CN117856824A - 太阳能板传输器及信号同步 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种太阳能板传输器及信号同步。传输器包含调制器，所述调制器经配置以数字地产生通信信号，其调制表示将要传输到本地管理单元的编码信息。所述传输器可包含控制单元，所述控制单元经配置以使用基频从原始信号产生同相、反相或异相的谐波频率以进行调制。

Description

太阳能板传输器及信号同步

相关申请案的交叉参考

本申请案是2021年4月8日申请且题为“通过电力线传输的信号的同步(Synchronization of Signals Transmitted over Power Lines)”的第17/225,885号美国申请案的部分接续申请案，所述申请案主张2020年4月10日申请且题为“通过电力线传输的信号的同步(Synchronization of Signals Transmitted over Power Lines)”的第63/008,438号美国临时申请案的优先权，所述申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开大体上涉及用于光伏系统的信号传输器，且更特定来说涉及传输器信号的产生及同步，例如但不限于通过紧密安置的电力线或无线传输到多群组光伏板的信号。

背景技术

快速关断系统(RSS)、优化器及微型逆变器已经在涉及光伏板(例如，太阳能板)的发电系统中使用。

快速关断系统(RSS)、优化器及微型逆变器可通过在远离光伏板的位置配置传输器以控制光伏板或光伏板输出来实施。快速关断系统(RSS)可独立使用，或可集成到优化器、微型逆变器、模块级电子设备或模块级电力电子设备中。上述产品(独立RSS、优化器、微型逆变器、模块级电子设备或模块级电力电子设备)中的每一者可被称为本地管理单元(LMU)或本地太阳能管理单元(LSMU)。每一光伏板可具有控制光伏板的操作或其输出的本地管理单元(LMU)或本地太阳能管理单元(LSMU)。基于来自传输器的信号或来自传输器的信号的缺乏，本地管理单元或本地管理单元的看门狗可选择性地接通或切断相应的光伏板或多个相应的光伏板。本地管理单元可简单如信号接收器、开关及旁路路径。这些电力线通信或无线通信信号可为表示编码信息的调制。

例如，光伏板的串或阵列可经连接以给直流(DC)电力线供电，以将由串或阵列产生的电力提供到逆变器，所述逆变器经配置在远离光伏板的安装地点(例如，屋顶)的方便位置。电力线通信(PLC)传输器可将信号传输到电力线上，以用于传输到配置在光伏板上的本地管理单元。在另一系统中，无线传输器可无线地传输信号，以用于传输到配置在光伏板上的本地管理单元。每一本地管理单元可解码电力线通信或无线信号以执行所请求的动作，例如切断光伏板、继续发电等。

例如，PLC传输器可传输保持活动消息到本地管理单元(LMU)，以指示本地管理单元(LMU)开始及/或继续其光伏板在预定时间段内产生及/或输出电力的正常操作。在预定时间量之后，本地管理单元(LMU)的看门狗经配置以在预定时间段内没有接收到另一保持活动消息以继续其光伏板的正常操作的情况下自动切断其光伏板。

替代地，传输器可传输加速关断消息到本地管理单元(LMU)，以指示本地管理单元(LMU)在接收到加速关断消息时立即切断其光伏板，从而绕过看门狗关断电源所需的时间。

因此，当传输器与本地管理单元(LMU)之间的通信路径可用于传输加速关断消息时，光伏板可经由加速关断消息的传输而快速切断。如果出现问题，如传输器与LMU之间的通信路径损坏、干扰问题、弱信号等，光伏板可在预定时间段内因LMU的看门狗缺乏保持活动消息而自动切断。

例如，可使用第7,884,278号、第7,807,919号、第8,271,599号、第9,124,139号、第8,854,193号、第9,377,765号、第10,063,056号、第8,933,321号、第8,823,218号、第9,397,612号、第9,813,021号、第10,256,770号及第10,312,857号美国专利中公开的看门狗技术来实施远程关断，其全部公开内容以引用的方式并入本文。替代地，可使用无线通信来传输保持活动、开或关信号。

光伏板的大型安装可涉及分别连接到多串或多群组光伏板的多组电力线。在另一配置中，光伏板的安装可涉及分别到多串或多群组光伏板的多组无线传输器。不同串或群组的电力线可安置在彼此附近，例如共享同一导管或在一段距离内彼此相邻地并行延伸。此布置可导致串扰，其中由在一条电力线上传输的信号引起的磁场变化在另一紧密安置的电力线上引发对应的信号。替代地，相距更远的电力线可通过电场引发信号。串扰可通过无线电传输/接收发生，其中电力缆线形成较大的环形天线，其是一些PLC信号中使用的频率的波长的一部分。引发信号可抵消、减弱或破坏期望的传输信号。来自引发信号的干扰可导致解调及解码信号时的错误以及其它意外行为。

以同样的方式，极少太阳能阵列无线传输器可取消、减弱或破坏期望的传输信号。

因此，期望一种用于太阳能阵列的改进的电力线或无线通信系统，其具有在分离的电力线或无线传导的信号之间的减少的干扰。此类改进可通过在传输点或接收点同步不同的传输器来实现，以防止信号相互抵消、减弱或破坏。

发明内容

本公开的一方面涉及一种传输器，其包括：调制器，其经配置以数字地产生通信信号，其调制表示将要传输到本地管理单元的编码信息；及控制单元，其经配置以使用基频从原始信号产生同相、反相或异相的谐波频率以进行调制。

附图说明

可参考附图进一步解释本公开的各种实施例，其中在几个视图中，相同的结构由相同的数字表示。展示的附图不一定按比例绘制，而是一般强调说明本公开的原理。因此，本文所公开的特定结构及功能细节不应被解译为限制性的，但仅作为用于教示所属领域的技术人员以各种方式运用一或多个说明性实施例的代表性基础。

