一种有线通信级联系统的制作方法

本实用新型涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种有线通信的级联系统。

背景技术：

在有线通信的级联系统中，电力电子开关器件的开关动作将导致电力电子变换器输出一个较大幅值的差模电平变动信号，且该信号通常非常接近方波、含有丰富的谐波成分。同时该差模电平的跳动，经过系统通信模块的等效电容、通讯线等构建起的共模回路，导致通信线路受到共模干扰，直接影响了通信信号电平，可能引起通信数据的误码、通信模块停止工作等故障。

为避免电力电子开关器件的开关动作引起的共模信号对通信回路造成影响，现有技术中通常采用光纤传输通信数据，代替CAN、RS485等电信号传输方式，通过将电信号转换成光信号进行通信数据的传输，可直接断开上述的通信共模回路，保证了通信模块正常工作。

但是上述方案中由于光电信号转换模块本身的成本高，且光纤通信线及其保护措施的成本随通信距离的增加而急剧上升，因此，该方案在较远通信距离时性价比较低。

技术实现要素：

本实用新型提供一种有线通信的级联系统，以解决现有技术中由于采用光纤传输通信数据而导致的成本高的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种有线通信的级联系统，包括N个级联单元；N为大于1的正整数；每个级联单元包括：电力电子变换器、直流电容及通信模块；

所述通信模块的一端与通信总线相连；

所述通信模块的另一端与所述直流电容的一端及所述电力电子变换器直流负极相连；

所述直流电容的另一端与所述电力电子变换器直流正极相连；

所述电力电子变换器交流侧两个端口分别作为所述级联单元的第一输出端和第二输出端；

所述级联单元的第一输出端通过一个第一阻抗单元与相邻级联单元的第二输出端相连，和/或，所述级联单元的第二输出端通过另一个第一阻抗单元与另一相邻级联单元的第一输出端相连。

优选的，所述第一阻抗单元为：

电阻、电感或电容；

或者，电阻、电感和电容中任意一种或两种的串并联组合；

或者，电阻、电感和电容的串并联组合。

优选的，还包括：N个一端相连的第二阻抗单元；

N个所述第二阻抗单元的另一端分别与各个级联单元功率线路的相同点一一对应相连。

优选的，N个所述第二阻抗单元的另一端分别与各个级联单元的第一输出端一一对应相连；

或者，N个所述第二阻抗单元的另一端分别与各个级联单元的第二输出端一一对应相连；

或者，N个所述第二阻抗单元的另一端分别与各个级联单元内所述电力电子变换器直流负极一一对应相连。

优选的，还包括：另外N个一端相连的第二阻抗单元；

一端相连的N个第二阻抗单元的另一端分别与各个级联单元的第一输出端一一对应相连；

一端相连的另外N个第二阻抗单元的另一端分别与各个级联单元的第二输出端一一对应相连。

优选的，所述第二阻抗单元为：

电阻、电感或电容；

或者，电阻、电感和电容中任意一种或两种的串并联组合；

或者，电阻、电感和电容的串并联组合。

优选的，所述级联单元的第一输出端通过一个第一阻抗单元与相邻级联单元的第二输出端相连，且所述级联单元的第二输出端通过另一个第一阻抗单元与另一相邻级联单元的第一输出端相连；

所述有线通信的级联系统还包括：N个依次串联的第三阻抗单元；N个所述第三阻抗单元的两端分别通过两个第一阻抗单元与相应的级联单元相连。

优选的，所述第三阻抗单元为：

电阻、电感或电容；

或者，电阻、电感和电容中任意一种或两种的串并联组合；

或者，电阻、电感和电容的串并联组合。

本实用新型提供的所述有线通信的级联系统，其每个级联单元的第一输出端通过一个第一阻抗单元与相邻级联单元的第二输出端相连，和/或，第二输出端通过另一个第一阻抗单元与另一相邻级联单元的第一输出端相连；为系统共模回路中的干扰敏感器件等效阻抗增加了一个串联阻抗，使得电力电子开关器件的开关动作引起的共模源电压在干扰敏感器件等效阻抗上的分压减小，进而使得与干扰敏感器件等效阻抗上的分压成正比的差分通信线上的电压及电压差减小，即减小了通信线路受到的共模干扰；且第一阻抗单元的阻抗值越大，通信线路受到的共模干扰越小，避免引起通信数据的误码、通信模块停止工作等故障；并且无需采用光纤传输通信数据，避免了现有技术中由于采用光纤传输通信数据而导致的成本高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的有线通信的级联系统的结构示意图；

图2是现有技术提供的有线通信的级联系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的现有技术中共模回路的等效电路图；

