问题。
为了缩小所占用的频谱，可以在不同符号之间添加平滑过渡。所生成的频谱也显示在图12中。为了保持简单的调制，可以将传输宽度限制为符号周期的一半，如图5所示。标记和空间的过渡曲线是互补的，即，它们的总和是恒定的。这确实保证了RF幅度不超过标称值，即不存在使功率放大器PA饱和的风险。
在一个可能的实施例中，RF信号的生成包括具有几个步骤的基带(BB)脉冲整形。
在第一步S1中，周期性的0101...基带(BB)二进制信号被过采样并由FIR滤波器处理。FIR滤波器可以包括有限的响应长度，例如，319微秒。
可以通过在第二步骤S2中将包络与具有对应于载波频率的周期的正弦波相乘来产生也在图6中的标记信号M以及零/标记(Z/M)和标记/零(M/Z)过渡。
可以在进一步的步骤S3中将基准调制信号切分成相等长度的片段，并将其存储在基准查找表LUT中。它们的长度可以是比特周期Lbit的约数。例如，如果FIR滤波器响应小于或等于比特长度的一半，则其可以是如图7所示的比特周期Lbit的一半。随着载波频率和基准查找表LUT长度的适当选择，可以保证所有基准查找表R-LUT中包括的值以零值开始，即当信号分段之间相互链接在一起时，没有相位的跃变。图7图示了可以被组合以建立任何FSK序列的查找表LUT的完整集合。OM1、MM1和MO1是标记信号分量，其中分离的单个标记符号可以通过将它们级联来创建。信号分量OS1、SS1和SO1包括空间分量。标记M和空间S之间的过渡可以通过将存储在查找表LUT中的适当的标记和空间分量相加来产生，即MS1＝MO1+OS1，SM1＝SO1+OM1。为了完成集合，00是预定数量的零值序列，其中该数量例如是320。
如果传输TX链的增益包括低色散并且对于两个载波频率相同，则可以使用存储在查找表LUT中的信号分量。但是，在实际电路中，增益的容忍度可能高达+/-20％，并且最高达+/-20％，因此在输出处两个载波的幅度之间可能会出现差异，同样如图8所示。相应的，同样如图8所示，当两个载波频率从一个载波频率转移为另一载波频率时，传输链的增益对于两个载波频率不一定相等，从而导致幅度变化。
在可能的实施例中，可以通过校准或通过使用由步骤S4中的表征确定的预定系数来校正该失配。可以在模拟前端AFE输出处测量两个载波频率的幅度，并将其与km和ks参数的标称值进行比较。
km和ks参数的计算公式如下：
km＝AMARK_NOMINAL/AMARK_MEASURED
ks＝ASPACE_NOMINAL/ASPACE_MEASURED。
km因子和ks因子可以存储在非易失性存储器中，并且可以在每次启动过程中应用于基准查找表LUT，以补偿TX链转移特性。
在校准过程结束时或在监测级设备MLD 4每次启动时，如图9所示，通过将km和ks因子应用于六个基准查找表LUT，并通过对其进行组合，可以在步骤S5中生成九个功能查找表LUT。图9显示了具有幅度补偿的查找表值。使用这些功能性LUT可以生成或构建任何发送序列。如图1a、图1b以及图1c所示，km和ks均衡因子可以在两个载波频率上提供相等的幅度。
在一个可能的实施例中，可以使用这些功能性LUT在步骤S6中实时地组装发送序列。在一个可能的实施例中，可以从存储器中读取功能性LUT，然后使用DMA将其馈送到DAC。因此，仅涉及有限的MCU资源。如图10的示例所示，可以按这种方式构建或生成TX序列。在所示的实施例中，比特长度为640μsec，并且功能性LUT包含320个采样(使用1Msps采样率)。同样如图11所示，km和ks均衡因子确保AFE输出上两个载波频率处的幅度相等。
图12所示的频谱也说明了该基带(BB)脉冲整形过程的效率。具有BB脉冲整形的FSK调制RF信号(II)包括接近载波频率fc1、fc2的比不具有BB脉冲整形的FSK调制RF信号(I)低30至40dB的下旁瓣。
