CN114977482A - 一种隔离通信装置以及供电*** - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种隔离通信装置以及供电***，应用于变压器，变压器包括N个第一整流单元及第二整流单元，隔离通信装置包括N个第一控制单元、第二控制单元以及信号汇聚单元；第一控制单元与第一整流单元一一对应连接；每个第一控制单元分别与信号汇聚单元相连，信号汇聚单元与第二控制单元之间通过光纤连接，信号汇聚单元，用于接收来自N个第一控制单元的第一数据包，并将N个第一控制单元的第一数据包发送到第二控制单元；接收第二控制单元的至少一个第二数据包，确定每个第二数据包对应的第一控制单元，分别将每个第二数据包发送给每个第二数据包所对应的第一控制单元；通过该方案可以大幅度的减少使用光纤的数量，从而可以降低光纤部署成本。

Description

一种隔离通信装置以及供电***
技术领域
本领域应用于交流电能传输领域，特别涉及一种隔离通信装置以及供电***。
背景技术
变压器作为电压变换和电气隔离的基础设备，在输配电领域均有应用。为了满足变压器的以下需求：具备电压变换和调整、对功率进行灵活控制、故障诊断及隔离通信的能力，固态变压器(solid state transformer，SST)应运而生，固态变压器是一种基于电磁感应原理的高频耦合装置，并结合电力电子变流技术，实现电能变换设备。由于固态变压器的隔离变换器通常运行在10～100kHz的开关频率以下，因此变压器的重量和体积相比于传统的变压器可以大大减小。此外，固态变压器拥有良好的控制性能，不但可以进行潮流控制，还可以进行无功补偿，并且具有较快的响应速度；原侧副侧的电压幅值可保持恒定，不会因负载的切换而发生大幅波动；交流波形畸变率小，基本为正弦，功率因数控制灵活，可实现联网通信，有利于电网智能化。
图1为一种固态变压器的具体结构示意图，输入级采用多个中压整流单元级联来降低中压整流单元中的开关器件的电压应力，将中压变为多个低压串联，中间级采用高频变压器，输出级为低压整流单元。为了实现功率的灵活控制，该固态变压器还包含多个中压控制器和低压控制器，其中，每个中压控制器检测并控制与其对应的中压整流单元，低压控制器检测并控制与其对应的低压整流单元。
如图1所示，每个中压控制器与低压控制器需要进行通信，以传递各种信息，从而实现功率控制。由于中压控制器是由各个中压整流单元进行供电的，而中压整流单元均处于悬浮电位上，因此，中压控制器和低压控制器在传递各种信息时，需要进行隔离通信。而中压控制器的电位与低压控制器的电位差距很大，因此，基于安全生产规范考虑，目前中压控制器和低压控制器之间通过光纤作为隔离信道进行通信，但光纤数量的增多会导致成本提高，有鉴于此，如何减少光纤的使用数量来降低成本，是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本申请一种隔离通信装置以及供电***，通过增加信号汇聚单元，来将多个第一控制单元的包含工作参数的第一数据包，转发到第二控制单元，并分别将包含控制参数的第二数据包发送给每个第二数据包所对应的第一控制单元，以使第一控制单元实现对与其对应的第一整流单元的控制。显然，通过该方案隔离通信装置可以大幅度的减少使用光纤的数量，从而可以降低光纤部署成本。
第一方面，本申请提供一种隔离通信装置，应用于变压器，变压器包括：N个第一整流单元以及第二整流单元，N个第一整流单元中的至少一个第一整流单元与第二整流单元之间的电位差大于设定阈值，N个第一整流单元以级联方式互相连接；隔离通信装置包括：N个第一控制单元、第二控制单元以及信号汇聚单元；其中，N个第一控制单元与N个第一整流单元一一对应，每个第一控制单元分别与对应的第一整流单元连接；N个第一控制单元中每个第一控制单元分别与信号汇聚单元相连，信号汇聚单元与第二控制单元之间通过光纤连接，N为正整数；N个第一控制单元中的任一个第一控制单元，用于检测对应的第一整流单元的工作参数，并根据检测到的工作参数，生成第一数据包，其中，第一数据包中包含第一控制单元的标识；将第一数据包发送到信号汇聚单元；以及接收信号汇聚单元发送的第二数据包，其中，第二数据包中包含第一控制单元的标识和控制参数，根据控制参数调整对应的第一整流单元的工作参数；信号汇聚单元，用于接收来自N个第一控制单元的第一数据包，并将N个第一控制单元的第一数据包发送到第二控制单元；以及接收来自第二控制单元的至少一个第二数据包，并根据每个第二数据包所包含的第一控制单元的标识，确定每个第二数据包所对应的第一控制单元，分别将每个第二数据包发送给每个第二数据包所对应的第一控制单元；第二控制单元，用于接收来自信号汇聚单元的N个第一控制单元的第一数据包，并根据N个第一控制单元的第一数据包，生成至少一个第一控制单元对应的第二数据包；以及向信号汇聚单元发送至少一个第一控制单元对应的第二数据包。
有鉴于此，本申请实施例通过在隔离通信装置中增加信号汇聚单元，来将多个第一控制单元的第一数据包，转发到第二控制单元，第一数据包中包含第一整流单元的工作参数以及第一控制单元的标识；并根据第二控制单元发送的每个第二数据包所包含的第一控制单元的标识，确定每个第二数据包所对应的第一控制单元，分别将每个第二数据包发送给每个第二数据包所对应的第一控制单元，以使第一控制单元实现对与其对应的第一整流单元的控制。显然，通过该方案隔离通信装置可以大幅度的减少使用光纤的数量，从而可以降低光纤部署成本。
在一些可能的实施方式中，隔离通信装置还包括N个辅助电源，N个辅助电源与N个第一整流单元一一对应，N个辅助电源与N个第一控制单元一一对应，每个辅助电源用于从对应的第一整流单元获取电能，并给对应的第一控制单元供电。
