CN114008929B - 用于光伏模块级监测系统内的通信的方法 - Google Patents

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Abstract

一种光伏PV模块级监测系统(1)，包括光伏阵列(PVA)，所述光伏阵列包括至少一个光伏串(PVS)，所述至少一个光伏串(PVS)包括光伏模块PVM(5)，每个光伏模块PVM(5)都具有模块级装置MLD(4)，所述模块级装置MLD(4)适于监测和/或控制相关联的光伏模块PVM(5)，其中，每个模块级装置MLD(4)包括收发器，该收发器适于与连接到所述光伏阵列(PVA)的逆变器(6)的基站(2)的收发器通信，其中，收发器通过相关联的双工器电路(7)耦合到DC电力网络，该DC电力网络包括将所述光伏阵列(PVA)的至少一个光伏串(PVS)的光伏模块PVM(5)与逆变器(6)的基站(2)连接的电力电缆(3)，其中，由收发器经由其相关联的双工器电路(7)发送的通信信号CS的信号幅度根据相应光伏阵列(PVA)的监测阻抗ZPV自动地进行调节。

Description

用于光伏模块级监测系统内的通信的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在模块级装置的收发器之间进行通信的方法，所述模块级装置适于监测和/或控制光伏阵列的相关联光伏模块。
背景技术
光伏系统可包括光伏阵列内的光伏模块的一个或多个光伏串。具有一个或多个光伏串的光伏阵列可以经由DC线连接到逆变器，该逆变器适于将从光伏阵列接收的DC电流转换成供应到配电网络的AC电流。在光伏系统中，可以使用电力线通信PLC。根据NEC2017的要求，SunSpec财团最近选择了电力线通信PLC，以生成保活信号，以在光伏模块级控制光伏阵列的快速关闭RSD。由SunSpec定义的用于快速关闭RSD的所采用的调制方案基于在连接光伏系统的光伏模块的DC电力线上的S-FSK调制。
串扰是在光伏系统中可能发生的独立信号信道的不期望的相互影响。串扰使得难以区分不同的信号源。通信信号可以耦合到多条其他信号线上。如果信号强度较高并且封包同时在两条线上发送，则分组可能被破坏并且可能在接收器处不被适当地解调。在几个国家实施的电磁兼容标准要求电磁辐射总是低于最大阈值。该频率范围内的辐射可以通过耦合到PV系统的DC线回路上的信号电流来估计，并且该电流取决于光伏板或光伏阵列的阻抗值，该阻抗值可以随着光伏阵列的光伏模块的接收太阳辐射而强烈地改变。因此，基于所接收的太阳辐射的波动，光伏阵列的阻抗值存在变化。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于光伏阵列的模块级装置的收发器之间的通信的可靠通信方法，该方法广泛地独立于光伏阵列的环境的可能波动，特别是独立于太阳辐射的波动。
本发明的另一个目的是精确地监测光伏阵列的瞬时光伏阻抗。
根据第一方面，本发明提供了一种用于包括权利要求1的特征的模块级装置的收发器之间的通信的方法。
根据第一方面，本发明提供了一种用于在模块级装置的收发器和逆变器的基站的收发器之间进行通信的方法，所述模块级装置被设置为监测和/或控制相关联的光伏模块，
其中，所述收发器通过相关联的双工器电路耦合到DC电力网络，所述DC电力网络包括将光伏阵列的至少一个光伏串的光伏模块与所述逆变器连接的电力电缆，
其中，由收发器经由其相关联的双工器电路发送的通信信号的信号幅度根据所述光伏阵列的监测阻抗而自动进行调节。
在根据本发明第一方面的方法的可能实施方式中，光伏阵列的被监测阻抗基于由相应光伏阵列的光伏模块接收的太阳辐射的波动来改变其阻抗值。
在根据本发明的第一方面的方法的另一可能实施方式中，包括一个或多个光伏串的光伏阵列的阻抗取决于测量的通信信号或者取决于由逆变器的基站的收发器经由其相关联的双工器电路接收的测试信号并且取决于参考信号来确定。
在根据本发明的第一方面的方法的另一可能实施方式中，参考信号包括由逆变器的基站的收发器经由其相关联的双工器电路发送的具有预定幅度的校准通信信号。