图1展示根据本公开的一个实施例的经配置以通过连接到光伏板的电力线同步信号传输的系统。

图2是根据本公开的实施例的传输器的框图。

图3A及3B展示根据本公开的实施例的两个传输器的定时图。

图4是说明根据本公开的实施例的系统操作的流程图。

图5是根据本公开的实施例的用于移除谐波频率的传输器操作的框图。

图6A、6B及6C说明根据本公开的实施例的基频、谐波频率及移除谐波频率的基频。

图7A及7B展示根据本公开的实施例的被分裂成正信号及负信号的图6A到6C的实例，为了设计简单，所述正信号及所述负信号可从存储的序列或模式数字产生。

图8是根据本公开的实施例的来自本地振荡器的脉冲宽度。

图9展示根据本公开的实施例的相位累加器中的若干位及频率。

具体实施方式

本公开涉及电力线或无线通信。结合附图，在本文公开本公开的各种详细实施例；然而，应理解，所公开的实施例仅仅是说明性的。另外，结合本公开的各种实施例给出的每一实例希望是说明性的，而不是限制性的。

在本公开的一些实施例中，期望使用电力线通信信号或无线通信信号，其调制表示编码信息。在一些实施例中，编码信息可用于增加通信信号的可靠性。本公开的实施例涉及产生具有更高可靠性及更低复杂性的此类信号。

在本公开的一些实施例中，谐波滤波器可减少纯信号及有线或无线同步脉冲的杂散发射及/或GNSS定时方法，其可将信号同步为同相、频率匹配及及时。在一些实施例中，结果可为纯同步信号，所述信号可例如通过一条或多条电力线传输。

图1展示根据一个实施例的经配置以通过连接到光伏板的电力线同步信号传输的示范性系统。通常，存在不同的同步方法来避免由于串扰所致的干扰。一种方法是同时同相传输相同的信号。另一种方法是根据同步的时间进度在不同的时间例子传输相同的信号或不同的信号，使得串扰不会引起问题。例如，由不同传输器进行的信号传输可同步用于同时动作，就像花样游泳运动员同时做相同的动作一样。替代地，由不同传输器进行的信号传输可根据协调的定时同步用于顺序动作，就像花样游泳运动员根据时间进度按顺序跳入水中一样。如下面进一步讨论的，这些方法可在图1的系统中实施。

图1的系统具有多群组(111、113、115、…)光伏板。每一板群组(111、113、115、…)可具有一或多个光伏板。每一群组中的光伏板的输出可并联及/或串联连接，以向直流(DC)电力线供电。板群组(111、113、115、…)的DC电力线(131、133、135、…)从板群组(111、113、115、…)的安装地点延伸穿过配置传输器(101、103、105、…)的一或多个位置。DC电力线(131、133、135、…)可延伸穿过所述位置到其相应的负载，例如逆变器、电池充电器及/或将来自不同电力线的功率组合为一个输出的组合器。

板群组(111、113、115、…)中的每一光伏板可具有本地管理单元(LMU)。一些LMU可管理多于一个板。响应于经由电力线接收的加速关断消息，本地管理单元(LMU)可将光伏板与其相关联的电力线断开。取决于接收到的消息，LMU还可尝试与其它LMU协同放电其相关联的逆变器的电容器，以将电力线电压降至对于人类的安全水平。响应于保持活动消息，本地管理单元(LMU)的看门狗电路可在没有关断消息的情况下避免在预定时间段内断开相应的光伏板。

每一传输器(101、103、105…)可示范性地耦合到共同接地(109)，且经配置以产生及传输用于本地管理单元(LMU)的看门狗电路的保持活动消息。保持活动消息被传输到电力线(例如，131、133或135)上。例如，传输器(例如101、103或105)与电力线(例如131、133或135)之间的电感耦合可用于引发电力线(例如131、133或135)上的信号以传输保持活动消息。替代地，传输器可经配置以经由直接连接或经由无线连接将保持活动消息传输到电力线(例如，131、133或135)中。

由传输器(例如131、133或135)传输的消息的信号可经由各种调制方法产生，例如但不限于S-FSK、AM、FM、PCM、PPM、PM、QAM、SM、SSB、ASK、APSK、CPM、FSK、MFSK、MSK、OOK、PSK、SC-FDE、TCM、WDM、WDM、CSS、DSS、FHSS、THSS、CDMA、TDMA、FDMA、OFDM、其适当组合或类似者。例如，中频(IF)的连续波信号可合成第一频率(标记频率)及第二频率(空间频率)，其由状态机通过多路复用器调制以实施S-FSK，并形成消息(例如，含有呈3个11位字形式的33位数据)，所述消息在第一时间段(例如，168ms)(传输周期)内传输，接着是传输静默的第二时间段(例如，901ms)(静默周期)。

传输器(101、103、105、…)可经配置以传输具有使用S-FSK或任何其它调制技术编码的不同数据的不同消息。所述消息可包含保持活动、加速关断、操作许可，包含但不限于操作许可、在信号丢失时无逆变器放电的情况下操作的许可、没有操作许可及/或专有格式及/或专有调制方法的专有消息等。所述消息还可为用于在光伏阵列的选择部分中通电或断电的地址。在一些实施方案中，在预定长度(例如，13秒)的时间段内缺乏保持活动消息可被认为是关断消息。

在图1中，每一传输器(101、103、105、…)具有用于同步的输入线(例如，同步输入)及用于同步的输出线(例如，同步输出)。传输器(例如101)的同步输出(例如123)可连接(125)到另一传输器(例如103)的同步输入(例如127)，使得传输器(101、103、105、…)的传输周期经协调，以避免由于DC电力线(131、133、135、…)当中的潜在串扰而可能发生的干扰。例如，如果传输器(101、103、105、…)同时传输，那么其可同相协调，或者通过轮流传输不同的消息到太阳能板阵列中的不同快速关断接收器来协调。在一些实施例中，如果传输器(101、103、105、…)传输相同的消息，那么其可同相协调。传输器可以菊花链方式连接，如图1所说明。在一些实施例中，传输器也可以星形或平行方式连接，其中所有将要同步的传输器都连接到单个主传输器。

