一种基于电感耦合的载波通信耦合电路的制作方法

本发明涉及电力线载波通信领域，尤其是涉及一种基于电感耦合的载波通信耦合电路。

背景技术：

光伏发电系统中，太阳能板及组件先串联起来，组成一个个光伏串列，然后再将若干个光伏串列并联接入汇流箱，在汇流箱内汇流后，通过逆变器装置将直流变成交流，实现与电网并联。

随着并网光伏发电系统的规模增大，分布面积越来越大，太阳能板及组件和控制装置数量增多，因此实现对整个系统的智能化监控至关重要。目前很多公司采用电力线载波通信(PLC)方式实现对整个光伏发电系统的监控，相对于其他通信方式，PLC技术具有成本低、施工简单、维护工作小、灵活度高等优点，PLC技术得到广泛的应用。

在光伏发电系统中，高频载波信号由载波模块加载到电力线上、以及从电力线上传输到载波模块的过程中，都需要经过耦合电路。耦合电路在整个系统中起到两个作用：(1)将高频载波信号和直流强电进行隔离；(2)确保在要求的频带内载波信号的加载效率比较高。

在目前光伏发电系统中，较多的采用电容耦合方式，电容耦合电路如图1所示。该电路中安规电容C1能允许高频载波信号通过，又能阻隔工频直流电流；耦合变压器T1具有电气隔离作用，同时其初级线圈和高频电容C1组成高通滤波电路，阻止了工频电流流过。保护器件压敏电阻RV1和TVS管D1用来消除来自电力线上的过压和强干扰。

电容耦合方式容易受到线路上负载的影响。在光伏发电系统中，逆变器直流侧连接有共模磁环和支撑电容，其中支撑电容对高频载波信号有很强的衰减，导致载波通信失败。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种耦合效果好、不受电力线负载波动影响的基于电感耦合的载波通信耦合电路。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于电感耦合的载波通信耦合电路，用以在光伏发电的电力线上进行载波通信，该耦合电路包括载波信号发射端、发射端电感耦合器、接收端电感耦合器和载波信号接收端，所述的载波信号发射端与发射端电感耦合器的原边连接，发射端电感耦合器的副边通过电力线与接收端电感耦合器的原边连接，所述的接收端电感耦合器的副边与载波信号接收端连接。

所述的发射端电感耦合器的原边并联设有第一TVS管。

所述的发射端电感耦合器的副边并联设有第二TVS管。

所述的发射端电感耦合器和接收端电感耦合器的初始磁导率大于等于3000，饱和磁密度大于等于500mT。

所述的发射端电感耦合器的原副边线圈匝数比为12：2，接收端电感耦合器的原副边线圈匝数比为12：2。

所述的发射端电感耦合器和接收端电感耦合器的磁芯采用P47铁氧体磁芯，且均为磁环结构，磁环的体积越大、内径越小耦合效果越好，截面积越大，越不易发生磁饱和

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明利用电磁感应原理实现的电感耦合电路，避免了传统采用电容耦合方式受负载影响，由于采用电感耦合，利用电磁感应原理，耦合的信号大小由磁芯和绕线匝数决定，不受电力线负载影响，从而解决了现有技术信号耦合效果差的问题。基于电感耦合的PLC技术应用到光伏逆变系统中，使DC电力线载波通信不受负载的影响，对载波的通信效果有显著的改善。

附图说明

图1为传统的电容耦合电路结构图。

图2为本发明的电感耦合电路结构图。

图3为电感耦合测试平台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

本专利主要解决目前光伏逆变系统中载波通信成功率低的情况，设计一种电感耦合方式的耦合电路，电感耦合电路如图2所示：

电感耦合即变压器耦合，是利用电磁感应原理，实现电信号在原边和副边绕组之间的变换。图2中，发送端电感耦合器T1将高频载波信号耦合到电力线上，接收端电感耦合器T2将电力线上高频载波信号耦合到接收端，从而实现发送端和接收端之间的通信。

电感耦合电路主要由磁芯及绕线构成，信号电感耦合方式的效率主要取决于以下因素：

(1)耦合磁芯的材料：为了获得更高的耦合效率，选用的磁芯应具有很高的初始磁导率μ_i、很高的饱和磁通密度B_S、很低的磁芯损耗P_C等特点。

(2)原副边线圈匝数比：线圈的匝数比会影响信号的接收端的阻抗匹配，因此选择合适的匝数比可获得最大的信号功率。

(3)耦合磁芯的结构：磁芯的结构有不同形状，但从磁的角度看，磁环是最佳选择，因为磁环的磁路是一个封闭的形状，因此磁芯的性能得到充分的发挥。对于磁环，其体积越大、内径越小耦合效果越好，截面积越大，越不易发生磁饱和。

以上分析了基于电感耦合的PLC技术在光伏逆变系统中的可行性，为了进一步验证电感耦合方式对载波信号传输的影响，搭建了如图3所示的测试平台，测试电感耦合器的磁芯材料、磁芯结构、线圈匝数比等对电感耦合效率的影响。

电感耦合测试平台如图3所示，发送信号通过电感耦合器T1耦合到DC电力线上，DC电力线通过直流电源DC和可调电阻R来模拟，通过改变可调电阻R的大小来调节DC电力线上电流大小，观察DC电力线上电流大小对信号的影响。DC电力线上的载波信号通过电感耦合器T2耦合到接收端。

实验方法：在载波发送端的信号相同情况下(发送幅度Vpp＝7.5V，Vrms＝1.8V，频率187.5KHZ)，测试不同磁芯材料、不同线圈匝数比、不同直流电流下的耦合效果。磁芯材料选用Mn_Zn铁氧体磁芯(P47(T40*25*20C))和铁硅铝磁芯(KS1841125A)，Mn_Zn铁氧体的优点是具有较高初始磁导率μ_i和很低的磁芯损耗P_C，缺点是饱和磁通密度B_S较低，铁硅铝磁芯的优点是具有较高的饱和磁通密度B_S和较低的磁芯损耗P_C，缺点是较低的初始磁导率μ_i；线圈匝数比选用12：1、12：2、30：1、30：2，原边匝数不宜过少，否则耦合器的感抗过小，阻抗过小影响发送信号；调节可调电阻R的阻值，使DC电力线上的电流为1A、2A、4A、6A、8A，观察不同直流电流对信号耦合效率的影响。

实验数据：在不同类型磁芯、不同线圈匝数比、不同直流电流下测试了电感耦合效率，测试数据如表1所示，测试数据为耦合到电力线上载波信号的RMS值(V)。

表1电感耦合效率测试数据

结果分析：从测试数据看，Mn_Zn铁氧体磁芯具有较高初始磁导率μ_i，因此比铁硅铝磁芯耦合效果更好；Mn_Zn铁氧体磁芯的饱和磁通密度B_S较低，因此在大电流下磁芯容易饱和，随着电流增大耦合效率降低。在实际应用中，对磁芯材料的选择至关重要，尽量选用高初始磁导率μ_i和高饱和磁通密度B_S的磁芯，使电感耦合器的耦合效率达到最优。

由于电感耦合电路中，功率传送和磁芯储能有关，磁芯的储能由磁芯材料(Mn_Zn铁氧体)、磁芯结构(带气隙的结构)、绕线方式(双线并绕)、绕线匝数等决定，耦合效率高时，载波信号传输距离更远，抗线路衰减更大，使整个通信效果更好。