CN118339772A - 包括多个电力电子单元和波导的高压设施 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种高压HV设施(100，200，300，400)，该高压HV设施包括：多个电力电子单元(110)、特别是电力电子开关单元，该多个电力电子单元被配置为在不同电势下操作，每个电力电子单元(110)都包括具有天线(114)的单元侧收发器(112)，该天线用于接收和/或发射高频(HF)通信信号(124)；以及波导，该波导(120)被配置为承载和屏蔽多个电力电子单元(110)的HF通信信号(124)。波导(120)具有被配置为将波导(120)中存在的HF通信信号(124)泄漏到对应的多个邻近区域(126)中且反之亦然的多个部分(122)。多个电力电子单元(110)中的每个电力电子单元(110)都布置成与波导(120)物理分离且靠近，使得相应的电力电子单元(110)与波导(120)电绝缘，并且相应的单元侧收发器(112)的天线(114)布置在相应的邻近区域(126)中。

Description

包括多个电力电子单元和波导的高压设施

技术领域

本公开涉及高压设施，该高压设施包括被配置为在不同电势下操作的多个电力电子单元和被配置为承载和屏蔽多个电力电子单元的HF通信信号的波导。

背景技术

出于操作考虑和安全考虑，高压设施的不同部分通常使用光学网络连接。本公开的目的是描述在高压设施中使用的替代通信布置及其部件。

文献EP 1 239 600 B1公开了一种使用波导的无线通信系统。用于在变电站控制单元与间隔元件的控制单元之间传输信号的通信设备包括连接到变电站和间隔元件控制单元的收发设备、以及包围并连接所述收发设备的天线的波导。收发设备产生电磁射频波以在控制单元之间传送信息。波导可以保护波免受干扰。

发明内容

本公开的实施例涉及一种使用高频(HF)通信信号的高压(HV)设施。

根据实施例，HV设施包括：多个电力电子单元、特别是电力电子开关单元，该多个电力电子单元被配置为在不同电势下操作，每个电力电子单元都包括具有天线的单元侧收发器，该天线用于接收和/或发射HF通信信号；以及波导，该波导被配置为承载和屏蔽多个电力电子单元的HF通信信号。波导具有被配置为将波导中存在的HF通信信号泄漏到对应的多个邻近区域中且反之亦然的多个部分。多个电力电子单元中的每个电力电子单元都布置成与波导物理分离且靠近，使得相应的电力电子单元与波导电绝缘，并且相应的单元侧收发器的天线布置在相应的邻近区域中。

这种布置对于在分布式HV应用(比如在不同电压电势下操作的变电站的不同单元)中传输和屏蔽高频通信信号特别有用。除此之外，发明人还发现，通过将电力电子单元与漏泄波导(即，包括被配置为将波导中存在的HF通信信号泄漏到对应的多个邻近区域中且反之亦然的部分的波导)物理分离，各种形式的HF无线通信系统都可以应用于HV设施中，其中，不同的电力电子单元在不同的电势下操作，因此需要彼此绝缘。

与自由空间、非屏蔽无线通信技术相比，所使用的通信信道可以免受外部干扰(比如网络干扰器)，以保护电网的关键部分。同时，可以避免在HV设施的单元之间安装专用光学链路所需的相对较高的安装工作。

根据另外的实施例，波导被配置为承载具有超过1GHz、优选地超过10GHz和/或低于300GHz的载波频率，和/或具有超过20或50MHz或超过2GHz的宽带宽的HF通信信号。

在传统的自由空间通信中，超过几GHz的微波波段电磁信号会受到严重衰减。然而，在波导内，信号可以传播通常在HV设施中遇到的距离(例如几十米到几百米)，而不会有显著的衰减。因此，使用这种高频信号有助于保护通信信号免受外部干扰，因为任何干扰源都必须要非常接近HV设施，这使得蓄意攻击变得非常困难，并且由于对所需传输功率的物理限制，远程攻击实际上不可行。

波导的使用还可以使另外的频率资源可用于控制和监测电力电子单元。启用更宽的带宽进而使得能够并行承载具有不同载波频率的多个HF通信信号，从而允许通过使用不同的载波频率并行传输多个通信信号来增加通信信号传输冗余中的至少一个和/或减少通信信号传输延迟。