在根据本发明第一方面的方法的另一可能实施方式中，响应于所测量的接收通信或测试信号和参考信号，光伏阵列的阻抗值根据双工器电路的变压器的匝数比和耦合系数来计算，双工器电路将收发器耦合到连接所述光伏阵列的相应光伏串的光伏模块的DC电力网络，并且根据连接到变压器的初级侧的分压器电阻器的电阻来计算。
在根据本发明的第一方面的方法的另一可能实施方式中，在光伏阵列的操作期间由收发器发送的通信信号的信号幅度根据光伏阵列的计算阻抗值自动进行调节，使得通信信号的幅度低于预定阈值。
在根据本发明的第一方面的方法的另一可能实施方式中，阈值被配置为实现经由DC电力网络的通信的电磁干扰兼容性。
在根据本发明的第一方面的方法的另一可能实施方式中，周期性地和/或响应于检测到的事件来确定光伏阵列的阻抗。
根据另一方面，本发明还提供了包括权利要求9的特征的光伏模块级监测系统。
根据第二方面，本发明提供了一种光伏模块级监测系统，其包括：
光伏阵列，其包括至少一个光伏串，该至少一个光伏串包括光伏模块，每个光伏模块具有适于监测和/或控制相关联的光伏模块的模块级装置，
其中，每个模块级装置包括收发器，该收发器适于与连接到所述光伏阵列的逆变器的基站的收发器通信，
其中，收发器通过相关联的双工器电路耦合到DC电力网络，所述DC电力网络包括将所述光伏阵列的至少一个光伏串的光伏模块与逆变器的基站连接的电力电缆，
其中，由收发器经由其相关联的双工器电路发送的通信信号的信号幅度根据相应光伏阵列的监测阻抗而自动进行调节。
在根据本发明第二方面的光伏模块级监测系统的可能实施方式中，每个收发器包括：信号发送器，其适于经由光伏串的DC电力网络的相关联的双工器电路和电力电缆来发送通信信号；以及
信号接收器，其适于经由相关联的双工器电路从光伏串的DC电力网络的电力电缆接收通信信号。
在根据本发明第二方面的光伏模块级监测系统的另一可能实施方式中，收发器的双工器电路包括变压器，该变压器具有连接到收发器的初级线圈和连接到光伏串的次级线圈。
在根据本发明第二方面的光伏模块级监测系统的另一可能实施方式中，收发器的双工器电路包括分压器电阻器，该分压器电阻器串联连接到所述收发器的双工器电路的变压器的初级线圈，以提供施加到所述收发器的信号接收器的接收电压。
在根据本发明第二方面的光伏模块级监测系统的另一个可能的实施方式中，双工器电路的变压器的初级线圈通过电容器耦合到收发器的信号发送器，以从信号收发器发送发送电压。
在根据本发明的第二方面的光伏模块级监测系统的另一个可能的实施方式中，每个收发器连接到模块级装置的处理器，以根据要发送的信号来调节信号发送器的发送电压，并评估由信号接收器接收的信号的接收电压。
在根据本发明第二方面的光伏模块级监测系统的另一可能实施方式中，模块级装置的处理器适于根据由所述处理器响应于通信信号或响应于由收发器的信号接收器接收的测试信号评估的相应光伏阵列的监测阻抗来自动地调整由收发器的信号发送器发送的通信信号的信号幅度。
在根据本发明第二方面的光伏模块级监测系统的另一可能实施方式中，响应于所测量的接收通信信号和参考信号，光伏阵列的阻抗值由处理器根据将收发器耦合到DC电力网络的双工器电路的变压器的匝数比和耦合系数来计算，DC电力网络将所述光伏阵列的相应光伏串中的光伏模块与逆变器连接，并且根据连接到所述变压器的初级侧的分压器电阻器的电阻来计算。
在根据本发明的第二方面的光伏模块级监测系统的另一可能实施方式中，每个模块级装置适于监测至少一个相关联的光伏模块的物理参数，所述物理参数包括由所述光伏模块产生的电流、电压、温度和/或能量。
根据第三方面，本发明还提供了一种用于监测光伏阵列的光伏阻抗的方法，该光伏阵列包括具有光伏模块的至少一个光伏串，每个光伏模块具有用于监测和/或控制相关联的光伏模块的模块级装置，
其中，每个模块级装置包括收发器，该收发器通过相关联的双工器电路耦合到DC电力网络，所述DC电力网络包括将光伏串的光伏模块与所述光伏阵列的逆变器连接的电力电缆，
其中，所述光伏阵列的光伏阻抗取决于所述双工器电路的变压器的匝数比和耦合系数，并且取决于响应于所测量的接收信号和参考信号而连接到所述变压器的初级侧的分压器电阻器的电阻来确定。
附图说明
下面参照附图更详细地描述本发明不同方面的可能实施例。