传输器(例如101)中的一者可用作在其同步输入端子(121)中不接收输入的主传输器。在一些实施例中，主传输器可替代地被称为领导传输器或类似者。其同步输出端子(123)连接(125)到下一传输器(例如103)的同步输入端子(127)；下一传输器(例如103)的同步输出端子(129)可连接到另一传输器的同步输入端子。例如，从传输器可经菊花链连接及/或并联连接。在一些实施例中，从传输器可被称为跟随传输器或类似者。在一些实施例中，可在不使用同步线的情况下实现同步。在此类实施例中，计划传输的传输器可检查附近是否存在其它活动传输器。在一些实施例中，每一传输器在开始传输之前检查现有的传输。响应于检测到传输，可实施同步过程。传输器可用整流电路检测另一传输器，所述整流电路用于产生包络，所述包络可用作同步脉冲以同步相位及频率。此类技术可在无线或电力线通信中实施。

在一些实施例中，任何或所有传输器也可与使用全球定位系统(GPS)或全球导航卫星系统(GNSS)作为定时及频率参考的外部同步信号同步。在此类实施例中，基于GPS/GNSS的模块可代替主/领导传输器起作用，或者所产生的基于GPS/GNSS的信号可作为可充当独立的、自同步的传输器或者充当协调其跟随传输器的领导传输器的传输器的部分并入。

图2是根据本公开的实施例的示范性传输器(101)的框图。例如，图2的传输器(101)可用于实施图2的系统中的每一传输器(101、103、105)，并产生其调制表示编码信息的通信信号。图2的传输器(101)包含用于产生时钟信号的振荡器(210)，所述时钟信号被供应到合成一或多个频率的频率合成器(220)。时钟信号用于合成频率且调制传输到第一DC电力线(131)的第一信号(141)。传输器(101)还包含控制第一信号(141)的开始时间(相位)及期望合成频率的控制器(240)。控制器(240)具有输入端子(121)及输出端子(123)。输入端子(121)接收用于控制第一信号(141)的定时及/或频率参考。输出端子(123)示范性地通过定时及/或频率参考到下一传输器(103)，如图1所展示。传输器也可产生其自身的定时信号，而不中继其接收的信号。主传输器还可传输原始定时信号及/或频率参考，所述原始定时信号及/或频率参考由与其并行连接的所有从传输器接收，以便减少传播延迟。

传输器(101)本质上可具有带外杂散发射，因为对于频率为f的方波，方波的拉普拉斯/傅立叶变换具有由下面给出的谐波，组成所述谐波的分量是：

数学上纯方波具有奇次谐波。在一些实施例中，除其它外，由N/P沟道FET或NPN/PNP双极晶体管的不同上升/下降定时引起的甚至轻微的占空比错误也可在“方波”中形成偶次谐波。当在通信协议中使用时，这些带外杂散发射是非期望的，引起能量消耗、发热、接收器在非期望的信道上解调信号、电力线电弧检测问题、干扰无线通信、或其任何组合或类似者的问题。滤除这些杂散发射可能因使用具有线性模式中的晶体管的滤波器(消耗大量功率)、使用大型、昂贵、高功率组件用于具有饱和晶体管的滤波器、或通过对高频包络进行滤波而调制或类似者而为昂贵的及/或浪费传输器中的功率。

传输器(101)可使用数字产生信号来减少非期望的谐波、杂散发射，并减少必要的滤波。在一些实施例中，数字产生信号的实例是时域滤波器，例如谐波滤波器。来自传输器(101)内部的数字产生信号可复制不完美调制输出的偶次谐波、奇次谐波或其组合，并在时域中从不完美复合信号减去谐波复制物以对信号进行滤波。无谐波信号也可从所存储的、预定的数字序列产生，所述数字序列是减去谐波的结果。在一些实施例中，谐波频率信号或数字产生信号可减少或消除其它形式的滤波。

在一些实施例中，谐波频率信号的振幅可被精确控制以最大化滤波器的有效性。在一些实施例中，谐波频率信号可用分压器来调整。在一些实施例中，谐波频率信号的振幅可通过改变所产生的谐波频率信号的占空比来调整。辛格函数被定义为：

辛格函数可用来帮助计算所产生的谐波的相关振幅所需的占空比，因为辛格函数是振幅衰减为1/πx的正弦波。

图3A及3B展示根据本公开的实施例的两个传输器(图1的101及103)的定时图。参考图3A，当传输器A(101)及传输器B(103)将要传输相同的消息(例如，保持活动)时，通过连接(图1的125)从传输器A(101)传递到传输器B(103)的同步输出及同步输入信号可导致其在T1的持续时间内在大体上重叠的时间窗口(310及320)中传输消息。在预定时间段之后，可在大体上重叠的时间窗口中重复保持活动消息，以防止连接到相应电力线(131及133)的板群组(111及113)中的本地管理单元关断板群组(111及113)。

例如，当主传输器(101)在DC电力线(131)上开始含有其保持活动消息的信号(141)的传输周期(310)时，其还从其同步输出端子(123)提供定时信号到下一传输器(103)的同步输入端子(127)，使得下一传输器(103)在DC电力线(133)上开始含有其保持活动消息的信号的传输周期(320)，使得保持活动消息的定时及相位大体上彼此同步。因此，DC电力线(131及133)当中的潜在串扰不使信号降级及/或相互干扰。

类似地，下一传输器(103)可提供或传递其接收的同步输出信号，以控制另一传输器(105)的定时或相位进行同步。尽管级联同步信号不可避免地导致传播延迟，但是上述传输大体上或充分地经协调，例如，在大体上相同的时间内，使得即使当在电力线(131、133、135)之间存在串扰时消息也不被破坏，且因此所传输的信号/消息可被光伏板群组(111、113及115)中的本地管理单元正确地接收。