其中，由于需要给每个第一控制单元隔离供电，因此极大的增加了供电难度。为了降低供电难度，辅助电源中可以采用直流电容以及准谐振反激变换器，可以通过在第一整流单元上外接直流电容，利用准谐振反激变换器从外接的直流电容上获取电能。在第一控制单元需要供电时，将辅助电源获取的电能提供给第一控制单元。采用上述结构从第一整流单元取电并向第一控制单元供电，可以满足第一控制单元的不同功率需求，并且降低了给第一控制单元供电的难度。
在一些可能的实施方式中，N个辅助电源中的目标辅助电源还用于给信号汇聚单元供电，其中，目标辅助电源对应的目标第一整流单元为：N个第一整流单元中除电位最低的第一整流单元和电位最高的第一整流单元以外的第一整流单元。
其中，当信号汇聚单元由外部独立电源供电时，信号汇聚单元的电位较低，由于某些第一整流单元的电位较高，且第一控制单元是由与对应第一整流单元连接辅助电源供电的。因此，某些第一控制单元与信号汇聚单元之间存在较大的电位差。由于电位差的增大，隔离传输数据的难度也会增高。有鉴于此，为了解决上述问题，采用上述结构，能减小信号汇聚单元与第一控制单元之间的电位差，降低隔离传输数据的难度。
在一些可能的实施方式中，信号汇聚单元中包括：M个处理模块，以及每个处理模块对应的至少一个光模块，M为正整数；每个处理模块分别与N个第一控制单元连接；每个处理模块与对应的至少一个光模块连接；每个处理模块对应的每个光模块分别通过光纤与第二控制单元连接；M个处理模块中的第一处理模块用于：接收来自N个第一控制单元的第一数据包，并将N个第一控制单元的第一数据包发送到第一光模块，其中，第一处理模块包含在M个处理模块中，第一光模块包含在第一处理模块对应的至少一个光模块中；以及通过第一光模块接收来自第二控制单元的至少一个第二数据包，并根据每个第二数据包所包含的第一控制单元的标识，确定每个第二数据包所对应的第一控制单元，分别将每个第二数据包发送给每个第二数据包所对应的第一控制单元。
其中，为了方便进行通信冗余备份，提升供电***可靠性，可以采用多个处理模块以及多个光模块进行冗余备份，采用上述实施例描述的结构，在信号汇聚单元中某些处理模块或光模块损坏或故障时，同样可以保证数据的传输，并实现输出电压控制等功能，本领域技术人员可以基于造价成本自行设定处理模块的数量以及光模块的数量作为冗余备份进行设计，仅使用少量光纤通路就可以在实现隔离数据传输的同时进行通信冗余备份，提升了供电***可靠性。
在一些可能的实施方式中，M个处理模块中还包含第二处理模块；第一处理模块还用于：在接收来自N个第一控制单元的第一数据包之后，将N个第一控制单元的第一数据包发送到第二处理模块；以及接收第二处理模块返回的至少一个第三数据包，并根据每个第三数据包所包含的第一控制单元的标识，确定每个第三数据包所对应的第一控制单元，分别将每个第三数据包发送给每个第三数据包所对应的第一控制单元；第二处理模块，用于接收来自第一处理单元发送的N个第一控制单元的第一数据包，并将N个第一控制单元的第一数据包发送到第二光模块，第二光模块包含在第二处理模块对应的至少一个光模块中；以及通过第二光模块接收来自第二控制单元的至少一个第三数据包，将第二控制单元的至少一个第三数据包返回第一处理模块。
其中，在信号汇聚单元中某些处理模块或光模块损坏或故障时，同样可以保证数据的传输，并实现输出电压控制等功能，本领域技术人员可以基于造价成本自行设定处理模块的数量以及光模块的数量作为冗余备份进行设计，仅使用少量光纤通路就可以在实现隔离数据传输的同时进行通信冗余备份，提升了供电***可靠性。
在一些可能的实施方式中，装置中还包括：N个隔离变压器；其中，N个隔离变压器与N个第一控制单元一一对应，N个隔离变压器中每个隔离变压器分别与M个处理模块中的每个处理模块连接；多个隔离变压器中的任一个隔离变压器，用于接收承载有对应的第一控制单元发送的第一数据包的第一电信号，对第一电信号进行隔离变压处理，将隔离变压处理后的第一电信号发送到第一处理模块；以及接收第一处理模块发送的承载有第二数据包的第二电信号，对第二电信号进行隔离变压处理，将隔离变压处理后的第二电信号发送到对应的第一控制单元。
其中，隔离变压器对电信号进行隔离变压处理，可以使得两侧的电气完全绝缘以及回路隔离，另外，还能抑制两侧的高频杂波传入，从而符合隔离通信的安规标准。隔离变压器相较于光纤的成本更低，因此，有效的降低了通信的成本。从而能利用成本较低的隔离变压器替代成本较高的光纤等传输器件，在降低成本的同时提升了供电***的通信可靠性。
在一些可能的实施方式中，任一个第一整流单元的工作参数包括：第一整流单元的电压值及第一整流单元的电流值；第二整流单元的工作参数包括：第二整流单元连接负载的功率值。通过检测第二整流单元上连接负载的功率值，以根据功率值确定控制参数，从而能动态的保证第二整流单元输出的电压稳定。
第二方面，本申请实施例还提供一种供电***，供电***包括变压器以及发明内容第一方面描述的隔离通信装置。本申请的第二方面的有益效果可以参照第一方面，此处不再赘述。
附图说明
图1为一种固态变压器的具体结构示意图；
图2为一种供电***的结构示意图；
图3为一种应用于变压器的隔离通信装置的结构示意图；
图4为一种第一控制单元的结构示意图；
图5为一种第二控制单元的结构示意图；
图6为一种包含辅助电源的隔离通信装置的结构示意图；
图7为一种辅助电源的连接结构示意图；
图8A为一种隔离通信装置的结构示意图；
图8B为一种隔离通信装置的具体结构示意图；
图9为另一种隔离通信装置的结构示意图；
图10为一种处理模块之间通信的结构示意图；
图11为一种隔离通信装置分组通信的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
以下，先对本申请实施例中涉及的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员容易理解。
(1)电压应力：是工作电压与额定电压的比值。高压直流输电晶闸管阀在换相关断时会发生电压突变，由于电路杂散电容和电感的存在，该突变电压会引起电压振荡，形成暂态电压过冲，对晶闸管及其他电气元件造成很大的电压应力。