图1示出了用于说明根据本发明的一个方面的光伏模块级监测系统的可能的示例性实施方式的框图；
图2示出了根据本发明的一方面的光伏模块级监测系统的另一个可能的示例性实施方式，其中模块级装置放置在附加盒中；
图3示出了根据本发明的一方面的光伏模块级监测系统的另一可能的示例性实施方式的框图，其中基站放置在外部盒中；
图4示出了用于说明根据本发明的用于光伏模块级监测系统内的收发器之间的通信的方法和设备的可能的示例性实施方式的图；
图5A、图5B示出了用于说明根据本发明的用于在光伏模块级监测系统的模块级装置的收发器之间进行通信的方法和设备的操作的另一示意图；
图6示出了用于说明根据本发明的光伏模块级监测系统的DC电力网络的可能耦合的电路图；
图7示出了用于示出图6中示出的耦合的AC模拟结果的图；
图8示出了用于说明根据本发明的光伏模块级监测系统中的DC电力网络的耦合的另一可能的示例性实施方式的另一电路图；
图9示出了用于说明根据本发明的光伏模块级监测系统的耦合到DC电力网络的可能的示例性实施方式的另一电路图。
具体实施方式
图1、图2、图3示出了根据本发明的一个方面的光伏模块级监测系统1的不同示例性实施方式。如图1所示，光伏模块级监测系统1可以包括通过电力电缆3连接到模块级装置(MLD)4的基站2。模块级装置4被设置为监测和/或控制相关联的光伏模块5，也如图1所示。耦合到DC电力网络的模块级装置4的数量可以根据使用情况而变化。在图1所示的实施方式中，四个模块级装置4-1、4-2、4-3、4-4被放置到PV模块接线盒中，并且被耦合到包括基站2的DC电力网络或DC电力环路。在可能的实施方式中，每个模块级装置MLD 4包括模块级监测MLM、发送器MLM-TX和快速关闭RSD、接收器RSD-RX。在可能的实施方式中，基站2BS包括发送器MLM-TX和快速关闭RSD接收器RSD-RX。
图2示出了光伏模块级监测系统1的另一可能的实施方式，其中模块级装置4被放置到单独的附加盒中。在图1、图2所示的实施方式中，基站2集成在逆变器6中。基站2可以通过电力电缆3连接到耦合到DC电力网络的不同模块级装置4。提供模块级装置4以监测和/或控制相关联的光伏模块(PVM)5。基站2包括基站发送器TX和基站接收器RX。基站2的基站发送器TX可以适于在下行链路信道DL-CH中的预定义时隙中经由电力电缆3向模块级装置4发送快速关闭RSD控制信号。基站2的基站接收器RX可以适于经由分配给模块级装置MLD 4的上行链路信道UL-CH在时隙内通过电力电缆3接收由模块级装置4生成的监测信号MS。
在图1、图2所示的实施方式中，基站2形成光伏逆变器6的一部分。在替代实施方式中，基站2还可以形成单独装置的附加盒的一部分，例如也如图3所示的串组合器盒中的附加盒。
在图1、图2所示的实施方式中，光伏阵列PVA包括具有四个光伏模块5-1至5-4的单个光伏串PVS。在图3所示的实施方式中，光伏阵列PVA包括多于一个光伏串，即第一光伏串PVS-1和第二光伏串PVS-2。第一光伏串PVS-1包括四个光伏模块5-1至5-4，第二光伏串PVS-2包括四个光伏模块5-5至5-8。因此，在图3所示的实施方式中，光伏阵列PVA包括两个并联连接的光伏串PVS，每个光伏串PVS包括预定数量的n＝4个光伏模块5-i。
如图1、图2、图3的实施方式中所示的光伏模块级监测系统1的每个光伏模块5-i包括相关联的模块级装置4，其具有用于通信的收发器。模块级装置MLD 4的收发器可以通过电力电缆3与逆变器6的基站2的收发器通信。
图4示出了用于说明根据本发明的用于光伏模块级监测系统1内的收发器之间的通信的方法和设备的可能的示例性实施方式的图。收发器通过也如图4所示的相关联的双工器电路7耦合到DC电力网络，DC电力网络包括将光伏阵列PVA内的光伏串PVS的光伏模块5与逆变器6连接的电力电缆3。
在图1、图2、图3所示的光伏模块级监测系统1的所示实施方式中，MLD 4的每个收发器和基站2的收发器可以包括适于经由其相关联的双工器电路7和光伏串PVS的DC电力网络的电力电缆3来发送通信信号CS的信号发送器TX。此外，每个收发器可包括信号接收器RX，其适于经由其相关联的双工器电路7从光伏串PVS的DC电力网络的电力电缆3接收通信信号CS。图1、图2、图3中未明确示出如图4中的相关联双工器电路7。
