主动式跨电网电力线载波通信系统以及方法与流程

本公开涉及电气技术及新能源技术领域，具体而言，涉及一种主动式跨电网电力线载波通信系统以及方法。

背景技术：

目前，电力线载波(plc，即powerlinecarrier)是电力系统特有的通信方式，电力线载波通信是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。

然而，由于电力线载波特性的限制，当电网中有整流逆变电路等设备时，就需要额外的信号传输装置弥补电力线载波信号不能跨容性原件的缺陷。现有技术中，一般是采用在输入和输出端分别耦合绕组的方式来实现电力线载波信号的耦合，但是这样的方式容易产生噪音，且不能实现随电力线输出电压变化的载波信号强度的变化。

因此，需要提供一种或多种至少能够解决上述问题的技术方案。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开的目的在于提供一种主动式跨电网电力线载波通信系统、方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本公开的一个方面，提供一种主动式跨电网电力线载波通信系统，包括：

前端接收单元；

信号处理器，所述信号处理器与所述前端接收单元相连接，所述信号处理器包括多个信号分路芯片以及anc(activenoisecontrol，主动降噪)反相处理电路；

驱动单元，所述驱动单元包括分别连接所述信号处理器信号的对应分路芯片输出端的多路光耦驱动电路；

所述接收单元通过耦合绕组接收电力线载波信号，经由所述信号处理器对所述电力线载波信号进行分析处理后分解为各功率器件载波信号；所述驱动单元将所述各功率器件载波信号加载至各功率元件的驱动单元。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系统还包括：

所述信号处理器为多个，分别与所述前端接收单元连接；用于将所述电力线载波信号扩展至对应的多路子电路输出。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系统还包括：

所述驱动单元的光耦驱动电路由扩频芯片和pwm(脉冲宽度调制)发生器组成：

所述扩频芯片用于对各功率器件载波信号进行扩频或降频，实现电力线载波信号的全频段通信传播；

所述pwm发生器用于在将功率电路进行逆变的同时，将电力线载波信号叠加至pwm波中，使主电路输出功率电中包含电力线载波信号；

其中，所述pwm发生器由dsp(digitalsignalprocessing，数字信号处理)或fpga(field－programmablegatearray，可编程门阵列)芯片及数模转换电路组成，可以实现高频电路的信号拟合，同时减少奇次谐波的发生，提升输出电路质量。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系统还包括：

校验单元，设置于所述主动式跨电网电力线载波通信系统的电路输出端，用于通过耦合绕组接收电力线载波信号，并对与输入信号对比校验，根据比较结果发送至pwm发生器，进一步调节电力线载波信号输出。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系统还包括：

所述校验单元包含比例控制调节计算器，用于将所述输出的电力线载波信号按照预设算法进行比例控制调节后与输入信号对比校验。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系统还包括：

所述前端接收单元由主电路的初级绕组和控制电路的次级绕组组成，接收电力线载波信号。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系统还包括：

前端接收单元和信号处理器之间还包括降噪处理器；

所述降噪处理器，所述降噪处理器包括连接所述前端接收单元次级绕组的放大电路、降噪芯片以及滤波电路，所述滤波电路的输出端连接所述信号处理器中信号分路芯片以及anc反相处理电路的输入端；