(2)悬浮电位：是指电力设备中的金属部件由于某些原因失去接地，从而处于高压与低压电间，按其阻抗形成分压，而在这金属部件上对地的电位就是悬浮电位。具体可以理解成：电力设备中某金属部件由于没有接地，积累了大量电荷，这些电荷与大地之间形成了一个电位差。
(3)隔离变压器：属于安全电源，一般用来机器维修和保养，起保护、防雷、滤波作用。隔离变压器和普通变压器都是基于电磁感应原理来实现的。隔离变压器的主要作用是：使一次侧与二次侧的电气完全绝缘及隔离。另外，利用其铁芯的高频损耗大的特点，还可以抑制高频杂波传入另一侧的回路。采用隔离变压器还有一个作用为保护人身安全，隔离危险电压。
需要说明的是，在本申请的描述中“至少一个”是指一个或多个，其中，多个是指两个或两个以上。鉴于此，本申请实施例中也可以将“多个”理解为“至少两个”。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。另外，需要理解的是，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
为了方便理解本申请实施例提供的隔离通信装置，下面首先介绍其应用场景。
本申请实施例提供的隔离通信装置可以应用于供电***中的各类变压器，例如：固态变压器等。其中，固态变压器是一种基于电磁感应原理的高频耦合装置，并结合电力电子变流技术实现电能变换的设备。固态变压器的应用范围很广，除了电压变化之外，还用于将交流电平稳过渡到直流电，再从直流电过渡到交流电，交流电的大小具体主要由电网的类型决定，这里不做过多限定。
以下以包含固态变压器的供电***进行举例说明：
图2为本申请实施例提供的一种供电***的结构示意图，参阅图2所示，该供电***中包含多个第一整流单元、第二整流单元、多个高频变压器、多个第一控制单元以及第二控制单元，其中，多个第一整流单元与多个高频变压器一一对应连接，多个高频变压器接入第二整流单元，多个第一整流单元以级联方式互相连接后接入原边侧，多个第一控制单元与多个第一整流单元一一对应连接，第二整流单元与第二控制单元连接，第二整流单元接入副边侧母线。
其中，第一整流单元可以由交流转直流AC/DC电路组成，而第二整流单元可以由直流转直流DC/DC电路或直流转交流DC/AC电路组成，多个第一整流单元与第二整流单元之间通过多个高频变压器实现不同变比的电压调节传输。因包含固态变压器的供电***常用于电压等级很高的配电网中，所以若采用一个第一整流单元，则需要承受较高的输入电压冲击。为了降低第一整流单元受到的输入电压冲击，可采用多个级联的第一整流单元，通过多个级联的第一整流单元来均分输入电压，能降低对于每个第一整流单元的输入电压冲击。
在上述供电***中，可以设置多个第一控制单元以及第二控制单元，来实现对于输出电压的实时控制。具体的，第一控制单元用于检测与其对应连接的第一整流单元的工作参数，并将检测到的工作参数发送给第二控制单元，第二控制单元基于多个第一控制单元发送的工作参数，来计算控制参数，将所述控制参数返回给每个第一控制单元，每个第一控制单元基于所述控制参数，调节与其对应连接的第一整流单元的工作参数，实现整个第一整流单元的控制，从而对于输出电压进行实时调整。
示例性的，若原边侧的输入电压为10KVac，副边侧的输出电压为220Vac/380Vac/400Vdc，基于第一整流单元中的开关器件的耐压限制，可以分为7个级联的第一整流单元，由7个级联的第一整流单元均分输入电压，因此，每个级联的第一整流单元之间理论上会存在1500V的电压差。如：级联的第一个的第一整流单元上的电位为10KV，那么级联的第二个的第一整流单元上的电位为8.5KV…依次类推。
而为了使第一控制单元以及第二控制单元在不需要任何外部电源的情况下也能正常工作，第一控制单元可以由第一整流单元供电，第二控制单元可以由第二整流单元供电。具体的，在原边侧可以设置有多个第一辅助电源，多个第一辅助电源与第一整流单元一一对应连接，第一辅助电源用于从第一整流单元取电后，向第一控制单元供电，副边侧也可以设置有第二辅助电源，用于从第二整流单元取电后，向第二控制单元供电。因第一辅助电源是从各个第一整流单元取电的，而第二辅助电源是从各个第二整流单元取电的，因此，第一整流单元上的电位与第一辅助电源、第一控制单元的电位相同，第二整流单元上的电位与第二辅助电源、第二控制单元的电位相同。所以，同样参考上述示例，第一控制单元和第二控制单元之间的电位差距最大可以达到10KV左右。传统用于隔离传输数据的隔离变压器虽然成本低，可靠性强，但由于隔离变压器的安规限制，不能支持超过5KV以上的电位差的电信号传输，因此，所述第一控制单元与所述第二控制单元之间不能采用隔离变压器进行电信号传输，每个第一控制单元与第二控制单元之间仅能通过光纤才能隔离传输数据。
由于第一整流单元的耐压限制，并且伴随着配电网的电压等级不断提高，级联的第一整流单元会越来越多，因此，需求的第一控制单元也就越来越多，每多增加一个第一控制单元，就需要增加一条光传输通路，而光纤的造价很高，光纤数量的增多会导致成本提高。
有鉴于此，本申请提供了一种隔离通信装置以及供电***。本申请实施例通过在隔离通信装置中增加信号汇聚单元，来将多个第一控制单元的第一数据包，转发到所述第二控制单元，第一数据包中包含第一整流单元的工作参数以及所述第一控制单元的标识；并根据所述第二控制单元发送的每个第二数据包所包含的第一控制单元的标识，确定每个第二数据包所对应的第一控制单元，分别将每个第二数据包发送给每个第二数据包所对应的第一控制单元，以使第一控制单元实现对与其对应的第一整流单元的控制。显然，通过该方案隔离通信装置可以大幅度的减少使用光纤的数量，从而可以降低光纤部署成本。
图3为一种应用于变压器的隔离通信装置的结构示意图。参阅图3所示，所述变压器包括：N个第一整流单元301以及第二整流单元302，所述N个第一整流单元301中的至少一个第一整流单元301与所述第二整流单元302之间的电位差大于设定阈值，所述N个第一整流单元301以级联方式互相连接。