在根据本发明的光伏组件级监测(MLM)系统1的可能实施例中，基站2的发送器和接收器以及每个组件级设备4的发送器和接收器通过DC电网的电力电缆3彼此连接，并且还借助同样如图13至图16所示的双工器电路7耦合到DC网络。在优选实施例中，双工器电路7包括适于将发送器与相应的接收器隔离的高电流变压器TR。高电流变压器TR可以在其初级绕组(PV串侧)处包括大于最大串电流的最大热量和饱和DC电流。如图13所示，双工器电路7包括谐振电路，该谐振电路包括与高电流变压器TR的次级绕组并联连接的电容CR和电感LR。如图13所示，高电流变压器TR在PV串内具有初级绕组。电容Cr与Lr有效次级侧电感在RX和TX FSK频率附近形成谐振电路。连接到谐振电路的电阻器R为RX信道提供输入节点。
下面描述了图13所示的耦合双工器电路针对发送(TX)和接收(RX)信号的操作。
为了进行传送，功率放大器PA生成RF信号，该信号经由高电流变压器TR注入到PVM串中作为串行电压VTX。高电流变压器TR的初级绕组中的电压VPR由功率放大器PA与变压器绕组的输出电压比N决定。由于功率放大器PA的输出阻抗通常远低于功率放大器PA的电阻，电阻R的输出阻抗ZOUT主要由电阻R的电阻除以N2来定义。如果谐振电路的阻抗远高于电阻R的电阻，则注入RX信道的传送信号的幅度主要取决于pv串的串阻抗ZSTR：
Figure GDA0002844656790000141
例如，在N＝2、ZSTR＝20ohm、R＝4ohm时，电压VRX为VTX*0.05，即，在谐振电路的谐振频率fR处，TX输出和RX输入之间存在26dB的衰减。
图14示出了用于说明耦合双工器电路7的AC仿真结果的信号图。可以看出，在RSDFSK频带(131至144kHz)中，TX衰减小于0.5dB。此外，可以看出，在相同频带中，RX的衰减好于20dB。
在接收(RX)期间，从PV串接收的信号通过大电流变压器TR到达谐振电路。由于功率放大器PA的输出阻抗ZPA低于电阻器R的电阻，因此电压VRX与变压器TR的次级侧上的VSEC大致相等，即，RX信号损耗可忽略不计。图15也对此进行了说明。
在替代实施例中，如图13和图15的实施例中所示的高电流变压器TR可以被同样在图16的电路图中所示的高电流电感LS和小信号变压器TR代替。
同样如图3的信号图所示，组件级设备(MLD)4预编程TX地址定义的时隙TS中依次发送，预编程TX地址对于每个组件级设备(MLD)4是唯一的。在可能的实施例中，将唯一的TX地址分配给每个组件级设备(MLD)4。在可能的实施例中，可以在安装之前或在将组件级设备连接到PV串之前相应地对每个组件级设备(MLD)4进行编程。但是，此实现需要其他设备。此外，由于单个光伏阵列中的PVM组件5的数量可能很大，因此在设置过程中对MLD设备4进行编程需要花费大量时间。因此，在根据本发明的光伏(PV)组件级监测(MLM)系统1的优选实施例中，在配对过程中，在安装光伏组件级监测系统1之后，将唯一的时隙地址号分配给各个组件级监测设备MLD 4，并存储在组件级设备(MLD)4的本地存储器中。
在配对过程或配对机制中，在安装后，将唯一的TX地址自动分配给光伏阵列中的每个组件级设备(MLD)4。配对过程的可能实施例如图17所示。
在将光伏组件5和可能的其他仪器物理安装并连接到光伏串之后，基站2可以发送初始化配对信号，如图17的信号图所示。该初始化配对信号在下行链路信道DL-CH上发送到DC电力环网的不同的组件级设备(MLD)4。
组件级设备(MLD)4开始以随机时序发送“地址分配请求”信号，同样如图17所示。
当基站2确实接收并成功解码了“地址分配请求”信号时，即，如果随机发送的MLD信号之间没有冲突，则基站2可以发出“确认ACK码”，之后发出“TX地址”，如图17所示。第一个TX地址为“1”，可以在每次分配后递增。