所述降噪处理器用于对接收的电力线载波信号进行功率电路的畸波预处理。

根据本公开的一个方面，提供一种主动式跨电网电力线载波通信方法，应用于主动式跨电网电力线载波通信系统，其特征在于，所述方法包括：

前端信号接收步骤，通过耦合绕组接收电力线载波信号；

信号处理步骤，由所述信号处理器对所述电力线载波信号进行分析处理后分解为各功率器件载波信号；

信号驱动步骤，将所述各功率器件载波信号加载至各功率元件的驱动单元。

在本公开的一个方面，提供一种主动式跨电网电力线载波通信装置其特征在于，所述装置包括：

前端信号接收模块，用于通过耦合绕组接收电力线载波信号；

信号处理模块，用于由所述信号处理器对所述电力线载波信号进行分析处理后分解为各功率器件载波信号；

信号驱动模块，用于将所述各功率器件载波信号加载至各功率元件的驱动单元。

本公开的示例性实施例中的主动式跨电网电力线载波通信系统，包括前端接收单元；信号处理器，所述信号处理器与所述前端接收单元相连接，所述信号处理器包括多个信号分路芯片以及anc反相处理电路；驱动单元，所述驱动单元包括分别连接所述信号处理器信号的对应分路芯片输出端的多路光耦驱动电路。一方面，本公开可以通过主动式信号处理实现电力线载波信号的跨电网通信；另一方面，采用了降噪处理单元和校验比较单元，实现了对电力线载波信号的调节，更加增强了电力线载波信号的稳定性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图来详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1示出了根据本公开一示例性实施例的主动式跨电网电力线载波通信系统的系统框图；

图2示出了根据本公开一示例性实施例的主动式跨电网电力线载波通信方法的流程图；

图3示意性示出了根据本公开一示例性实施例的主动式跨电网电力线载波通信装置的示意框图；

图4示意性示出了根据本公开一示例性实施例的电子设备的框图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

在本示例实施例中，首先提供了一种主动式跨电网电力线载波通信方法，可以应用于主动式跨电网电力线载波通信装置等电子设备；参考图1中所示，该主动式跨电网电力线载波通信方法可以包括以下步骤：

前端信号接收步骤s110.通过耦合绕组接收电力线载波信号；

信号处理步骤s120.由所述信号处理器对所述电力线载波信号进行分析处理后分解为各功率器件载波信号；

信号驱动步骤s130.将所述各功率器件载波信号加载至各功率元件的驱动单元。

根据本示例实施例中的主动式跨电网电力线载波通信方法，一方面，本公开可以通过主动式信号处理实现电力线载波信号的跨电网通信；另一方面，采用了降噪处理单元和校验比较单元，实现了对电力线载波信号的调节，更加增强了电力线载波信号的稳定性。

下面，将对本示例实施例中的主动式跨电网电力线载波通信方法进行进一步的说明。

前端信号接收步骤s110.通过耦合绕组接收电力线载波信号。

本示例实施方式中，所述前端接收单元由主电路的初级绕组和控制电路的次级绕组组成，接收电力线载波信号。上述方式中，可以通过调整初级绕组和控制电路的次级绕组的比例来实现对电力线载波信号的全频段完整接收。

本示例实施方式中，以某电动汽车电池组电力线载波通讯模块为例，电动汽车的电池组为直流电输出，一般为单体电池最大3.65v，通过汇流箱后，电池组输出为446v，将所述电压驱动电动汽车电机时，再通过逆变器调节为适合动力的的输出电压，同时，电动汽车中其他用电设备所需电压也不相同，也需要逆变电路或变压芯片进行升压或降压调节，而电力线载波信号在通过逆变电路时，会因容性元件而使得信号消失，所述电力线载波信号是无法直接通过逆变电路输出的，所以在电动汽车电力线载波通讯中，跨不同用电设备的电网进行电力线载波信号的传输是限制电力线载波通讯技术应用的关键问题。而本公开的方法可以通过主动式的电力线载波信号采集复现来实现电力线载波信号的跨电网传输。首先，在输入端进行电力线载波信号的采集，所述耦合绕组的方式通过两级绕组，实现电力线载波信号的采集，在功率电路的输入端和信号采集电路分别采用两级绕组的方式，可以在不直接接入功率电路的情况下，不干扰功率电路实现电力线载波信号的采集。进一步的，对于复频或调制波方式载波的电力线载波信号，可以通过在两级绕组后段增加减频或解调电路直接实现电力线载波信号的复现，对于通过专用载波芯片实现载波的线路，也可以通过在次级绕组后端配置电力线载波芯片的方式实现所述电力线载波信号的复现。