所述隔离通信装置300包括：N个第一控制单元303、信号汇聚单元304、第二控制单元305。其中，所述N个第一控制单元303与所述N个第一整流单元301一一对应，每个第一控制单元303分别与对应的第一整流单元301连接。所述N个第一控制单元303中每个第一控制单元303分别与所述信号汇聚单元304相连，所述信号汇聚单元304与所述第二控制单元305之间通过光纤连接，所述N为正整数。
本申请实施例采用N个第一整流单元301级联的方式构建整流电路，以降低每个第一整流单元301承载的输入电压。继续参阅图3所示，每个第一整流单元301与第二整流单元302之间可以设置有高频变压器，N个第一整流单元301用于将供电***原边侧的第一交流电压转换为第一直流电压，所述高频变压器用于将第一直流电压转换为第二直流电压，第二整流单元302用于将所述第二直流电压转换为第二交流电压或第三直流电压，所述第一直流电压与所述第二直流电压的转换关系，与所述高频变压器的变节比有关。至少一个第一整流单元301与所述第二整流单元302之间的电位差大于设定阈值，所述设定阈值为：符合隔离变压器安规要求的输入隔离信号与输出隔离信号之间的最大电位差。
此外，第一整流单元301和第二整流单元302还可以采用相同电路结构对称设置。即：变压器中也存在N个第二整流单元302，N个第一整流单元301与N个第二整流单元302一一对应，每个第一整流单元301分别与对应的第二整流单元302连接，这里不在图中示出具体的连接示意图，本领域技术人员应当知晓。
可选的，第一整流单元301以及第二整流单元302可以由多个H桥整流电路组成。以第一整流单元301为例，第一整流单元301可以由第一H桥整流电路和第二H桥整流电路组成，具体的，第一H桥整流电路和第二H桥整流电路可以由多个开关管组成，例如，第一H桥整流电路中的开关管可以对输入的电压进行调压，第二H桥整流电路中的开关管用于对调压后电压进行整流，从而最终输出整流调压后的电压。所述开关管可以是但不限于：金属氧化物半导体管(metal oxide semiconductor，MOS)或双极结型晶体管(bipolar junctiontransistor，BJT)。
下面对隔离通信装置300在应用于变压器的过程中，各个单元的功能进行介绍：
所述N个第一控制单元303中的任一个第一控制单元303，用于检测对应的第一整流单元301的工作参数，并根据检测到的工作参数，生成第一数据包，其中，所述第一数据包中包含所述第一控制单元303的标识；将所述第一数据包发送到信号汇聚单元304；以及接收所述信号汇聚单元304发送的第二数据包，其中，所述第二数据包中包含所述第一控制单元303的标识和控制参数，根据所述控制参数调整对应的第一整流单元301的工作参数。
所述信号汇聚单元304，用于接收来自所述N个第一控制单元303的第一数据包，并将所述N个第一控制单元303的第一数据包发送到所述第二控制单元305；以及接收来自所述第二控制单元305的至少一个第二数据包，并根据每个第二数据包所包含的第一控制单元303的标识，确定每个第二数据包所对应的第一控制单元303，分别将每个第二数据包发送给每个第二数据包所对应的第一控制单元303。
所述第二控制单元305，用于接收来自所述信号汇聚单元的所述N个第一控制单元303的第一数据包，并根据所述N个第一控制单元303的第一数据包，生成所述至少一个第一控制单元303对应的第二数据包；以及向所述信号汇聚单元304发送所述至少一个第一控制单元303对应的第二数据包。
在一些可能的实施方式中，第一整流单元301的工作参数可以但不限于包括：所述第一整流单元301的电压值及所述第一整流单元301的电流值。示例的，本申请实施例提供了一种第一控制单元303的结构，图4为第一控制单元303的结构示意图，参阅图4所示，所述N个第一控制单元303中的任一个第一控制单元303可以包括电压检测单元401、电流检测单元402、数据处理单元403、数据传输单元404以及调整单元405。
其中，所述电压检测单元401可以通过电阻分压的方式检测与该第一控制单元303对应的第一整流单元301的电压值；而电流检测单元402可以利用霍尔传感器来检测与该第一控制单元303对应的第一整流单元301的电流值，在本申请实施例中，检测电压值和电流值的方式不限于本实施例提供的方法，这里不做限定。
所述数据处理单元403用于根据检测到的第一整流单元301的工作参数，生成第一数据包；以及接收数据传输单元404发送的第二数据包，根据第二数据包确定控制参数，将所述控制参数发送到所述调整单元405。可选的，所述数据处理单元403可以是处理器或控制器，例如，可以是通用中央处理器(central processing unit，CPU)，通用处理器，数字信号处理(digital signal processing，DSP)，专用集成电路(application specificintegrated circuits，ASIC)，现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。上述处理器也可以是实现计算功能的组合，例如，包括一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等等。所述数据处理单元403中还可以包括模拟数字转换器(analog to digitalconverter，ADC)，用于将所述电压检测单元401与所述电流检测单元402输入的模拟量转化为数字量。
所述数据传输单元404上可以包括用于传输数据包的数据接口，所述数据接口可以包括低电压差分信号接口(low-voltage differential signaling，LVDS)、低电压正电源射极耦合逻辑接口(low-voltage positive ECL，LVPECL)或者电流型逻辑接口(CurrentMode Logic，CML)。所述数据处理单元403确定LVDS、LVPECL以及CML所支持的数据帧协议，基于上述数据帧协议将所述第一整流单元301的工作参数转换为第一数据包。