图4示出了将基站2的信号发送器2-TX和信号接收器2-RX与光伏阵列PVA连接的基站2的双工器电路7。在可能的实施方式中，收发器的双工器电路7包括变压器TR，变压器TR具有连接到收发器的初级线圈L1和连接到光伏串PVS的次级线圈L2。
在优选实施方式中，收发器的双工器电路7包括分压器电阻器8，该分压器电阻器8串联连接到收发器的双工器电路7的变压器TR的初级线圈L1，以提供施加到相应收发器的信号接收器RX的接收电压VRX，也如图4、图5A、图5B所示。
双工器电路7的变压器TR的初级线圈L1可通过电容器C1耦合到相应收发器的信号发送器TX，以发送发送电压VTX。在可能的实施方式中，收发器2-TX、2-RX连接到基站2的处理器2-P，以根据待发送的信号来调整信号发送器2-TX的发送电压VTX，并评估由相应信号接收器2-RX接收的信号的接收电压VRX。
基站2的处理器2-P适于根据由处理器2-P响应于通信信号CS或响应于由相应收发器的信号接收器2-RX接收的测试信号评估的相应光伏阵列PVA的监测阻抗ZPV来自动地调整由收发器的信号发送器2-TX发送的通信信号CS的信号幅度。
光伏阵列PVA的阻抗值ZPV由处理器2-P根据将基站2的收发器耦合到DC电力网络的双工器电路7的变压器TR的匝数比N和耦合系数K来计算，其中DC电力网络将光伏阵列PVA的相应光伏串PVS中的光伏模块5与逆变器6连接，并且响应于所测量的接收通信信号CS和参考信号RefSig，根据连接到变压器TR的初级侧L1的分压器电阻器8的电阻R来计算。
根据本发明的方法，由收发器经由其相关联的双工器电路7发送的通信信号的信号幅度根据光伏阵列的监测阻抗ZPV而自动进行调节。光伏模块级监测系统1的光伏阵列PVA的监测阻抗ZPV基于光伏阵列PVA的光伏模块5接收的太阳辐射的波动而改变其值。
在可能的实施方式中，光伏阵列PVA的阻抗ZPV根据由逆变器6的收发器经由其相关联的双工器电路7接收的测量的通信信号并且根据参考信号来确定。在替代实施方式中，光伏阵列PVA的阻抗ZPV可以不取决于测量的通信信号而是取决于由逆变器6的收发器经由其相关联的双工器电路7接收的预定测试信号并且取决于参考信号RefSig来确定。在可能的实施方式中，参考信号RefSig可以包括由逆变器6的收发器经由其相关联的双工器电路7发送的具有预定幅度的校准通信信号。
在可能的实施方式中，光伏阵列PVA的阻抗值ZPV可以根据双工器电路7的变压器TR的匝数比和耦合系数来计算，双工器电路7将收发器耦合到DC电力网络，DC电力网络将光伏阵列PVA的相应光伏串PVS中的光伏模块PVM5连接到DC电力网络，并且响应于所测量的接收通信或测试信号和参考信号根据连接到的变压器TR的初级侧的分压器电阻器的电阻来计算。在光伏阵列PVA的操作期间由收发器发送的通信信号CS的信号幅度可以根据光伏阵列PVA的计算阻抗值ZPV自动进行调节，使得通信信号的幅度低于预定阈值。
在可能的实施方式中，阈值可以被配置为实现经由DC电力网络的通信的电磁干扰兼容性。在可能的实施方式中，周期性地确定光伏阵列PVA的阻抗值ZPV。在替代实施方式中，光伏阵列PVA的阻抗值ZPV也可以响应于在光伏模块级监测系统1中或其环境中发生的检测事件来确定。
每个模块级装置MLD 4适于监测相关联的光伏模块PVM5的物理参数。这些物理参数可以包括由光伏模块PVM 5产生的电流、电压、温度和/或能量。这些参数可以在通信信号CS中通知给控制单元和/或基站2。
在根据本发明第一方面的通信方法中，通信信号CS的信号幅度根据光伏阵列PVA的监测阻抗ZPV自动地进行调节。
根据另一方面，本发明提供了一种用于监测光伏阵列PVA的光伏阻抗ZPV的方法。在该监测方法中，所述光伏阵列PVA的光伏阻抗ZPV根据双工器电路7的变压器TR的匝数比N和耦合系数K并且响应于测量的接收信号和参考信号RefSig根据连接到变压器TR的初级侧L1的分压器电阻器8的电阻R来确定。
