基于復(fù)合調(diào)制的電力電子裝置間無通訊線數(shù)據(jù)傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于復(fù)合調(diào)制的電力電子裝置間無通訊線數(shù)據(jù)傳輸方法，屬于電力電子與電力線路數(shù)據(jù)傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】。在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中通訊處理模塊產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)通過復(fù)合調(diào)制的方法使PWM調(diào)制過程中包含特有的數(shù)據(jù)信息，復(fù)合調(diào)制方式可以通過對(duì)PWM載波頻率進(jìn)行調(diào)制或?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行高頻調(diào)制后疊加入PWM調(diào)制波，復(fù)合調(diào)制產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)脈沖，通過驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)經(jīng)過電力電子主電路發(fā)送至電力線路上，完成數(shù)據(jù)發(fā)送過程；在數(shù)據(jù)接收過程中通過軟件或硬件方法對(duì)電力線電壓、電流進(jìn)行信號(hào)的提取，再經(jīng)過數(shù)據(jù)解調(diào)得到數(shù)據(jù)信息，完成數(shù)據(jù)接收過程。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了能量與數(shù)據(jù)同時(shí)在電力線路上的傳輸，無需通訊線路，節(jié)約成本，符合未來電力網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。
【專利說明】基于復(fù)合調(diào)制的電力電子裝置間無通訊線數(shù)據(jù)傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子與電力線路數(shù)據(jù)傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于復(fù)合調(diào)制的電力電子裝置間無通訊線數(shù)據(jù)傳輸方法，是一種利用電力電子裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)電力線路能量傳輸與電力線路數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?br> 【背景技術(shù)】
[0002]電力線網(wǎng)絡(luò)作為目前覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡(luò)，有著巨大的潛在利用價(jià)值；同時(shí)，由于電力網(wǎng)需要具有控制信號(hào)傳輸、調(diào)度自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸?shù)葦?shù)據(jù)傳輸功能，電力網(wǎng)通信技術(shù)也具有非常重要的地位。隨著電力行業(yè)的發(fā)展，電力信息化程度不斷加深，電力網(wǎng)與電力信息網(wǎng)之間也具有越來越明顯的互相滲透趨勢(shì)。利用已有的電力傳輸線路完成數(shù)據(jù)通信，不僅成本低，而且建網(wǎng)和維護(hù)也變得簡單。
[0003]早在上世紀(jì)二十年代，通過電力線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸就開始引起人們的關(guān)注，此后該技術(shù)得到了快速的發(fā)展，隨著電力線路通信技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，其已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高、中、低壓等不同的輸電線網(wǎng)絡(luò)，例如電力載波通信技術(shù)就是利用電力線路進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。但傳統(tǒng)的電力線通信技術(shù)需要通過專門的設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、濾波、解調(diào)等操作，這些專門設(shè)備不僅增加了成本，還需要承擔(dān)故障風(fēng)險(xiǎn)。
[0004]自從大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的發(fā)明以來，電力電子技術(shù)獲得了快速的進(jìn)步和發(fā)展，電力電子變流電路在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也日益廣泛。尤其八十年代以來，隨著半導(dǎo)體器件制造技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)器件的功率處理能力和開關(guān)速度有了顯著提高，電力電子裝置的應(yīng)用范圍日益廣泛，幾乎涉及從發(fā)電、儲(chǔ)電、輸電到用電的所有電能應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)用于電力網(wǎng)中的電力電子裝置與電力線路相連，其主要功能是實(shí)現(xiàn)能量傳輸控制，如果利用電力電子裝置同時(shí)在電力線路上實(shí)現(xiàn)能量傳輸與數(shù)據(jù)傳輸，不僅可以省去專用通信設(shè)備從而節(jié)約成本，而且在電力網(wǎng)電力電子功率控制技術(shù)快速發(fā)展的趨勢(shì)下，有著廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