并且，为了使第二控制单元305能够确定所述工作参数对应的第一整流单元301，在第一数据包中还包含了第一控制单元303的标识，以使第二控制单元305根据所述第一控制单元303的标识，确定与该第一控制单元303对应的第一整流单元301。
所述数据传输单元404用于将所述第一数据包发送到信号汇聚单元304；以及接收所述信号汇聚单元304发送的第二数据包，将所述第二数据包发送到数据处理单元403，接收的所述第二数据包与所述第一数据包和所属的数据帧协议类别相同；其中，数据传输单元404可以通过承载第一数据包的脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)信号，将所述第一数据包发送到信号汇聚单元304。
所述调整单元405用于根据每个第二数据包包含的控制参数，根据所述控制参数调整与该第一控制单元303对应连接的第一整流单元301的工作参数。示例性的，当所述第一整流单元301为开关管组成的H桥整流电路时，所述控制参数中可以包括开关管的开闭时长，进而所述调整单元405通过调整开关管的开闭时长，调整与该第一控制单元303对应连接的第一整流单元301的工作参数。
其中，所述信号汇聚单元304中同样可以设置有处理器或控制器，具体处理器或控制器的类型及描述可以参见所述数据处理单元403的描述，这里不再赘述。所述信号汇聚单元304中的处理器或控制器，用于接收来自N个第一控制单元303的第一数据包，并将所述N个第一控制单元303的第一数据包发送到所述第二控制单元305；以及接收来自所述第二控制单元305的至少一个第二数据包，并根据每个第二数据包所包含的第一控制单元303的标识，识别每个第二数据包对应属于哪个第一控制单元303，将第二数据包发送给标识指示的第一控制单元303。
所述第二控制单元305可以根据所述N个第一控制单元303的第一数据包，生成所述至少一个第一控制单元303对应的第二数据包。参阅图5所示，图5为第二控制单元305的结构示意图；所述第二控制单元305包括：数据接收单元501、控制参数生成单元502以及控制参数发送单元503；
其中，所述数据接收单元501用于接收来自所述信号汇聚单元304发送的所述N个第一控制单元303的第一数据包，将N个第一整流单元301的工作参数发送到控制参数生成单元502。
所述控制参数生成单元502，也可以是处理器或控制器，具体处理器或控制器的类型可以参见所述数据处理单元403的描述，这里不再赘述。控制参数生成单元502基于确定控制参数的算法，根据N个第一整流单元301的工作参数，确定所述控制参数；以及根据所述控制参数，生成所述至少一个第一控制单元303对应的第二数据包，将所述第二数据包发送到控制参数发送单元503。其中，所述确定控制参数的算法可以包括：阶梯波调制法、特定谐波消除脉宽调制法、谐波注入式脉宽调制法、开关频率优化脉宽调制法、空间矢量调制法以及三角载波调制(sinusoidal pulse width modulation，SPWM)法等等，具体算法这里不做限定，任何可以应用于固态变压器中确定控制参数的算法，均可以应用于本申请的实施例中。
所述控制参数发送单元503用于将第二数据包发送到信号汇聚单元304，其中，控制参数发送单元503同样可以通过承载第一数据包的PWM信号，将所述第一数据包发送到信号汇聚单元304。
在一些可能的实施方式中，所述第二控制单元305还包括：负载检测单元504；
所述负载检测单元504用于检测所述第二整流单元302上连接负载的功率值，将所述第二整流单元302上连接负载的功率值发送到所述控制参数生成单元502，以使控制参数生成单元502根据所述N个第一控制单元的第一数据包以及连接负载的功率值生成控制参数。例如，在第一整流单元301的电压提升或第二整流单元302的连接的负载功率增大时，控制参数可以指示所述第一整流单元301输出的电压增大，而在第一整流单元301的电压欠压或第二整流单元302的负载功率减小时，控制参数可以指示所述第一整流单元301输出的电压降低，从而动态的保证第二整流单元302输出的电压稳定。
可选的，第一控制单元303、信号汇聚单元304以及第二控制单元305可以分别由外部的电源进行独立隔离供电，为了降低供电难度，所述第一控制单元303、信号汇聚单元304以及第二控制单元305还可以从临近的整流单元取电，例如：每个第一控制单元303由与其对应的第一整流单元301供电，信号汇聚单元304由多个第一整流单元301中的其中一个进行供电，第二控制单元305由第二整流单元302供电，从而降低隔离供电的难度和成本。
利用本申请实施例提供的隔离通信装置，通过新增加的信号汇聚单元，来接收来自N个第一控制单元的第一数据包，所述N为正整数，将N个第一控制单元的第一数据包发送到所述第二控制单元，第一数据包中包含第一整流单元的工作参数以及所述第一控制单元的标识；并由信号汇聚转接单元接收来自所述第二控制单元的至少一个第二数据包，并根据每个第二数据包所包含的第一控制单元的标识，确定每个第二数据包所对应的第一控制单元，分别将每个第二数据包发送给每个第二数据包所对应的第一控制单元，以使第一控制单元实现对与其对应的第一整流单元的控制，相比于现有方式，能够大幅度的减少用于传输光信号的光纤的使用，从而有效的降低了通信的成本，提升了通信的可靠性。
由于需要给每个第一控制单元303隔离供电，因此极大的增加了供电难度。为了降低供电难度，在一些可能的实施方式中，所述隔离通信装置300还包括N个辅助电源，所述N个辅助电源与所述N个第一整流单元301一一对应，所述N个辅助电源与所述N个第一控制单元303一一对应，每个辅助电源306用于从与其对应的第一整流单元301获取电能，并给与其对应的第一控制单元303供电。