HF通信信号可以在多个电力电子单元中的两个或更多个电力电子单元之间(例如，在对等式架构中)直接交换，或者可以在电力电子单元之一与使用至少一个集线器侧收发器耦合到波导的至少一个控制集线器之间交换。

例如，控制集线器可以生成用于电力元件单元的HF控制信号(比如发射信号和/或同步信号)，和/或从电力元件单元接收HF操作状态信号(比如日志信号、故障记录信号和/或健康监测信号)。

在至少一个实施例中，至少一个集线器侧收发器可以附接到波导的第一终端部分并且可以使用光纤网络连接到至少一个控制集线器，使得波导与至少一个控制集线器电绝缘。以这种方式，例如通过将波导连接到中间电压水平，可以实现控制集线器与各个电力电子单元之间更大的电压差。

在不同的实施例中，可以通过使用多个并联波导、多个单元侧收发器、多个集线器侧收发器和/或多个控制集线器来创建多个电力电子单元与至少一个控制集线器之间的冗余通信信道。

对于某些应用，比如高压直流(HVDC)换流器，多个电力电子单元可以分成N个子组，其中，每个子组经由N个波导中不同的一个波导进行连接。在这种情况下，不同的单元子组及其波导可以在不同的电压水平(例如单元子组的平均电压水平)下操作，以最大限度地将相应波导与各个电力电子单元之间所需的距离减至最小。

在至少一个实施例中，单元侧收发器的天线中的至少一个被配置为第一定向天线，和/或波导的多个部分中的至少一个包括第二定向天线。使用定向天线减少了各个电力电子单元之间不希望的串扰，从而提高了信噪比。这也使得从外部例如使用干扰器干扰通信变得更加困难。此外，对于给定的载波频率，这能够使波导与相应的电力电子单元之间的距离更大。

定向天线可以形成为贴片天线、阵列天线、漏泄阵列天线、喇叭天线、或形成定向的各向异性电场的任何其他类型的天线。

为了实现HF通信信号的所期望的泄漏，并且可选地，为了实现所泄漏的电场的所期望的形状，波导的多个部分中的每个部分都可以包括至少一个开口、特别是槽、一排孔或孔阵列之一，该至少一个开口被配置为将HF通信信号泄漏到对应的多个邻近区域中。

可以使用保护元件来保护HV设施的这种开口或天线免受环境影响，这些保护元件比如是覆盖天线的天线罩、和/或覆盖多个漏泄部分中的至少一个漏泄部分中的至少一个开口的介质透镜。这种保护元件还可以用于场整形，从而比如提高保护元件下方的天线或开口的方向性。天线罩和介质透镜也可以表现出频率选择性。例如，特定频带中的频率(例如用于与电力电子单元交换HF通信信号的频率)可以通过，而其他频率则可以被衰减或阻断。

波导的主体可以由比如空心金属波导、介质波导、同轴电缆或带状线波导等不同类型的波导形成。这些类型的波导是广泛可用的，并且可以例如通过如上面详细描述的增加开口适配成将其中承载的HF通信信号泄漏到所期望的邻接波导的区域中。

