使用多個(gè)電流傳感器的光伏串水平的直通電弧檢測(cè)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及使用多個(gè)電流傳感器的光伏串水平的直通電弧檢測(cè)。提供了可將DC電弧和負(fù)載切換噪聲區(qū)分開(kāi)的檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法能夠在多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)至少確定每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔的脈沖數(shù)（PC）和每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔的脈沖持續(xù)時(shí)間（PD），其中PC和PD可分別對(duì)應(yīng)于DC電力系統(tǒng)中可能的電弧放電事件的數(shù)量和強(qiáng)度。所述系統(tǒng)和方法能夠采用一個(gè)或更多個(gè)電弧故障檢測(cè)算法來(lái)處理PC和PD，從而更加可靠地區(qū)分DC電弧和負(fù)載切換噪聲。
【專(zhuān)利說(shuō)明】使用多個(gè)電流傳感器的光伏串水平的直通電弧檢測(cè)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本專(zhuān)利申請(qǐng)是2012年11月16日提交的題為“SYSTEMS AND METHODS OFDISCRIMINATING DC ARCS AND LOAD SWITCHING NOISE”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.13/679，039 的部分繼續(xù)申請(qǐng)(CIP)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本申請(qǐng)一般涉及對(duì)電路中的電弧放電的檢測(cè)，更特別地涉及對(duì)直流(DC)電力系統(tǒng)中的電弧放電和負(fù)載切換噪聲進(jìn)行辨別的系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0004]近年來(lái)，例如光伏(PV)系統(tǒng)之類(lèi)的DC電力系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越多地用于從給電池充電到為交流(AC)電網(wǎng)供電的范圍的家庭和工業(yè)應(yīng)用中。這些PV系統(tǒng)可包括串聯(lián)連接以構(gòu)成一個(gè)或更多個(gè)PV串的多個(gè)PV模塊(例如，太陽(yáng)能面板)。多個(gè)PV串可以并聯(lián)連接并布線通過(guò)匯流箱來(lái)最終驅(qū)動(dòng)充電器或逆變器負(fù)載。在典型的PV系統(tǒng)中，每個(gè)PV模塊可被配置為在50Vdc處產(chǎn)生高達(dá)約10安培的電流輸出，并且根據(jù)PV串上連接的PV模塊的數(shù)量，每個(gè)PV串可被配置為產(chǎn)生高達(dá)約100Vdc或以上的電壓輸出。此外，并聯(lián)連接的PV串可被配置為將典型PV系統(tǒng)的總電流輸出提升至高達(dá)約200安培或以上。
[0005]由于諸如上述PV系統(tǒng)之類(lèi)的DC電力系統(tǒng)可被配置為產(chǎn)生相對(duì)較高的電流和電壓輸出，因此需要用于檢測(cè)這種電力系統(tǒng)中的電弧放電的系統(tǒng)和方法。例如，在其中電流輸出和電壓輸出可以分別為200安培和100Vdc的量級(jí)的典型PV系統(tǒng)中，斷開(kāi)PV電力線纜會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)電弧放電，短路PV電力線纜會(huì)產(chǎn)生并聯(lián)電弧放電，將PV電力線纜短路接地會(huì)產(chǎn)生接地故障電弧放電。然而，迄今為止已知的檢測(cè)電力系統(tǒng)中的電弧放電的系統(tǒng)和方法通常不能將串聯(lián)電弧放電、并聯(lián)電弧放電、接地故障電弧放電等與由充電器負(fù)載、逆變器負(fù)載、DC到DC負(fù)載切換、DC到AC負(fù)載切換、DC斷路開(kāi)關(guān)、射頻(RF)拾波器、DC電力線通信等產(chǎn)生的噪聲非?？煽康貐^(qū)分開(kāi)來(lái)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本申請(qǐng)，公開(kāi)了對(duì)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)和方法，其能夠更加可靠地將DC電弧和負(fù)載切換噪聲區(qū)分開(kāi)。這樣一種檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的系統(tǒng)包括多個(gè)電流傳感器，所述多個(gè)電流傳感器操作為分別監(jiān)視在直通(home run)線纜或者任意其它合適的布線路線(wiring run)之上提供的多個(gè)電流輸出。所述多個(gè)電流傳感器被并聯(lián)、串聯(lián)或者以并聯(lián)/串聯(lián)互連的任意合適組合方式配置及布置，以便提供組合電流輸出信號(hào)。該系統(tǒng)還包括整流器、濾波器、比較器、脈沖積分器和處理器。該多個(gè)電流傳感器分別監(jiān)視諸如光伏(PV)系統(tǒng)之類(lèi)的DC電力系統(tǒng)的多個(gè)電流輸出，并提供包含高頻AC電流信息的組合電流輸出信號(hào)，該高頻AC電流信息代表一個(gè)或更多個(gè)顯著的di/dt事件，其有可能表示一個(gè)或更多個(gè)電弧放電事件。