CN116134715A - 在高压功率转换器站中建立无线通信系统的方法和高压功率转换器站 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于在高压功率转换器站(5a)中建立无线通信系统的方法(1)。所述高压功率转换器站包括多个功率设备(10a‑10c)。所述无线通信系统包括多个无线通信设备(15a‑15c)，所述多个无线通信设备中的一些与功率设备相关联，使得一个功率设备和一个无线通信设备一起形成一个无线功率电子模块(25a‑25c)。所述高压功率转换器站还包括至少一个无线联网设备(20)，用于在所述多个无线通信设备与被配置为控制所述功率设备的控制器(100)之间提供通信接口。所述方法包括由所述控制器基于在无线联网设备与无线功率电子模块之间或在无线通信设备与无线功率电子模块之间建立的多个信道的信号质量的指示来确定提供在阈值以上的信号质量的至少一个通信路径(S3)。

Description

在高压功率转换器站中建立无线通信系统的方法和高压功率转换器站

技术领域

本公开涉及高压功率转换器站中的无线通信，并且具体地，涉及在高压功率转换器站中建立无线通信系统。

背景技术

在例如高压直流HVDC电力传输系统中采用的高压功率转换器站通常依赖光学链路来控制它们的高压功率转换器的切换，并且更一般地控制功率设备(诸如例如绝缘栅双极晶体管IGBT和/或晶闸管)的切换。

光学链路提供可靠并且高速的通信，同时维持所需的电压绝缘。然而，光学链路的安装和调试是耗时并且昂贵的。

高压功率转换器控制需要到多个功率设备的超低等待时间和超可靠通信。部署在2,4/5GHz频谱或相邻频率中的传统无线通信系统(例如WiFi、LTE、蓝牙)遭受有限的可用带宽，这限制了可实现的等待时间。

此外，在功率转换器站中金属障碍物(诸如，例如电磁干扰(EMI)屏蔽物、冷却管、和/或支撑结构)的存在可能限制无线电信号在控制器与功率设备之间的传播。传统无线通信的可靠性可以通过信号处理方法(诸如前向误差校正和/或重新传输)来提高。然而，这样的信号处理方法增加了通信的等待时间。此外，传统无线通信可能受到由功率转换器站外部的无线电信号(诸如，例如蜂窝网络和/或卫星链路)引起的干扰的损害和/或限制，这可能限制可用带宽和/或降低传统通信系统的可靠性。

发明内容

本公开的一个目的是提供一种用于功率转换器站的可靠、低等待时间并且高速的通信系统。本公开的另一个目的是提供一种功率转换器站中的更容易地安装和调试的通信系统。为了实现这些目的和其它目的中的至少一个，提供了根据独立权利要求所述的用于在高压功率转换器站中建立无线通信系统的方法和高压功率转换器站。优选实施方案由从属权利要求限定。

根据第一方面，提供了一种用于在高压功率转换器站中建立无线通信系统的方法。所述高压功率转换器站包括多个功率设备，并且所述无线通信系统包括：多个无线通信设备。所述多个无线通信设备中的一些与功率设备相关联，使得一个功率设备和一个无线通信设备一起形成一个无线功率电子模块。所述无线通信系统还包括至少一个无线联网设备，用于在所述多个无线通信设备与控制器之间提供通信接口，所述控制器被配置为控制所述功率设备。

所述方法包括：在所述控制器处获得多个第一信道中的每个第一信道的信号质量的指示。一个第一信道对应于使用多个无线电波束方向中的一个在所述至少一个无线联网设备中的一个与所述多个无线通信设备中的一个无线通信设备之间的通信路径。所述方法还包括：在所述控制器处获得多个第二信道中的每个第二信道的信号质量的指示。一个第二信道对应于使用多个无线电波束方向中的一个在一个无线通信设备与所述多个无线功率电子模块中的一个无线功率电子模块之间的通信路径。所述方法还包括：针对每一个无线功率电子模块，由所述控制器基于针对所述多个第一信道和所述多个第二信道获得的信号质量的指示，确定从所述控制器到所述无线功率电子模块的至少一个通信路径。确定的通信路径提供在阈值以上的信号质量。

根据第二方面，提供了一种高压功率转换器站。所述高压功率转换器站包括：多个功率设备。所述高压功率转换器站还包括多个无线通信设备。所述多个无线通信设备中的一些与功率设备相关联，使得一个功率设备和一个无线通信设备一起形成一个无线功率电子模块。所述高压功率转换器站还包括至少一个无线联网设备，用于在所述多个无线通信设备与控制器之间提供通信接口。所述控制器被配置为控制所述功率设备。所述控制器还被配置为：获得多个第一信道中的每个第一信道的信号质量的指示。一个第一信道对应于使用多个无线电波束方向中的一个在所述至少一个无线联网设备中的一个与所述多个无线通信设备中的一个无线通信设备之间的通信路径。所述控制器还被配置为获得多个第二信道中的每个第二信道的信号质量的指示。一个第二信道对应于使用多个无线电波束方向中的一个在一个无线通信设备与所述多个无线功率电子模块中的一个无线功率电子模块之间的通信路径。所述控制器还被配置为针对每一个无线功率电子模块，基于针对所述多个第一信道和所述多个第二信道获得的信号质量的指示，确定从所述控制器到所述无线功率电子模块的至少一个通信路径。确定的通信路径提供在阈值以上的信号质量。

具有多个通信设备和至少一个联网设备的无线通信系统可以是高压功率转换器站的一个不可分割的部分。功率转换器站或高压功率转换器站可以例如包括功率转换器厅(hall)、功率转换器机柜(cabinet)、功率转换器分站或包括多个(高压)功率设备的任何其他类型的功率转换器站。在这方面，功率设备可以例如包括开关设备，诸如IGBT或晶闸管、开关装置或在控制器的控制下的高压功率转换器站的任何其他功率设备。