参考图3B，当传输器(101、103、105、…)用于按顺序传输消息时，通过同步输出到同步输入连接(例如125)提供的定时信号可用于相对于先前定时信号在不同的时间窗口中调度不同的消息。例如，从连接(例如125)传输的同步信号可具有表示其保持活动消息(或另一消息)的时间窗口(310)的开始的上升沿及表示时间窗口(310)的结束的下降沿(313)；并且从传输器(103)可经配置以响应于其在其同步输入端子(127)从通过连接(125)在其同步输出端子(123)上提供同步信号的其主传输器(101)接收到的同步信号的下降沿(313)来开始传输不同消息(例如，可寻址通电/断电消息)的时间窗口(330)。传输器(103)基于其传输时间窗口(330)在其同步输出端子(129)上产生其同步信号，其中上升沿(334)指示其传输时间窗口(330)的开始，且下降沿指示时间窗口(330)的结束。

如图3B所展示，传输器B(103)的传输持续时间T2与传输器A(101)的传输持续时间T1没有重叠。因此，即使当在电力线131与133之间存在串扰时，由传输器B(103)进行的传输也不破坏传输器A(101)的消息。在一个实施方案中，传输器A(101)的时间窗口(310)的同步脉冲的下降沿(313)触发传输器B(103)的同步脉冲(330)的上升沿(334)。此布置使传输器自动级联其传输，就像多米诺骨牌或花样游泳运动员按顺序跳进游泳池一样。

例如，同步输出到同步输入连接(例如125)中的定时信号可用于指示各种PLC消息的传输的定时。在一些实施例中，当传输器(例如103)将要传输其消息时，传输周期可依与保持活动消息的传输周期的预定偏移(例如时隙)开始，以避免由于串扰所致的潜在干扰。

传输器(101、103、105、…)的同步输出到同步输入连接可经配置为菊花链配置或星形配置，以减少线延迟及传输器传播延迟。

从主传输器(例如101)的同步输出端子(123)到从传输器(例如103)的同步输入端子(127)的连接(例如125)中的定时信号可为由主传输器(例如101)产生的传输的包络轮廓信号，或者与由主传输器(例如101)产生的传输的包络轮廓信号(例如上升沿、下降沿、电平等)具有预定时间及/或相位关系的信号，或者与同步信号的上升沿或下降沿具有动态或预定时间关系的同步信号。已知长度包络轮廓的宽度还可提供主/领导传输器的振荡器的频率参考，允许从/跟随传输器估计并补偿其自身与其频率参考之间的差。

任选地，为了更精确的同步，可包含用于传输器之间的锁相振荡器的额外参考频率，其中主传输器及从传输器经配置以与参考频率锁相。

任选地，定时信号包含由主传输器(例如101)通过其电力线(例如131)传输的信号的副本；并且从传输器(例如103)可在其电力线(例如133)上重新传输信号，以提供从传输器(例如131)接收到的相同消息。从传输器还可简单地重新传输主传输器的信号，而无需任何定时调整(例如，从传输器的功能类似于用于主传输器到本地管理单元(LUM)的传输的模拟放大器，及/或将任何同步信号中继到其它从传输器)。

任选地，定时信号包含传输器(例如101)的未调制或解调数据消息的副本；并且从传输器(例如103)可任选地通过提供其自身不同的调制消息或主传输器的调制消息而延迟或替换未调制消息，以便在预定的时间窗口进行调制及传输。

任选地，从传输器(例如103)可响应于其接收到的同步输入信号而产生单独的同步输出信号。替代地，从传输器(例如103)放大其接收的同步输入信号，并在其同步输出端子提供放大的同步输入信号。可执行接收到的同步输入信号的重新传输，以减少与产生单独的同步信号相关联的传播延迟。替代地，数字信号可用于同步，所述数字信号可再生，然后在没有放大的情况下传输。

从传输器(例如103)可经配置以针对每一传输周期或预定数量的传输周期调整其定时。主传输器可在其感测到周期性同步信号并动态确定其应该是从传输器之后变为从传输器。替代地，从传输器可经硬配置为从传输器或在没有传入同步信号的情况下变为主传输器。

图1说明使用同步输出到同步输入连接(例如125)的传输时间段的同步/协调。替代地，可实施同步/协调，而无需经由同步输出及同步输入端子传输任何定时信号。

例如，传输器(例如101)可动态地检测在电力线(131)上传输的调制PLC消息。在传输器(例如101)的静默周期期间，传输器自身(例如101)可监听电力线中未由传输器自身(例如101)传输的信号。如果检测到信号，那么传输器(例如101)可使用检测到的信号作为定时及/或频率参考信号来重新校准用于其用于传输消息的定时调度。如果没有检测到信号，那么传输器(例如101)发送其消息而不调整其传输定时。

例如，在初始周期期间，传输器(101、103、105、…)可监听其相应的电力线(131、133、135、…)以静默，并决定开始传输其消息。在一些实施例中，每一传输器消息具有相同的传输时间及静默时间，即相同的频率及占空比、相同的周期等。在此类实施例中，可通过相对于其它传输调整传输的相位来完成同步。为此，传输器(101、103、105、…)进一步监听其相应的电力线(131、133、135、…)中来自其它消息的不同步传输的串扰。如果检测到来自其它传输器的消息，那么传输器(101、103、105、…)调整其相应的传输相位定时，以便与其它传输器同步，从而避免冲突。可通过迭代传输器之间的不同相位来实现同步，直到传输之间没有冲突；并且可相对于其它消息的定时来调度其它消息的传输。当使用此同步技术时，可消除同步输入及同步输出端子。当两个或更多个传输器检测到静默并决定同时传输时，偶尔可发生传输冲突。这是可容忍的，前提是冲突发生的频率不足以触发本地管理单元(LMU)中的看门狗关断光伏板。