图4是本实用新型实施例提供的现有技术中共模回路的简化等效电路图；

图5是本实用新型实施例提供的共模回路的简化等效电路图；

图6是本实用新型另一实施例提供的有线通信的级联系统的结构示意图；

图7是本实用新型另一实施例提供的有线通信的级联系统的结构示意图；

图8是本实用新型另一实施例提供的有线通信的级联系统的结构示意图；

图9是本实用新型另一实施例提供的共模回路的简化等效电路图；

图10是本实用新型另一实施例提供的共模回路的简化等效电路图；

图11是本实用新型另一实施例提供的有线通信的级联系统的结构示意图；

图12是本实用新型另一实施例提供的共模回路的简化等效电路图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本实用新型提供一种有线通信的级联系统，以解决现有技术中由于采用光纤传输通信数据而导致的成本高的问题。

具体的，该有线通信的级联系统，参见图1，包括N个级联单元100；N为大于1的正整数；每个级联单元100包括：电力电子变换器、直流电容及通信模块；

通信模块的一端与通信总线相连；

通信模块的另一端与直流电容的一端及电力电子变换器直流负极相连；

直流电容的另一端与电力电子变换器直流正极相连；

电力电子变换器交流侧两个端口分别作为级联单元100的第一输出端A和第二输出端B；

级联单元100的第一输出端A通过一个第一阻抗单元与相邻级联单元100的第二输出端B相连，和/或，级联单元100的第二输出端B通过另一个第一阻抗单元与另一相邻级联单元100的第一输出端A相连。

图1以每个级联单元100的两个输出端均连接有一个第一阻抗单元为例进行展示。在具体的实际应用中，每个级联单元100还可以仅有一个相同的输出端连接有一个第一阻抗单元，此处不再一一展示。

优选的，第一阻抗单元为：

电阻、电感或电容；

或者，电阻、电感和电容中任意一种或两种的串并联组合；

或者，电阻、电感和电容的串并联组合。

图1以电感Lm作为第一阻抗单元为例进行展示。在具体的实际应用中，第一阻抗单元还可以为电阻、电感和电容的串并联组合，或者其中任意一种或两种的串并联组合，此次不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

参见图2，以两个相邻级联单元为例进行说明，系统中通信用匹配电阻为R，级联单元1距通信总线首端匹配电阻R的线路等效阻抗为Z_Lh，级联单元2距通信单元末端匹配电阻R的线路等效阻抗为Z_Le，级联单元1的通信模块GND₁对通信总线差分线H的等效电容为C₁₁、对通信总线差分线L的等效电容为C₁₂，级联单元2的通信模块GND₂对通信总线差分线H的等效电容为C₂₁、对通信总线差分线L的等效电容为C₂₂，忽略这两个级联单元之间线路的阻抗。一般通信模块共模抑制比较高，其等效电容值C₁₁、C₁₂、C₂₁及C₂₂均为pF级。

假设级联单元1的电力电子开关器件在t0时刻发生动作，系统在该开关器件动作前已处于稳态，级联单元1的B₁端口与GND₁相连，开关器件动作完成后，B₁端口与直流电容C₁+相连，级联单元2在该过程中始终与GND₂相连。直流电容C₁的电压为U，直流电容C₁与直流电容C₂值均较大，在共模回路中阻抗较小可忽略。系统共模回路等效电路如图3所示。在级联单元1的电力电子开关器件动作时，一方面在功率主回路中引起差模电平变动，另一方面通过通信回路形成共模回路；而对共模回路来说，级联单元1则为系统共模发射源，GND₁与B₁端口可认为该系统共模源对外两个发射端口。

由电力电子开关器件动作引起的共模信号作用于差分通信线H与L上的电压v_H、v_L为：

另外，当通信模块等效电容存在偏差时，将导致差分通信线上的电压不相等，其电压差v_HL为：

v_HL＝U×g₁(Z_C11,Z_C12,Z_C21,Z_C22,Z_Lh,Z_Le,Z_R)；

该等效电路的阻抗参数(Z_C11,Z_C12,Z_C21,Z_C22,Z_Lh,Z_Le,Z_R)不变时，差分通信线H与L上的电压v_H、v_L及电压差v_HL均与共模源电压U成正比。而当电压差v_HL至超出通信模块的差分输入电平辨别阈值时，将导致通信数据在通信模块解码出现误码；严重时，由于v_H、v_L超出通信模块的正常工作电压范围，将导致通信模块进入保护模式，停止工作。

电力电子开关器件动作引起的共模信号通常为方波信号，频谱非常丰富，而在系统中通信模块等效电容C₁₁、C₁₂、C₂₁及C₂₂为pF级，线路阻抗L_h与L_e为几十nH至几十μH，且随通信线缆长度的增加而增加，匹配电阻R通常选为120Ω，这些器件为共模回路中的干扰敏感器件，其阻抗等效为一个阻抗Z_t，简化后的共模回路等效电路如图4所示。