利用根据本发明的第一方面的通信方法，通过间接测量光伏设施的阻抗值ZPV并且通过基于变压器TR的初级侧上的阻抗值ZPV的变化自动调节通信信号CS的电压值，可以将通信信号CS的电流值保持为不超过最大阈值。
通信方法可以在基站2侧执行。此外，通信方法还可以可选地在每个PVM 5的MLD 4侧执行。
图4示出了用于说明根据本发明的设备和方法的可能的示例性实施方式的电路图。在光伏模块级监测MLM系统1中，基站2的发送器2-TX和接收器2-RX以及具有一个或多个光伏串PVS的模块级装置4的收发器通过DC电力网络的电力电缆3彼此连接，并且通过也如图4所示的相关联的双工器电路7耦合到DC网络。在图4所示的示意图中，光伏阵列PVA的光伏串PVS经由电力电缆3连接到变压器TR，变压器TR形成双工器电路7的一部分，双工器电路7将逆变器6处的基站2连接到DC电力网络。在图4所示的实施方式中，变压器TR具有初级线圈L1和次级线圈L2。此外，逆变器6可以通过如图4所示的旁路滤波器CF连接到DC电力网络。
包括至少一个光伏串PVS的光伏阵列PVA的阻抗值ZPV可以基于由光伏阵列PVA的光伏模块5接收的太阳辐射的波动来改变其值。光伏阵列PVA的瞬时阻抗ZPV根据测量的通信信号CS或由逆变器6的基站2内的接收器2-RX经由包括变压器TR的相关联的双工器电路7接收的测试信号以及根据参考信号RefSig自动确定。该参考信号RefSig可以包括具有预定幅度的校准通信信号CScal，该校准通信信号CScal由逆变器6的基站2内的收发器的发送器2-TX经由包括变压器TR的相关联的双工器电路7发送。在可能的实施方式中，如图4所示，信号发送器2-TX和信号接收器2-RX都可以连接到基站2的处理器2-P。
具有至少一个光伏串PVS的光伏阵列PVA的瞬时阻抗值ZPV可以由处理器2-P根据将基站2的收发器耦合到DC电力网络的双工器电路7的变压器TR的匝数比N和耦合系数K并且响应于测量的接收通信信号CS或接收的测试信号和参考信号RefSig根据分压器电阻器8的电阻R来计算。如图4所示，具有电阻R的分压器电阻器8连接到变压器TR的初级侧L1。如图4所示，基站2的收发器包括信号发送器2-TX和信号接收器2-RX。信号发送器2-TX适于经由光伏串PVS的DC电力网络的相关联双工器电路7和电力电缆3来发送通信信号CS。信号接收器2-RX适于经由相关联的双工器电路7从光伏串PVS的DC电力网络的电力电缆3来接收通信信号CS。
连接到信号发送器2-TX和信号接收器2-RX的双工器电路7包括变压器TR，变压器TR具有连接到光伏串PVS的初级线圈L1和次级线圈L2。基站2的收发器的信号发送器2-TX生成具有输出电压VTX的通信信号CS，该输出电压VTX可经由电容器C1耦合到变压器TR的初级线圈L1，如图4所示。此外，如图4所示，逆变器6的基站2的信号接收器2-RX沿着分压器电阻器8接收电压VRX。
信号发送器2-TX和信号接收器2-RX可以向处理器2-P通知发送信号的输出电压VTX和接收信号的电压VRX。在配置存储器中，可以存储双工器电路7的变压器TR的匝数比N和/或耦合系数K。
基站2的处理器2-P，特别是微处理器，可以根据双工器电路7的变压器TR的匝数比N和耦合系数K，以及根据连接到变压器TR的初级侧L1的分压器电阻器8的电阻R，响应于所测量的接收通信信号电压VRX和参考信号RefSig来计算光伏阵列PVA的阻抗值ZPV。在可能的实施方式中，光伏阵列PVA的阻抗ZPV由处理器2-P周期性地计算。
在已经确定光伏阵列PVA的瞬时阻抗值ZPV之后，在光伏阵列PVA的操作期间由收发器的信号发送器2-TX发送的通信信号CS的信号幅度根据光伏阵列PVA的计算阻抗值ZPV自动进行调节。在优选实施方式中，由收发器的信号发送器2-TX发送的通信信号CS的信号幅度根据所确定的光伏阵列PVA的阻抗值ZPV自动进行调节，使得通信信号CS的幅度低于预定阈值。阈值可以被配置为使得实现经由DC电力网络的通信的电磁干扰兼容性。同样有利的是，由于本发明的信号电平降低还导致在光伏系统中可能发生的串扰的显著降低。
