用于三相电力线通信的方法和装置制造方法

用于三相电力线通信的方法和装置制造方法
【专利摘要】一种用于生成平衡的三相电力线通信信号的方法和装置。在一个实施方式中，该方法包括基于至少一个数据流生成多个调制信号；通过多个调制信号调制多个载波信号，以生成平衡的三相PLC信号，其中该平衡的三相PLC信号包括第一相位信号、第二相位信号、以及第三相位信号；以及将平衡的三相PLC信号耦合至三相电力线。
【专利说明】用于三相电力线通信的方法和装置
[0001] 发明背景

【技术领域】
[0002] 本公开的实施方式大体上涉及电力线通信（PLC)，更具体地涉及通过三相电力线 的 PLC。

【背景技术】
[0003] 电力线通信（PLC)为利用电力线如现有的商业AC电力网设施在与电力线耦合的 设备之间进行数据通信的技术。对于PLC传输，传输器通常通过隔离变压器耦合至电力线， 并且注入作为电力线上的电压刺激的经过调制的载波信号（即，基于电压的信号）。耦合至 电力线的接收器接收经过调制的载波信号并且将该信号解码，以恢复原先传输的数据。
[0004] 对于在三相电力线上进行的PLC，通信信号可注入电力线的所有三个相位；可替 代地，所有的三个电力线可利用足够大的电容器彼此耦合并且通信信号可注入电力线的相 位之一。这种配置具有多个缺点。例如，中性线，或在一些情况下接地线需要用于返回线。当 利用接地的电力线作为返回线时，被认为用于非常高的冲击电压的大电容器必须耦合在线 与地面之间，从而增大了整个通信系统的成本。此外，因为一些工业应用不需要中性线，所 以如果将中性线用于返回路径时则必须为这种设备提供中性线，从而极大增加了系统的布 线成本。另外，这种PLC配置由于信号在一侧的电力线的所有三个相位上输送但是在返回 路径上仅在中性线上输送而遭受不平衡，从而导致辐射的发射以及对外部噪声的敏感性。
[0005] 因此，本领域中需要用于有效的三相电力线通信的方法和装置。


【发明内容】

[0006] 本发明的实施方式大体上涉及用于生成平衡的三相电力线通信信号的装置和方 法。在一个实施方式中，该方法包括：基于至少一个数据流生成多个调制信号；通过多个调 制信号调制多个载波信号，以生成平衡的三相PLC信号，其中该平衡的三相PLC信号包括第 一相位信号、第二相位信号、以及第三相位信号；以及将平衡的三相PLC信号耦合至三相电 力线。

【专利附图】

【附图说明】
[0007] 通过参照实施方式，可得到上文简要总结的本发明的更具体的描述，从而可理解 本发明的上述特征，其中一些实施方式在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出了本发明 的典型实施方式，因此不应认为是对本发明范围的限制，因为本发明还可允许其他同等有 效的实施方式。
[0008] 图la-图lb是根据本发明的一个或多个实施方式的用于平衡的三相电力线通信 (PLC)的系统的框图；
[0009] 图2是根据本发明的一个或多个实施方式的三相调制器的框图；
[0010] 图3是根据本发明的一个或多个实施方式的三相解调器的框图；
[0011] 图4是根据本发明的一个或多个实施方式的用于在三相电力线上传输平衡的三 相电力线通信（PLC)信号的方法的流程图；
[0012] 图5是根据本发明的一个或多个实施方式的用于接收和解调在三相电力线上传 输的平衡的三相电力线通信（PLC)信号的方法的流程图；
[0013] 图6是用于利用本发明的一个或多个实施方式将太阳能生成的DC电力转化为AC 电力的系统的框图；
[0014] 图7是根据本发明的一个或多个可替代性实施方式的三相调制器的框图；
[0015] 图8是根据本发明的一个或多个可替代性实施方式的三相解调器的框图；
[0016] 图9是根据本发明的一个或多个实施方式的用于在三相电力线上传输平衡的三 相电力线通信（PLC)信号的方法的流程图；以及
[0017] 图10是根据本发明的一个或多个实施方式的用于接收和解调在三相电力线上传 输的平衡的三相电力线通信（PLC)信号的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0018] 图la-图lb是根据本发明的一个或多个实施方式的用于平衡的三相电力线通信 (PLC)的系统100的框图。该系统100包括分别通过三相电力线通信（PLC)模块130A和 130B耦合至三相AC电力线120的设备102A和设备102B。每个三相PLC模块130包括三 相收发器104和三相电力线耦合器110 (即PLC模块130A包括收发器104A和耦合器110A ; PLC模块130B包括收发器104B和耦合器110B)，其中三相电力线耦合器110接地。设备 102A和设备102B可以是需要用于传输和/或接收数据的任何合适的设备，如家用计算机、 外围设备等。在一些实施方式中，设备102A和/或设备102B可以是电力变换模块，如DC/ AC逆变器，或AC/AC变换器，其与分布式发电机（DG)耦合以对由DG生成的电力进行变换； 可替代地，设备102A或设备102B之一可以是与这种电力变换模块通信的控制器。