是彌補(bǔ)目前通過電力電子裝置實(shí)現(xiàn)電力線路數(shù)據(jù)傳輸通信的缺陷與不足，提出一種基于復(fù)合調(diào)制的電力電子裝置間無通訊線數(shù)據(jù)傳輸方法，在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中通過復(fù)合調(diào)制的方法使PWM調(diào)制過程中包含特有的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而通過驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)經(jīng)過電力電子主電路發(fā)送至電力線路上，完成數(shù)據(jù)發(fā)送過程；在數(shù)據(jù)接收過程中通過對(duì)電力線電壓、電流進(jìn)行信號(hào)的提取，再經(jīng)過數(shù)據(jù)解調(diào)得到數(shù)據(jù)信息，完成數(shù)據(jù)接收過程，從而實(shí)現(xiàn)基于電力電子裝置同時(shí)完成電力線路上的能量傳輸和數(shù)據(jù)傳輸。
[0006]本發(fā)明提供一種基于復(fù)合調(diào)制的電力電子裝置間無通訊線數(shù)據(jù)傳輸方法，包括以下內(nèi)容:
1.該發(fā)明所用的方法是基于電力電子裝置，所述的電力電子裝置主電路與電力線路的連接方式既可以是串聯(lián)型，也可以是并聯(lián)型，該發(fā)明的總體實(shí)現(xiàn)方式為:在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中通過復(fù)合調(diào)制的方法使PWM調(diào)制過程中包含特有的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而通過驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)經(jīng)過電力電子主電路發(fā)送至電力線路上，完成數(shù)據(jù)發(fā)送過程；在數(shù)據(jù)接收過程中通過對(duì)電力線電壓、電流進(jìn)行信號(hào)的提取，再經(jīng)過數(shù)據(jù)解調(diào)得到數(shù)據(jù)信息，完成數(shù)據(jù)接收過程；
2.所述的數(shù)據(jù)發(fā)送過程采用如下的控制方式:
O電力電子裝置的控制器中包含通訊處理模塊，通訊處理模塊的作用為電力線路通訊信號(hào)的接收、發(fā)送、處理、判斷等；當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通訊處理模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號(hào)；
2)所述的電力電子裝置的控制器采用PWM調(diào)制方式對(duì)電力電子主電路進(jìn)行控制，控制器中包含主控制算法，主控制算法根據(jù)電網(wǎng)電壓、電流以及控制指令產(chǎn)生原始調(diào)制波；
3)將所述的通訊處理模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)和所述的主控制算法產(chǎn)生的原始調(diào)制波送入復(fù)合調(diào)制模塊，實(shí)現(xiàn)復(fù)合調(diào)制；復(fù)合調(diào)制可以使用兩種方式:第一種是將所述的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過頻移鍵控生成頻率變化的載波，再將該載波與所述的原始調(diào)制波比較形成驅(qū)動(dòng)脈沖，第二種是將所述的數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制為高頻調(diào)制波，并與原始調(diào)制波疊加形成新調(diào)制波，將新調(diào)制波與固定頻率的載波比較形成驅(qū)動(dòng)脈沖；驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)電力電子主電路，實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的發(fā)送。
[0007]3.所述的數(shù)據(jù)接收過程采用如下的控制方式:
1)對(duì)網(wǎng)側(cè)電壓、網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行采集，對(duì)其中所含的通訊數(shù)據(jù)信息進(jìn)行提取，提取方式既可通過軟件方式實(shí)現(xiàn),也可通過硬件方式實(shí)現(xiàn)；
2)對(duì)所述的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解調(diào)，得到解調(diào)后的通訊數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)送入通訊處理模塊，實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的接收。
[0008]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果有:
(O實(shí)現(xiàn)了能量與數(shù)據(jù)同時(shí)在電力線路上的傳輸，兩者都是通過電力電子裝置實(shí)現(xiàn)；
(2)省去了數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和專用數(shù)據(jù)收發(fā)設(shè)備，利用了現(xiàn)有資源，節(jié)約了成本，建網(wǎng)與維護(hù)成本低；
(3)電力電子裝置在電力網(wǎng)中的應(yīng)用范圍越來越廣泛，本發(fā)明符合并利用了未來電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)；