此外，在请求之后立即接收到“确认ACK”的组件级设备(MLD)4解码“TX地址”并可以将其存储在本地存储器中。相应的MLD设备4停止发送分配请求，并且可以进入正常的监测模式，在该模式下，其等待同步信号。那些没有在适当的定时(即，在其各自的请求之后立即)接收到来自基站2的“确认”编码的组件级设备(MLD)4，则不考虑该“TX地址”。因此，“TX地址”只能由一个组件级设备(MLD)4解码。
在没有适当定时的确认ACK的情况下，组件级设备(MLD)4会继续以随机间隔发送“地址分配请求”信号。
当所有组件级设备(MLD)4获得其TX地址时，配对过程便会停止。这可以用两种不同的方式确定。基站2或者提前知道电力环网内的用于提供地址的组件级设备(MLD)4的数量，或者检测到在此期间不再有来自组件级设备(MLD)4的“地址分配请求”的预定义长度的周期。
配对过程成功后，所有的组件级设备(MLD)4都处于正常监测模式，并等待基站2发送的同步信号。相反，如果配对过程未正确执行，则可以使用基站输出的初始化配对信号2重新初始化配对过程。
在组件级监测MLM系统1与快速关断(RSD)共存的情况下(如图18所示)，可能会存在一些特定特征使得如图17所示的配对过程更易于集成。
基站2可以利用与在RSD传输中使用的相同的载波频率fc进行相同的调制。此外，可能使用与在RSD中使用的行编码相同的行编码，例如，码片长为5.12毫秒的Barker-11编码。由于下行链路信道DL-CH的RSD编码三元组(triplet)可能不足以进行配对过程(或者配对过程使用这些三元组可能花费太多时间)，因此可以执行一些修改以加快配对过程。在可能的实施例中，在编码之间不适用一秒钟的时间间隔，即，它们彼此紧随而没有停顿。此外，为了避免组件级设备(MLD)4将下行链路消息的任何部分都解释为PTO码，在初始化配对信号和确认信号中只能使用W0-W0-W0三元组(RSD：加速关断)。此外，可以在每对二进制编码之后插入Z(无信号)周期，以避免意外生成具有PTO内容的三元组。因此，如图18所示的配对过程尤其与RSD兼容。
配对过程为每个组件级设备(MLD)4分配了唯一的PLC地址。分配的地址在监测周期内用于分配时隙TS，从而避免了上行信道的冲突。通过在光伏安装的初始设置中使用PLC地址，每个组件级设备(MLD)4可以在上行链路信道UL-CH上发送地址分配请求。然后，组件级设备(MLD)4在特定的时间窗口中等待来自基站2的响应。可以以基站2仅响应非冲突请求的方式来定义该窗口。配对操作或过程仅在光伏安装调试期间在给定的光伏阵列上完成一次。为了安全起见，在配对过程中不会发送操作许可(PTO)信号。因此，光伏组件和MLD群集可以保持待机模式。
在获得唯一的PLC地址之前，组件级设备(MLD)4无法避免上行链路信道UL-CH中的冲突，因为它们不侦听其他组件级设备(MLD)4。在可能的实施例中，为避免信道过载，随机地发送地址分配请求，并且当没有冲突发生时，基站2从组件级设备(MLD)4接收请求，并且发起响应。随机发送请求的方式可以使用不同的策略，以减少配对过程所需的总配对时间。
在可能的实施例中，可以实现附加的安全性以确保特定的组件级设备(MLD)4不会收到未链接到其请求的基站分配响应(即，防止在监测阶段发生任何冲突以及在地址分配过程中发生任何错误)。当组件级设备(MLD)4发送地址分配请求时，它在特定的时间窗口中等待来自基站2的确认。基站2仅对可以正确解码的请求进行确认响应。这意味着如果两个或更多个具有类似幅度的请求之间存在冲突，则基站2不进行响应。