可经由复位传输器的频率合成器来调整传输器的传输定时。在一些实施例中，用于合成一或多个调制频率的振荡器的频率或传输器中的锁相中频应该足够高，或针对一或多个调制频率彼此锁相，以实现同时传输的所期望最小相位差。在同步输入端子中接收到的(或响应于检测到消息而确定的)定时信号可用于复位频率合成器(或将其相位设置为0度)以及在传输循环的预定时间控制传输状态的调制器。此复位操作可足以在几纳秒或一度相位内同步传输器。

任选地，从传输器可经配置以经由LED或另一用户界面元件指示其处于从模式。

任选地，从传输器可经配置以对经由其同步输入端子接收的定时信号进行计数。如果从传输器通过设计或故障停止以预定的及适当的频率计数来自其同步输入端子的定时信号的到达，那么从传输器可承担主传输器的角色来产生其同步输出信号以控制其它从传输器。

任选地，主传输器可经配置以经由LED或一些其它构件指示其处于主模式。

图4是说明根据本公开的实施例的操作的系统的流程图。例如，图4所说明的方法可在图1的系统中实施，其中每一传输器以图2所说明的方式实施，以在图3A及/或3B所说明的定时中同步其消息传输的时间窗口。每一传输器(例如，101)可经配置为可用于通过产生及发送消息(例如，保持活动、关断)到个别串或整个太阳能阵列来遥控太阳能板群组(例如，111)的操作的模块。为了协调其传输的定时，模块/传输器的同步输入及同步输出端子可经连接(例如，如图1所说明，以链式配置或星形配置)

在框410中，第一模块(例如，传输器103)通过封围在第一模块的外壳中的振荡器产生时钟信号。在框420中，由调制器(230)使用时钟信号来产生第一信号，以传输到第一DC电力线(例如133)中。在框430中，第一模块(例如，传输器103)确定来自第二模块(例如，传输器101)的定时信号(例如，用于在时间窗口(310)中发送消息的第二信号的包络信号)，所述第二模块具有封围在第二模块的外壳内的单独振荡器(210)。在框440中，第一模块(例如，传输器103)基于定时信号控制第一信号(例如，在定时窗口(320或330)中传输)与由第二模块(例如，在定时窗口(310)中)传输到第二DC电力线(例如，131)中的第二信号同步的定时。因此，即使当第二DC电力线(例如131)安置在第一DC电力线(例如133)附近时，线(131与133)之间的串扰也不破坏第一及第二信号。如果第一模块无法确定来自第二模块的定时信号，那么第一模块可产生可用于由母模块确定的其自身的定时信号。

在一个实例中，可给予每一从传输器一个时隙来传输重复的或唯一的消息。时隙可相对基于主传输器的定时信号或信标的传输。时隙可由主传输器指派，或者其可通过从传输器上的开关、转盘、远程或基于无线的GUI等或从传输器的下降沿的“初始”定时自指派。

同步具有限制。在不知道传输器之间的导线长度或距离、传输器及阵列的位置、传输器与阵列之间的导线长度、温度变化、振荡器漂移特性等的情况下，由于PLC信号波长的传播延迟，这些解决方案限于在有限的接近范围内进行同步。这可限制在大型太阳能板安装上可同步的传输器的数量。

在一些实施例中，可使用GNSS(全球导航卫星系统)。在一些实施例中，GNSS包含但不限于GPS、北斗、伽利略、GLONASS、IRNSS、NavIC、QZSS等的任何组合，以及GNSS星座的任何未来GNSS实施方案。

用于PLC信号同步的GNSS解决方案可消除在PLC传输器之间同步互连线的需要。在一些实施例中，可同步无限数量的传输器，而不管光伏安装的大小。在一些实施例中，GNSS的使用可消除来自装置之间的距离及信号再生的连续传播延迟。

在一些实施例中，GNSS接收器可计算ECEF(地球中心、地球固定)坐标(XYZ)中的位置、GPS时间、通用协调时间(UTC)、钟差、本地振荡器频率漂移等。一些GNSS接收器还产生每秒一个脉冲(pps)信号。例如，基于GPS的1pps信号与USNO(美国海军天文台)主时钟同步，而不管地球上的位置或接收器天线电缆长度。在本例中，UTC(USNO)可通过添加适当的闰秒到GPS时间来计算。所有基于GNSS的时间系统都可被接受用于基于PLC的时间、相位及频率同步。

在一些实施例中，pps信号可以多种方式使用，以消除使用PLC来与个别模块通信的光伏阵列中的串扰问题。

一些GNSS接收器允许用户改变pps信号频率。为了符合SunSpec/IEC，将GNSS pps频率改变为略低于1pps可有所帮助。例如，周期可从1.0699s到1.0702s，以满足符合快速关断系统的SunSpec或IEC规范的PLC消息规范。在一些实施例中，SunSpec/IEC周期可为1.07008s。同步PLC传输器也可用定制的GNSS pps输出来完成，其周期为1.07008s，且占空比为(168.96ms/1.07008ms)％。

替代地，基于GNSS的1pps信号或任何期望的pps频率及占空比本身可用于同步PLC传输器。GNSS pps输出的边缘可同步相位及时间，且占空比可充当任何传输器的频率参考，以移除由于预烧、回扫、老化、温度等所致的其频率偏差。在一些实施例中，传输器可具有拥有原子时钟精度的驯服振荡器，而不管其环境如何。

为了从pps输出产生由SunSpec使用的1.07008s周期，GPS以及其它GNSS接收器以秒为单位测量一周的时间及1024周的历元(翻转)内的周数(在GPS的情况下)。

1s的周期与1.07008s的周期(在SunSpec及IEC中使用)之间的最小公分母是3,125s，或52分5s。

为了使用1pps GNSS系统同步传输器，符合SunSpec及IEC规范的PLC系统可使用UTC时间或GPS时间(周数*每周秒数+当前周秒数)，并取模数(余数)3125。余数然后可乘以分辨率时间(例如320μs)以提供1pps与1.07008s IEC周期之间的转换偏移。1pps信号加上此计算出的偏移是当例如CPU或数字状态机的同步仪器发送PLC消息时。此方法可与GPS时间、UTC(NIST)、UTC(USNO)、Zulu、GMT、TAI或可用于产生具有相同期望相位及频率及/或占空比的周期信号的任何其它可用系统一起使用。这是可用于将GNSS1pps信号转换为自定义周期及占空比的许多方法中的一者，并且不应被认为限制本公开的范围。