本示例实施方式中，所述前端接收后，还包括降噪处理步骤，所述降噪处理器包括连接所述前端接收单元次级绕组的放大电路、降噪芯片以及滤波电路，所述滤波电路的输出端连接所述信号处理器中信号分路芯片以及anc反相处理电路的输入端；所述降噪处理器用于对接收的电力线载波信号进行功率电路的畸波预处理。由于电力线载波信号的远距离传输或其他原因下，容易使的电力线载波信号有噪音。如上述示例中，电动汽车电力线载波信号会因电动汽车内复杂的电磁环境产生较强的噪音干扰，影响通信质量。这样的情况下就需要基于主动式的电力线载波信号传输先对所述信号进行降噪处理，一般由降噪电路或降噪芯片完成所述电力线载波信号的降噪处理。

信号处理步骤s120.由所述信号处理器对所述电力线载波信号进行分析处理后分解为各功率器件载波信号。

本示例实施方式中，所述信号处理器为多个，分别与所述前端接收单元连接；用于将所述电力线载波信号扩展至对应的多路子电路输出。可以实现对电力线载波信号扩展为多路分频分段信号输出，增强了通信系统的信号传输能力。

本示例实施方式中，在输电场景中，常会因不同的用电场景的电网不同而将所述输出电路分至不同的整流逆变电路中，这时就需要将所述采集的电力线载波信号通过信号处理器分为多路信号。如上述示例中，电动汽车电池箱输出后，主电路连接逆变箱进而控制电机，通过分路连接控制电路及车载副电池电路等，所述逆变箱输入为446v、控制电路为5v，车载副电池为12v，由于母线电压不同，电力线载波信号的电压值也不相同，所以就需要分别对不同电路的电力线载波信号先进行分频多路扩展后，再进行信号载波处理。

信号驱动步骤s130.将所述各功率器件载波信号加载至各功率元件的驱动单元。

本示例实施方式中，所述驱动单元的光耦驱动电路由扩频芯片和pwm发生器组成：

所述扩频芯片用于对各功率器件载波信号进行扩频或降频，实现电力线载波信号的全频段通信传播所述pwm发生器用于在将功率电路进行逆变的同时，将电力线载波信号叠加至pwm波中，使主电路输出功率电中包含电力线载波信号。

其中，所述pwm发生器由dsp或fpga芯片及数模转换电路组成，可以实现高频电路的信号拟合，同时减少奇次谐波的发生，提升输出电路质量。

本示例实施方式中，整流逆变电路的变压变频一般都通过控制电路控制包含功率器件的功率电路来实现。如上述示例中，电动汽车的逆变器由包含igbt的三相全桥功率电路组成，基于dsp的控制电路通过不同占空比的pwm波的方式来实现功率电路的控制，在现有技术中，所述基于dsp的控制电路只能实现对主功率电路的控制，如将母线输入的446v直流电路通过逆变电路转化为374v、50hz三相交流电输出至电机进而驱动电动汽车行驶，而不能实现对电力线载波信号的加载。在本发明中，通过将所述电力线载波信号通过dsp进行信号处理，加载至pwm波中，使的生成输出的主功率电路包含电力线载波信号，从而实现电力线载波信号的跨电网通讯。进一步的，可以通过提升pwm波主频的方式，实现电力波信号在主功率电路中的模拟，现有dsp中断响应速度和pwm波发生器处理速度完全能够满足高频电力线载波信号的载波通讯。

本示例实施方式中，在实际的功率电路中，不同的逆变回路中的功率器件数量、驱动等级均不相同，对应的电力线载波信号的载波发生方式也不相同，通过驱动单元对各功率器件载波信号进行适频性处理，实现电力线载波限号的均衡载波。

本示例实施方式中，还包括载波校验步骤，用于在所述主动式跨电网电力线载波通信系统的电路输出端，通过耦合绕组接收电力线载波信号，并对与输入信号对比校验，进而实现对电力线载波信号的二次调整，增强信号的完备性。

本示例实施方式中，所述载波校验步骤通过校验单元完成，所述校验单元包含比例控制调节计算器，用于将所述输出的电力线载波信号按照预设算法进行比例控制调节后与输入信号对比校验，进一步的，将所述对比信号差值反馈至dsp中，与电力线载波输出调节信号比较后调节pwm输出，实现电力线载波信号的精准模拟。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