术语“无线通信设备”是指例如无线电通信设备、微波通信设备或毫米波通信设备。如上文所提及的，无线通信设备可以与功率设备相关联以形成无线功率电子模块，其中无线通信设备可以从功率转换器站的控制器接收控制消息并且可以向控制器传输状态消息。不与功率设备相关联的无线通信设备可以被理解为例如继电器或继电设备。

此外，无线联网设备可以包括用作例如控制器与无线通信设备之间的无线接口的任何设备。无线联网设备也可以被称为无线集线器。无线联网设备可以经由导线连接连接到控制器，同时它被配置为与无线通信设备进行无线通信。

此外，尽管在描述本公开中的方法和功率转换器站时提到“一个控制器”，但是应理解，功率转换器站可以包括多个控制器。例如，控制器中的每个可以被配置为控制功率转换器站的功率设备的一个子集。控制器也可以被称为控制单元或控制实体。

在上文中，信号质量的指示可以例如包括值、注释、消息或索引。所述指示可以经由例如信道探测来获得。

基于多个第一信道和第二信道的信号质量的指示，可以确定从控制器到无线功率电子模块的至少一个通信路径。此“确定”可以被理解为例如路径选择。

本方法和高压功率转换器站提供比传统无线通信系统更可靠的通信。此外，与有线通信系统的安装所需的时间相比，所述通信系统的安装和调试所需的时间被减少。换句话说，所述方法和所述高压功率转换器站的益处包括用于所述控制功率转换器站的功率设备的通信系统的较少耗时和昂贵的安装和调试。

还应理解，在本方法和功率转换器站中，由控制器选择(或确定)的从控制器到无线功率电子模块的至少一个通信路径可以包括第一信道和/或第二信道，只要由所述通信路径提供的信号质量在阈值以上。选择的通信路径可以包括：控制器与联网设备(或集线器)之间的通信(所述通信可以是有线的)，以及其他实体之间的无线通信，诸如联网设备与无线功率电子模块之间的直接无线通信(所述通信对应于第一信道中的一个)，或经由用作继电器的无线通信设备从联网设备到无线功率电子模块的间接(或继电的)无线通信，从而既包括(在联网设备与无线通信设备之间的)第一信道中的一个，又包括(在无线通信设备与无线功率电子模块之间的)第二信道中的一个。

因此，本方法和功率转换器站的益处在于它们可以涉及直接通信和协作通信(或基于继电的通信)的组合。用于一个特定的无线功率电子模块的通信路径的确定或选择将取决于所述无线功率电子模块在所述功率转换器站内的位置，因为无线联网设备与所述无线功率电子模块之间的直接无线通信可能不导致在阈值以上的信号质量，而经由无线通信设备中的一个在所述联网设备与所述无线功率电子模块之间的继电通信可以提供在阈值以上的信号质量。

本方法和功率转换器站通过从用于第一信道和/或第二信道的多个无线电波束方向中选择至少一个通信路径来组合定向通信和协作通信。定向通信和协作通信的组合可以导致更大数目的可能通信路径，这可以导致具有在预定阈值以上的信号质量的更多通信路径(可用的通信路径)。这为控制器与无线功率电子模块之间的通信提供了冗余，从而导致更可靠的通信系统并且因此导致更可靠的功率转换器站。

在本方法和功率转换器站中，多个通信路径被调查，因为将用于建立从控制器到无线功率电子模块中的每个无线功率电子模块的通信路径的多个组合的质量与阈值进行比较。这些组合包括多个第一信道和多个第二信道中的一个或多个，如上文所描述的。此外，此确定可以只需要对包括第一信道和第二信道的似乎合理的通信路径的无线链路的质量的测量。

所述控制器可以被配置为沿提供两个最高信号质量的至少两个通信路径与无线功率电子模块通信。换句话说，所述控制器可以基于针对多个第一信道和多个第二信道获得的信号质量的指示来确定从控制器到无线功率电子模块的至少两个通信路径。确定的通信路径可以提供在阈值以上的信号质量。本实施方案的优点在于，它为控制器与无线功率电子模块之间的通信提供了冗余，从而导致更可靠的通信系统并且因此导致更可靠的功率转换器站。

所述控制器可以被配置为关于信号质量来评定确定的通信路径的优先级。术语“评定优先级”还指例如确定等级、列表，速率或分数。所述控制器可以被配置为关于信号质量的指示来评定确定的通信路径的优先级。本实施方案的益处在于，它可以提供通信路径的确定等级的列表，从而提高通信系统的可靠性，并且因此提高功率转换器站的可靠性。

关于至少一个确定的通信路径的信息可以被传输到至少一个无线联网设备和无线通信设备。所述信息可以从控制器传输到至少一个无线联网设备，然后所述至少一个无线联网设备可以将所述信息传输或转发到无线通信设备(从而也到达无线功率电子模块)。关于至少一个确定的通信路径的信息可以包括每一个无线联网设备与每一个无线通信设备之间的至少一个确定的路径或关于从控制器到每一个无线功率电子模块的完整通信路径的信息。在存在多个无线联网设备的情况下，发送到一个特定无线联网设备的关于至少一个确定的通信路径的信息可以包括关于涉及此特定无线联网设备的至少一个确定的路径的信息。类似地，关于发送到一个相应的无线通信设备的至少一个确定的通信路径的信息可以仅包括关于用于所述相应的无线通信设备的至少一个确定的路径的信息。在控制器与无线功率电子模块之间分配关于确定的(或优选的)通信路径的信息改善了在在功率转换器站中建立无线通信系统时的响应时间。