[0019] 设备102A耦合至三相收发器104A，而该三相收发器104A进一步分别通过位于 收发器输出线122-1、122-2、以及122-3(集体被称为输出线122)上的耦合电容器112-1、 112-2、以及112-3(集体被称为耦合电容器112)耦合至三相电力线耦合器110A。来自三 相电力线耦合器110A的三个输出线124-1、124-2、以及124-3(集体被称为输出线124)分 别通过耦合电容器114-1、114-2、以及114-3(集体被称为耦合电容器114)，并且进一步通 过例如作为三相AC总线132的一部分的感应器136-1、136-2、以及136-3(集体被称为感 应器136)，耦合至电力线120的相位线L1、L2、以及L3。根据电路和频率范围，耦合电容器 112和耦合电容器114可以约为10纳法（nF)至100微法（μ F);在一些实施方式中，如果 三相调制器输出没有DC分量，则可不包括耦合电容器114。感应器136可以约为100微亨 (μΗ)至2毫亨（mH)。相位线L1、L2、以及L3为带电导体，其每个均带有AC电力的不同相 位。在一些实施方式中，电力线120还可包括中性线和/或接地线。
[0020] 设备102B耦合至三相收发器104B，而该三相收发器104B进一步分别通过位于 收发器输出线126-1、126-2、以及126-3(集体被称为输出线126)上的耦合电容器116-1、 116-2、以及116-3(集体被称为耦合电容器116)耦合至三相电力线耦合器110B。来自三 相电力线耦合器110B的三个输出线128-1、128-2、以及128-3(集体被称为输出线128)分 别通过耦合电容器118-1、118-2、以及118-3(集体被称为耦合电容器118)，并且进一步通 过例如作为三相AC总线134的一部分的感应器138-1、138-2、以及138-3(集体被称为感 应器138)，耦合至电力线120的相位线L1、L2、以及L3。根据电路和频率范围，耦合电容器 116和耦合电容器118可以约为10纳法（nF)至100微法（μ F);在一些实施方式中，如果 三相调制器输出没有DC分量，则可不包括耦合电容器118。感应器138可以约为100微亨 (μ H)至2毫亨（mH)。在一些实施方式中，三相AC总线132和/或三相AC总线134可通 过接线盒f禹合。
[0021] 三相收发器104A和三相收发器104B分别包括三相调制器106A和三相调制器 106B，以及三相解调器108A和三相解调器108B。调制器106A和解调器108A均耦合至设 备102A并且耦合至收发器输出线122 ;调制器106B和解调器108B均耦合至设备102B并 且耦合至收发器输出线126。在一些实施方式中，如下文将进行描述的实施方式，设备102A 在电力线120上向设备102B传输数据。在其他实施方式中，设备102B在电力线120上向 设备102A传输数据；在另一些实施方式中，设备102A和设备102B同时通过电力线120彼 此通信数据。
[0022] 根据设备102A向设备102B传输数据的本发明的一个或多个实施方式，三相PLC 模块130A将平衡的三相PLC信号注入电力线120的相位线LI、L2以及L3,以向设备102B 通信数据；即耦合至电力线120的通信信号的矢量和为零。在一些实施方式中，具有相同频 率并且彼此相移120的三个载波均通过相同的调制信号进行调制，并且所得到的平衡信号 耦合至电力线120。在其他实施方式中，载波中的两个通过第一调制信号和第二调制信号独 立地调制，而第三载波通过第三调制信号进行调制，以使得三个调制信号的矢量和等于零。 在又一些实施方式中，三个载波通过三个相关联的调制信号进行调制，以使得三个调制信 号的矢量和等于零。在一些可替代性实施方式中，从设备102A接收两个独立的矢量，并对 其进行相移且以各种组合进行相加，以生成平衡的三相PLC信号。
[0023] 通过三相收发器104A生成的三个PLC信号耦合至三相电力线耦合器110A。三相 电力线耦合器110A包括具有三个独立腿的变压器，如三角形-三角形变压器、三角形-星 形变压器、星形-三角形变压器、或三角形-三角形变压器。三相电力线耦合器110A将三 个PLC信号耦合至相位线L1、L2、以及L3,每相位线一个相位。通过将这种平衡的三相信号 耦合至相位线LI、L2、以及L3,发射以及对返回信号路径的需要都被消除，并且平衡通信信 号是抗外部噪声的。
[0024] 在三相PLC模块130B处，类似于三相电力线耦合器110A，三相电力耦合器110B将 来自相位线LI、L2、以及L3的三相PLC信号耦合至三相解调器108B。三相解调器108B将 接收的信号解调，并且恢复原先传输的、用于传输至设备102B的数据。在一个或多个可替 代性实施方式中，三相解调器108B通过合适地划分、相移、以及增加三个PLC信号的各组合 来恢复两个独立的矢量；在这种实施方式中三相解调器108B可将所恢复的矢量直接传输 至设备102B。
[0025] 在一些可替代性实施方式中，电力线耦合器110A和/或电力线耦合器110B包 括Scott-T变压器，其中该Scott-T变压器用于将收发器侧的两个相位耦合至三相电力线 120。在这种实施方式中，位于收发器侧的三相载波系统（例如，通过三相收发器104A生成 的、分开120度的三个载波）减为二相载波系统（例如，由收发器104A生成的、分开90度 的两个载波），从而将每个收发器104A和104B中所需的传输器/接收器的数目从三个减为 两个。
[0026] 在一个或多个实施方式中，设备102B可向设备102A传输数据；S卩，如上文参照三 相PLC模块130A描述的那样，三相PLC模块130B将平衡的三相PLC信号注入电力线120 的相位线LI、L2以及L3,并且如上文参照三相解调器108B描述的那样，三相解调器108A接 收并恢复原先传输的数据。在一些这种实施方式中，设备102A和设备102B可同时通过电 力线120相互通信。
[0027] 图2是根据本发明的一个或多个实施方式的三相调制器106A的框图。三相调制 器106B可与三相调制器106A在部件和操作方面类似。