本实施例提供的如图1所示的该有线通信的级联系统，其等效电路参见图5，此时作用在共模回路中的干扰敏感器件等效阻抗Z_t上的电压为U_t，且

当第一阻抗单元的阻抗Z_a较大时，作用在干扰敏感器件等效阻抗Z_t上的电压U_t随之减小，而由图3可知，当电路的阻抗改变时，差分通信线H与L上的电压v_H、v_L及电压差v_HL将与干扰敏感器件等效阻抗Z_t上的电压U_t成正比。由于第一阻抗单元的增加，使得干扰敏感器件等效阻抗Z_t上的电压U_t减小，进而减小了差分通信线H与L上的电压v_H、v_L及v_HL，即减小了通信线路受到的共模干扰；且第一阻抗单元的阻抗值越大，通信线路受到的共模干扰越小，避免引起通信数据的误码、通信模块停止工作等故障。

并且本实施例提供的该有线通信的级联系统，无需采用光纤传输通信数据，避免了现有技术中由于采用光纤传输通信数据而导致的成本高的问题，成本不高，利于推广。

另外，值得说明的是，为避免电力电子开关器件的开关动作引起的共模信号对通信回路造成影响，现有技术中还存在一种方案，通过在通信模块至通信总线之间增加滤波模块，来减小外界各种电磁干扰对通信模块的影响。该方案可以有效的抑制外界电磁干扰对通信模块的影响，但并不能有效抑制该通信模块所在系统中的电磁干扰对通信信号的干扰及影响。当系统本身为一个强干扰输出源时，该强干扰经过通信模块后也将对通信信号产生较大的干扰影响。

而本实施例提供的该有线通信的级联系统，在系统内部通过为每个级联单元100增加至少一个第一阻抗单元，来减小通信线路受到的共模干扰，避免了上述问题；且可以增强通信运行稳定性，保障级联系统的可靠运行。

本实用新型另一实施例还提供了另外一种有线通信的级联系统，在上述实施例及图1至图5的基础之上，参见图6至图8，该有线通信的级联系统还包括：N个一端相连的第二阻抗单元；

N个第二阻抗单元的另一端分别与各个级联单元100功率线路的相同点一一对应相连。

参见图6，N个第二阻抗单元的另一端分别与各个级联单元100的第一输出端A一一对应相连；其等效电路如图9所示；

或者，N个第二阻抗单元的另一端分别与各个级联单元100的第二输出端B一一对应相连；

或者，参见图7，N个第二阻抗单元的另一端分别与各个级联单元100内电力电子变换器直流负极一一对应相连，其等效电路也如图9所示；

优选的，该有线通信的级联系统，参见图8，还包括：另外N个一端相连的第二阻抗单元；

一端相连的N个第二阻抗单元的另一端分别与各个级联单元100的第一输出端A一一对应相连；

一端相连的另外N个第二阻抗单元的另一端分别与各个级联单元100的第二输出端B一一对应相连。其等效电路如图10所示。

优选的，第二阻抗单元为：

电阻、电感或电容；

或者，电阻、电感和电容中任意一种或两种的串并联组合；

或者，电阻、电感和电容的串并联组合。

图6至图8均以电容Cm作为第二阻抗单元为例进行展示，当然还可以采用其他组合形式，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

由图9可知，干扰敏感器件等效阻抗Z_t先与阻抗2×Z_Cm并联联，再与阻抗2×Z_Lm串联。通过电路阻抗分析可知，作用在阻抗Z_t上的共模电压U_t将小于共模源电压U，且阻抗2×Z_Lm越大、阻抗2×Z_Cm越小，干扰敏感器件等效阻抗Z_t上的电压U_t也就越小。

图10所示等效电路的原理与图9相似，此处不再赘述。

本实施例所述方案可有效减小由电力电子开关动作引起的共模信号作用于差分通信线H和L上的电压v_H、v_L及电压差v_HL，可有效降低通信回路中的共模信号强度、幅值，抑制由电力电子开关器件动作引起通信回路的共模干扰而导致的通信数据误码及通信模块停止工作等故障。

本实用新型另一实施例还提供了另外一种有线通信的级联系统，在上述实施例的基础之上，参见图11，级联单元100的第一输出端A通过一个第一阻抗单元与相邻级联单元100的第二输出端B相连，且级联单元100的第二输出端B通过另一个第一阻抗单元与另一相邻级联单元100的第一输出端A相连；

有线通信的级联系统还包括：N个依次串联的第三阻抗单元；N个第三阻抗单元的两端分别通过两个第一阻抗单元与相应的级联单元100相连。

优选的，第三阻抗单元为：

电阻、电感或电容；

或者，电阻、电感和电容中任意一种或两种的串并联组合；

或者，电阻、电感和电容的串并联组合。

图11以电容Cm作为第三阻抗单元为例进行展示，当然还可以采用其他组合形式，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

图11所示有线通信的级联系统的等效电路参见图12，干扰敏感器件等效阻抗Z_t先与阻抗Z_Lm//(Z_Lm+Z_Cm)串联，再与阻抗Z_Lm+Z_Cm并联，最后与阻抗Z_Lm串联。

在具体的实际应用中，还可以在图6至图8所示基础之上，再对干扰敏感器件等效阻抗Z_t进行阻抗的串联、并联，及串联和并联的任意组合。

其余工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本实用新型中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。