所述控制器可以被配置为在操作期间沿提供最高信号质量的通信路径与每一个无线功率模块通信。所述控制器还可以被配置为：如果在一个预定时间段内未从所述无线功率模块接收到状态消息，则确定所述通信路径是不活跃的。在这样的确定后，所述控制器可以被配置为切换到提供第二最高信号质量的通信路径。换句话说，所述控制器还可以被配置为，在所述确定后，切换到提供最高信号质量的活跃的通信路径。所述无线功率电子模块可以被配置为将所述状态消息传输到所述控制器。所述无线功率模块可以被配置为将所述状态消息重复地传输到所述控制器，其中传输状态消息之间的时间可以被称为状态时间段。所述预定时间段可以等于所述状态时间段乘以预定数目。换句话说，所述控制器可以被配置为，如果在等于所述状态时间段乘以预定数目的时间内未从功率模块接收到状态消息，则确定通信路径是不活跃的。术语“预定数目”是指例如基本上任何整数。换句话说，所述控制器可以被配置为，如果所述控制器未接收到预定数目的连续状态消息，则确定通信路径是不活跃的。因此，由于用于在控制器与无线功率电子模块之间进行通信的通信路径被更新，所以可靠性被进一步增加。不活跃的通信路径被丢弃，并且活跃的或可用的通信路径之间的优先级被更新。

获得所述多个第一信道中的一个第一信道(即沿一个特定波束方向的在无线联网设备与无线通信设备之间的信道)的信号质量的指示可以包括：从所述无线联网设备向所述无线通信设备传输第一探测消息；响应于所述第一探测消息，在所述无线联网设备处接收来自所述无线通信设备的消息；以及基于响应于所述第一探测消息而接收的所述消息，从所述无线联网设备向所述控制器传输关于所述第一信道的信号质量的信息。换句话说，所述多个第一信道(即联网设备与无线通信设备的不同组合以及不同波束方向)的信号质量的指示可以基于信道探测。

获得所述多个第二信道中的一个第二信道(即沿一个特定波束方向的在无线通信设备与无线电子功率模块之间的信道)的信号质量的指示可以包括：从所述无线通信设备向所述无线功率电子模块转发在所述无线通信设备处从所述至少一个无线联网设备中的一个无线联网设备接收的第二探测消息。然后，本实施方案还可以包括：响应于所述第二探测消息，在所述通信设备处接收来自所述无线功率电子模块的消息，以及基于响应于所述第二探测消息而接收的所述消息，经由无线联网设备从所述无线通信设备向所述控制器传输关于所述第二信道的信号质量的信息。换句话说，所述多个第二信道(即通信设备和无线功率电子模块的不同组合以及不同波束方向)的信号质量的指示可以基于信道探测。

无线联网设备和无线通信设备可以各自包括用于引导它们相应的无线电波束的天线元件。可以通过所述无线联网设备的天线元件的设置和所述无线通信设备的天线元件的设置来建立无线电波束方向。

类似地，所述多个无线通信设备中的每个无线通信设备可以包括天线元件，用于在两个无线通信设备之间引导它们相应的无线电波束和无线电波束方向，以用于例如获得第二信道的质量的指示，这可以通过所述无线通信设备的天线元件的设置和所述无线功率电子模块的无线通信设备的天线元件的设置来建立。

所述天线元件可以被配置为以一定度数的准确度引导它们相应的无线电波束。从而，所述天线元件的可能无线电波束方向的数目是360度除以其各自的准确度。例如，如果一个天线元件具有10度的准确度，则该天线元件可以在36(即360除以10)个方向上引导其无线电波束。应理解，所提及的准确度纯粹是示例性的。一个天线元件的准确度基本上可以是任何度数。所述天线元件可以包括模拟板，所述模拟板包括至少一个天线。术语“天线元件”还指例如天线阵列、定向天线。所述天线元件可以耦合到其相应的无线联网设备或相应的无线通信设备。

一个无线通信设备可以包括至少两个天线元件，用于引导相应的无线电波束。包括至少两个天线元件的一个无线通信设备可以被配置为经由所述至少两个天线元件中的至少一个第一天线元件接收无线电信号，并且经由所述至少两个天线元件中的至少一个第二天线元件传输无线电信号。一个无线通信设备的至少两个天线元件可以彼此耦合。一个无线通信设备的至少一个第二天线元件可以被配置为转发由所述无线通信设备的至少一个第一天线元件接收的信号或消息。所述信号或消息的转发可以在模拟域中完成，这可以减少等待时间。一个无线通信设备的至少一个第一天线元件和至少一个第二天线元件的频率和无线电波束方向中的至少一个可以是不同的，使得可以减少所述至少一个第一天线元件与所述至少一个第二天线元件之间的干扰。使用两个天线元件提高了建立通信系统时的效率。

可以通过波束形成或通过手动设置所述无线联网设备和/或所述无线通信设备的相应的天线元件来建立无线电波束方向。波束形成和手动设置可以各自被理解为定向通信。术语“波束形成”还指例如波束控制。波束成形可以包括将一个权重应用于一个相应的天线元件的一个天线阵列中的每个天线。将一个相应的权重应用于一个相应的天线元件的一个天线阵列中的每个天线可以改变天线的相位。天线的相位的改变可以将由包括该天线的天线阵列产生的无线电波束指向一个特定方向。所述无线联网设备和包括天线元件的所述无线通信还可以被配置为控制所述权重。所述无线联网设备和包括天线元件的所述无线通信还可以被配置为控制由所述相应的天线元件传输的信号的频率。波束形成可以减少在不同的无线电波束方向之间切换所花费的时间，这减少在建立功率转换器站的通信系统时的安装和调试时间。术语“手动设置”还指例如机械设置、手动引导、手动方向和/或机械方向。手动设置可以由被配置为旋转天线元件的马达来执行。替代地，手动设置可以由操作者手动引导天线元件来执行。本实施方案允许更多个可能的无线电波束方向，这可以减少等待时间和/或增加通信系统的带宽。

所述多个第一信道可以包括所述至少一个无线联网设备中的每一个无线联网设备与所述多个无线通信设备中的每一个无线通信设备之间的所有通信路径。因此，所述方法可以包括：获得所述至少一个无线联网设备中的每一个无线联网设备与所述多个无线通信设备中的每一个无线通信设备之间的所有通信路径的信号质量的指示。本实施方案为所述功率转换器站内的每一个可能的第一信道提供信号质量的指示，这可以增加提供在阈值以上的信号质量的通信路径的数目，从而增加带宽和/或减少通信系统的等待时间。