利用根据本发明的系统1，可以连续地监测光伏阵列PVA的光伏阻抗ZPV。这可以通过基站2的收发器的信号接收器2-RX从光伏串PVS接收接收信号VRX来实现。然后，通过应用分压器规则，可以基于ZPV-transformed、分压器电阻器8的电阻R、发送信号VTX的电压、接收信号VRX的电压和变压器TR的匝数比N来确定光伏阵列PVA的阻抗值ZPV。在可能的实施方式中，发送信号VTX可以被校准到预定值，并且可以被用作参考信号RefSig。在进一步的步骤中，可以通过响应于发送电压VTX的预定值测量接收电压VRX来获得校准阻抗值。然后，处理器2-P可以计算光伏阵列PVA的复阻抗值ZPV。光伏设施的阻抗值ZPV可以根据在逆变器6侧接收的信号来确定。这也可以称为电隔离阻抗测量。逆变器6的基站2的收发器不仅发送信号，而且接收来自光伏系统1的信号。
可以基于变压器TR的匝数比N来变换光伏设施的阻抗值。这确实与分压器电阻器8的电阻R一起形成分压器。
在简单的情况下(忽略任何相位信息)，分压器可用于导出光伏阻抗RPV。
其中，R是定义通信单元收发器的发送器阻抗的分压器电阻器8的电阻，VTX是收发器的信号发送器TX的输出电压，
VRX是收发器的信号接收器RX的接收输入电压，并且
N是变压器TR的匝数比。
可以在分压器电路处捕获接收电压VRX的发送电压VTX的瞬时值。
此外，校准因子K可以由基站2的控制器或处理器2-P确定，VTX值可以与ZPV值相匹配。
逆变器6包括具有收发器的基站2，收发器具有适于从光伏模块PVM 5的模块级装置4的收发器接收信号的信号接收器2-RX。
还如图5A、图5B中示意性示出的，光伏阵列PVA的阻抗ZPV可以基于双工器电路7内的变压器TR的匝数比(N1/N2)被转换成变换阻抗ZPV-transformed。
其中，K是具有匝数比的变压器TR的耦合系数。
如图5A、图5B中所示，变换阻抗ZPV-transformed和电阻器8形成分压器电路。在可能的实施方式中，电阻器8的电阻R可以由标准限定，例如由SunSpec标准限定。
其中，是变压器TR的逆匝数比N，并且
R是分压器电路的电阻器8的电阻，
K是变压器TR的耦合系数，
VTX是收发器的发送电压，并且
VRX是收发器的接收电压。
图5B示出了图5A所示电路的等效电路。
在可能的实施方式中，收发器的发送电压VTX，即收发器的信号发送器2-TX的发送电压，可以被校准以获得PV端口处的定义的输出电压(即工厂值)。由于用于该校准的阻抗是已知的，因此这确实允许对阻抗测量进行校准。在校准期间，发送与接收的信号电平比影响测量的精度。
由于可以确定发送信号和接收信号之间的时间关系，所以可以使用该信息来确定复阻抗值ZPV。在可能的实施方式中，这可以通过在两个信号VTX、VRX中寻找第一过零点并根据采样计算时间差来实现。在另一可能的实施方式中，两个信号可以彼此相关。在另一可能的实施方式中，可以使用快速傅立叶变换FFT来确定复阻抗值ZPV。可以进一步处理发送电压VTX和接收电压VRX之间的相位的相位信息，以获得关于光伏阵列PVA的当前状态的附加知识。
图6示出了用于说明根据本发明的光伏模块级监测系统1的另一可能的示例性实施方式的DC电力网络的可能耦合的电路图。在图6所示的示例性实施方式中，双工器电路7包括谐振器电路，该谐振器电路包括与具有磁化电感LR的大电流变压器TR的初级绕组L1并联连接的电容器CR。电容器CR形成谐振器电路，该谐振器电路具有围绕RX和TX FSK频率的电感LR。这里，本领域技术人员将理解，可以使用其他信号/调制，并且调制不限于FSK。连接到谐振器电路的电阻器8提供用于RX信道的输入节点，即用于收发器的信号接收器RX的输入节点。
为了发送，发送功率放大器TXPA可以生成RF信号，该RF信号经由大电流变压器TR注入到PVM串中作为串行电压VTX。在大电流变压器TR的次级绕组L2中感应的次级电压VSEC由功率放大器TxPA的输出电压和变压器绕组比N来确定。如果功率放大器TXPA的输出阻抗通常比电阻器8的电阻R低得多，则输出阻抗Zout主要由电阻器8的电阻R除以N2来限定。如果谐振器电路被设计成具有远高于电阻器8的电阻R的阻抗，则注入到RX信道中的发送信号的幅度主要由光伏串PVS的串阻抗ZSTR来确定：