还如图17所示，为了开始配对过程，可以通过下行链路信道DL-CH向所有组件级设备(MLD)4广播特定的初始化配对消息。当组件级设备(MLD)4接收到初始化配对消息时，它们开始随机发送地址分配请求。一旦组件级设备(MLD)4从基站2接收到具有适当定时和标识符的响应，则组件级设备(MLD)4可以存储分配的PLC地址并停止在上行链路信道UL-CH上发送地址分配请求。具有分配的地址的组件级设备(MLD)4切换到监测模式并等待同步消息。如果再次收到初始化配对消息，则组件级设备(MLD)4会重置其分配的PLC地址，并再次从配对过程开始。
当所有组件级设备(MLD)4获得分配的PLC地址时，配对过程即告完成。然后，组件级设备(MLD)4等待来自基站2的同步消息以开始监测数据的传送。对于基站2，当在一定时间内没有接收到地址请求时，配对过程结束。
然后，基站2可以通过在下行链路信道DL-CH上发送同步消息来开始监测阶段。同步消息的类型可以取决于基站2的RSD状态。在可能的实施例中，来自基站2的信号帧可以使用SunSpec快速关断规范中指定的长度为56.32毫秒的符号Z、W0或W1。
在可能的实施例中，初始化配对消息可以由基站2在下行链路信道DL-CH上发送。基站2重置每个组件级设备(MLD)4的PLC地址，并且发起配对过程，如图17所示。
图21示出了在配对过程中系统1使用的初始化配对消息的可能的数据结构。可以看出，该分组的发送没有任何前同步码，或者具有基站2的规范扩展码和比特率。
在可能的实施例中，地址分配响应帧可以使用SunSpec快速关断PLC规范中指定的扩展码调制，即Barker-11编码。地址分配响应可以包括地址请求的确认，请求(SEQ)中包含的CRC-5编码的重复以及分配给组件级设备(MLD)4的PLC地址。每个符号可以对应于扩展码序列W0、W1或Z。
图22图示了在配对过程中使用的地址分配响应帧的可能实现的结构。
地址分配响应帧内的保护位的目的是避免该帧内的序列可能被错误地解释为允许操作PTO消息。因此，防止了光伏组件的不期望的激活的任何风险。在可能的实施例中，可以使用SunSpec快速关断系统的规范数据速率(比特时间间隔：11x5.12＝56.32毫秒)来传送地址分配响应帧。在可能的实现中，地址分配响应帧的总长度可以为1.464秒。
如图23所示，在可能的实施例中，组件级设备4的MLD帧可以包括16比特的前同步码，后跟4×16比特的字。在可能的实施例中，曼彻斯特编码可以用作上行链路信道编码。
在可能的实施例中，地址请求帧可以在配对过程中由组件级设备(MLD)4在上行链路信道UL-CH上发送。地址分配请求帧对于所有类型的组件级设备(MLD)4都是共用的。地址分配请求帧可以包括MLD序列号、定义组件级设备(MLD)4类型的设备标识符和由组件级设备(MLD)4在传送分组之前生成的用以增加配对过程的鲁棒性的编码序列。在可能的实施例中，可以通过16比特的CRC验证相同的内容。
图24图示了在系统1的配对过程中使用的地址请求帧的可能结构。
最有效的比特MSB可以在每个数据字段中首先发送。可以使用曼彻斯特码对地址请求帧进行进一步编码，其中添加16比特的前同步码，导致总帧长度为92.16毫秒，同样如图25所示。地址请求帧可以以组件级设备(MLD)4的规范比特速率发送，例如以1.5625kbps的速度传送。
图26是根据本发明的光伏组件级监测系统1的可能的示例性硬件(HW)和软件(SW)架构。图26图示了经由PV串的组件级设备4与基站2的连接，其中一些功能由在微控制器单元MCU上运行的软件SW实现，而其他功能由硬件部件HW执行。从图26所示的示例性实施例中可以看出，信号处理的大部分可以由在组件级设备(MLD)4和基站2的微控制器单元(MCU)上执行的软件部件完成。该数字处理允许简化组件级设备(MLD)4和基站2内的模拟电路。