本公开的另外的有利的实施例在所附权利要求书以及以下实施例的详细描述中公开。

附图说明

包括了附图以提供进一步的理解。在附图中，结构和/或功能相同的要素可以由相同的附图标记来标示。应当理解，图中所示的实施例是说明性的表示，而不一定按比例绘制。

图1以示意的方式示出了包括多个电力电子单元和漏泄波导的HV设施。

图2示出了波导的漏泄部分与电力电子单元之间的耦合的更详细视图。

图3和图4分别示出了HF通信信号在波导和自由空间中的衰减。

图5示出了具有线性布置的开口的漏泄波导的不同配置。

图6示出了具有非线性布置的开口的漏泄波导的不同配置。

图7示出了包括中央控制集线器、公共漏泄波导和多个电力电子单元的HV设施。

图8示出了包括中央控制集线器、多个漏泄波导和电力电子单元的对应子组的HV设施。

图9示出了包括多个设备的一个电力电子单元的内部结构。

图10示出了用于在HV设施中建立冗余通信信道的不同方法。

图11示出了漏泄波导与多个电力电子单元之间的不期望的多径耦合。

图12示出了非定向天线和定向天线的不同辐射图案。

图13示出了定向天线的不同配置。

图14示出了定向天线安装在天线罩下方。

图15示出了HF透镜嵌入到漏泄波导的开口中。

图16示出了具有多个定向耦合件的漏泄波导。

具体实施方式

高压直流(HVDC)和柔性交流输电系统(FACTS)换流站包括若干功率半导体开关单元。在HVDC系统的情况下，这些开关单元布置在阀结构内，或者在FACTS的情况下，这些开关单元布置在电力电子构建块(PEBB)内。在每种情况下，每个电力电子单元经由高速实时通信网络连接到控制单元。控制单元与各个单元以及其中所包括的电子设备之间的通信包括例如栅极发射信号、操作状态信号和单元监测信号。

术语高压(HV)可以指能量分配网络中使用的任何超过1kV的电压。例如，高压可以指具有超过例如1kV、60kV、220kV或800kV的额定操作电压的中压、高压、超高压或特高压能量分配网络。高压用于例如在10kV、15kV、18kV、20kV或30kV或6kV至150kV范围内的类似电压或甚至高于该电压水平下操作的变电站或换流站。

作为操作环境和用于切换不同电气路径的电力电子构建块的一部分，各个单元之间常出现电势差，这些电势差需要通过通信信号来桥接。为了遵守对应的绝缘要求，迄今为止通信信号都是经由绝缘光纤链路进行传送的。然而，实施光纤链路网络(特别是在相对复杂的网络拓扑中)是非常耗费人力和成本的，并且需要配置并手动连接到每个单元的每个设备。

同时，传统的(例如无线电链路)无线通信系统(比如根据IEEE 802.11系列标准的WiFi网络)不适合HV设施的特定应用领域。部分原因是无线电信号可能因HV设备的金属结构而失真和衰减，或者受到相邻通信(比如相邻WiFi网络)的干扰。此外，传统无线通信系统的使用可能在基础设施的对应部分中呈现弱点。特别地，可以使用宽频谱干扰器来有效地阻断发射信号，因而停用对应的换流站。

图1示出了包括三个电力电子单元110和一个波导120的第一HV设施100。每一个电力电子单元110可以布置在不同的电势(例如V₁至V₃)下。此外，波导120可以布置在另一电势(例如V₀)下。

波导120包括被配置为将波导120内部承载的至少一些HF信号泄漏到其外部且反之亦然的部分122。因此，波导120可以被称为“漏泄波导”，并且部分122可以被称为“漏泄部分”。

在所描绘的实施例中，漏泄部分122彼此之间以规律的间隔布置，并且与各个电力电子单元110的位置相对。在波导120内行进的HF通信信号124在部分122中朝向相应的电力电子单元110泄漏出去。因此，在邻近区域126中创建了局部电场，在这些区域中，HF通信信号124可以被电力电子单元110拾取。在其他区域中，例如在波导120的相反侧上或者在漏泄部分122之间，HF通信信号124的信号强度非常低，以至于无法用传统的接收器或收发器接收。相反地，根据相应电力电子单元110的位置，可以通过漏泄部分122将HF通信信号耦合到波导120中。由于耦合系数非常低，因此将来自其他区域和/或方向的HF信号注入波导120是不可行的。

图2更详细地示出了波导120与电力电子单元110之间的HF信号耦合。如图2中可以看出，电力电子单元110包括至少一个收发器112，该至少一个收发器进而连接到天线114。天线114布置在电力电子单元110面向波导120的漏泄部分122的一侧。在所描绘的实施例中，波导120包括面向天线114的开口128。也就是说，波导120的开口128或其他漏泄部分与单元侧天线114彼此相对布置，并且被配置为通过它们之间的用于将单元110与波导120电绝缘的相对较短的气隙交换HF信号。