[0028] 三相调制器106A包括编码器202、载波信号发生器204、移相器206-1和移相器 206-2、以及混合器208-1、208-2、以及208-3。载波信号发生器204生成例如频率为ΙΟΟΚΗζ 的正弦式的第一载波信号U，但是在其他实施方式中，可以不同的频率生成U。第一载波信 号U耦合至混合器208-1以及移相器206-1。移相器206-1对第一载波信号U进行相移，以 生成正弦式的第二载波信号V，其耦合至混合器208-2以及移相器206-2。移相器206-2对 第二载波信号V进行相移，以生成正弦式的第三载波信号W，其耦合至混合器208-3。通常 载波信号U、载波信号V以及载波信号W为正弦式波形，但是在其他实施方式中，可使用其他 类型的周期性波形。在一些实施方式中，载波U、载波V、以及载波W可彼此相移120° ;在 其他实施方式，载波U、载波V、以及载波W彼此可具有不同的相位关系。在一个或多个可替 代性实施方式中，载波信号U、载波信号V、以及载波信号W可由产生三个适当载波信号的不 同装置生成；例如，载波信号发生器204和移相器206可以是与调制器106A分离的部件，而 调制器106A接收外部生成的载波信号U、V、以及W。
[0029] 编码器202可包括硬件、软件、或其组合，并且包括与支持电路212和存储器214 相耦合的至少一个中央处理单元（CPU)210。CPU210可包括配置成执行非瞬态软件指令以 执行根据本发明的各任务的一个或多个通常可得到的微处理器、处理器、微控制器和/或 其组合。可替代地，CPU 210可包括一个或多个专用集成电路（ASIC)。支持电路212为用 于促进CPU 210的功能的已知电路。这种电路包括但不限于缓存、电源、时钟电路、总线、网 卡、输入/输出（I/O)电路等。编码器202可使用通用计算机来实施，其中该通用计算机在 执行具体软件时变成用于执行本发明的各实施方式的特定用途的计算机。在某些实施方式 中，硬编码的逻辑可用于执行编码器202的功能，但通常可使用CPU与逻辑的混合。
[0030] 存储器214可包括随机存取存储器、只读存储器、可移动磁盘存储器、闪速存储 器、以及这些类型存储器的各种组合。存储器214有时被称为主存储器，并且部分地可用作 缓存存储器或缓冲存储器。存储器214通常存储编码器202的操作系统（0S) 216。0S 216 可以是多个商业上可得到的0S之一，如但不限于Linux、实时操作系统（RT0S)等。存储器 214存储可由CPU 210执行和/或使用的数据和/或非瞬态处理器可执行指令。这些处理 器可执行指令可包括固件、软件等，或其一些组合。存储器214可存储各种形式的应用软 件，如编码模块218以及用于储存数据如与本发明相关的数据的数据库220。如下文中描述 的，编码器202执行用于对接收的数据进行编码的编码模块218。在一个或多个其他实施方 式中，CPU 210可以是包括用于存储控制器固件的微控制器，其中该控制器固件在被执行时 提供本文中描述的编码器202的功能。
[0031] 编码器202耦合至设备102A并从设备102A接收数据，以通过电力线120进行通 信。在一些实施方式中，数据可以是模拟数据；在其他实施方式中，数据可以是数字数据。数 据可从设备102A通过有线通信、无线通信、或其组合通信至编码器202。编码模块218将接 收的数据合适地编码，以生成三个调制信号Ml、M2、以及M3,这三个调制信号Ml、M2、以及M3 分别耦合至混合器208-1、208-2、以及208-3,以对相应的载波信号U、V、以及W进行调制。 在一些实施方式中，例如在使用诸如移频键控（FSK)、相移键控（PSK)、或正交调幅（QAM)的 调制的某些实施方式中，混合器208为由IQ载波信号（U，V，W)以及复IQ调制信号（M1， M2，M3)驱动的复混合器。在其他实施方式中，混合器208可以是实乘法器；例如，在载波信 号发生器204自己通过频率控制或相位控制进行调制的情况下，可使用FSK调制或PSK调 制，并且Ml信号、M2信号、以及M3信号为相同的0N/0FF命令，以控制PLC信号的存在。
[0032] 在一些实施方式中，编码器202可耦合至载波信号发生器204和移相器206-1及 移相器206-2,以控制载波信号U、V以及W的相位，例如由编码模块218基于所使用的调制 技术所确定的载波信号U、V、以及W。所生成的调制信号M1、M2、以及M3分别调制对应的载 波U、V、以及W，以分别生成三个调制电压信号VM1、VM2、以及VM3(即，第一相位信号，第二 相位信号，以及第三相位信号）。矢量和为零的经过调制的电压信号VM1、VM2、以及VM3分 别通过三相电力线耦合器110A耦合至相位线LI、L2、以及L3,以进行传输。
[0033] 在一些实施方式中，编码器202从设备102A接收单个数据流，并生成三个相同的 调制信号Ml、M2、以及M3。在这种实施方式中，载波U、V、以及W可以是具有相同振幅的正 交载波，因此提供数据流的双重冗余并且允许解调器108选择最佳的接收的信号，以进行 解调/输出传输。
[0034] 在其他实施方式中，编码器202可接收两个独立的（即，不同的）数据流（例如， 在来自设备102A的两个分离的输入通道上或在来自设备102A单个通道上作为多路复用 流）并生成两个独立的调制信号，例如，Ml和M2。在这种实施方式中，编码器202生成第三 调制信号例如M3并且控制移相器206-1和206-2,以使得经过调制的电压信号VM1、VM2、以 及VM3的矢量和将等于零。经过调制的第三电压信号VM3因此提供用于在调制信号Ml或 M2中任一个在传输过程中丢失或退化时确定调制信号Ml或M2的冗余通道。