参阅图6所示，图6为一种包含辅助电源的隔离通信装置的结构示意图。其中，所述辅助电源306的具体结构不做限定。示例性的，所述辅助电源306中可以包括直流电容以及准谐振反激变换器，可以通过在所述第一整流单元301上外接所述直流电容，利用准谐振反激变换器从外接的所述直流电容上获取电能。在第一控制单元303需要供电时，将所述辅助电源306获取的电能提供给第一控制单元303。采用上述结构从第一整流单元301取电并向第一控制单元303供电，可以满足第一控制单元303的不同功率需求，并且降低了给第一控制单元303供电的难度。
当所述信号汇聚单元304由外部独立电源供电时，所述信号汇聚单元304的电位较低，由于某些第一整流单元301的电位较高，且所述第一控制单元303是由与对应第一整流单元301连接辅助电源306供电的。因此，某些第一控制单元303与信号汇聚单元304之间存在较大的电位差。由于电位差的增大，隔离传输数据的难度也会增高。有鉴于此，为了降低第一控制单元303与信号汇聚单元304隔离传输数据的难度，同时还能给信号汇聚单元304供电，在一些可能的实施方式中，所述N个辅助电源306中的目标辅助电源307还用于给所述信号汇聚单元304供电，其中，当N大于等于3时，所述目标辅助电源307对应的目标第一整流单元为：所述N个第一整流单元301中除电位最低的第一整流单元301和电位最高的第一整流单元301以外的第一整流单元301。
具体的，参阅图7所示，图7为一种辅助电源的连接结构示意图。其中，由于多个第一整流单元301为级联方式互相连接，级联的第一整流单元301分压原边侧的总电压，使得每个第一整流单元301上的电位并不相同，以末级的第一整流单元301连接参考地为例，级联的第一整流单元301的电位从高到低逐渐递减，为了降低第一控制单元303与信号汇聚单元304之间的电位差，选择除电位最低的第一整流单元301和电位最高的第一整流单元301以外的目标第一整流单元301作为对应的目标辅助电源307。例如：在输入电压为10KV且N＝4时，4个第一整流单元301采用级联方式互相连接，4个第一整流单元301的电位分别为：10KV、7.5KV、5KV、2.5KV，采用除电位最低的第一整流单元301(电位为2.5KV)和电位最高的第一整流单元301(电位为10KV)以外的目标第一整流单元(电位为5KV)或(电位为7.5KV)对应的目标辅助电源307(例如电位等于或最接近中心电位的辅助电源，所述中心电位为最高的第一整流单元301的电位与最低的第一整流单元301的均值)给信号汇聚单元304供电。因此，信号汇聚单元304与各个第一控制单元303的最大压差也会小于5KV，可以显著降低隔离传输数据的难度。采用上述结构，能减小信号汇聚单元304与第一控制单元303之间的电位差，降低隔离传输数据的难度。
为了进一步降低第一控制单元303与信号汇聚单元304之间的电位差，在一些可能的实施方式中，所述N个辅助电源中的平均电位辅助电源还用于给所述信号汇聚单元304供电，所述平均电位对应的平均第一整流单元301还可以为：在N个第一整流单元301中，与所述与N个第一整流单元301的平均电位差值最小的第一整流单元301。例如：在输入电压为10KV、N＝5时，采用5个第一整流单元301以级联方式互相连接，5个第一整流单元301的电位分别为：10KV、8KV、6KV、4KV、2KV，所述N个第一整流单元301的平均电位为6KV，可以采用与所述平均电位6KV差值最小的平均第一整流单元(电位为6KV)对应的平均辅助电源给信号汇聚单元304供电。因此，信号汇聚单元304与各个第一控制单元303的最大压差会小于4KV，可以进一步降低隔离传输数据的难度。
为了方便进行通信冗余备份，提升供电***可靠性，在一些可能的实施方式中，所述信号汇聚单元304中包括：M个处理模块308以及每个处理模块308对应的至少一个光模块309，其中，M为正整数。
参阅图8A所示，图8A为一种隔离通信装置的结构示意图。其中，每个处理模块308分别与所述N个第一控制单元303连接。每个处理模块308与对应的至少一个光模块309连接，其中，不同处理模块308可以对应同一个光模块309，也可以对应不同的光模块309，本申请对此不作限定。每个处理模块308对应的每个光模块309分别通过光纤与所述第二控制单元305连接。
示例性的，图8A中以所述信号汇聚单元304中总共包括P个光模块309为例进行说明，P为正整数。
需要说明的是，本申请不对所述M个处理模块308的数量进行限定，M的取值可以为1，或者2、3……。另外本申请不对每个处理模块308对应的光模块309的数量进行限定，另外不同的处理模块对应的光模块的数量可以相同，也可以不同。例如，处理模块308a对应光模块309a、光模块309b，而处理模块308b对应光模块309b，处理模块308c对应光模块309c、光模块309d。
参阅图8B所示，图8B为一种隔离通信装置的具体结构示意图，这里以M个处理模块308中的第一处理模块310进行举例，所述M个处理模块308中的第一处理模块310用于接收来自所述N个第一控制单元303的第一数据包，并将所述N个第一控制单元303的第一数据包发送到第一光模块311，其中，所述第一处理模块312包含在所述M个处理模块308中，所述第一光模块311包含在所述第一处理模块310对应的至少一个光模块309中；以及通过所述第一光模块311接收来自所述第二控制单元305的至少一个第二数据包，并根据每个第二数据包所包含的第一控制单元303的标识，确定每个第二数据包所对应的第一控制单元303，分别将每个第二数据包发送给每个第二数据包所对应的第一控制单元303。本实施例中的第一光模块311不限于图8B中所示的一个，也可以为多个，本领域技术人员应当知晓，此外，本实施例中描述的数据包分发过程与上述实施例基于同一构思，这里不做过多赘述。采用上述实施例描述的结构，在所述信号汇聚单元304中某些处理模块308或光模块309损坏或故障时，同样可以保证数据的传输，并实现输出电压控制等功能，本领域技术人员可以基于造价成本自行设定处理模块308的数量以及光模块309的数量作为冗余备份进行设计，仅使用少量光纤通路就可以在实现隔离数据传输的同时进行通信冗余备份，提升了供电***可靠性。