如图2进一步所示，开口128可以由天线罩130保护，以保护波导120的内部免受环境(比如湿气或污垢)影响。在户外环境中，这是特别有用的。

在天线114与波导120之间交换的HF通信信号124可以具有非常高的载波频率和/或带宽。使用所谓的超高频(SHF，3至30GHz)和极高频(EHF，30至300GHz)信号的优点在于，相应的通信信号124在空气或其他环境(比如自由空间(真空)或保护气体)中迅速衰减，并且这有效地防止了或者至少限制了它们的干扰。

如图4所示，放置在发电站外部(例如几十米到几百米远)的任何信号源都会面临显著的信号衰减。例如，在100m的距离处，20GHz、60GHz和120GHz通信信号的自由空间路径损耗达到或超过100dB。因此，需要非常强大的信号源才能从合理的距离干扰这种对应的SHF或EHF信号，这使得从外部对HF通信信号124进行潜在干扰实际上不可行。

相比之下，如图3所示，在10与100GHz之间的不同频率范围中的HF通信信号124在适当的波导内部的信号损耗相对较好。取决于所使用的频率和所采用的波导类型，信号衰减仅在所使用波导长度每米0.1dB与大约3dB之间。因此，在波导长度为几米到几十米的典型高压设施内使用HF通信信号124实现成功通信是可能的。漏泄波导120与相应电力电子单元110的天线114之间的自由空间中的附加衰减相对较低，因为通常仅需要桥接几厘米到几十厘米。

图5示出了不同波导120的以线性方式(即，沿与波导120的主轴对应的公共轴)布置的漏泄部分122的不同配置。如图5所示，漏泄部分122例如关于它们的中心彼此相隔距离D布置。

图5(a)示出了布置在每个漏泄部分122内的单个矩形槽132。图5(b)示出了单个圆角槽134，即具有圆角的槽。在每种情况下，所泄漏的电场的频率和空间特性会受到槽132和134的尺寸、特别是它们的长度L和宽度W的影响。

图5(c)示出了漏泄波导122的另一种配置，其中，在每个漏泄部分122中都设置有单个圆孔136。图5(d)示出了波导120的又一种配置，其中，在每个漏泄部分122中都设置有一排孔136。在所描绘的实施例中，三个圆孔136以周期性间隔I布置在单排中。在这种情况下，漏泄部分122的传输特性实质上由孔136的半径R限定，并且可选地由孔的数量及其间隔I限定。类似地，可以在每个漏泄部分122中使用一维布置的槽(未示出)。

图6示出了不同波导120的以非线性或多维方式布置的漏泄部分122的另外的配置。

在图6(a)中，三个圆角槽134布置成在垂直于波导120的主方向及其法向表面的方向(即，其泄漏的方向)上稍微偏移。在图6所示的示例中，中间槽134布置在漏泄部分122的中心位置X，Y。中心槽134两侧的圆角槽134沿主方向分别布置在位置X-DX和X+DX处，在垂直方向上分别布置在位置Y-DX和Y+DY处，如图所示。

在图6(b)所示的波导120的配置中，在每个漏泄部分120中都设置有圆孔136的二维阵列。特别地，在每个部分122中都设置有两排三个圆孔136。在所描绘的实施例中，这些圆孔在主方向上彼此间隔第一距离DX，并且在第二正交方向上彼此间隔第二距离DY。距离DX和DY可以相同，也可以不同。如后面详细描述的，孔136的阵列136的设置实质上实施了具有定向特性的漏泄阵列天线138。

图7示出了包括总共六个电力电子单元110、公共线性波导120和控制集线器210的第二HV设施200。控制集线器210通过比如有线或光学网络等通信链路212与集线器侧收发器214连接。集线器侧收发器214布置在线性波导120的第一终端部分，并且用于将控制信号馈送到波导120中以及从波导120接收操作状态信号。集线器侧收发器214可以包括一些附加的HF放大器以提高信号功率。在线性波导120的相反的第二终端部分处，设置有避免HF通信信号124在波导120内的不希望的反射的端接元件216。在布置在电力电子单元110内的各个半导体开关布置在机柜外壳中的情况下，波导120可以布置在相应机柜的下方或上方，而不与相应机柜接触或电连接。