[0035] 在另一些实施方式中，编码器202可接收三个独立的数据流（例如，在来自设备 102A的三个分离的输入通道上，在来自设备102A的两个分离的输入通道上，其中通道之一 或两者全部传送多路复用数据流，或在来自设备102A的单个通道上作为多路复用流），并 且基于数据生成相关联的调制信号Ml、M2、以及M3,以使得经过调制的电压信号VM1、VM2、 以及VM3的矢量和将等于零。
[0036] 可使用任何类型的调制技术来生成经过调制的电压信号VM1、VM2、以及VM3,如移 频键控（FSK)、相移键控（PSK)、正交相移键控（QPSK)、正交振幅调制（QAM)、相位调制（PM)、 频率调制（FM)、振幅调制（AM)、正交频分多路复用（0FDM)等。例如，可通过生成作为正交 载波的U和V并且基于从设备102A接收的数据对载波进行振幅调制来使用QAM，其中生成 了第三载波W并进行了调制，以使得VM1、VM2、和VM3的矢量和等于零。
[0037] 在一些可替代性实施方式中，可从两个独立的调制信号例如Ml和M2,或直接根据 从设备102A接收的两个独立的矢量生成电压信号VM1、VM2、以及VM3,这在下文中将参照图 7进行描述。
[0038] 在一个或多个可替代性实施方式中，三个电流信号可通过三相PLC模块130A生 成，并耦合至相位线LI、L2、和L3而不是电压信号，其中电流信号被平衡，以使得三个电流 信号的矢量和等于零。在这种实施方式中，三相电力线耦合器110A和110B与三相电力线 120串联地耦合，并且线耦合器110A/110B内变压器的匝比朝向电力线120通常很低，例如 1匝线连接，但是朝向收发器侧为多匝。此外，在这种实施方式中，传输器在关闭时表现为低 阻抗而不是高阻抗。
[0039] 图3是根据本发明的一个或多个实施方式的三相解调器108B的框图。三相解调 器108A可与三相解调器108B在部件和操作方面类似。
[0040] 三相解调器108B包括解码器302、载波信号恢复模块304、移相器306-1和移相器 306-2、以及混合器308-1、308-2、以及308-3。三相电力线耦合器110B将来自电力线L1、 L2、以及L3的经过调制的电压信号VM1、VM2、以及VM3耦合至三相解调器108B。载波信号 恢复模块304从接收的信号VM1恢复第一载波信号U。第一载波信号U耦合至混合器308-1 以及移相器306-1。移相器306-1对第一载波信号U进行相移，以生成第二载波信号V，其 耦合至混合器308-2以及移相器306-2。移相器306-2对第二载波信号V进行相移，以生成 第三载波信号W，其耦合至混合器308-3。在一个或多个可替代性实施方式中，载波信号U、 载波信号V、以及载波信号W可由产生三个恢复的载波信号的不同装置恢复；例如，载波恢 复模块304和移相器306-1及移相器306-2可以是与解调器108B分离的部件，并且解调器 108B接收外部地恢复的载波信号U、V、以及W。
[0041] 解码器302可包括硬件、软件、或其组合，并且包括与支持电路312和存储器314 相耦合的至少一个中央处理单元（CPU)310。CPU310可包括配置成执行非瞬态软件指令以 执行根据本发明的各任务的一个或多个通常可得到的微处理器、处理器、微控制器和/或 其组合。可替代地，CPU 310可包括一个或多个专用集成电路（ASIC)。支持电路312为用 于促进CPU 310的功能的已知电路。这种电路包括但不限于缓存、电源、时钟电路、总线、网 卡、输入/输出（I/O)电路等。解码器302可使用通用计算机来实施，其中该通用计算机在 执行具体软件时变成用于执行本发明的各实施方式的特定用途的计算机。
[0042] 存储器314可包括随机存取存储器、只读存储器、可移动磁盘存储器、闪速存储 器、以及这些类型存储器的各种组合。存储器314有时被称为主存储器，并且部分地可用作 缓存存储器或缓冲存储器。存储器314通常存储解码器302的操作系统（0S) 316。0S 316 可以是多个商业上可得到的0S之一，如但不限于Linux、实时操作系统（RT0S)等。存储器 314存储可由CPU 310执行和/或使用的数据和/或非瞬态处理器可执行指令。这些处理 器可执行指令可包括固件、软件等，或其一些组合。存储器314可存储各种形式的应用软 件，如解码模块318以及用于储存数据如与本发明相关的数据的数据库320。解码器302执 行用于将接收的数据解码的解码模块318,如将在下文描述的。在一个或多个其他实施方式 中，CPU 310可以是包括用于存储控制器固件的微控制器，其中该控制器固件在被执行时提 供本文中描述的解码器302的功能。在某些实施方式中，硬编码的逻辑可用于执行解码器 302的功能，但通常可使用CPU与逻辑的混合。
[0043] 解码器302接收分别来自混合器308-1、308-2、以及308-3的、恢复的调制信号 Ml、M2、以及M3。在一些实施方式中，例如在使用诸如FSK、PSK、或QAM的调制的某些实施 方式中，混合器308为由IQ载波信号（U，V，W)以及恢复IQ调制信号（Ml，M2, M3)驱动的 复混合器。在其他实施方式中，混合器308可以是实乘法器。解码模块318将接收的调制 信号Ml、M2、以及M3合适地解码，以恢复原先传输的数据，并且将该数据耦合至设备102B。 在一些实施方式中，解码器302可耦合至移相器306-1和移相器306-2,以控制恢复的载波 信号U、V以及W的相位，例如由编码模块318基于所使用的调制技术所确定的载波信号U、 V、以及W。恢复的数据可以是模拟数据或数字数据，并可通过有线通信、无线通信、或其组合 从解码器302通信至设备102B。