如在图26的左侧所示，组件级设备4包括模拟前端AFE，该模拟前端AFE包括将组件级设备4与光伏串连接的耦合双工器电路7A。组件级设备(MLD)4包括微控制器单元MCU，该微控制器单元与其模拟前端AFE连接，用于模拟到数字(A/D)转换以及数字到模拟(D/A)转换，并执行RX软件功能以及TX软件功能。此外，组件级设备4可以包括硬件部件HW，特别是执行诸如电压V、电流I、温度T或产生的能量E之类的参数的物理测量的传感器。在MLD4的微控制器单元MCU内执行的RX软件功能包括S-FSK信号的解调(DEM)以及RSD命令(保活、加速关断)的解码(RSD-DEC)。此外，对SunSpec RSD规范的其他编码进行了解码，其他编码可用于MLM同步(MLM-SYNC)。此外，RX软件功能为MLM TX子系统执行同步信号的生成。此外，RX块的软件功能用于在配对过程中对配对确认信号进行解码。
在发送侧(TX)，组件级监测设备4执行以下任务。硬件部件HW可以测量光伏参数，尤其是组件电压V、串电流I和组件温度T。此外，可以计算出监测周期的能量产生E。MLD发送器(TX)组装监测数据以及状态信息的数据帧，即标识符。控制器MCU执行的发送器软件(TX软件)可以执行TX帧的编码(ENC)，例如曼彻斯特编码、CRC和前同步码。TX软件(TXSW)可以进一步将TX帧与RSD信令同步。在进一步的阶段，TX软件可以执行FSK调制(MOD)。最后，MLD4的MCU执行D/A转换，然后在MLD4的模拟前端AFE内执行低通滤波(LPF)。此外，模拟前端AFE的功率放大器PA可以执行信号放大，其中放大的信号被提供给耦合双工器电路7A，也6如图26所示。
图27、图28图示了由MLD4的MLD发送器执行的TX数据帧组合，其包括为数据提供循环冗余CRC校验和，随后进行曼彻斯特编码和前导码的添加。在所示的示例中，96个数据比特包括设备标识符(32比特)、设备类型(4比特)、前一间隔的光伏组件能量En-1、状态(4比特)(例如，组件开/关、硬件故障、接收到的下行链路信号等)、当前时间间隔光伏组件能量En、总光伏电压V(8比特)(即作为最后同步消息的瞬时电压消息)、8比特长度的预留数据字段、光伏组件电流I(8比特)、光伏组件温度T(8比特)和根据前96比特计算的循环冗余校验码CRC。
图28图示了在可能的实施中可以执行的例如每五到十分钟一次的TX突发生成。
如图26所示，基站2还包括具有耦合双工器电路7B和微控制器单元MCU的模拟前端AFE。模拟前端AFE的低通滤波器LPF抑制了频率分量(例如16MHz及以上)，并为模拟数字转换器ADC提供了来自低阻抗源的顺序信号。由基站2的微控制器单元MCU执行的BX软件功能执行S-FSK解调、MLM帧解码(MLMFDEX)以及接收到的数据的数据提取(DEXT)，其中提取的数据被提供给通信网关2D。此外，基站2在模拟前端AFE的发送信号路径中提供功率放大器PA和连接至基站MCU的D/A转换单元的低通滤波器LPF。
根据SunSpec RSD规范，S-FSK TX信号在没有输出负载的情况下幅度为1VRMS。在可能的实施例中，基站2的模拟前端AFE的TX功率放大器PA提供的幅度为该幅度的N倍，其中N是耦合双工器电路7B的输出变压器TR的绕组比。输出电流足以驱动与谐振电路并联(整体与电阻器R串联)的光伏串的负载阻抗。
基站2的基站发送器BS-TX可以在可能的实施例中通过由基站2的微控制器单元MCU执行的相应的TX软件来实现，以发送周期性的RSD信号。唯一的强制性RSD信号是PTO(操作许可)编码。如果存在此PTO编码，则组件级设备(MLD)4将光伏组件PVM连接到PV串。相反，如果没有操作许可(PTO)编码，则组件级设备(MLD)4将光伏组件PVM从PV串断开。由于PTO编码以非常精确的周期发送，因此可以将其用于监测活动的同步。此外，由基站2的MCU执行的传送软件(TX-SW)可以使用查找表LUT执行FSK调制。可以使用为基带(BB)整形而生成的LUT来平滑不同符号之间的过渡。调制信号包括载波频率fc附近的窄带。