在一些可能的实施方式中，所述装置中还包括：N个隔离变压器312；其中，所述N个隔离变压器312与所述N个第一控制单元303一一对应，所述N个隔离变压器312中每个隔离变压器312分别与所述M个处理模块308中的每个处理模块308连接；参阅图9所示，图9为另一种隔离通信装置的结构示意图。
所述多个隔离变压器312中的任一个隔离变压器312，用于接收承载有对应的第一控制单元303发送的第一数据包的第一电信号，对所述第一电信号进行隔离变压处理，将隔离变压处理后的所述第一电信号发送到第一处理模块310；以及接收第一处理模块310发送的承载有第二数据包的第二电信号，对所述第二电信号进行隔离变压处理，将隔离变压处理后的所述第二电信号发送到对应的第一控制单元303。
其中，所述隔离变压器312对所述第一电信号进行隔离变压处理，可以使得两侧的电气完全绝缘以及回路隔离，另外，还能抑制两侧的高频杂波传入，从而符合隔离通信的安规标准。隔离变压器312相较于光纤的成本更低，因此，有效的降低了通信的成本。从而能利用成本较低的隔离变压器312替代成本较高的光纤等传输器件，在降低成本的同时提升了供电***的通信可靠性。
为了进一步保证通信的可靠性，M个处理模块之间也可以进行互相通信，参阅图11所示，图10为一种处理模块之间通信的结构示意图。在一些可能的实施方式中，所述M个处理模块309中还包含第二处理模块313；
所述第一处理模块310还用于：在接收来自所述N个第一控制单元303的第一数据包之后，将所述N个第一控制单元303的第一数据包发送到所述第二处理模块313；以及接收所述第二处理模块313返回的至少一个第三数据包，并根据每个第三数据包所包含的第一控制单元303的标识，确定每个第三数据包所对应的第一控制单元303，分别将每个第三数据包发送给每个第三数据包所对应的第一控制单元303；
所述第二处理模块313，用于接收来自第一处理单元303发送的N个第一控制单元303的第一数据包，并将所述N个第一控制单元303的第一数据包发送到第二光模块314，所述第二光模块314包含在所述第二处理模块313对应的至少一个光模块309中；以及通过所述第二光模块314接收来自所述第二控制单元305的至少一个第三数据包，将第二控制单元305的至少一个第三数据包返回所述第一处理模块310。采用上述结构，在第一光模块311故障且所述第二处理模块313与第一控制单元303断开连接时，通过第一处理模块310与第二处理模块313之间的数据交互，同样可以保证数据的传输，并实现输出电压控制等功能，进一步提升了供电***的可靠性。
此外，本申请实施例的隔离通信装置可以应用于各个电压等级的供电***中，常见的，供电***的输入电压可以为：10KV、35KV等等，当供电***的输入电压大于设定电压阈值时，可以通过多个信号汇聚单元304来分别隔离传输数据。以在支持更高输入电压的供电***的同时还能降低光传输单元数量。在本申请实施例中，所述设定电压阈值为10KV，所述设定电压阈值可以由本领域技术人员自由设定的，这里不做过多限定。
在一些可能的实施方式中，所述隔离通信装置300还包括多个信号汇聚单元304以及多个隔离通信组，所述隔离通信组中包括设定数量的第一控制单元303，每个信号汇聚单元304连接一个隔离通信组中的所有第一控制单元303。
参阅图11所示，图11为一种隔离通信装置分组通信的结构示意图。其中，采用级联的多个第一整流单元301均分输入电压，而第一整流单元301具有耐压上限，因此，在供电***的输入电压提升时，级联的第一整流单元301的数量也会提升，对应的第一控制单元303的数量也会增加。当所述第一控制单元303是由与其对应的辅助电源306供电时，若仍采用一个信号汇聚单元304进行数据的传输，会使得某些第一控制单元303与所述信号汇聚单元304之间的电位差不符合安规要求。
因此，可以将所述第一控制单元303先进行分组，分组后的多个第一整流单元301组成多个隔离通信组，多个隔离通信组一一对应多个信号汇聚单元304，每个隔离通信组中的第一控制单元303与对应的信号汇聚单元304连接，以使第一控制单元303与其接入的信号汇聚单元304之间的电位符合安规要求。示例性的，若所述供电***的输入电压为35KV时，可以由30个级联的第一整流单元301均分输入电压。将30个第一控制单元303分为3个隔离通信组，每个隔离通信组中的(10个)第一控制单元303连接同一个信号汇聚单元304。此时，每个隔离通信组中的第一整流单元301与所述信号汇聚单元304的电位差均符合安规要求，在输入电压较大时，同样可以保证数据的传输，实现输出电压控制等功能，并且还能大幅度的减少使用光纤以及光模块的使用，有效的提升了通信可靠性，降低通信成本。
本申请实施例还提供一种供电***，所述供电***包括变压器以及上述实施例描述的隔离通信装置。
利用本申请实施例提供的隔离通信装置以及供电***，可以通过新增加的信号汇聚单元，来接收来自N个第一控制单元的第一数据包，所述N为正整数，将N个第一控制单元的第一数据包发送到所述第二控制单元，第一数据包中包含第一整流单元的工作参数以及所述第一控制单元的标识；并由信号汇聚转接单元接收来自所述第二控制单元的至少一个第二数据包，并根据每个第二数据包所包含的第一控制单元的标识，确定每个第二数据包所对应的第一控制单元，分别将每个第二数据包发送给每个第二数据包所对应的第一控制单元，以使第一控制单元实现对与其对应的第一整流单元的控制，从而能大幅度的减少使用光纤的使用，有效的提升了通信可靠性，降低通信成本。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种隔离通信装置，应用于变压器，所述变压器包括：N个第一整流单元以及第二整流单元，所述N个第一整流单元中的至少一个第一整流单元与所述第二整流单元之间的电位差大于设定阈值，所述N个第一整流单元以级联方式互相连接；其特征在于，所述隔离通信装置包括：N个第一控制单元、第二控制单元以及信号汇聚单元；其中，所述N个第一控制单元与所述N个第一整流单元一一对应，每个第一控制单元分别与对应的第一整流单元连接；所述N个第一控制单元中每个第一控制单元分别与所述信号汇聚单元相连，所述信号汇聚单元与所述第二控制单元之间通过光纤连接，所述N为正整数；