[0044] 在一些实施方式中，调制信号Ml、M2、以及M3为相同的信号，并且解码模块302 可选择所接收的最佳信号来进行解调。可替代地，解码模块302可将恢复的调制信号Ml、 M2、以及M3中的两个或三个全部解调并且选择最佳的恢复的信号传输至设备102B，或将所 有恢复的数据传输至设备102B(例如，作为单个多路复用数据流或在多个分离的数据通道 上），以选择最佳的恢复的数据。
[0045] 在其他实施方式中，调制信号中的两个可以是彼此独立的，而第三调制信号与前 两个调制信号是相关联的。解码模块318可利用相关联的调制信号来从两个调制载波中任 一个恢复丢失的数据。解码器302将恢复的数据传输至设备102B，例如在单个通道上作为 多路复用数据流或在两个分离的数据通道上。
[0046] 在又一些实施方式中，恢复的调制信号可以是相关联的，以使得解码模块318可 恢复三个独立的数据流。解码器302可将恢复的数据在单个通道上作为多路复用数据流、 在两个分离的通道上（例如，通道之一包括两个多路复用数据流）、或作为三个分离的数据 通道传输至设备102B。
[0047] 在一些可替代性实施方式中，仅两个独立的调制信号例如Ml和M2被恢复，或两个 独立的矢量被恢复并传输至设备102B，这在下文中将参照图8进行描述。
[0048] 图4是根据本发明的一个或多个实施方式的用于在三相电力线上传输平衡的三 相电力线通信（PLC)信号的方法400的流程图。方法400从步骤402开始并进行步骤404。 在步骤404,三个正弦式的载波信号U、V、以及W以ΙΟΟΚΗζ的频率生成；可替代地，可使用 不同的载波频率和/或不同的周期性波形。在一些实施方式中，载波U、载波V、以及载波W 可彼此相移120° ;在其他实施方式，载波U、载波V、以及载波W彼此可具有不同的相位关 系。在一些可替代性实施方式中，一个或多个载波信号可从外部源提供，而不是作为方法 400的一部分而生成。
[0049] 方法400进行步骤406,其中接收数据，以通过三相电力线进行传输。数据可以是 从需要用于传输数据的通信带宽的任何合适的设备如家用计算机、外围设备等接收的。在 一些实施方式中，设备可以是电力变换模块，如DC/AC逆变器、或AC/AC变换器、或与这种电 力变换模块通信的控制器。数据可以是模拟数据或数字数据，并且可通过有线连接、无线连 接、或其组合来接收。数据可在单个通道上接收，例如单个数据流或两个或更多多路复用的 数据流。可替代地，可在不同的通道上接收多个数据流。
[0050] 在步骤408,确定接收的数据是否为单个数据流。如果步骤408的确定的结果为 是，即接收的数据为单个数据流，则方法400进行步骤410。在步骤410,基于接收的数据生 成三个相同的调制信号Ml、M2、以及M3并且方法400进行步骤414。如果步骤408的确定 的结果为否，即接收的数据不是单个数据流，则方法400进行步骤412。
[0051] 在步骤412,基于接收的数据流生成三个调制信号。在一些实施方式中，可接收两 个独立的数据流（例如，多路复用到单个通道上或通过两个分离的通道），并且基于接收的 数据生成两个独立的调制信号例如Ml和M2。生成第三调制信号例如M3,其与前两个调制 信号相关联，以使得将耦合至电力线的三个调制信号的矢量和等于零。第三调制信号因此 提供用于在这种信号中任一个在传输过程中丢失时确定剩余的调制信号中任一个的冗余 通道。
[0052] 在其他实施方式中，可接收三个独立的数据流（例如，多路复用到一个或两个通 道上，或通过三个分离的通道），以及基于数据生成三个相关联的调制信号M1、M2、和M3,以 使得将耦合至电力线的三个调制信号的矢量和等于零。在一些可替代性实施方式中，仅利 用两个独立的调制信号例如Ml和M2来生成三个平衡的电压波形VM1、VM2、以及VM3,这在 下文中将参照图7进行描述。在一些实施方式中，例如在使用诸如FSK、PSK、或QAM的调制 的某些实施方式中，载波信号（U，V，W)和调制信号（Ml，M2, M3)为复信号。方法400进行 步骤414。
[0053] 在步骤414,载波信号U、V、以及W均通过调制信号之一进行调制，以生成三个经 过调制的电压波形VM1、VM2、以及VM3,其中经过调制的电压波形的矢量和等于零，即平衡 的三相PLC信号。例如，相同的调制信号Ml、M2、以及M3分别可将正交载波U、V、以及W调 制，其中正交的载波均具有相同的振幅。任何类型的调制技术如移频键控（FSK)、相移键控 (PSK)、正交相移键控（QPSK)、正交振幅调制（QAM)、相位调制（PM)、频率调制（FM)、振幅调 制（AM)、正交频分多路复用（0FDM)等可用于合适地生成载波信号U、V、以及W(即，在步骤 404)以及调制信号Ml、M2、以及M3 (即，步骤410和步骤412)，以使得经过调制的电压波形 的矢量和等于零。例如，可通过生成作为正交载波的U和V并且基于两个接收的数据流对载 波进行振幅调制来使用QAM，其中生成了第三载波W并进行了调制，以使得VM1、VM2、和VM3 的矢量和等于零。
[0054] 在一个或多个可替代性实施方式中，可生成三个经过调制的电流信号而不是经过 调制的电压信号；在这种实施方式中，经过调制的电流信号被平衡，以使得三个经过调制的 电流信号的矢量和等于零。
[0055] 在一些可替代性实施方式中，接收两个独立的矢量，并通过将矢量相移和相加来 用其生成平衡信号VM1、VM2、以及VM3,这在下文中将参照图7进行描述。