(4)數(shù)據(jù)通訊處理功能的實(shí)現(xiàn)可以使用電力電子裝置的核心控制硬件與軟件資源(例如ARM、DSP等)，充分利用了資源；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為基于復(fù)合調(diào)制的電力電子裝置間無通訊線數(shù)據(jù)傳輸方法框圖；
圖2為第一種復(fù)合調(diào)制方式示意圖；
圖3為頻移載波產(chǎn)生方法框圖；
圖4為第二種復(fù)合調(diào)制方式示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]對(duì)本發(fā)明所采用的一種基于復(fù)合調(diào)制的電力電子裝置間無通訊線數(shù)據(jù)傳輸方法結(jié)合附圖介紹如下:
該發(fā)明所用的方法是基于電力電子裝置，所述的電力電子裝置主電路與電力線路的連接方式既可以是串聯(lián)型，也可以是并聯(lián)型，采用PWM調(diào)制方式進(jìn)行控制。
[0011]如圖1所示，在電力電子裝置的控制模塊中，包括主控制算法模塊、信號(hào)提取模塊、數(shù)據(jù)解調(diào)模塊、通訊處理模塊、復(fù)合調(diào)制模塊。其中主控制算法模塊的作用是對(duì)電力電子裝置的輸出電壓或電流進(jìn)行控制，產(chǎn)生原始調(diào)制波；信號(hào)提取模塊的作用是使用軟件或硬件的方法對(duì)包含數(shù)據(jù)信息頻率的諧波進(jìn)行提取，該模塊的輸入來自傳感器測(cè)得的網(wǎng)側(cè)電壓與電流；數(shù)據(jù)解調(diào)模塊的作用是對(duì)信號(hào)提取模塊所提取的諧波中所含信息進(jìn)行解調(diào)，得到通訊數(shù)據(jù)，并將通訊數(shù)據(jù)送入通訊處理模塊；通訊處理模塊的作用是對(duì)接收的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，向主控制算法模塊發(fā)送控制命令，并實(shí)時(shí)向外發(fā)送數(shù)據(jù)信息；復(fù)合調(diào)制模塊的作用是對(duì)通訊處理模塊發(fā)出的通訊數(shù)據(jù)與主控制算法模塊的調(diào)制波進(jìn)行復(fù)合調(diào)制，形成驅(qū)動(dòng)脈沖。根據(jù)圖1所示，該發(fā)明的總體實(shí)現(xiàn)方式為:在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，通訊處理模塊發(fā)出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過復(fù)合調(diào)制的方法使PWM調(diào)制過程中包含特有的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而通過驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)經(jīng)過電力電子主電路發(fā)送至電力線路上，完成數(shù)據(jù)發(fā)送過程；在數(shù)據(jù)接收過程中，通過對(duì)電力線電壓、電流進(jìn)行信號(hào)的提取，再經(jīng)過數(shù)據(jù)解調(diào)得到數(shù)據(jù)信息，完成數(shù)據(jù)接收過程。
[0012]在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，該方法采用如下的控制方式:
I)通訊處理模塊在工作過程中需要發(fā)送信息時(shí)，根據(jù)特定的格式對(duì)信息進(jìn)行數(shù)字編碼，形成包含通訊信息的數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)由數(shù)據(jù)幀的形式表示，包括幀頭、同步字符串、信息數(shù)據(jù)、幀尾組成；
2 )電力電子裝置的主控制算法模塊根據(jù)電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)電流以及控制指令產(chǎn)生原始調(diào)制波，主控制算法可以采用開環(huán)控制、閉環(huán)控制或雙閉環(huán)控制等控制方式；
3)將通訊處理模塊產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)和主控制算法產(chǎn)生的原始調(diào)制波送入復(fù)合調(diào)制模塊，進(jìn)行復(fù)合調(diào)制；復(fù)合調(diào)制可以使用兩種方式:第一種復(fù)合調(diào)制方式如圖2所示，是將通訊處理模塊產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過頻移控制生成包含通訊信息的載波，再將該載波與所述的原始調(diào)制波比較形成驅(qū)動(dòng)脈沖；頻移載波的產(chǎn)生采用的方法如圖3所示，使用待發(fā)送信號(hào)S (t)輸入選擇電路，從而控制兩個(gè)載波&與的通斷。第二種復(fù)合調(diào)制方式如圖4所示，是將通訊處理模塊產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)調(diào)制為高頻調(diào)制波，并與原始調(diào)制波疊加形成新調(diào)制波，將新調(diào)制波與固定頻率的載波比較形成驅(qū)動(dòng)脈沖。兩種復(fù)合調(diào)制方式產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)電力電子主電路，實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的發(fā)送。
[0013]在數(shù)據(jù)接收過程中，該方法采用如下的控制方式:
1)對(duì)網(wǎng)側(cè)電壓、網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行采集，對(duì)其中所含的通訊數(shù)據(jù)信息進(jìn)行提取，提取方式既可通過軟件方式實(shí)現(xiàn),也可通過硬件方式實(shí)現(xiàn)；