在图7所示的架构中，控制集线器210可以通过在集线器侧收发器214与相应的单元侧收发器112(图7中未示出)之间交换HF通信信号124来与每一个电力电子单元110进行通信。此外，各个电力电子单元110还可以通过波导120在相应的单元侧收发器112之间交换HF通信信号124，凭此直接彼此通信。

第二HV设施可以用于控制比如HVDC或FACTS换流器等换流器的中半导体单元的切换。在该应用中，换流器的各个开关电力电子单元110的电压电势围绕比如电气接地等公共电压振荡。相应地，波导120可以连接到这种公共电势，特别是电气接地。在这种情况下，波导120可以使用有线网络连接到控制集线器210。

图8示出了第三高压设施300，该第三高压设施包括总共16个电力电子单元110，这些电力电子单元布置在四个子组330中，每个子组有四个单元110。每个子组330包括单独的波导120，该波导实质上以与上面描述的波导120类似的方式配置。四个子组330的不同波导120每个都具有对应的集线器侧收发器214，该集线器侧收发器通过相应的光纤链路312连接到公共控制集线器210。

图8的HV设施300可以是HVDC设施，在该设施中，开关单元布置成多组堆叠层，也称为阀结构。为每排开关单元110提供一个漏泄波导120，该漏泄波导在该上下文中也称为模块。由于每个模块波导120将驻留在各个电势上，因此收发器214经由通过光纤链路312形成的光学主干连接到位于电气接地电势上的控制集线器210中的阀控制单元。

图9示出了包括六个电力电子单元110和如前所述的波导120的第四HV设施400。HV设施400可以代表主动储能的增强型换流器，比如HVDC或FACTS换流器。波导120可以用于主控制器(图9中未示出)与布置在对应的储能机柜410顶部或底部的本地控制单元412之间的通信。然后，本地控制单元412可以通过本地有线网络416与各个储存单元414(比如超级电容器)通信。与参考图7描述的换流器类似，波导120可以电连接到接地电势并且安装在容纳储存单元414的机柜410的下方或上方。

图10示出了在之前描述的HV设施其中之一中创建冗余通信信道的三种不同方法。

在图10(a)所描绘的情况下，两个冗余波导120平行布置在对应的电力电子单元110的下方或上方。电力电子单元110和两个(或更多个)波导120以单元侧收发器112的一个或多个天线114可以从每一个波导120接收HF通信信号122的方式布置。

图10(b)示出了关于波导120实现冗余的另一种方法。在所描绘的示例中，两个实质上线性的波导120通过T型接合502邻接，以从单个集线器侧收发器214接收信号以及向其转发信号。以这种方式，可以避免设置额外的收发器214。

图10(c)示出了用于实现冗余的又一种方法。在该实施例中，两个冗余的集线器侧收发器214连接到公共波导120的两个平行的终端部分。为了将信号从两个集线器侧收发器214馈送到布置有电力电子单元110的波导120的公共部分中，相应的终端部分通过(反向)T型接合504连结。

在图10(a)和图10(c)所示的配置中，两个波导120通过相应的集线器侧收发器214和光纤链路312连接到公共控制集线器(未示出)。然而，为了进一步提高冗余度，还可以将每一个收发器214连接到单独的冗余的控制集线器。类似地，对于每个电力电子单元110，可以采用多于一个单元侧收发器112和/或天线114。

如前所述，自由空间中的信号衰减非常高，特别是对于SHF和EHF通信信号124尤其如此，从而限制了邻近区域126之间不希望的耦合。然而，在操作频率较低和/或各个电力电子单元110与波导120之间距离较大的情况下，可能会发生一些不期望的多径传播，如图11所示。这种情况可能在例如由于各个电力电子单元110的电压电势相对于波导120的电势特别高而必须要增加波导120与各个电力电子单元110之间的距离时出现。