[0056] 方法400进行步骤416,其中三相PLC信号（S卩，经过调制的电压波形VM1、VM2、以 及VM3)耦合至三相电力线的相位线。通常三相电力线耦合器如三相电力线耦合器110将 经过调制的电压波形VM1、VM2、以及VM3耦合至相位线，每个相位线一个经过调制的电压波 形。例如，VM1可耦合至相位线Ll，VM2可耦合至相位线L2,以及VM3可耦合至相位线L3。 在一些可替代性实施方式中，电力线耦合器包括用于将来自收发器的两个相位耦合至三相 电力线的Scott-T变压器。因为生成的与三相电力线耦合的三相PLC信号被平衡，所以不需 要返回路径，并且因此不需要与接地的或中性的电力线连接。方法400然后进行步骤418， 在步骤418方法400结束。
[0057] 图5是根据本发明的一个或多个实施方式的用于在三相电力线上接收和解调平 衡的三相电力线通信（PLC)信号的方法500的流程图。方法500从步骤502开始并进行步 骤504。在步骤504,从三相电力线的一个或多个相位线恢复三个正弦式的载波信号U、V、 以及W。恢复的载波可具有ΙΟΟΚΗζ的频率，但是可使用其他频率。在一些实施方式中，载波 U、载波V、以及载波W可彼此相移120° ;在其他实施方式，载波U、载波V、以及载波W彼此 可具有不同的相位关系。在一些可替代性实施方式中，一个或多个载波信号可从外部源提 供，而不是作为方法500的一部分而恢复。
[0058] 方法500进行步骤506,其中在三相电力线上接收三相PLC信号。三相PLC信号 包括三个经过调制的电压信号VM1、VM2、以及VM3,每个经过调制的电压信号在三相电力线 的不同相位线上输送。经过调制的电压信号VM1、VM2、以及VM3可通过三相电力线耦合器 如三相电力线耦合器110从电力线耦合至解调器。在一些可替代性实施方式中，电力线耦 合器包括用于将三个相位从三相电力线耦合至收发器的Scott-T变压器。在一个或多个可 替代性实施方式中，三相PLC信号包括三个经过调制的电流信号而不是经过调制的电压信 号；在这种实施方式中，经过调制的电流信号被平衡，以使得三个经过调制的电流信号的矢 量和等于零。
[0059] 在步骤508,恢复用于生成经过调制的电压信号VM1、VM2、以及VM3的调制信号。 例如，恢复的载波U可与经过调制的电压信号VM1混合，以生成恢复的第一调制信号Ml ;恢 复的载波V可与经过调制的电压信号VM2混合，以生成恢复的第二调制信号M2 ;以及恢复 的载波W可与经过调制的电压信号VM3混合，以生成恢复的第三调制信号M3。在一些可替 代性实施方式中，仅恢复两个独立的调制信号，例如Ml和M2,这在下文中将参照图8进行描 述。在一些实施方式中，例如在使用诸如FSK、PSK、或QAM的调制的某些实施方式中，恢复 的载波信号（U，V，W)和恢复的调制信号（Ml，M2, M3)为复信号。
[0060] 方法500进行步骤510,其中根据用于生成原始调制信号（例如，在三相调制器 106处生成的调制信号）将恢复的调制信号中的一个或多个解码。在一些实施方式中，相同 地生成原始调制信号，并且仅将恢复的调制信号中的一个解码，例如通过最佳的接收的、恢 复的调制信号确定的。可替代地，在这种实施方式，可将所有恢复的调制信号解码，然后选 择最佳的恢复的数据流；例如，解调器可选择最佳的恢复的数据流并将数据传输至下游设 备，或解调器可将恢复的数据从每个恢复的调制信号传输至选择最佳数据流的下游设备。
[0061] 在其他实施方式中，两个恢复的调制信号可以是彼此独立的，而恢复的第三调制 信号与前两个恢复的调制信号是相关联的。在这种实施方式，可将两个独立的恢复的调制 信号解码，以恢复两个独立的数据流。可替代地，在这种实施方式中，可将两个独立的调制 信号之一解码，以恢复第一数据流，并且利用相关联的调制信号来恢复第二数据流。例如， Ml和M2可以是独立的恢复的调制信号，而M3为相关联的恢复的调制信号。例如如果Ml在 传输过程中丢失或退化，可将M2解码并且与M2 -起使用M3来恢复Ml以及对应的数据。
[0062] 在又一些实施方式中，恢复的调制信号Ml、M2、以及M3彼此相关联，并被解码以恢 复三个独立的数据流。在一些可替代性实施方式中，通过将平衡信号VM1、VM2、以及VM3合 适地划分、相移、以及相加来恢复两个独立的矢量，这在下文中将参照图7进行描述。
[0063] 方法500进行步骤512,其中将恢复的数据传输至需要用于接收数据的通信带宽 的合适的设备如家用计算机、外围设备等；在一些实施方式中，设备可以是电力变换模块， 如DC/AC逆变器、或AC/AC变换器、或与这种电力变换模块通信的控制器。恢复的数据可 以是模拟数据或数字数据，并可例如通过有线连接、无线连接、或其组合在单个通道上（例 如，作为单个数据流或两个或更多多路复用的数据流）或在多个不同通道上传输至设备。 方法500进行步骤514,在步骤514方法500结束。
[0064] 图6是用于利用本发明的一个或多个实施方式将太阳能生成的DC电力逆变为AC 电力的系统600的框图。该图仅示出了可利用本发明的设备和无数可能的系统配置中的一 个变型。本发明可由用于电力线通信（PLC)的任何设备使用，并且可在各种分布式环境以 及需要在电力线进行通信的系统中起作用。
[0065] 系统600包括多个逆变器602-l、602-2. . . 602-N，其集体被称为逆变器602 ;多个 光伏（?￥)模块604-1、604-2...604-1集体被称为？￥模块604;多个三相？1^(：模块130-1、 130-2. . . 130-N、以及130-N+1，集体被称为三相PLC模块130 ;三相AC电力线606 ;负荷中 心608 ;以及逆变器控制器610。