在所述控制器与一个无线功率电子模块之间的至少一个确定的通信路径包括以下中的至少一个：在一个无线联网设备与所述无线功率电子模块之间的直接通信路径；以及在一个无线联网设备与所述无线功率电子模块之间的包括用作继电器的无线通信设备的通信路径。换句话说，在所述控制器与一个无线功率电子模块之间的至少一个确定的通信路径可以包括以下中的一个：包括第一信道的直接通信路径和包括第一信道和第二信道的通信路径。在包括第一信道和第二信道的通信路径中，无线通信设备可以用作所述第一信道与所述第二信道之间的继电器。

所述控制器可以被配置为，如果确定不存在从所述控制器到所述无线功率电子模块的提供在所述阈值以上的信号质量的通信路径，则确定无线功率电子模块是有故障的。不同地表达，如果从所述控制器到所述无线功率电子模块的所有通信路径提供在所述阈值以下的信号质量，则确定无线功率电子模块是有故障的。术语“有故障的”还指例如不活跃的、不可用的或出故障的。所述控制器可以被配置为控制未被确定为有故障的无线功率电子模块的功率设备。本实施方案降低了从控制器向有故障的无线功率电子模块发送指令的风险。所述控制器可以被配置为控制功率设备以执行先前由有故障的无线功率电子模块的功率设备执行的操作。

所述控制器可以被配置为，如果确定不存在从所述控制器到无线通信设备的提供在所述阈值以上的信号质量的通信路径，则确定所述无线通信设备是有故障的。所述控制器可以被配置为，在确定无线通信设备是有故障的后，删除或取消到和从有故障的无线通信设备的所有确定的通信路径。如果有故障的无线通信设备正用作用于无线功率电子模块的继电器，则所述控制器可以切换到不涉及有故障的无线通信设备的另一个确定的通信路径，以控制所述无线功率电子模块。本实施方案进一步增加了通信系统的可靠性。

所述控制器可以被配置为向每一个无线联网设备和每一个无线功率电子模块传达一个相应的通信频率。每一个无线联网设备和每一个无线功率电子模块可以被配置为以它们各自的通信频率进行通信。

在所述无线通信系统内并且因此在所述转换器站内的通信，即在所述无线通信设备、所述联网设备和/或所述无线功率电子模块之间的无线通信，可以对应于在从3GHz到300GHz或从0.1THz到10THz的频率下的通信。通信可以对应于在从30GHz到300GHz或从0.1THz到10THz的频率下的通信。换句话说，无线通信可以对应于毫米波(mmwave)范围通信、亚THz范围通信或THz范围通信。在从30GHz到300GHz或从0.1THz到10THz的频率下的无线通信具有比传统无线通信更短的范围，诸如在2,4/5GHz频谱或相邻频率下的通信。从30GHz到300GHz或从0.1THz到10THz的频率下的较短通信范围可能在使用所述频率的不同通信信道之间引起较少的干扰。因此，通过使用这样的频率可以进一步提高可靠性和带宽。此外，使用这样的频率范围可以允许不同的通信信道使用在所述频率范围内的不同的(单独的)频率，这可以进一步提高所得到的方法和功率转换器站的可靠性和带宽。

应注意，可以设想使用上文所描述的实施方案中所记载的特征的所有可能组合的其它实施方案。因此，本公开还涉及本文所提及的特征的所有可能的组合。

附图说明

下文将参考附图描述本发明的示例性实施方案。

图1至图3是根据一个或多个示例性实施方案的功率转换器站的示意性视图。

图4是根据一个或多个示例性实施方案的无线联网设备与无线功率电子模块之间的第一信道的示意性视图。

图5是根据一个或多个示例性实施方案的用于建立无线通信系统的方法的流程图。

所有附图都是示意性的，不一定是按比例的，并且通常仅示出为了阐明本发明的实施方案所必需的部分，其中可以省略或仅暗示其它部分。相同的参考数字始终指代相同的元件。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图描述本发明，在附图中示出了示例性实施方案。然而，本发明构思可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方案；相反，这些实施方案是通过实施例的方式提供的，使得本公开将向本领域技术人员传达本发明的范围。在附图中，除非另外特别说明，否则相同的参考数字表示具有相同或类似的功能的相同或类似的部件。

图1是根据一个或多个示例性实施方案的转换器站5a的示意性视图。转换器站5a可以是高压功率转换器站5a。转换器站5a包括其中布置三个功率设备10和四个无线通信设备15a-15c、15r的厅50或机柜50。无线通信设备15a-15c、15r各自包括天线元件30，其中三个无线通信设备15a、15b、15r各自包括两个天线元件30。无线通信设备15a-15c、15r被配置为经由天线元件30接收无线电信号并且经由天线元件30传输无线电信号。包括两个天线元件30的三个无线通信设备15a、15b、15r可以被配置为经由两个天线元件30中的一个同时接收无线电信号，并且经由两个天线元件30中的另一个传输无线电信号。所述四个无线通信设备中的三个无线通信设备15a-15c与各自的功率设备10相关联，使得一(即一个)功率设备10和一(即一个)无线通信设备15a-15c一起形成一(即一个)无线功率电子模块25a、25b或25c。不与功率设备10相关联的无线通信设备15r可以例如被称为(或用作)继电器15r。转换器站5a还包括无线联网设备20，所述无线联网设备20被配置用于在通信设备15a-15c、15r与控制器100之间提供通信接口，所述控制器100被配置为控制无线功率电子模块25a-25c的功率设备10。联网设备20包括天线元件30。无线联网设备20被配置为经由天线元件30接收无线电信号并且经由天线元件30传输无线电信号。无线联网设备20耦合到控制器100。无线联网设备20可以经由导线或无线地可通信地耦合到控制器100。在图1中所描绘的转换器站5a内部，三个障碍物被表示为阴影线矩形。所述障碍物例如可以是墙壁、门口、转换器站5a的一个结构部分、一件装备或家具。所述障碍物可能导致无线通信设备15a-15c、15r自身之间以及联网设备20与无线通信设备15a-15c、15r之间的通信中的干扰或损害。所述障碍物可以阻挡、反射和/或吸收无线电信号。