2)對(duì)提取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解調(diào)，得到解調(diào)后的通訊數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)送入通訊處理模塊，實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的接收。解調(diào)過程中采用相位恢復(fù)鎖相環(huán)電路來保證發(fā)送與接收信號(hào)的頻率與相位相同。
【權(quán)利要求】
1.一種基于復(fù)合調(diào)制的電力電子裝置間無通訊線數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于:在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中通過復(fù)合調(diào)制的方法使PWM調(diào)制過程中包含特有的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而通過驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)經(jīng)過電力電子主電路發(fā)送至電力線路上，完成數(shù)據(jù)發(fā)送過程；在數(shù)據(jù)接收過程中通過對(duì)電力線電壓、電流進(jìn)行信號(hào)的提取，再經(jīng)過數(shù)據(jù)解調(diào)得到數(shù)據(jù)信息，完成數(shù)據(jù)接收過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)合調(diào)制的電力電子裝置間無通訊線數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于:所述的電力電子裝置主電路與電力線路的連接方式既可以是串聯(lián)型，也可以是并聯(lián)型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)合調(diào)制的電力電子裝置間無通訊線數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于:電力電子裝置的控制模塊包括主控制算法模塊、信號(hào)提取模塊、數(shù)據(jù)解調(diào)模塊、通訊處理模塊、復(fù)合調(diào)制模塊，所述的數(shù)據(jù)發(fā)送過程采用如下的控制方式: 1)所述通訊處理模塊用于電力線路通訊信號(hào)的接收、發(fā)送、處理、判斷，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通訊處理模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號(hào)； 2)所述的電力電子裝置的控制器采用PWM調(diào)制方式對(duì)電力電子主電路進(jìn)行控制，控制器中包含主控制算法，主控制算法根據(jù)電網(wǎng)電壓、電流以及控制指令產(chǎn)生原始調(diào)制波； 3)將所述的通訊處理模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)和所述的主控制算法產(chǎn)生的原始調(diào)制波送入復(fù)合調(diào)制模塊，實(shí)現(xiàn)復(fù)合調(diào)制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于復(fù)合調(diào)制的電力電子裝置間無通訊線數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于:復(fù)合調(diào)制采用如下方式:將所述的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過頻移鍵控生成頻率變化的載波，再將該載波與所述的原始調(diào)制波比較形成驅(qū)動(dòng)脈沖。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于復(fù)合調(diào)制的電力電子裝置間無通訊線數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于:復(fù)合調(diào)制采用如下方式:將所述的數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制為高頻調(diào)制波，并與原始調(diào)制波疊加形成新調(diào)制波，將新調(diào)制波與固定頻率的載波比較形成驅(qū)動(dòng)脈沖；驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)電力電子主電路，實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的發(fā)送。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于復(fù)合調(diào)制的電力電子裝置間無通訊線數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)接收過程采用如下的控制方式: 1)對(duì)網(wǎng)側(cè)電壓、網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行采集，對(duì)其中所含的通訊數(shù)據(jù)信息進(jìn)行提取； 2)對(duì)所述的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解調(diào)，得到解調(diào)后的通訊數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)送入通訊處理模塊，實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的接收。
【文檔編號(hào)】H04B3/54GK103957033SQ201410195483
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】趙劍鋒, 季振東, 劉巍, 孫毅超 申請(qǐng)人:東南大學(xué)