在一些实施例中，任何数量的传输器可依特定的时间、相位及频率发送其PLC消息到PLC接收器。在一些实施例中，有利地，任何PLC传输器之间不需要通信，因为其协调基于GNSS时间计算。

在一些实施例中，如果将要从不同的PLC传输器发送不同的消息，那么可为不同的PLC传输器定义时隙。传输器可被指派与其它PLC传输器通信或不通信的时隙。例如，传输器可通信以决定使用哪些时隙，哪些时隙可用，以及指派哪个时隙。光伏系统操作员可手动地经由指拨开关或通过使用手持装置(例如智能手机上的调试应用程序)手动为传输器指派特定地址。其也可通过光伏监控系统经由网络界面远程指派。

在一些实施例中，代替自主的、所计算的同步，PLC传输器可使用相同的时间系统，但是在PLC传输器之间具有有线或无线协调。例如，为了避免延时问题，其可传达下一传输或第一时隙将在相对未来的时间开始。在一些实施例中，一个传输器可基于GNSS时间宣布下一传输时隙。在一些实施例中，传输器还可协调用于传输不同消息的时隙。例如，一个传输器可宣布发送所有通用的、相同的关断消息的下一时间，或者寻址PV模块#1阵列的时间将要开启。通用的、相同的消息可同时发送，因为串扰没有破坏性。在一些实施例中，此方法可基于需要发送的不同消息的数量、PLC传输器计数、寻址模式等来调整时隙的大小。在一些实施例中，传输器还可宣布时隙的数量、时隙持续时间等，以及基于绝对时间及相对于传输时间的时间两者的第一传输时间。

即使在例如上文提及的精确同步系统中，信号接收点处的到达时间差(TDOA)仍可产生串扰。例如，彼此不靠近的两个PLC传输器发送信号到具有不同的电缆长度的其相应靠近的阵列。即使PLC信号由两个传输器同时发送，在相应的光伏阵列中也可存在破坏性的串扰。如果传输器彼此靠近，那么传输器位置及近接性的一些拓扑可不产生串扰，但是如果传输器之间的距离超过PLC频率的波长的分率，那么其它拓扑仍然可产生串扰。

在一些实施例中，GNSS接收器可测量接收器之间的距离，因为其知道其自身在ECEF、纬度、经度、海拔高度(LLA)等中的坐标。如果在安装及调试期间使用移动GNSS接收器，那么很容易计算大圆距离，所述大圆距离可潜在地用于估计PLC传输器之间或PLC传输器与其相应阵列之间的距离。

在一些实施例中，GNSS还可测量电力电缆长度。通过标记接收到的GNSS时间并减去发送的GPS时间，可测量行进穿过导线所需的时间。然后可基于行进时间来计算电力电缆距离。这可用于测量PLC传输器之间的导线长度。其还可用于在安装及调试期间在使用移动GNSS接收器时测量传输器与阵列之间的导线。

导线长度的了解可有助于减轻由到达时差产生的串扰。

无论串扰是如何产生的，TDOA或一些其它构件，其可由PLC传输器通过添加正或负相位延迟到其指派的传输来调整及调谐。例如，如果在SunSpec S-FSK信号中使用的标记频率下测量到TDOA约为30°相位，那么这可通过提前相应接收器的传输来调整。

在一些实施例中，TDOA调整可用无辅助的PLC传输器来实现。在一些实施例中，TDOA调整可与基于GNSS的PLC传输器一起更好地工作，因为GNSS消除由于预烧、回扫、老化、温度变化以及PLC传输器之间的拍频所致的频率漂移。

在一些实施例中，可通过PLC传输器上的刻度盘、向上-向下按钮等对TDOA或其它串扰构件进行相位调整。在一些实施例中，相位调整可通过使用有线测量等的算法自动进行。在一些实施例中，相位测量可经由智能手机或其它计算装置等上的调试应用程序无线地进行。在一些实施例中，相位测量可由网络监控系统远程进行。TDOA也可通过找到信号彼此完全抵消的180°异相点，且然后将相位调整-180°以使信号正确对齐而自动调整。

在一些实施例中，模仿主/领导同步传输器的现有同步行为的升级模块可用于消除同步电缆并改进现有同步传输器的精度。例如，大型太阳能生产安装可具有通过导线连接的几个同步传输器，但是太大而无法同步整个光伏阵列的信号。GNSS适配器模块可用于取代同步电缆，且不同步的PLC传输器可改装成同步的。

在一些实施例中，混合解决方案可包含GNSS模块，所述GNSS模块可用于同步某个近接范围内的一群组传输器。

在一些实施例中，可通过将单个GNSS模块添加到传输阵列中的主/领导传输器来改装现有的安装，而不改变已经通过导线连接的其现有从/跟随传输器。不同步的传输器可通过添加GNSS改装/升级而变得同步。

在一些实施例中，同步脉冲宽度可用于估计主传输器与从传输器之间的频率漂移。在一些实施例中，这是可能的，因为从主传输器提供到从传输器的消息是固定消息。如果消息是可变长度的，那么固定长度脉冲可充当频率参考，而与可变消息长度无关。在一些实施例中，估计的频率可用于补偿随时间的频率漂移。

上面讨论的技术可为光伏板阵列提供可扩展性并增加由快速关断系统(RSS)经由电力线传输的信号的可靠性。

在一些实施例中，同步或按顺序的PLC信号同步可改进传输器与其相应的接收器之间的通信质量。从信号移除不需要的音调(例如导致杂散发射的传输的谐波频率)可降低传输器的功耗，并防止干扰其它类型的通信装置。