整流器從電流傳感器接收包含AC電流信息的組合電流輸出信號(hào)，并將整流后的該組合電流輸出信號(hào)提供給濾波器以進(jìn)行后續(xù)濾波。注意，可替代地包含AC電流信息的組合電流輸出信號(hào)可在被整流前被濾波。比較器接收濾波后的信號(hào)，并響應(yīng)于可能的電弧放電事件產(chǎn)生一個(gè)或更多個(gè)脈沖。脈沖積分器從比較器接收脈沖，并產(chǎn)生表示各個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間的輸出。處理器同樣從比較器接收脈沖，并在多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)確定每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖數(shù)(PC)，其可與可能的電弧放電事件數(shù)量相對(duì)應(yīng)。處理器還接收脈沖積分器產(chǎn)生的輸出，并在各預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)確定每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔中的脈沖持續(xù)時(shí)間(PD)，其可與各可能的電弧放電事件的強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)。處理器隨后采用一個(gè)或更多個(gè)電弧故障檢測(cè)算法對(duì)PC和ro進(jìn)行處理，以更好地區(qū)分DC電弧和負(fù)載切換噪聲。
[0007]在一個(gè)方面，處理器在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)計(jì)算兩個(gè)變量的值，S卩，平均脈沖數(shù)(APC)和平均脈沖持續(xù)時(shí)間波動(dòng)值(APDF)。例如，處理器可在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)通過(guò)對(duì)最近一個(gè)時(shí)間間隔的ro與先于該最近一個(gè)時(shí)間間隔一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)時(shí)間間隔的時(shí)間間隔的ro之間的差取絕對(duì)值或者通過(guò)其他任何合適的技術(shù)來(lái)計(jì)算脈沖持續(xù)時(shí)間波動(dòng)值(pulse durat1n fluctuat1n, PDF)。在每個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)，處理器還確定APDF/APC的比值是否超出第一指定閾值。在某個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)APDF/APC比值超過(guò)第一指定閾值的情況下，該時(shí)間間隔被視為期間可能發(fā)生了實(shí)際電弧放電事件的間隔。例如，如果處理器確定在某個(gè)時(shí)間間隔期間比值A(chǔ)PDF/APC超出了第一指定閾值，其可產(chǎn)生輸出“ I ”或任何其他合適的輸出；否則，處理器可產(chǎn)生輸出“O”或任何其他合適的輸出。處理器對(duì)多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生的輸出(I或O)求平均，如果各輸出的平均值超過(guò)第二指定閾值，則假定很可能發(fā)生了實(shí)際的電弧放電，且處理器產(chǎn)生表示這種電弧放電的另一輸出。通過(guò)這種方式，處理器可以評(píng)估多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的HF，并且，如果確定該多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的TOF為高，則處理器可以產(chǎn)生表示很可能已經(jīng)發(fā)生了實(shí)際電弧放電的輸出。
[0008]在另一方面，處理器在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)計(jì)算三個(gè)變量的值，S卩，APC、APDF、以及平均脈沖持續(xù)時(shí)間調(diào)制值(average pulse durat1n modulat1n, APDM)。例如，處理器可通過(guò)在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔期間取相隔四分之一時(shí)間間隔的四個(gè)ro測(cè)量值ro1、PD2, PD3, PD4并按如下方式在每個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)計(jì)算APDM，或者通過(guò)其他任何合適的技術(shù)，來(lái)計(jì)算APDM:
[0009]APDM= IAPD1+APD2-APD3-APD4| +1APD1-APD2-APD3+APD4|，