如图11所示，波导120的每个漏泄部分122中的单个槽132提供了相当宽的辐射图案，这可能会导致相邻的漏泄波导部分122与单元侧收发器112之间产生串扰，进而降低通信性能。为了减少这种串扰，可以替代地使用定向天线。在该上下文中，图12示出了非定向天线508和定向天线510的相应辐射图案。定向天线510可以形成在波导120的漏泄部分122上，可以连接到单元侧收发器112，或者两者兼而有之。

图13示出了定向天线510的可能实施方式。特别地，图13(A)示出了用于3GHz频率范围内的通信的尺寸为60×60mm的贴片天线512。图13(B)示出了区域天线514，该天线总共有64个天线元件516，布置成八行和八列，具有实质上相同的尺寸并且配置用于30GHz的载波频率。定向天线510可以以传统方式连接到单元侧收发器112。

图14进一步示出了这种定向天线510可以如何附接到波导120的漏泄部分122。如图14所示，类似天线的信号拾取元件518从定向天线510朝向波导120的内部延伸。信号拾取元件518拾取通过波导传播的HF通信信号124并且朝向电力电子单元110(图14中未示出)发射对应的电磁信号。

在图14所示的实施例中，定向天线510布置在天线罩130下方，该天线罩保护天线510和波导120内部免受外部因素(比如湿气、污垢或危险物质)的影响。天线罩130还可以充当高频透镜并增强下方布置的定向天线510的方向性。

图15示出了用于波导120的另一种保护机制，其使用单个开口128来泄漏波导120的部分122中的HF通信信号124。在这种情况下，开口128由HF透镜522密封。HF透镜522还用作场整形元件并且可以将所泄漏的电磁场聚焦在单元侧收发器112的对应天线114上(未示出)。

图16示出了具有若干漏泄部分122的波导120的另一个实施例。迄今为止描述的漏泄部分122都是无方向性的，并且允许单元到单元的通信以及单元到集线器的通信。在图16所示的配置中，采用了定向耦合器530。定向耦合器530有助于HF通信信号124从集线器侧收发器214朝向布置在相应漏泄部分122中的三个单元侧收发器112中的每一个进行选择性传播且反之亦然。然而，实际上在相反方向上——例如从漏泄部分112其中之一朝向布置有端接元件216的波导120的第二终端部分——不会发生信号传播。以这种方式，有效地防止了单元到单元的通信。这样，可以显著地减少各个电力电子单元110之间的不希望的交叉耦合，从而进一步提高信噪比。

已知无线通信系统中使用的若干特征可以应用于如上所讨论的基于漏泄波导120的HV设施其中之一，以提高系统可靠性和可扩展性。

例如，所使用的波导信道的带宽(特别是在微波范围频率下)相对较宽，允许利用频率分集和/或频率复用。在第一种情况下，比如集线器侧收发器214的收发器在波导120容许的范围内以不同频率发送同一个信号的多个副本，以提高成功传输的机会。为了更进一步提高稳健性，可以将这种HV设施与如图10所示的物理冗余的通信信道之一相结合，以进一步提高可靠性。

在第二种情况下，比如集线器侧收发器214的同一个收发器配备有多个HF模块，每个模块同时以不同的频率进行传输以到达不同的电力电子单元110。这有助于缩短通信周期时间或允许在相同周期时间内服务更多单元110。

类似地，电力电子单元110和控制集线器210可以通过采用频分双工(FDD)使用不同的频率同时进行双向通信，以减少HV设施的部件之间形成的通信网络的整体时延。同样地，单元到单元的通信可以与使用不同载波频率的控制器到单元的通信同时发生。

上述各种部件、系统和设施具有以下益处：它们实现了用于高压和中压系统的射频、并且特别是微波频率的通信，因为波导120的使用最大限度地减少了路径损耗，从而提供低衰减传播信道。在许多波长下，可以提高通信可靠性，或者可替代地，可以降低传输设备(比如单元侧收发器112和集线器侧收发器214)的功率和成本。波导120还提供了明确定义的传播路径，因此显著地减弱了多路径和跨路径通话的缺陷。它们还保护了HF通信信号124免受外部干扰，包括干扰器或类似设备的故意干扰。它们特别是实现了用于微波通信的波导系统，从而提供了特高带宽，因此具有低延迟和高可靠性方面的益处。