在一些实施例中，移除谐波的方法包含用控制单元在时域中产生一或多个谐波频率信号。在一些实施例中，此在图2及图5中展示。在一些实施例中，一或多个谐波频率信号可以与复合未滤波信号相同的方式调制，并与复合未滤波信号组合或相减，以产生没有非期望的谐波的经滤波信号。在一些实施例中，此在图6A到6C中展示。在一些实施例中，经滤波信号可仅包含用于调制信号的基频合成分量(即，标记及空间频率)。

如图6C所展示，没有谐波的结果信号是具有三种状态(+1，0，-1)的信号。为了与二进制系统兼容，此信号需要分裂成两个单独的信号，如图7A到7B所展示。两个信号表示正及负信号电压路径，其表示图6C中的三种状态。正信号路径可为在一个方向上延伸穿过电子负载的正电压轨，且负信号路径也可为在另一方向上延伸穿过电子负载的正电压轨。负信号路径也可由负电压轨表示。替代地，两个输出信号可由两个正电压轨表示，这将加偏压于结果模拟信号。当从原始的、未滤波的复合信号移除更多的谐波时，将存在更多的数值状态，其由结果信号中的电压电平表示。这促进将结果信号分解成更多的数字输出信号。例如，如果结果信号具有+2、+1、0、-1、-2五种状态，那么可产生四个输出信号，从而以不同的电压轨馈送四个信号路径。如果输出模拟信号上期望电压偏压，那么电压轨可全部为正，电压轨两者可为正，但在不同方向上通过电路，或者四个信号的电压轨可为正及负的。在一些实施例中，使用复制没有非期望谐波的经滤波信号的结果的快闪存储器、ROM等中的计数器或位序列产生一或多个经滤波信号，此实施方案降低期望结果所需的计算能力。

在一些实施例中，谐波频率信号由产生复合的未滤波信号的同一时钟合成及调制。在一些实施例中，此在图6A及图6B中展示。

在一些实施例中，调制器经配置以数字产生通信信号，其调制表示将要传输到本地管理单元的编码信息；以及控制单元经配置以产生原始经调制信号以及与原始基频信号同相、反相或异相的经调制谐波频率，并产生没有所选择的杂散发射的经调制输出。在一些实施例中，编码信息是将要传输到本地管理单元的消息。

在一些实施例中，异相信号与原始信号反相，以产生没有所选择的杂散发射的信号。

在一些实施例中，控制单元包括振幅控制器，所述振幅控制器经配置以调整及/或设置谐波频率信号的振幅。

在一些实施例中，振幅控制器经配置以通过调整/设置电压供应轨、分压器、开路漏极电路、集电极电路或其组合来调整谐波频率信号。

在一些实施例中，振幅控制器通过设置谐波频率信号的占空比来设置谐波频率信号的振幅。

在一些实施例中，组合器将异相谐波频率信号与第一信号组合。

在一些实施例中，传输器包括减法器，以从第一信号减去同相谐波频率信号。

在一些实施例中，调制器经配置以基于时钟信号在合成频率之间调制。

在一些实施例中，控制单元产生多个信号，多个信号中的第一者具有正电压，且多个信号中的第二者具有负电压。

在一些实施例中，控制单元产生多个信号，第一多个信号中使用正或负电压轨，另一多个信号使用电压轨，且第n多个信号使用唯一电压轨。

在一些实施例中，传输器经配置以耦合到光伏板。

在一些实施例中，谐波频率由时钟信号合成。

在一些实施例中，通过相位锁定到主时钟信号来合成谐波频率。

在一些实施例中，传输器包含经配置以产生时钟信号的振荡器，其中调制器经配置以基于时钟信号产生将要在第一直流电力线上传输的第一信号。

在一些实施例中，传输器包括调制器，其经配置以产生通信信号，其调制表示将要传输到本地管理单元的编码信息；以及控制单元，其经配置以周期性地检查附近是否存在一或多个额外传输器，并且响应于确定所述一或多个传输器在附近，所述控制单元经配置以将所述传输器与所述一或多个额外传输器中的一或多者同步。

在一些实施例中，所述传输器与所述一或多个额外传输器有线通信。

在一些实施例中，所述传输器与所述一或多个额外传输器无线通信。

在一些实施例中，所述传输器具有在一或多个传输器之间延伸的同步线。

在一些实施例中，所述传输器正在监控(检测)是否存在由不同传输器产生的信号。此监控可通过监控DC电力线、监控通信线、无线监控或这些方法的组合。在一些实施例中，可在所述传输器之间不通信(交换消息)的情况下建立同步。

在一些实施例中，所述控制单元经配置以确定一或多个额外传输器中的一或多者是主传输器还是从传输器。

在一些实施例中，控制单元由操作员或额外程序或应用程序编程，以充当主或从传输器。

在一些实施例中，反相或异相信号与原始信号反相或180°异相，以移除所选择的杂散发射。

在一些实施例中，控制单元包括振幅控制器，所述振幅控制器经配置以设置或调整谐波频率信号的振幅。

在一些实施例中，正电压轨及负电压轨信号是通过复制存储在ROM、快闪存储器等中的预先计算的、无谐波的数字图案来产生的。

在一些实施例中，传输器经配置以检测其它传输器。

在一些实施例中，传输器包括经配置以产生时钟信号的振荡器，其中调制器经配置以基于时钟信号产生将要在第一直流电力线上传输的第一信号。

在一些实施例中，一种方法包含：产生数字通信信号，其调制表示将要传输到本地管理单元的编码信息；产生不同于原始经调制信号的谐波频率，使得防止所选择的杂散发射。

在一些实施例中，传输器经配置以经由载波感测多址(CSMA)检测传输，并等待传输停止。在一些实施例中，多个传输器经配置以通过基于定时信标或定时计数器选择编号的时隙来通信。通过CSMA的同步在光伏PLC传输中是唯一的，因为信号通常具有特定传输长度的周期性。这使传输器的未来传输容易预测，这通过允许不同传输器通过简单地迭代及调整其与其它传输器的相位关系而经由CSMA将其自身布置成同步模式来增强CSMA。