[0010]其中“APD1”是在多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的“roi”測(cè)量值的平均值，“APD2”是在多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的“PD2”測(cè)量值的平均值，“APD3”是在多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的“PD3”測(cè)量值的平均值，“APD4”是在多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的“TO4”測(cè)量值的平均值。在每個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)，處理器還確定比值A(chǔ)PDF/APC是否超過(guò)第一指定閾值，以及比值A(chǔ)PDF/APDM是否超過(guò)第二指定閾值。在確定在某個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)比值A(chǔ)PDF/APC超過(guò)了第一指定閾值并且比值A(chǔ)PDF/APDM超過(guò)了第二指定閾值的情況下，該時(shí)間間隔被視作期間可能發(fā)生了實(shí)際電弧放電事件的間隔。例如，如果處理器確定各時(shí)間間隔期間比值A(chǔ)PDF/APC超過(guò)了第一指定閾值并且比值A(chǔ)PDF/APDM超過(guò)了第二指定閾值，則其可產(chǎn)生輸出“I”或任何其他合適的輸出；否則，處理器可產(chǎn)生輸出“O”或任何其他合適的輸出。處理器計(jì)算多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生的輸出(I或0)的平均值，如果各輸出的平均值超過(guò)第三指定閾值，則假定很可能發(fā)生了實(shí)際的電弧放電，并且處理器產(chǎn)生表示這種電弧放電的另一輸出。通過(guò)這種方式，處理器可以更加可靠地區(qū)分實(shí)際電弧放電和大噪聲負(fù)載(諸如并網(wǎng)(grid-tied)逆變器負(fù)載)。
[0011]在又一方面，處理器在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)計(jì)算五個(gè)變量的值，即，APC、APDF、APDM、平均脈沖持續(xù)時(shí)間(APD)、以及平均脈沖數(shù)波動(dòng)值(APCF)。例如，處理器可通過(guò)對(duì)最近一個(gè)時(shí)間間隔的PC與先于該最近一個(gè)時(shí)間間隔一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)間隔的時(shí)間間隔的PC之間的差取絕對(duì)值或者通過(guò)其他任何合適的技術(shù)來(lái)計(jì)算APCF。在每個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)，處理器還確定比值A(chǔ)PDF/APC是否超過(guò)第一指定閾值，比值A(chǔ)PDF/APDM是否超過(guò)第二指定閾值，比值A(chǔ)PCF/APC是否超過(guò)第三指定閾值，比值A(chǔ)PDF/APD是否超過(guò)第四指定閾值，APC是否超過(guò)第五指定閾值，以及AH)是否超過(guò)第六指定閾值。在某個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)確定比值A(chǔ)PDF/APC超過(guò)第一指定閾值，比值A(chǔ)PDF/APDM超過(guò)第二指定閾值，比值A(chǔ)PCF/APC超過(guò)第三指定閾值，比值A(chǔ)PDF/APD超過(guò)第四指定閾值，APC超過(guò)第五指定閾值，以及APD超過(guò)第六指定閾值的情況下，該時(shí)間間隔被視作期間可能發(fā)生了實(shí)際的電弧放電事件的間隔。因此處理器可產(chǎn)生輸出“I”或任何其他合適的輸出；否則，處理器可產(chǎn)生輸出“O”或任何其他合適的輸出。處理器計(jì)算多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生的輸出(I或O)的平均值，如果各輸出的平均值超過(guò)第七指定閾值，則假定發(fā)生了實(shí)際的電弧放電，處理器產(chǎn)生表示這種電弧放電的另一輸出。通過(guò)這種方式可以確保在DC電力系統(tǒng)中存在表不電弧放電對(duì)比(versus)負(fù)載噪聲的歸一化平均波動(dòng)的某個(gè)最小水平。
[0012]通過(guò)在多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)至少確定每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔的脈沖數(shù)(PC)和每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔的脈沖持續(xù)時(shí)間(PD)，其中PC和ro可分別對(duì)應(yīng)于DC電力系統(tǒng)中可能的電弧放電事件的數(shù)量和強(qiáng)度，然后采用一個(gè)或更多個(gè)電弧故障檢測(cè)算法來(lái)處理PC和PD，公開(kāi)的檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的系統(tǒng)和方法可更加可靠地區(qū)分DC電弧和負(fù)載切換噪聲。
[0013]從下文的詳細(xì)描述可以清楚地得到本發(fā)明的其他特征、功能和方面。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]結(jié)合在本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖示出了本文所述的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，并且其與詳細(xì)描述一起解釋了這些實(shí)施例。圖中:
[0015]圖1a示出了典型光伏(PV)系統(tǒng)的框圖；
[0016]圖1b示出了圖1a的PV系統(tǒng)，進(jìn)一步指出了各種類(lèi)型的電弧放電的可能位置；
[0017]圖1c示出了圖1a的PV系統(tǒng)，進(jìn)一步指出了用于檢測(cè)圖1b所示各類(lèi)電弧放電的電弧故障檢測(cè)器的可能位置；
[0018]圖2示出了根據(jù)本申請(qǐng)的用于檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的示范性系統(tǒng)的框圖；
[0019]圖3a示出了采用圖2的系統(tǒng)檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的第一示范性方法的流程圖；
[0020]圖3b示出了采用圖2的系統(tǒng)檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的第二示范性方法的流程圖；
[0021]圖3c示出了采用圖2的系統(tǒng)檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的第三示范性方法的流程圖；
[0022]圖4a_4d示出了采用圖2系統(tǒng)的在啟動(dòng)逆變器負(fù)載期間和連續(xù)的逆變器噪聲存在時(shí)的電弧放電期間可以產(chǎn)生的示范性脈沖流數(shù)據(jù)的圖；
[0023]圖5a_5c示出了采用圖2系統(tǒng)的可以被測(cè)量和計(jì)算作為時(shí)間間隔數(shù)量的函數(shù)的示范性變量的圖；
[0024]圖6a_6c示出了采用圖2系統(tǒng)的用于將DC電弧與負(fù)載切換噪聲區(qū)分開(kāi)的示范性技術(shù)的圖；以及
[0025]圖7示出了根據(jù)本申請(qǐng)的用于檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的串聯(lián)電弧的示例性系統(tǒng)的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1a描述了一種典型的DC電力系統(tǒng)，具體地說(shuō)為光伏(PV)系統(tǒng)100。這種PV系統(tǒng)已被越來(lái)越多地用于從給電池充電到為AC電網(wǎng)供電的范圍的家庭和工業(yè)應(yīng)用中。PV系統(tǒng)100包括多個(gè)PV模塊(例如，太陽(yáng)能面板)101.1-101.η、103.1-103.m、105.1-105.p,匯流箱(combiner box) 104,以及負(fù)載106。如圖1a所示，PV模塊101.1-101.η串聯(lián)連接以形成第一 PV串102.1，PV模塊103.1-103.η串聯(lián)連接以形成第二 PV串102.2，PV模塊105.1-105.η串聯(lián)連接以形成第三PV串102.3。此外，第一、第二和第三PV串102.1,102.2、102.3可并聯(lián)連接，并且可布線通過(guò)匯流箱104以最終驅(qū)動(dòng)負(fù)載106，負(fù)載106可以是充電器負(fù)載、逆變器負(fù)載或其他任何合適的負(fù)載。如圖1a進(jìn)一步所示，匯流箱104可包括用于每個(gè)PV串的串熔斷器(string fuse) 108、以及電涌保護(hù)器110。PV系統(tǒng)100還可包括DC斷路開(kāi)關(guān)112。注意PV系統(tǒng)100可替代地可被配置為包括其他任何合適的數(shù)量的PV模塊，其串聯(lián)連接以形成其他任何合適的數(shù)量的PV串。
[0027]圖1b描述了 PV系統(tǒng)100內(nèi)可能發(fā)生電弧放電的多個(gè)示范性位置121-129。例如，串聯(lián)電弧放電可能發(fā)生在位置121、125、129處，并聯(lián)電弧放電可能發(fā)生在位置122、126處，接地故障電弧放電可能發(fā)生在位置123、124、127、128處。此外，圖1c描述了在PV系統(tǒng)100內(nèi)可放置電弧故障檢測(cè)器(AFD) 132、134、136以檢測(cè)這種可能的電弧放電的若干個(gè)示范性位置。例如，AFD132U34可位于匯流PV串的匯流箱104內(nèi)，AFD136可放置在負(fù)載106附近。注意可采用其他任何合適的數(shù)量的AFD來(lái)檢測(cè)PV系統(tǒng)100內(nèi)其他任何合適的位置處的電弧放電。
[0028]圖2描述了根據(jù)本申請(qǐng)的用于檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的示范性系統(tǒng)200。例如，系統(tǒng)200可以在例如PV系統(tǒng)100中的AFD132、134、136的一個(gè)或更多個(gè)AFD中被實(shí)施以更加可靠地區(qū)分DC電弧和負(fù)載切換噪聲。如圖2中所示，系統(tǒng)200包括電流傳感器202、整流器204、濾波器206、比較器208、脈沖積分器210和處理器212。電流傳感器202可以被實(shí)施為用于監(jiān)視DC電力系統(tǒng)的電流輸出的電流互感器(transformer)。例如，實(shí)施為電流互感器的電流傳感器202可與正( + )DC電力線或負(fù)(_)DC電力線串聯(lián)連接。電流傳感器202提供包含表示一個(gè)或更多個(gè)顯著的di/dt事件的高頻AC電流信息的信號(hào)，其可以指示一個(gè)或更多個(gè)可能的電弧放電事件。可以被實(shí)現(xiàn)為全波整流器的整流器204從電流傳感器202接收包含AC電流信息的信號(hào)，并將該信號(hào)全波整流后提供給濾波器206以進(jìn)行后續(xù)的高通濾波。