所需的HF部件成熟度较高，且部件成本相对较低。对于所考虑的高频通信范围，有许多高频部件可用。

漏泄波导120非常适合于HV应用，因为不太可能出现绝缘问题。波导120与单元侧收发器112之间的电势差通过自由空间HF传播来桥接。根据需要，波导系统与单元侧收发器112之间没有直接连接。目前HV和MV应用的光学网络中使用的多根光纤可以用一个漏泄波导120代替，这大大简化了与光缆的结构设计、安装、调试和维护相关的工作。

漏泄波导系统的绝缘设计可以通过根据已建立的空气绝缘指南确定气隙尺寸来完成，并且不会受到环境条件的显著影响。此外，如上面详细描述的，可以通过使用天线罩或类似的保护特征轻松地保护波导120本身免受环境影响。因此，与基于光纤的解决方案相比，所提出的解决方案简化了绝缘设计，降低了与传统光纤网络相关联的绝缘风险，并且减弱了对气候控制的需求。

所述图1至图16所示的实施例代表改进的波导元件、HV设施和其中形成的通信网络的示例性实施例。它们不构成根据权利要求的所有实施例的完整列表。实际的HV设施可以与例如在布置、设备、尺寸和材料方面所示的实施例不同。

附图标记

100第一HV设施

110 电力电子单元

112 单元侧收发器

114 天线

120 波导

122(波导的)部分

124 HF通信信号

126 邻近区域

128 开口

130 天线罩

132 矩形槽

134 圆角槽

136 圆孔

138 漏泄阵列天线

200第二HV设施

210 控制集线器

212 通信链路

214 集线器侧收发器

216 终端元件

300第三HV设施

312 光纤链路

330 子组

400第四HV设施

410 储能机柜

412 本地控制单元

414 储存单元

416 本地有线网络

502 T型接合

504反向T型接合

510 定向天线

512 贴片天线

514 阵列天线

516 天线元件

518 信号拾取元件

522 HF透镜

530 定向耦合器

D 距离

L 长度

W 宽度

R 半径

I 间隔

X，Y位置

DX 第一距离

DY 第二距离

Claims (15)

1.一种高压HV设施(100，200，300，400)，包括：

-多个电力电子单元(110)、特别是电力电子开关单元，所述多个电力电子单元被配置为在不同电势下操作，每个电力电子单元(110)都包括具有天线(114)的单元侧收发器(112)，所述天线用于接收和/或发射高频(HF)通信信号(124)；以及

-波导(120)，所述波导被配置为承载和屏蔽所述多个电力电子单元(110)的HF通信信号(124)；

-其中，所述波导(120)具有被配置为将所述波导(120)中存在的HF通信信号(124)泄漏到对应的多个邻近区域(126)中且反之亦然的多个部分(122)；以及

-所述多个电力电子单元(110)中的每个电力电子单元(110)都布置成与所述波导(120)物理分离并且靠近，使得相应的电力电子单元(110)与所述波导(120)电绝缘，并且相应的单元侧收发器(112)的所述天线(114)布置在相应的邻近区域(126)中。

2.如权利要求1所述的HV设施(100，200，300，400)，其中，所述波导(120)被配置为承载HF通信信号(124)，所述HF通信信号具有超过1GHz、优选地超过10GHz和/或低于300GHz的载波频率，和/或具有超过20或50MHz或超过2GHz的带宽。

3.如权利要求1或2所述的HV设施(100，200，300，400)，其中，所述波导(120)被配置为并行承载具有不同载波频率的多个HF通信信号(124)，所述多个HF通信信号(124)中的每一个由所述多个电力电子单元(110)的至少一个子组中的所述单元侧收发器(112)接收，以增加通信信号传输冗余度中的至少一个和/或减少通信信号传输延迟。

4.如前述权利要求中任一项所述的HV设施(200，300)，进一步包括至少一个控制集线器(210)和连接到所述控制集线器(210)的至少一个集线器侧收发器(214)，其中，所述至少一个控制集线器(210)被配置为生成用于所述多个电力电子单元(110)中的全部或至少一个子组的HF控制信号、特别是发射信号和/或同步信号之一，和/或接收所述多个电力电子单元中的全部或至少一个子组的HF操作状态信号、特别是日志信号、故障记录信号和/或健康监测信号。