尽管在图1中控制器100被表示为布置在功率转换器厅50外部，但是在其它变型方案中，控制器100可以布置在转换器站厅50内部。此外，可以存在耦合到无线联网设备20的附加控制器。所述附加控制器可以为了冗余而耦合到无线联网设备20，这可以增加可靠性。

无线通信设备15a-15c、15r、联网设备20和控制器100可以一起构成功率转换器站5的通信系统。本公开涉及此通信系统的建立，并且具体地，涉及控制器100与每一个无线功率电子模块25a-25c之间的通信路径的建立，使得它们可以交换不同类型的消息，诸如控制消息和状态消息。

出于此目的，控制器100被配置为获得多个第一信道31中的每个第一信道的信号质量的指示。第一信道31对应于使用多个无线电波束方向(图1中未示出，但是在图4中示出)中的一个在无线联网设备20与四个无线通信设备15a-15c中的一个无线通信设备15a-15c之间的通信路径。换句话说，第一信道不表示从控制器100到通信设备15a-15c、15r的完整通信路径，而是表示从联网设备20到通信设备15a-15c、15r的直接通信路径(即完整通信路径的一段或一节)。

控制器100还被配置为获得多个第二信道32中的每个第二信道的信号质量的指示。第二信道32对应于使用多个无线电波束方向中的一个在一个无线通信设备15a-15c、15r与三个无线功率电子模块25a、25b、25c中的一个无线功率电子模块之间的通信路径。因此，第二信道可以是无线功率电子模块25a的无线通信设备15a与无线功率电子模块25b的无线通信设备15b之间的通信路径，或不与任何功率设备相关联的无线通信设备15r与无线功率电子模块25a-25c中的一个之间的通信路径。对于第一信道，第二信道不表示从控制器100到一个通信设备15的完整通信路径，而是表示从一个通信设备15到一个无线功率电子模块的通信路径(即，完整通信路径的一段或一节)。

控制器100然后还被配置为，针对每一个无线功率电子模块25a、25b、25c，基于针对多个第一信道31和多个第二信道32获得的信号质量的指示来确定(或选择)从控制器100到所述无线功率电子模块25a-25c的至少一个通信路径，使得确定的或选择的通信路径提供在阈值以上的信号质量。

出于示例性目的，图1示出了三个第一信道31。三个第一信道31中的每个对应于无线联网设备20与一个相应的无线通信设备15a、15b、15r之间的通信路径，其中三个无线通信设备中的两个无线通信设备15a、15b与一个相应的功率设备10一起形成无线功率电子模块25a、25b。这些通信路径表示联网设备20与相应的无线电子功率模块25a和25b之间的潜在或候选通信路径。

在无线联网设备20与每个无线通信设备15a-15c、15r之间可以存在多个第一信道31。图1中所表示的三个第一信道31可以被假设是提供在阈值以上的信号质量的确定的通信路径。三个第一信道31表示直接通信路径。此外，应理解，在无线联网设备20与每个无线通信设备15a-15c、15r之间可以存在提供在阈值以上的信号质量的多个确定的通信路径。三个确定的通信路径31可以被理解为具有最高信号质量或至少具有在阈值以上的信号质量的确定的信道。

图1示出了三个第二信道32。三个第二信道32中的一个在继电器15r与一个无线功率电子模块25c之间，并且三个第二信道32中的另一个在无线功率电子模块25c与另一个无线功率电子模块25b之间。因此，这两个第二信道可以经由继电器15r或经由无线功率电子模块25b提供从控制器100到无线功率电子模块25c的两个替代通信路径。通信路径中的此冗余在装备故障的情况下是有益的。例如，即使无线功率电子模块25b中的一个或继电器15r经历装备故障——其将致使控制器100与无线功率电子模块25c之间的分别经由无线功率电子模块25b或继电器15r的通信路径中的一个不可用，无线功率模块25c仍然将具有提供在阈值以上的信号质量的一个通信路径。在一些实施例中，为了进一步提高系统的可靠性，还可以设想的是，经由无线通信设备25a和无线通信设备25b来建立联网设备20与无线功率电子模块25c之间的无线通信，从而涉及一个第一信道31和两个第二信道32。

图1中所表示的三个第二信道32可以被假设为在控制器100与无线功率电子模块25a到25c中的一个之间的且提供在阈值以上的信号质量的三个确定的通信路径的至少一部分。

三个第二信道32中的第三个在无线功率电子模块25a与无线功率电子模块25b之间。从而，控制器100可以确定无线联网模块25b与控制器100之间的两个通信路径。两个确定的通信路径中的一个可以包括无线联网设备20与无线联网模块25b之间的第一信道31(直接通信路径)。两个确定的通信路径中的另一个包括第一部分和第二部分，所述第一部分对应于无线联网设备20与无线功率电子模块25a之间的第一信道31，所述第二部分对应于无线功率电子模块25a与无线功率电子模块25b之间的第二信道32(基于协作通信的通信路径)。两个确定的通信路径都可以提供在阈值以上的信号质量，并且因此由控制器100选择以用于随后与无线功率电子模块25b进行通信。在此实施例中，直接的确定的通信路径可以具有比协作通信路径更高的信号质量。然而，例如，在某个时间点，在转换器厅50中且在无线联网设备20与无线功率电子模块25b之间可能出现降低直接通信路径的信号质量的障碍物(诸如操作员或一件装备)。在这样的情况下，控制器100可以被配置为切换到另一个确定的通信路径(基于协作通信)以与无线功率电子模块25b通信。