只要一或多个消息频率在严格公差(+/-1ppm)内，同步电力线通信(PLC)信号的起始相位就很好地工作。在一些实施例中，如果主/领导振荡器与从/跟随振荡器之间的差为20ppm，那么两个PLC信号将在PLC消息的开头相加，但将在168.96ms PLC消息的结尾相互抵消(180°异相)，如由SunSpec或IEC所指定的。这可在经设计以防止串扰的系统上形成破坏性的消息内串扰！

因为PLC心跳消息是固定长度的，所以可通过测量固定宽度同步脉冲的长度来估计主振荡器与从振荡器之间以百万分之一(ppm)为单位的振荡器频率漂移。如果消息的长度是可变的，那么固定宽度的同步脉冲仍然可用作频率参考。然后，可由从/跟随PLC传输器使用频率漂移估计来改变其自身的频率，以匹配及补偿其与其主/领导传输器之间的任何差。这解决与振荡器老化、温度变化等相关联的问题。

从/跟随传输器的本地振荡器(LO)可用于计数测量固定宽度同步脉冲所花费的时钟循环数。作为实例(图8)，LO可在168.96ms的固定脉冲宽度上用24.15MHz晶体计数4,080,384个循环。如果计数的循环比预期的多，那么主/领导LO以较低的频率操作。如果计数的循环比预期的少，那么主/领导LO以较高的LO频率操作。PLL可用于提升LO的频率，且此较高的频率可用于计数固定宽度的脉冲。

同步脉冲可为任何固定的、预定的长度，其周期性优选地比由于回扫/老化/温度等所致的LO漂移速率更快。例如，固定的同步脉冲宽度可为168.96ms的PLC心跳信号的包络。

上述方法使用原始振荡器频率来以开环方式估计ppm差。只要从/跟随LO在大约+/-20ppm的公差内相当精确，这种方法就有效。

在一些实施例中，如果从/跟随LO下降例如-100ppm，那么LO的原始振荡器将不能足够精确地计数固定脉冲宽度同步信号，以对主/领导LO的频率进行良好的频率估计。这是因为仅一个方程(固定脉冲计数等于LO之间的ppm差)需要确定两个未知数(主LO错误及从LO错误)。

为了增加频率估计器的动态范围，可使用反馈机制来适应从/跟随器LO中较大的PPM错误。

为此，从/跟随LO可经由NCO合成中频(IF)来测量固定同步脉冲宽度。在优选的实施方案中，IF可为经ppm调整的LO频率，其通过用PLL逐步增加LO频率，且然后合成经ppm调整的频率来形成。也可使用传输器消息中使用的频率，但是精度较低。由合成的IF频率进行的ppm错误测量提供反馈路径，其中ppm错误成为用于自动频率控制(AFC)环路的闭环频率鉴别器。

AFC环路可仅通过增益调整、最小滤波或根本不滤波来闭合，因为即使温度从一秒到下一秒发生变化，领导/跟随LO之间的ppm漂移率也非常小(<1ppm)。

在一些实施例中，如果预期加速度及加速度变化率(jerk)，那么可使用较高阶滤波。

查找表可经预先计算并存储在快闪存储器中(或通过其它方式)，所述快闪存储器将由时钟计数的固定同步脉冲时间(表示为ppm错误)与数控振荡器(NCO)的控制频率字相关联。

然后，LO之间的频率错误可相对于查找表被索引，并且来自查找表的相关联的频率控制字可被加载到NCO的频率控制字中，以调整从/跟随LO的合成频率，以匹配主/领导LO的振荡器频率。此匹配的、合成的、经ppm调整的频率可用于合成频率及调制PLC消息，所述PLC消息在相位及频率两者上与主/领导LO的消息匹配。

在图9中，相位累加器及频率控制字中的位数(m)可确定合成频率的精度，而与时钟频率无关。在一些实施例中，输出中使用的位数(n)可控制输出时钟信号上看到的相位抖动量。输出上的单个位(n＝1)可用作数字时钟，以合成PLC频率并调制PLC消息。在一些实施例中，如果需要，可在查找表中使用更多的相位位(n)来产生模拟正弦波。另外，可同时合成多个时钟频率。在一些实施例中，可合成时钟以产生基频以及产生将要从复合信号移除的谐波频率的另一合成时钟。

Claims (10)

1.一种传输器，其包括：

调制器，其经配置以数字地产生通信信号，其调制表示将要传输到本地管理单元的编码信息；及

控制单元，其经配置以使用基频从原始信号产生同相、反相或异相的谐波频率以进行调制。

2.根据权利要求1所述的传输器，其中所述异相信号与所述原始信号反相或180°异相。

3.根据权利要求1所述的传输器，其中所述控制单元包括振幅控制器，所述振幅控制器经配置以设置所述谐波频率的振幅。

4.根据权利要求3所述的传输器，其中所述振幅控制器经配置以通过调整电压供应轨、分压器、开路漏极电路、集电极电路或其组合来设置所述谐波频率。

5.根据权利要求3所述的传输器，其中所述振幅控制器通过设置所述谐波频率的占空比来设置所述谐波频率的所述振幅。

6.根据权利要求1所述的传输器，其包括将所述异相谐波频率与所述原始信号组合的组合器。

7.根据权利要求1所述的传输器，其包括从所述原始信号中减去所述同相谐波频率的减法器。

8.根据权利要求1所述的传输器，其中所述调制器经配置以从信号路径的预定样本计算模式。

9.根据权利要求1所述的传输器，其中所述控制单元产生多个信号，其中所述多个信号中的至少一者包含正电压或负电压。

10.根据权利要求1所述的传输器，其中所述传输器经配置以耦合到光伏板。