例如，当N＝2，ZPV＝20欧姆，R＝4欧姆时，电压VRX为VTX·0.09，即，在谐振器电路的谐振频率fR处，TX输出和RX输入之间存在大约21dB的衰减。功率放大器TXPA的输出阻抗ZPA被认为是0.2。光伏串PVS的串阻抗ZSTR等于光伏阵列PVA的阻抗ZPV。
图7示出了用于说明耦合双工器电路7的AC模拟结果的信号图。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衰减优于20dB。
在接收期间，从光伏串PVS接收的信号通过大电流变压器TR到达谐振或谐振器电路。由于功率放大器TXPA的输出阻抗ZPA低于电阻器8的电阻R，因此电压VRX大致等于变压器TR的次级侧，即，RX信号损失可忽略不计。这也在图8中示出。
在替代实施方式中，如图6、图8的实施方式中所示的大电流变压器TR可以用大电流电感LS和小信号变压器TR来代替，还如图9的电路图中所示。

Claims (11)

1.一种用于在模块级装置MLD(4)的收发器和逆变器(6)的基站(2)的收发器之间进行通信的方法，所述模块级装置MLD(4)被设置为监测和/或控制相关联的光伏模块PVM(5)，
其中，模块级装置MLD(4)的收发器和逆变器(6)的基站(2)的收发器通过相关联的双工器电路(7)耦合到DC电力网络，所述DC电力网络包括将光伏阵列(PVA)的至少一个光伏串(PVS)的光伏模块PVM(5)与所述逆变器(6)连接的电力电缆(3)，
其中，由模块级装置MLD(4)的收发器和逆变器(6)的基站(2)的收发器经由其相关联的双工器电路(7)发送的通信信号CS的信号幅度根据所述光伏阵列(PVA)的阻抗ZPV自动地进行调节，
其中，所述光伏阵列(PVA)的阻抗ZPV根据所测量的通信信号CS或由所述逆变器(6)的基站(2)的收发器经由其相关联的双工器电路(7)接收的测试信号并且根据参考信号RefSig来确定，
其中，所述参考信号RefSig包括由所述逆变器(6)的基站(2)的收发器经由其相关联的双工器电路(7)发送的具有预定幅度的校准通信信号，
其中，所述光伏阵列(PVA)的阻抗ZPV根据所述双工器电路(7)的变压器TR的匝数比N和耦合系数K来计算，所述双工器电路(7)将所述逆变器(6)的基站(2)的收发器耦合到DC电力网络，该DC电力网络连接所述光伏阵列(PVA)的相应光伏串(PVS)中的光伏模块PVM(5)，并且响应于所测量的接收到的通信信号CS或测试信号和参考信号RefSig，根据连接到所述变压器TR的初级侧的分压器电阻器(8)的电阻R来计算所述光伏阵列(PVA)的阻抗ZPV，
其中，在所述光伏阵列(PVA)的操作期间由基站(2)的收发器的发送器(2-TX)发送的通信信号CS的信号幅度根据所述光伏阵列(PVA)的阻抗ZPV自动进行调节，使得所述通信信号CS的幅度低于预定阈值，所述预定阈值被配置为实现经由DC电力网络的通信的电磁干扰兼容性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光伏阵列(PVA)的阻抗ZPV基于由相应光伏阵列(PVA)的光伏模块PVM(5)接收的太阳辐射的波动而改变其值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光伏阵列(PVA)的阻抗ZPV周期性地和/或响应于检测到的事件而确定。
4.一种光伏PV模块级监测系统(1)，其包括：
光伏阵列(PVA)，该光伏阵列(PVA)包括至少一个光伏串(PVS)，该至少一个光伏串(PVS)包括光伏模块PVM(5)，每个光伏模块PVM(5)具有模块级装置MLD(4)，所述模块级装置MLD(4)适于监测和/或控制相关联的光伏模块PVM(5)，
其中，每个模块级装置MLD(4)包括收发器，该收发器适于与连接到所述光伏阵列(PVA)的逆变器(6)的基站(2)的收发器通信，
其中，模块级装置MLD(4)的收发器和逆变器(6)的基站(2)的收发器通过相关联的双工器电路(7)耦合到DC电力网络，所述DC电力网络包括将所述光伏阵列(PVA)的至少一个光伏串(PVS)的光伏模块PVM(5)与所述逆变器(6)的基站(2)连接的电力电缆(3)，