所述N个第一控制单元中的任一个第一控制单元，用于检测对应的第一整流单元的工作参数，并根据检测到的工作参数，生成第一数据包，其中，所述第一数据包中包含所述第一控制单元的标识；将所述第一数据包发送到信号汇聚单元；以及接收所述信号汇聚单元发送的第二数据包，其中，所述第二数据包中包含所述第一控制单元的标识和控制参数，根据所述控制参数调整对应的第一整流单元的工作参数；
所述信号汇聚单元，用于接收来自所述N个第一控制单元的第一数据包，并将所述N个第一控制单元的第一数据包发送到所述第二控制单元；以及接收来自所述第二控制单元的至少一个第二数据包，并根据每个第二数据包所包含的第一控制单元的标识，确定每个第二数据包所对应的第一控制单元，分别将每个第二数据包发送给每个第二数据包所对应的第一控制单元；
所述第二控制单元，用于接收来自所述信号汇聚单元的所述N个第一控制单元的第一数据包，并根据所述N个第一控制单元的第一数据包，生成所述至少一个第一控制单元对应的第二数据包；以及向所述信号汇聚单元发送所述至少一个第一控制单元对应的第二数据包。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括N个辅助电源，所述N个辅助电源与所述N个第一整流单元一一对应，所述N个辅助电源与所述N个第一控制单元一一对应，每个辅助电源用于从对应的第一整流单元获取电能，并给对应的第一控制单元供电。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述N个辅助电源中的目标辅助电源还用于给所述信号汇聚单元供电，其中，所述目标辅助电源对应的目标第一整流单元为：所述N个第一整流单元中除电位最低的第一整流单元和电位最高的第一整流单元以外的第一整流单元。
4.根据权利要求1-3任一所述的装置，其特征在于，所述信号汇聚单元中包括：M个处理模块，以及每个处理模块对应的至少一个光模块，M为正整数；其中，
每个处理模块分别与所述N个第一控制单元连接；
每个处理模块与对应的至少一个光模块连接；
每个处理模块对应的每个光模块分别通过光纤与所述第二控制单元连接；
所述M个处理模块中的第一处理模块用于：接收来自所述N个第一控制单元的第一数据包，并将所述N个第一控制单元的第一数据包发送到第一光模块，其中，所述第一处理模块包含在所述M个处理模块中，所述第一光模块包含在所述第一处理模块对应的至少一个光模块中；以及通过所述第一光模块接收来自所述第二控制单元的至少一个第二数据包，并根据每个第二数据包所包含的第一控制单元的标识，确定每个第二数据包所对应的第一控制单元，分别将每个第二数据包发送给每个第二数据包所对应的第一控制单元。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置中还包括：N个隔离变压器；其中，所述N个隔离变压器与所述N个第一控制单元一一对应，所述N个隔离变压器中每个隔离变压器分别与所述M个处理模块中的每个处理模块连接；
所述多个隔离变压器中的任一个隔离变压器，用于接收承载有对应的第一控制单元发送的第一数据包的第一电信号，对所述第一电信号进行隔离变压处理，将隔离变压处理后的所述第一电信号发送到所述第一处理模块；以及接收所述第一处理模块发送的承载有第二数据包的第二电信号，对所述第二电信号进行隔离变压处理，将隔离变压处理后的所述第二电信号发送到对应的第一控制单元。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述M个处理模块中还包含第二处理模块；
所述第一处理模块还用于：在接收来自所述N个第一控制单元的第一数据包之后，将所述N个第一控制单元的第一数据包发送到所述第二处理模块；以及接收所述第二处理模块返回的至少一个第三数据包，并根据每个第三数据包所包含的第一控制单元的标识，确定每个第三数据包所对应的第一控制单元，分别将每个第三数据包发送给每个第三数据包所对应的第一控制单元；
所述第二处理模块，用于接收来自第一处理单元发送的N个第一控制单元的第一数据包，并将所述N个第一控制单元的第一数据包发送到第二光模块，所述第二光模块包含在所述第二处理模块对应的至少一个光模块中；以及通过所述第二光模块接收来自所述第二控制单元的至少一个第三数据包，将第二控制单元的至少一个第三数据包返回所述第一处理模块。
7.根据权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，所述第二控制单元，在根据所述N个第一控制单元的第一数据包，生成所述至少一个第一控制单元对应的第二数据包时，具体用于：,
检测所述第二整流单元的工作参数，根据所述N个第一控制单元的第一数据包以及所述第二整流单元的工作参数，生成所述至少一个第一控制单元对应的第二数据包。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二整流单元的工作参数包括：所述第二整流单元连接负载的功率值。
9.根据权利要求1-8任一所述的装置，其特征在于，任一个第一整流单元的工作参数包括：所述第一整流单元的电压值及所述第一整流单元的电流值。
10.一种供电***，其特征在于，所述供电***包括变压器以及权利要求1-9任一所述的隔离通信装置。
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