图29图示了使用查找表LUT的RSD S-FSK信号的构造。
在可能的实施例中，基于SunSpec快速关断规范RSD，根据本发明的光伏组件级监测(MLM)系统1中，每个逆变器的最大光伏串数量为10，并且每个串的最大光伏组件PVM数量为30。因此，在此实施方式中，收集了多达300个组件设备MLD 4的数据。
在可能的实施例中，可以使用固定的时间戳同步MLD级的数据收集。在可能的实施例中，可以将监测速率设置为相对较低，例如，设置为每五到十分钟从每个组件级设备4收集一组数据。在优选实施例中，无需使用自动配对过程来手动配置安装程序(即插即用)，就可以进行监测。系统1使用的调制方案不干扰逆变器的电弧检测系统。
根据本发明的光伏组件级监测(MLM)系统1提供了双向电力线通信(PLC)。一方面，可以集成在逆变器6中的基站2可以在下行链路通信信道DL-CH上向MLD集群发送命令(即，同步信号和/或配对信号)。另一方面，MLD群集使用上行链路信道UL-CH发送其监测数据或其他消息，例如配对请求。
下行链路通信可以利用在逆变器中集成的现有快速关断(RSD)发送器进行一些修改。RSD信号不受MLM下行链路通信发送的额外信息的干扰。因此，保持了根据RSD规范的频移调制。
上行链路通信信道UL-CH在RSD TX期间必须比下行链路信道传递更多的信息，例如，96比特(与只有单个比特形成对比)。因此，通信的数据速率和鲁棒性之间的权衡是不同的。
当光伏组件处于激活状态时，存在一种操作模式，而当光伏组件处于非激活状态时，又存在一种操作模式。在光伏组件处于激活状态的第一操作模式中，基站2根据RSD规范向组件级设备(MLD)4连续发送操作许可(PTO)信号。每五到十分钟，操作许可(PTO)消息可以被同步消息替换。该同步消息可以触发由组件级设备4进行的瞬时测量，并且定义用于每个组件级设备(MLD)4的数据集成的起点。测量的集成可以在下一个同步消息处结束。
在两个同步消息之间，每个操作许可(PTO)消息都定义了允许组件级设备(MLD)4在上行链路信道UL-CH上进行通信的时隙。因此，例如在十分钟的监测周期内，可以有560个时隙可用，其中包括一个用于同步消息的时隙。如果监测周期例如减少到五分钟，只有280个时隙可用。
在可能的实施例中，除了同步的一个时隙之外的每个时隙都可以用特定的号码来标识，例如范围从1到559(5分钟的周期内279个)。同步消息之后的第一个时隙包括时隙号1。
DC链路上的每个组件级设备4包括对应于特定时隙的唯一PLC地址。为了为第一组件级设备的发送器MLD 4预留一些时间来处理监测数据，可以不使用预定数量的初始时隙。各种数据都可以由组件级设备(MLD)4发送，这些数据包括瞬时数据和在监测周期内集成的数据。同步信号之后，每个MLD 4同时获取瞬时数据，同时在整个监测周期期间，组件级设备(MLD)4可以计算集成数据，如图30、图31所示。
图30图示了同步消息和上行链路消息排序。图31示出了集成数据的瞬时传送。
在另一种操作模式中，光伏组件处于激活状态。该操作模式允许监测光伏组件，同时将整个光伏阵列保持在关闭模式。在该操作模式下，基站2向组件级设备(MLD)4连续发送加速关闭信号。每五或十分钟之后，可以用同步消息代替加速关闭消息。以与激活模式期间的同步消息类似的方式，同步消息触发瞬时测量并为每个组件级设备(MLD)4定义数据集成的起点。
如图32的信号图所示，基站2可以通过改变下行链路信道DL-CH上的消息来打开和关闭光伏阵列。
在每个监测周期开始时，操作许可(PTO)和加速关断消息都可以由同步消息代替。