因此，应理解，可以在功率转换器站的设备(包括无线通信设备、联网设备和功率设备)的安装时或在安装之后在一个稍后阶段执行用于在功率转换器站中建立通信系统的方法。还可以规则的时间间隔或在检测到新设备的安装或功率转换器站中的任何其它改变后执行所述方法。

尽管在图1中仅表示了一些第一信道31和一些第二信道32，但是所述控制器可以获得多个第一信道和第二信道的信号质量的指示。图1示出了例如联网设备20与无线功率电子模块25c之间的第一信道34，所述第一信道34不具有在阈值以上的信号质量，这通过用虚线绘制第一信道34来指示。所述控制器然后可以获得联网设备20与无线功率电子模块25c之间的第一信道34(即潜在的直接通信)的信号质量的指示。然而，因为这样的直接通信似乎受功率转换器站的元件的损害，所以这样的第一信道的信号质量将不足以有资格作为从控制器100到无线功率电子模块25c的通信路径的一部分。

类似地，尽管用作继电器的无线通信设备15r和无线功率电子模块25b在理论上可以形成第二信道，但是这两个设备之间的通信似乎被功率转换器站的墙壁等严重损害或阻挡。因此，控制器100可以获得低信号质量的指示(或缺乏这样的第二信道的指示)。

此外，应理解，可以存在可以被用来提供具有在阈值以上的信号质量的通信路径的多个第二信道32。例如，图1表示继电器15r与无线功率电子模块25c之间的第二信道32以及无线功率电子模块25c与无线功率电子模块25b之间的另一个第二信道32。假设这两个第二信道提供相对高的信号质量，图1示出了在控制器100与无线功率电子模块25c之间的提供在阈值以上的信号质量的两个可能的通信路径。

第一通信路径涉及用作无线联网设备20与无线功率电子模块25c之间的继电器的无线功率电子模块25b。换句话说，第一通信路径包括无线联网设备20与无线功率电子模块25b之间的第一信道31和无线功率电子模块25b与无线功率电子模块25c之间的第二信道32。

第二通信路径涉及仅用作无线联网设备20与无线功率模块25c之间的(不与功率设备相关联的)继电器的无线通信设备15r。换句话说，第二通信路径包括无线联网设备20与无线通信设备15r之间的不与任何功率设备相关联的第一信道31和无线通信设备15r与无线功率电子模块25c之间的第二信道32。

图2是根据一个或多个示例性实施方案的功率转换器站5b的示意性视图。图2中所示出的功率转换器站包括如图1中所示出的以及在相关联的文本中所描述的特征、元件和/或功能。因此，为了增加理解，还参考图1以及其相关联的描述。图1和图2中所示出的转换器站5a与5b之间的区别在于，图2中的转换器站5b包括附加的无线联网设备22。附加的无线联网设备22也耦合到控制器100。

图2例示了四个第一信道31。在无线联网设备20与两个无线功率电子模块25a、25b之间分别建立两个第一信道31。四个第一信道31中的另外两个在无线联网设备20、22中的每个与用作继电器的无线通信设备15之间。因此，图2示出了经由一个相应的第一信道31到无线功率电子模块25a、25b中的每个的一个相应的直接通信路径。

图2还例示了到第三无线功率电子模块25c的三个间接通信路径。所述三个间接通信路径中的一个包括无线联网设备20与第三无线功率电子模块25c之间的通信，其中其它无线功率电子设备模块中的一个无线功率电子设备模块25b用作继电器。其它两个间接通信路径分别涉及经由继电器15r在第三无线功率电子模块25c与两个无线联网设备20、22中的每个之间的通信。因此，所有间接通信路径包括第一信道31和第二信道32。

图3是根据一个或多个示例性实施方案的转换器站5c的示意性视图。图3中所示出的功率转换器站5c包括如图2和图3中所示出的以及在相关联的文本中所描述的特征、元件和/或功能。因此，为了增加理解，还参考这些图和相关联的文本。图3和图2中所示出的转换器站5b之间的区别在于，图3中所示出的转换器站5c包括第四无线功率电子模块25d。第四无线功率电子模块25d经由导线33耦合到无线联网设备20中的一个。第四无线功率电子模块25d可以被配置为经由其无线通信设备15d用作用于从控制器100到无线功率电子设备25c的优选的(或确定的)通信路径中的一个的继电器。图3示出了第三无线功率电子模块25c与第四无线功率电子模块25d之间的第二信道32。

图4是示出根据一个或多个示例性实施方案的无线联网设备20与无线功率电子模块25之间的多个第一信道的示意性视图。无线联网设备20和无线功率电子模块25中的每个包括用于引导它们相应的无线电波束35的天线元件30。通过无线联网设备20和无线功率电子模块25的天线元件30的设置来建立无线电波束方向35。图4示出了每个天线元件30指向六个无线电波束方向35。每个无线电波束方向被表示为从一个相应的天线元件30辐射出来的部分虚线。应理解，可以存在任何数目的无线电波束方向35，并且数目为6是一个实施例。此外，无线电波束可以继续沿无线电波束方向35传播，这在图4中由从天线元件延伸出的线的远端处的虚线部分指示。在其他实施例中，图4中所示出的无线联网设备20可以由无线通信设备15或无线功率电子模块25代替，以用于通过使用不同的波束方向来获得关于在这两个实体之间建立的多个第二信道的信号质量的信息。图4中所示出的无线功率电子模块25可以替代地用无线通信设备15代替。

图5是根据一个或多个示例性实施方案的用于在功率转换器站中建立无线通信系统的方法1的流程图。所述功率转换器站可以是根据如图1至图3中所示出的示例性实施方案的功率转换器站5或其组合。此外，与这样的功率转换器站5相关联的控制器100可以被配置为根据方法1来操作。

该流程图示出了获得多个第一信道31中的每个第一信道的信号质量的指示的步骤S1。可以针对每一个第一信道31执行获得信号质量的指示的步骤S1。获得多个第一信道31中的一个第一信道31的信号质量的指示的步骤S1可以包括：