[0066] 每个逆变器602-l、602-2. . . 602-N分别--对应地耦合至三相PLC模块130-1、 130-2. . . 130-N。在一些可替代性实施方式中，三相PLC模块130-l、130-2. . . 130-N均可包 括在对应的逆变器602-l、602-2. . . 602-N内。每个逆变器602-l、602-2. . . 602-N另外耦合 至--对应地分别耦合至PV模块604-l、604-2. . . 604-N，但是在一些其他实施方式中，PV 模块604可耦合至单个逆变器602 (即，单个集中型逆变器）。逆变器控制器610耦合至三 相 PLC 模块 130-N+1。
[0067] 三相PLC模块130耦合至AC电力线606,以通过AC电力线606来通信数据。AC 电力线606还耦合至负荷中心608,其中负荷中心608容纳例如从商业AC电力网分配系统 输入的商业三相电力线与AC电力线606之间的连接。逆变器602将由PV模块604生成的 DC电力变换为AC电力并且计量与商业AC电力网电压同相的AC电流。系统600通过负荷 中心608将生成的AC电力耦合至商业AC电力网；另外或可替换地，生成的电力可被分配， 以用于例如一个或多个电器，和/或生成的能量可使用电池、加热的水、水力泵送、H 20至氢 的变换等进行存储以供以后使用。在一些其他实施方式中，逆变器602可耦合至除了 PV模 块604之外或代替PV模块604的其他的合适的DC电力源，如另一类型的可再生能量源（例 如，风力涡轮机、水力发电系统、或相似的可再生能量源）、电池、或之前的电力变换级的输 出等。在又一些实施方式中，逆变器602可以是AC-AC逆变器，其接收来自一个或多个合适 的源的AC输入并将接收的AC电力变换为另一 AC输出。
[0068] 逆变器控制器610能够从逆变器602接收数据如警报、消息、操作数据等，并且向 逆变器602传输数据如命令和控制信号，以可操作地控制逆变器602。根据本发明的一个 或多个实施方式，三相的PLC模块130允许在三相AC电力线606上的、逆变器602与逆变 器控制器610之间的这种通信。如本文中描述的，三相PLC模块130中的每个能够基于从 相应的逆变器602接收的用于传输的数据生成平衡的三相PLC信号，以及在与中性的或接 地的电力线没有连接的情况下降这种信号耦合至AC电力线606的相位线。此外，如本文中 描述的，三相PLC模块130中的每个能够从AC电力线606的相位线接收平衡的三相PLC信 号、恢复原先传输的数据、以及将这种恢复的数据通信至相应的逆变器602。
[0069] 如本文中描述的，可利用任何类型的调制方案来生成平衡的三相PLC信号，如移 频键控（FSK)、相移键控（PSK)、正交相移键控（QPSK)、正交振幅调制（QAM)、相位调制（PM)、 频率调制（FM)、振幅调制（AM)等。这种平衡的三相PLC信号消除了耦合至中性线或接地线 的需要、消除了辐射的发射、并是抗外部噪声的。此外，在一些实施方式中，可传输冗余的信 号，从而提供用于恢复在传输过程中丢失或退化的数据的一个或多个验证通道。
[0070] 在一些其他实施方式中，逆变器602和/或逆变器控制器610可使用本文中公开 的PLC技术通过商业电力线与其他设备通信。
[0071] 图7是根据本发明的一个或多个可替代性实施方式的三相调制器106A的框图。 图7所示的三相调制器106A是用于生成平衡PLC电压信号VM1、VM2、以及VM3以通过三相 电力线120来通信两个独立的数据流的调制器的一个示例；在这种实施方式，三相调制器 106B可与调制器106A相似。
[0072] 三相调制器106A包括上文参照图2描述的编码器202、载波信号发生器204、移相 器206-1、以及混合器208-1和混合器208-2。由载波信号发生器204生成的第一载波信 号U耦合至混合器208-1以及移相器206-1 ;由移相器206-1生成的第二载波信号V耦合 至混合器208-2。来自编码器202的调制信号Ml和M2分别耦合至混合器208-1和混合器 208-2。如上文所述，在一些实施方式中，混合器208可以是复混合器，而在其他实施方式 中，混合器208可以是实乘法器。
[0073] 在一个或多个其他实施方式中，载波信号U和/或载波信号V可由产生适当的 生成的载波信号的不同装置生成；例如，载波信号发生器204和移相器206-1可与调制器 106A分离。在一些实施方式中，编码器202可稱合至载波信号发生器204和移相器206-1， 以控制载波信号U和载波信号V的相位，例如由编码模块218确定的载波信号U和载波信 号V。
[0074] 三相调制器106A还包括移相器702-1、移相器702-2、移相器702-3、和移相器 702-4,以及加法器704-1、加法器704-2、和加法器704-3。混合器208-1的输出耦合至加 法器704-1和移相器702-1。移相器702-1的输出耦合至移相器702-2的输入以及加法器 704-3 ;移相器702-2的输出耦合至加法器704-2。混合器208-2的输出耦合至移相器702-3 和加法器704-1。混合器208-2的输出耦合至加法器704-2和移相器702-4 ;移相器702-4 的输出耦合至加法器704-3。移相器704中的每个对输入信号的相位进行相移。
[0075] 将由三相调制器106A生成的平衡电压信号VM1、VM2、以及VM3可表示为三个矢量 的线性组合，如下所示：

【权利要求】