光伏组件级监测(MLM)系统1包括不同的主要方面。
根据本发明的第一方面，提供具有非对称双向电力线通信(PLC)的组件级监测(MLM)，其使用快速关断(RSD)信令作为控制信道。RSD信令还可用于多个监测组件级设备(MLD)4的同步和排序。
根据本发明的另一方面，通过使用数字滤波和查找表LUT来减小调制带宽，以实现RSD和MLM传送同时共存。
根据本发明的另一方面，使用双工器电路7将TX和RX信号耦合到DC电力电缆和将TX和RX信号自DC电力电缆耦合。
根据本发明的另一方面，提供配对过程，即一种用于自动地将唯一的传送时隙分配给每个组件级设备(MLD)4的方法。

Claims (14)

1.一种光伏PV组件级监测MLM系统(1)，其包括:
基站BS(2)，其通过电力电缆(3)连接至被设置为监测和/或控制相关光伏组件PVM(5)的组件级设备MLD(4)，
其中，所述基站BS(2)包括：
基站发送器(2A)，其适于在下行链路信道DL-CH中的预定时隙TSCS内通过所述电力电缆(3)向所述组件级设备MLD(4)发送快速关断RSD控制信号CS，其中，所述基站BS(2)的所述基站发送器(2A)被连接到快速关断RSD启动器(2C)，并且适于当所述快速关断RSD启动器(2C)指示快速关断RSD未激活时，在所述下行链路信道DL-CH周期性地发送操作许可PTO信号，并且进一步适于当所述RSD启动器(2C)指示快速关断RSD激活时，停止发送所述操作许可PTO信号，
并且所述基站BS(2)包括：
基站接收器(2B)，其适于通过所述电力电缆(3)经由分配给所述组件级设备MLD(4)的上行链路信道UL-CH的时隙TSMS内接收由所述组件级设备MLD(4)生成的监测信号MS，其中分配给组件级设备MLD(4)的所述上行链路信道UL-CH的时隙TSMS位于下行链路信道DL-CH的预定的时隙TSCS之内，其中所述上行链路信道UL-CH的时隙TSMS的长度短于所述下行链路信道DL-CH的时隙TSCS的长度，其中频分多路复用FDM用于将所述快速关断RSD控制信号CS与所述监测信号MS分离。
2.根据权利要求1所述的光伏PV组件级监测MLM系统，其中，所述下行链路信道DL-CH用于在预定时隙TSCS内发送所述快速关断RSD控制信号CS，并且所述上行链路信道UL-CH用于在指定时隙TSMS内发送所述监测信号MS，所述下行链路信道DL-CH与所述上行链路信道UL-CH彼此同步。
3.根据权利要求1或2所述的光伏PV组件级监测MLM系统，
其中，由所述基站发送器(2A)发送到所述组件级设备MLD(4)的所述快速关断RSD控制信号CS与由所述组件级设备MLD(4)生成并发送到所述基站接收器(2B)的监测信号MS在不同的载波频率上进行调制。
4.根据权利要求3所述的光伏PV组件级监测MLM系统，其中，由所述下行链路信道DL-CH中通过所述电力电缆(3)发送的调制快速关断RSD控制信号CS，以及由所述上行链路信道UL-CH中通过所述电力电缆(3)同时发送的调制监测信号MS，通过基带BB脉冲整形减少所占用的调制带宽。
5.根据权利要求1所述的光伏PV组件级监测MLM系统，其中，几个组件级设备MLD(4)和所述基站BS(2)通过DC电力网络中的电力电缆(3)彼此连接。
6.根据权利要求5所述的光伏PV组件级监测MLM系统，其中，所述基站发送器(2A)通过DC电力网络中的电力电缆(3)与每个组件级设备MLD(4)的接收器彼此连接，所述基站接收器(2B)通过所述DC电力网络中的电力电缆(3)与每个组件级设备MLD(4)的发送器彼此连接，每个组件级设备MLD(4)借助适于将所述每个组件级设备MLD(4)的发送器与所述每个组件级设备MLD(4)的接收器隔离的双工器电路耦合到所述DC电力网络，所述双工器电路包括高电流互感器TR。