5.如权利要求4所述的HV设施(300)，其中，所述至少一个集线器侧收发器(214)附接到所述波导(120)的第一终端部分并且使用光纤网络连接到所述至少一个控制集线器(210)，使得所述波导(120)与所述至少一个控制集线器(210)电绝缘。

6.如权利要求4或5所述的HV设施(200，300)，其中，所述多个部分(122)中的至少一个包括定向耦合器(530)，所述定向耦合器用于将发送到所述相应的邻近区域(126)或从所述相应的邻近区域接收的HF通信信号(124)与所述至少一个集线器侧收发器(214)耦合。

7.如权利要求4至6中任一项所述的HV设施(200，300)，包括所述多个电力电子单元(110)与所述至少一个控制集线器(210)之间的冗余通信信道，其中，所述冗余通信信道包括以下至少一者：

-至少两个平行波导(120)，所述至少两个平行波导(120)中的每一个都具有被配置为将所述HF通信信号(122)泄漏到所述对应的多个邻近区域(126)中的多个对应的部分(122)；

-至少两个单元侧收发器(112)，所述至少两个单元侧收发器(112)中的每一个都是同一个电力电子单元(110)的一部分；

-至少两个集线器侧收发器(214)，所述至少两个集线器侧收发器(214)中的每一个都连接到所述波导(110)的不同终端部分；和/或

-至少两个控制集线器(210)，每个控制集线器(210)都被配置为向所述多个电力电子单元(110)提供所述HF通信信号(214)。

8.如权利要求4至7中任一项所述的HV设施(300)，包括多个N个波导(120)，所述N个波导(120)中的每一个都具有被配置为将HF通信信号(124)泄漏到对应的多个邻近区域(126)中的多个部分(122)，其中，所述多个电力电子单元(110)布置在N个子组(330)中，每个子组(330)对应于所述N个波导(120)之一，并且所述子组(330)之一中的每个电力电子单元(110)布置成与对应的波导(120)物理分离且靠近。

9.如权利要求8所述的HV设施(300)，其中，

-所述N个波导(120)中的每一个都被配置为在不同电势下操作，并且经由光纤网络连接到公共控制集线器(210)；或者

-所述N个波导中的每一个都被配置为在相同电势、特别是电气接地下操作，并且经由光纤网络或有线HF网络连接到公共控制集线器(240)。

10.如前述权利要求中任一项所述的HV设施(100，200，300，400)，其中，

-所述单元侧收发器(112)的天线(114)中的至少一个被配置为第一定向天线(510)；和/或

-所述波导(120)的多个部分(122)中的至少一个包括第二定向天线(510)。

11.如权利要求10所述的HV设施(100，200，300，400)，其中，所述第一定向天线(510)和/或所述第二定向天线(510)包括贴片天线(512)和阵列天线(514)、漏泄阵列天线(136)和/或喇叭天线之一。

12.如权利要求10或11所述的HV设施(100，200，300，400)，进一步包括覆盖所述第一定向天线(510)或所述第二定向天线(510)的天线罩(130)。

13.如前述权利要求中任一项所述的HV设施(100，200，300，400)，其中，所述波导(120)的多个部分(122)中的每个部分(122)都包括至少一个开口(128)、特别是槽(132，134)、单个孔(136)、一排孔(136)或孔阵列(136)之一，所述至少一个开口(128)被配置为将所述HF通信信号(124)泄漏到所述对应的多个邻近区域(126)中。

14.如权利要求13所述的HV设施(100，200，300，400)，进一步包括至少一个介质透镜(522)，所述至少一个介质透镜覆盖所述多个部分(122)中的至少一个部分的所述至少一个开口(128)。

15.如前述权利要求中任一项所述的HV设施(100，200，300，400)，其中，所述波导(122)包括空心金属波导、介质波导、同轴电缆或带状线波导中的至少一者。