从所述无线联网设备20向所述无线通信设备15传输第一探测消息S11，

响应于所述第一探测消息，在所述无线联网设备20处接收来自所述无线通信设备15的消息S12，以及

基于响应于所述第一探测消息而接收的所述消息，从所述无线联网设备20向所述控制器100传输关于所述第一信道31的信号质量的信息S13。

转换器站5中的示例性通信系统可以包括多个N个无线联网设备20、多个M个无线通信设备15，其中数目为K的无线通信设备15与一个相应的功率设备10一起形成一个无线功率电子模块25，并且其中N个无线联网设备20中的每个和M个无线通信设备15中的每个可以使用数目为D的无线电波束方向35进行通信。不与功率设备相关联的多个(M-K)个无线通信设备15可以仅用作继电器15。如上文所描述的，K个无线通信设备也可以用作继电器，但是它们也与功率转换器站的功率设备相关联。

为了获得每个第一信道31的信号质量的指示，如上文所描述的示例性通信系统将传输N*M*D个第一探测消息：使用多个D个无线电波束方向中的每个将一个第一探测消息从数目为N的无线联网设备20中的每个传输到数目为M的无线通信设备15中的每个。

图5的流程图示出了获得多个第二信道32中的每个第二信道的信号质量的指示的步骤S2。可以针对每一个第二信道32执行获得信号质量的指示的步骤S2。获得多个第二信道32中的每个第二信道的信号质量的指示的步骤S2可以包括：

从所述无线通信设备15向所述无线功率电子模块25转发在所述无线通信设备15处从所述无线联网设备20接收的第二探测消息S21，

响应于所述第二探测消息，在所述通信设备15处接收来自所述无线功率电子模块25的消息S22，以及

基于响应于所述第二探测消息而接收的所述消息，经由无线联网设备20从所述无线通信设备15向所述控制器100发送关于所述第二信道32的信号质量的信息S23。

为了获得每个第二信道32的信号质量的指示，如上文所描述的示例性通信系统将从继电器15向无线功率电子模块25转发(M-K)*K*D个第二探测消息：使用数目为D的无线电波束方向35中的每个，将一个第二探测消息从(M-K)个继电器15中的每个转发到数目为K的功率电子模块25中的每个。

此外，为了获得每个第二信道32的信号质量的指示，如上文所描述的示例性通信系统将在无线功率电子模块25之间转发K*(K-1)/2*D个第二探测消息：使用数目为D的无线电波束方向35中的每个，将一个第二探测消息从数目为K的功率电子模块25中的每个转发到数目为(K-1)的其它功率电子模块25中的每个。

因此，所述通信系统将需要转发((M-K)*K+(K*(K-1)/2))*D个第二探测消息，以调查所有可能的第二信道。

然而，如果示例性通信系统的所有无线通信设备15与一个功率设备15一起形成无线功率电子设备25(即K＝M)，则所述系统转发M*(M-1)/2*D个第二探测消息。

可以自动执行探测消息的传输和转发。换句话说，可以在没有手动施力的情况下执行探测消息的传输和转发。每个探测消息花费相对短的时间段。例如，一个探测消息可能花费大约1ms。如果N＝10、M＝100、D＝50，并且K＝M，则执行方法1的步骤S1和S2所需的时间将是大约10分钟。这些值仅作为一个实施例来提供以例示本方法的益处。

所述功率转换器站的通信系统的配置可以被认为遵循包括信道探测和路径选择的两步过程。

在信道探测期间，探索联网设备(或集线器)与无线功率电子模块(和继电器)之间的所有可能组合。出于此目的，假设天线阵列适于如上文所提及的那样操纵(steer)它们的无线电波束。在该过程的第一部分中，第一无线联网设备(或集线器)针对多个可能的波束方向中的每个向第一无线通信设备发送消息。所述第一无线通信设备针对每个波束方向进行应答(如果接收到在对应的方向上的消息)。所述第一无线联网设备针对每个方向记录来自所述第一无线通信设备的接收的信号质量(在未接收到消息的情况下使用非常低水平的信号质量)。关于此第一子集的第一信道的信号质量的信息或指示被传输到控制器。然后对其它无线通信设备中的每个重复该过程，然后对于所述联网设备中的每个再次重复该过程。

在该过程的此第一部分之后或与该过程的此第一部分同时，所述无线联网设备向所述第一无线通信设备发送另一个消息(不同于第一消息)。如果所述第一无线通信设备具有两个天线阵列，则它可以使用第二天线阵列来使用可能的波束方向中的每个将所述消息转发到其它无线通信设备中的每个。每个无线通信设备针对每个方向进行应答(如果接收到在对应的方向上的消息)。所述第一无线通信设备针对每个方向记录来自每个其它无线通信设备的接收的信号质量(在未接收到消息的情况下使用非常低的数目)，并且将此信息发送回所述无线联网设备(使用在上文所描述的过程的第一部分中实现的最佳方向)，所述无线联网设备将所述信息发送到控制器。对于每一个无线通信设备重复该过程的此第二部分。

在信道探测的这两个部分结束时，所述控制器具有关于用于建立到所述无线功率电子模块中的每个的通信路径的所有可能组合的信息。然后，所述控制器可以使用在信道探测阶段中收集的信息用于路径选择。所述控制器可以通过联网设备与无线功率电子模块之间的直接通信或通过涉及用作继电器的通信设备(或另一个无线功率电子模块)的协作通信来确定如前面的实施方案中所描述的通信路径。

虽然已经在所附附图和前面的描述中例示了本发明，但是这样的例示被认为是例示性的或示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施方案。通过研究附图、公开和所附权利要求，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方案的其它变型方案。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(a)”或“一个(an)”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的这一事实并不指示这些措施的组合不能够被有利地使用。权利要求中的任何参考符号不应被解释为限制范围。