1. 用于生成电力线通信（PLC)信号的方法，包括： 基于至少一个数据流生成多个调制信号； 通过所述多个调制信号调制多个载波信号，以生成平衡的三相电力线通信信号，其中 所述平衡的三相电力线通信信号包括第一相位信号、第二相位信号、以及第三相位信号；以 及 耦合所述平衡的三相电力线通信信号至三相电力线。
2. 如权利要求1所述的方法，其中（i)所述多个调制信号包括第一调制信号、第二调制 信号、以及第三调制信号；（ii )所述多个载波信号包括第一载波信号、第二载波信号、以及 第三载波信号；以及（iii)通过由所述第一调制信号调制所述第一载波信号生成所述第一 相位信号，通过由所述第二调制信号调制所述第二载波信号生成所述第二相位信号，以及 通过由所述第三调制信号调制所述载波信号生成所述第三相位信号。
3. 如权利要求2所述的方法，其中， 所述第一调制信号、所述第二调制信号、以及所述第三调制信号彼此相等，以及 所述第一载波信号、所述第二载波信号、以及所述第三载波信号大小相等并且彼此相 移 120。。
4. 如权利要求2所述的方法，其中（iv)所述至少一个数据流包括第一数据流和第二数 据流；(v)所述第一调制信号基于所述第一数据流，以及所述第二调制信号基于所述第二 数据流；以及（vi)所述第三调制信号与所述第一调制信号和所述第二调制信号相关联。
5. 如权利要求2所述的方法，其中（iv)所述至少一个数据流包括第一数据流、第二数 据流、以及第三数据流；以及（v)所述第一调制信号、所述第二调制信号、以及所述第三调 制信号分别基于所述第一数据流、所述第二数据流、以及所述第三数据流。
6. 如权利要求1所述的方法，其中（i)所述至少一个数据流包括第一数据流和第二 数据流；（? )所述多个调制信号包括分别基于所述第一数据流和所述第二数据流生成的 第一调制信号第二调制信号；（iii)分别通过所述第一调制信号和所述第二调制信号调制 第一载波信号和第二载波信号，以生成经过调制的第一信号和经过调制的第二信号；以及 (iv)对于所述经过调制的第一信号和所述经过调制的第二信号，基于非奇异转换矩阵生成 所述第一相位信号、所述第二相位信号、以及所述第三相位信号。
7. 如权利要求6所述的方法，其中所述第一相位信号=X+Y，所述第二相位信号= α 2Χ+α Y，以及所述第三相位信号=α X+α 2Y ;以及X =所述经过调制的第一信号，Y =所 述经过调制的第二信号，以及a =e2〃/3。
8. 用于生成电力线通信（PLC)信号的装置，包括： 三相调制器，用于（a)基于至少一个数据流生成多个调制信号以及（b)通过所述多个 调制信号调制多个载波信号，以生成平衡的三相电力线通信信号，所述平衡的三相电力线 通信信号包括第一相位信号、第二相位信号、以及第三相位信号；以及 三相电力线耦合器，用于将所述平衡的三相电力线通信信号耦合至三相电力线。
9. 如权利要求8所述的装置，其中（i)所述多个调制信号包括第一调制信号、第二调制 信号、以及第三调制信号；（? )所述多个载波信号包括第一载波信号、第二载波信号、以及 第三载波信号；以及（iii)所述第一相位信号通过由所述第一调制信号调制所述第一载波 信号而生成，所述第二相位信号通过由所述第二调制信号调制所述第二载波信号而生成， 以及所述第三相位信号通过由所述第三调制信号调制所述第三载波信号而生成。
10. 如权利要求9所述的装置，其中， 所述第一调制信号、所述第二调制信号、以及所述第三调制信号彼此相等，以及 所述第一载波信号、所述第二载波信号、以及所述第三载波信号大小相等并且彼此相 移 120。。
11. 如权利要求9所述的装置，其中（iv)所述至少一个数据流包括第一数据流和第二 数据流；(v)所述第一调制信号基于所述第一数据流，以及所述第二调制信号基于所述第 二数据流；以及（vi)所述第三调制信号与所述第一调制信号和所述第二调制信号相关联。
12. 如权利要求9所述的装置，其中（iv)所述至少一个数据流包括第一数据流、第二数 据流、以及第三数据流；以及（v)所述第一调制信号、所述第二调制信号、以及所述第三调 制信号分别基于所述第一数据流、所述第二数据流、以及所述第三数据流。
13. 如权利要求8所述的装置，其中（i)所述至少一个数据流包括第一数据流和第二数 据流；（? )所述多个调制信号包括分别基于所述第一数据流和所述第二数据流生成的第 一调制信号和第二调制信号；（iii)分别通过所述第一调制信号和所述第二调制信号调制 第一载波信号和第二载波信号，以生成经过调制的第一信号和经过调制的第二信号；以及 (iv)对于所述经过调制的第一信号和所述经过调制的第二信号，基于非奇异转换矩阵生成 所述第一相位信号、所述第二相位信号、以及所述第三相位信号。
14. 如权利要求13所述的装置，其中所述第一相位信号=X+Y，所述第二相位信号= α 2Χ+α Y，以及所述第三相位信号=α X+α 2Y ;以及X =所述经过调制的第一信号，Y =所 述经过调制的第二信号，以及a =e2〃/3。
15. 如权利要求8至14中任一项所述的装置，还包括： 第二三相电力线耦合器，用于将所述平衡的三相电力线通信信号从所述三相电力线耦 合至三相解调器；以及 所述三相解调器，用于（c)从所述第一相位信号、所述第二相位信号、以及所述第三相 位信号恢复所述多个调制信号，以及（d)将恢复的所述多个调制信号解码，以恢复所述至 少一个数据流。
【文档编号】H04B3/54GK104106221SQ201380008911
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年2月18日 优先权日:2012年2月16日
【发明者】马丁·冯纳格 申请人:恩菲斯能源公司