此外，参考图2中所示，在本示例实施例中，还提供了一种主动式跨电网电力线载波通信系统，所述系统包括：

前端接收单元201；

信号处理器202，所述信号处理器与所述前端接收单元相连接，所述信号处理器包括多个信号分路芯片以及anc反相处理电路；

驱动单元203，所述驱动单元包括分别连接所述信号处理器信号的对应分路芯片输出端的多路光耦驱动电路；

所述接收单元通过耦合绕组接收电力线载波信号，经由所述信号处理器对所述电力线载波信号进行分析处理后分解为各功率器件载波信号；所述驱动单元将所述各功率器件载波信号加载至各功率元件的驱动单元。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系统还包括：

所述信号处理器为多个，分别与所述前端接收单元连接；用于将所述电力线载波信号扩展至对应的多路子电路输出。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系统还包括：

所述驱动单元的数模转换器组为a/d转换芯片，用于对各功率器件载波信号的扩频或降频，电力线载波信号的全频段通信传播。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系统还包括：

校验单元204，设置于所述主动式跨电网电力线载波通信系统的电路输出端，用于通过耦合绕组接收电力线载波信号，并对与输入信号对比校验，根据比较结果发送至pwm发生器，进一步调节电力线载波信号输出。

在本公开的一种示例性实施例中，所述校验单元x400包含比例控制调节计算器，用于将所述输出的电力线载波信号按照预设算法进行比例控制调节后与输入信号对比校验。

在本公开的一种示例性实施例中，所述前端接收单元由主电路的初级绕组和控制电路的次级绕组组成，接收电力线载波信号。

在本公开的一种示例性实施例中，前端接收单元和信号处理器之间还包括：

降噪处理器205，所述降噪处理器包括连接所述前端接收单元次级绕组的放大电路、降噪芯片以及滤波电路，所述滤波电路的输出端连接所述信号处理器中信号分路芯片以及anc反相处理电路的输入端；

所述降噪处理器205用于对接收的电力线载波信号进行功率电路的畸波预处理。

上述中各主动式跨电网电力线载波通信系统的具体细节已经在对应的方法中进行了详细的描述，因此此处不再赘述。

此外，在本示例实施例中，还提供了一种主动式跨电网电力线载波通信装置。参照图3所示，该主动式跨电网电力线载波通信装置300可以包括：前端信号接收模块301、信号处理模块302、信号驱动模块303。其中：

前端信号接收模块301，用于通过耦合绕组接收电力线载波信号；

信号处理模块302，用于由所述信号处理器对所述电力线载波信号进行分析处理后分解为各功率器件载波信号；

信号驱动模块303，用于将所述各功率器件载波信号加载至各功率元件的驱动单元。

上述中各主动式跨电网电力线载波通信装置或单元的具体细节已经在对应的方法中进行了详细的描述，因此此处不再赘述。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了主动式跨电网电力线载波通信装置300的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

此外，在本公开的示例性实施例中，还提供了一种能够实现上述方法的电子设备。

所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施例、完全的软件实施例(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施例，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。

下面参照图4来描述根据本发明的这种实施例的电子设备400。图4显示的电子设备400仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图4所示，电子设备400以通用计算设备的形式表现。电子设备400的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理单元410、上述至少一个存储单元420、连接不同系统组件(包括存储单元420和处理单元410)的总线430、控制单元440。

其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元410执行，使得所述处理单元410执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施例的步骤。例如，所述处理单元410可以执行如图1中所示的步骤s110至步骤s130。

存储单元420可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(ram)4201和/或高速缓存存储单元4202，还可以进一步包括只读存储单元(rom)4203。

存储单元420还可以包括具有一组(至少一个)程序模块4205的程序/实用工具4204，这样的程序模块4205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

总线430可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备400也可以与一个或多个外部设备470(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备200交互的设备通信，和/或与使得该电子设备400能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口450进行。并且，电子设备400还可以通过网络适配器460与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器460通过总线430与电子设备400的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备400使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施例可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施例的方法。

在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施例中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施例的步骤。

此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。