7.根据权利要求1所述的光伏PV组件级监测MLM系统，
其中每个组件级设备MLD(4)包括：
-组件级监测MLM发送器(4A)，其适于：在分配给所述组件级设备MLD(4)的上行链路信道UL-CH的时隙TSMS中，向所述基站BS(2)的基站接收器(2B)发送由所述组件级设备MLD(4)生成的监测信号MS，以及
-快速关断RSD接收器RSD-RX(4B)，其适于：在所述下行链路信道DL-CH的时隙TSCS中接收由所述基站BS(2)生成的快速关断RSD控制信号CS。
8.根据权利要求1所述的光伏PV组件级监测MLM系统，
其中，每个组件级设备MLD(4)包括分配的定义了所述上行链路信道UL-CH的时隙TSMS的唯一时隙地址号，其中所述组件级设备MLD(4)的组件级监测MLM发送器(4A)每个监测周期发送一次由所述组件级设备MLD(4)生成的监测信号MS。
9.根据权利要求8所述的光伏PV组件级监测MLM系统，其中，在配对过程中，在安装所述光伏PV组件级监测MLM系统(1)之后，将唯一的时隙地址号分配给所述组件级设备MLD(4)，并存储在所述组件级设备MLD(4)的本地存储器中。
10.根据权利要求1所述的光伏PV组件级监测MLM系统，其中，所述基站BS(2)的基站接收器(2B)经由有线或无线数据网络连接至通信网关(2D)。
11.根据权利要求1所述的光伏PV组件级监测MLM系统，其中，每个组件级设备MLD(4)适于监测至少一个相关联的光伏组件PVM(5)的物理参数，所述物理参数包括由所述光伏组件PVM(5)产生的电流I、电压U、温度T和/或能量E。
12.根据权利要求7所述的光伏PV组件级监测MLM系统，其中，每个组件级设备MLD(4)包括DC开关(4D)，该DC开关用于：根据各组件级设备MLD(4)的所述快速关断RSD接收器RSD-RX(4B)经由所述下行链路信道DL-CH接收的所述快速关断RSD控制信号CS，来接通/关断其相关联的光伏组件PVM(5)。
13.根据权利要求1所述的光伏PV组件级监测MLM系统，其中，所述基站BS(2)被集成在逆变器(6)中或连接到逆变器(6)，所述逆变器(6)适于将由光伏组件PVM(5)经由所述电力电缆向所述逆变器供应的DC电力转换为AC电流。
14.一种用于在基站BS(2)与组件级设备MLD(4)之间提供双向通信的方法，所述组件级设备MLD用于经由将所述基站BS(2)与所述组件级设备MLD(4)连接的电力电缆(3)来监测和/或控制相关的光伏组件PVM(5)
所述方法包括以下步骤：
(a)所述基站BS(2)通过所述电力电缆(3)在下行链路信道DL-CH的预定时隙TSCS中向所述组件级设备MLD(4)发送快速关断RSD控制信号CS，其中所述基站BS(2)的基站发送器(2A)连接到快速关断RSD启动器(2C)，并适于当所述快速关断RSD启动器(2C)指示快速关断RSD未激活时，在所述下行链路信道DL-CH周期性地发送操作许可PTO信号，并且进一步适于当所述RSD启动器(2C)指示快速关断RSD激活时，停止发送所述操作许可PTO信号，
(b)所述组件级设备MLD(4)通过所述电力电缆(3)在分配给所述组件级设备MLD(4)的上行链路信道UL-CH的时隙TSMS同时向所述基站BS(2)发送监测信号MS，其中分配给组件级设备MLD(4)的所述上行链路信道UL-CH的时隙TSMS位于预定的下行链路信道DL-CH的时隙TSCS之内，其中所述上行链路信道UL-CH的时隙TSMS的长度短于所述下行链路信道DL-CH的时隙TSCS的长度，其中频分多路复用FDM用于将所述快速关断RSD控制信号CS与所述监测信号MS分离。
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