其中，由模块级装置MLD(4)的收发器和逆变器(6)的基站(2)的收发器经由其相关联的双工器电路(7)发送的通信信号CS的信号幅度根据相应光伏阵列(PVA)的阻抗ZPV自动地进行调节，
其中，所述光伏阵列(PVA)的阻抗ZPV根据所测量的通信信号CS或由所述逆变器(6)的基站(2)的收发器经由其相关联的双工器电路(7)接收的测试信号并且根据参考信号RefSig来确定，
其中，所述参考信号RefSig包括由所述逆变器(6)的基站(2)的收发器经由其相关联的双工器电路(7)发送的具有预定幅度的校准通信信号，
其中，所述光伏阵列(PVA)的阻抗ZPV根据所述双工器电路(7)的变压器TR的匝数比N和耦合系数K来计算，所述双工器电路(7)将所述逆变器(6)的基站(2)的收发器耦合到DC电力网络，该DC电力网络连接所述光伏阵列(PVA)的相应光伏串(PVS)中的光伏模块PVM(5)，并且响应于所测量的接收到的通信信号CS或测试信号和参考信号RefSig，根据连接到所述变压器TR的初级侧的分压器电阻器(8)的电阻R来计算所述光伏阵列(PVA)的阻抗ZPV，
其中，在所述光伏阵列(PVA)的操作期间由基站(2)的收发器的发送器(2-TX)发送的通信信号CS的信号幅度根据所述光伏阵列(PVA)的阻抗ZPV自动进行调节，使得所述通信信号CS的幅度低于预定阈值，所述预定阈值被配置为实现经由DC电力网络的通信的电磁干扰兼容性。
5.根据权利要求4所述的光伏PV模块级监测系统，其中，模块级装置MLD(4)的每个收发器包括：
信号发送器(TX)，其适于经由相关联的双工器电路(7)和光伏串(PVS)的DC电力网络的电力电缆(3)来发送通信信号CS，以及
信号接收器(RX)，其适于经由相关联的双工器电路(7)从光伏串(PVS)的DC电力网络的电力电缆(3)接收通信信号CS。
6.根据权利要求4所述的光伏PV模块级监测系统，其中，所述基站(2)的收发器的双工器电路(7)包括分压器电阻器(8)，该分压器电阻器(8)串联连接到基站(2)的所述收发器的双工器电路(7)的变压器TR的初级线圈L1，以提供施加到基站(2)的所述收发器的信号接收器(2-RX)的接收电压VRX。
7.根据权利要求6所述的光伏PV模块级监测系统，其中，所述双工器电路(7)的变压器TR的初级线圈L1通过电容器(C1)耦合到所述基站(2)的收发器的信号发送器(2-TX)，以从所述信号发送器(2-TX)发送发送电压VTX。
8.根据前述权利要求4至7中任一项所述的光伏PV模块级监测系统，其中，模块级装置MLD(4)的每个收发器连接到模块级装置MLD(4)的处理器(P)，以根据要发送的信号来调整模块级装置MLD(4)的信号发送器(TX)的发送电压VTX，并评估由模块级装置MLD(4)的信号接收器(RX)接收的信号的接收电压VRX。
9.根据权利要求8所述的光伏PV模块级监测系统，其中，所述基站(2)的处理器(2-P)适于根据由所述处理器(2-P)响应于通信信号CS或响应于由所述基站(2)的收发器的信号接收器(2-RX)接收的测试信号评估的相应光伏阵列(PVA)的阻抗ZPV来自动地调整由所述基站(2)的收发器的信号发送器(2-TX)发送的通信信号CS的信号幅度。
10.根据权利要求9所述的光伏PV模块级监测系统，其中，所述光伏阵列(PVA)的阻抗ZPV由所述处理器(2-P)根据将所述基站(2)的收发器耦合到DC电力网络的双工器电路(7)的变压器TR的匝数比N和耦合系数K来计算，所述DC电力网络将所述光伏阵列(PVA)的相应光伏串(PVS)中的光伏模块PVM(5)与逆变器(6)连接，并且响应于所测量的接收到的通信信号CS或测试信号和参考信号RefSig，根据连接到所述变压器TR的初级侧(L1)的分压器电阻器(8)的电阻R来计算所述光伏阵列(PVA)的阻抗ZPV。
11.根据权利要求4所述的光伏PV模块级监测系统，其中，每个模块级装置MLD(4)适于监测至少一个相关联的光伏模块PVM(5)的物理参数，所述物理参数包括由所述光伏模块PVM(5)产生的电流、电压、温度和/或能量。
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