Claims (17)

1.一种用于在高压功率转换器站(5a-5c)中建立无线通信系统的方法(1)，所述高压功率转换器站包括多个功率设备(10a-10c)，其中所述无线通信系统包括：多个无线通信设备(15a-15c)，所述多个无线通信设备中的一些与功率设备相关联，使得功率设备和无线通信设备一起形成无线功率电子模块(25a-25c)；以及至少一个无线联网设备(20)，用于在所述多个无线通信设备与控制器(100)之间提供通信接口，所述控制器被配置为控制所述功率设备，所述方法包括：

在所述控制器处获得多个第一信道中的每个第一信道的信号质量的指示(S1)，其中第一信道(31)对应于使用多个无线电波束方向(35)中的一个在所述至少一个无线联网设备中的一个与所述多个无线通信设备中的一个无线通信设备之间的通信路径；

在所述控制器处获得多个第二信道中的每个第二信道的信号质量的指示(S2)，其中第二信道(32)对应于使用多个无线电波束方向中的一个在无线通信设备与所述多个无线功率电子模块中的一个无线功率电子模块之间的通信路径；以及

针对每一个无线功率电子模块，由所述控制器基于针对所述多个第一信道和所述多个第二信道获得的信号质量的指示，确定从所述控制器到所述无线功率电子模块的至少一个通信路径，其中确定的通信路径提供在阈值以上的信号质量(S3)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制器被配置为沿提供两个最高信号质量的至少两个通信路径与无线功率电子模块通信。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述控制器被配置为基于信号质量来评定确定的通信路径的优先级。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中关于至少一个确定的通信路径的信息被传输到所述至少一个无线联网设备和所述无线通信设备。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述控制器被配置为：在操作期间沿提供最高信号质量的通信路径与无线功率模块通信，并且如果在预定时间段内未从所述无线功率模块接收到状态消息而确定所述通信路径是不活跃的时，则切换到提供所述第二最高信号质量的通信路径。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中获得所述多个第一信道中的一个第一信道的信号质量的指示包括：

从所述无线联网设备向所述无线通信设备传输第一探测消息(S11)；

响应于所述第一探测消息，在所述无线联网设备处接收来自所述无线通信设备的消息(S12)，以及

基于响应于所述第一探测消息而接收的所述消息，从所述无线联网设备向所述控制器传输关于所述第一信道的信号质量的信息(S13)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中获得所述多个第二信道中的一个第二信道的信号质量的指示包括：

从所述无线通信设备向所述无线功率电子模块转发在所述无线通信设备处从所述至少一个无线联网设备中的一个无线联网设备接收的第二探测消息(S21)，

响应于所述第二探测消息，在所述通信设备处接收来自所述无线功率电子模块的消息(S22)，以及

基于响应于所述第二探测消息而接收的所述消息，经由无线联网设备从所述无线通信设备向所述控制器传输关于所述第二信道的信号质量的信息(S23)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中无线联网设备和无线通信设备各自包括用于引导它们相应的无线电波束的天线元件，并且其中通过所述无线联网设备的天线元件的设置和所述无线通信设备的天线元件的设置来建立无线电波束方向以用于获得第一信道的质量的指示。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个无线通信设备中的每个无线通信设备包括用于引导其相应的无线电波束的天线元件，并且其中通过所述无线通信设备的天线元件的设置和所述无线功率电子模块的所述无线通信设备的天线元件的设置来建立无线电波束方向以用于获得第二信道的质量的指示。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中通过波束形成或通过手动设置相应的天线单元来建立无线电波束方向。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个第一信道包括在所述至少一个无线联网设备中的每一个无线联网设备与所述多个无线通信设备中的每一个无线通信设备之间的所有通信路径。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述控制器与一个无线功率电子模块之间的至少一个确定的通信路径包括以下中的至少一个：(i)在无线联网设备与所述无线功率电子模块之间的直接通信路径；以及(ii)在无线联网设备与所述无线功率电子模块之间的包括用作继电器的无线通信设备的通信路径。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述控制器被配置为：如果确定不存在从所述控制器到所述无线功率电子模块的提供在所述阈值以上的信号质量的通信路径，则确定无线功率电子模块是有故障的。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述控制器被配置为将一个相应的通信频率传达到每一个无线联网设备和每一个无线功率电子模块，其中每一个无线联网设备和每一个无线功率电子模块被配置为在其相应的通信频率下进行通信。

15.一种高压功率转换器站(5a-5c)，包括：

多个功率设备(10a-10c)；

多个无线通信设备(15a-15c)，所述多个无线通信设备中的一些与功率设备相关联，使得功率设备和无线通信设备一起形成无线功率电子模块(25a-25c)，

至少一个无线联网设备(20)，用于在所述多个无线通信设备与控制器(100)之间提供通信接口，所述控制器被配置为控制所述功率设备；

其中所述控制器被配置为：

获得多个第一信道中的每个第一信道的信号质量的指示，其中第一信道对应于使用多个无线电波束方向中的一个在所述至少一个无线联网设备中的一个与所述多个无线通信设备中的一个无线通信设备之间的通信路径；

获得多个第二信道中的每个第二信道的信号质量的指示，其中第二信道对应于使用多个无线电波束方向中的一个在一个无线通信设备与所述多个无线功率电子模块中的一个无线功率电子模块之间的通信路径；以及

针对每一个无线功率电子模块，基于针对所述多个第一信道和所述多个第二信道获得的信号质量的指示，确定从所述控制器到所述无线功率电子模块的至少一个通信路径，其中确定的通信路径提供在阈值以上的信号质量。

16.根据权利要求15所述的转换器站，其中所述控制器被配置为根据如权利要求1-14中任一项中所限定的方法来操作。

17.根据权利要求1至14中任一项所述的方法或根据权利要求15至17中任一项所述的转换器站，其中所述功率转换器站内的无线通信对应于在从3GHz至300GHz或从0.1THz至10THz的频率下的通信。

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