[0029]比較器208接收濾波后的信號(hào)，并響應(yīng)于可能的電弧放電事件在線路214上產(chǎn)生一個(gè)或更多個(gè)脈沖。脈沖積分器210從比較器208接收脈沖，并在線路216上產(chǎn)生表示各脈沖持續(xù)時(shí)間的輸出。可被實(shí)現(xiàn)為微控制器的處理器212也從比較器接收線路214上的脈沖。在多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)，處理器212確定每個(gè)時(shí)間間隔中的脈沖數(shù)(PC)，其可以對(duì)應(yīng)于可能的電弧放電事件數(shù)量。處理器212還接收脈沖積分器210在線路216上產(chǎn)生的輸出，并在各預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)確定每個(gè)時(shí)間間隔中的脈沖持續(xù)時(shí)間(PD)，該脈沖持續(xù)時(shí)間可以對(duì)應(yīng)于各可能的電弧放電事件的強(qiáng)度。如本文進(jìn)一步所述，通過(guò)采用一個(gè)或更多個(gè)電弧故障檢測(cè)算法，處理器212接著至少對(duì)PC和H)進(jìn)行處理以更好地區(qū)分DC電弧和負(fù)載切換噪聲，并至少在某些時(shí)間產(chǎn)生電弧故障指示218作為輸出。
[0030]參考圖3a和圖2，下文對(duì)檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的第一示范性方法300a進(jìn)行了描述。使用方法300a，系統(tǒng)200可以評(píng)估多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的H)的波動(dòng)，如果其確定各時(shí)間間隔內(nèi)ro的波動(dòng)為高，則系統(tǒng)200可產(chǎn)生電弧故障指示218，從而指示很可能已經(jīng)發(fā)生了實(shí)際的電弧放電。例如，每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔可等于任何合適的時(shí)間間隔。在一些實(shí)施例中，預(yù)定時(shí)間間隔可等于AC電網(wǎng)周期的大約一半，以便最小化與AC電力線的電磁耦合并減少并網(wǎng)逆變器負(fù)載產(chǎn)生的切換噪聲。如步驟302所述，處理器212在每個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)計(jì)算兩個(gè)變量的值，即，平均脈沖數(shù)(APC)和平均脈沖持續(xù)時(shí)間波動(dòng)值(APDF)。例如，可通過(guò)使用一階低通濾波器來(lái)在不需要過(guò)多的存儲(chǔ)器的情況下保持變量值，來(lái)實(shí)現(xiàn)這種平均化。注意，由于所謂的濺射電弧可以比連續(xù)的電弧放電數(shù)量少但強(qiáng)度大，因此這種平均化允許更好地將濺射電弧和更連續(xù)電弧放電與其他噪聲源區(qū)分開(kāi)來(lái)。這種平均化的時(shí)間常數(shù)的范圍可以是從約20毫秒到200毫秒，或者其他任何合適的時(shí)間值范圍。
[0031]處理器212可在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)通過(guò)對(duì)最近一個(gè)時(shí)間間隔的ro與先于最近一個(gè)時(shí)間間隔一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)時(shí)間間隔的時(shí)間間隔的ro之間的差取絕對(duì)值或者通過(guò)其他任何合適的技術(shù)，來(lái)計(jì)算脈沖持續(xù)時(shí)間波動(dòng)值(PDF)。如步驟304中所述，在每個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)，處理器212確定比值A(chǔ)PDF/APC是否超出第一指定閾值CI。在某個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)比值A(chǔ)PDF/APC超過(guò)了第一指定閾值Cl的情況下，該時(shí)間間隔被視為期間可能發(fā)生了實(shí)際電弧放電事件的間隔。例如，如果在某個(gè)時(shí)間間隔期間處理器212確定比值A(chǔ)PDF/APC超過(guò)了第一指定閾值Cl，則其可產(chǎn)生輸出“I”或其他任何合適的輸出，如步驟306中所述。否則，處理器212可產(chǎn)生輸出“O”或其他任何合適的輸出，如步驟308所述。如步驟310中所述，處理器212計(jì)算多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生的輸出(I和/或O)的平均值。例如，可在多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)采用低通濾波器、現(xiàn)行和(running sum)或事件計(jì)數(shù)器，或采用其他任何合適的技術(shù)來(lái)執(zhí)行這種平均化。此外，該平均化的時(shí)間常數(shù)的范圍可以從0.1秒到1.0秒，以允許任何可能的電弧故障指示在合理的時(shí)間內(nèi)發(fā)生。如步驟312中所述，處理器212隨后確定各輸出的平均值是否超過(guò)指定閾值輸出值CO。如果各輸出的平均值超過(guò)指定閾值輸出值CO，則假定已經(jīng)發(fā)生了實(shí)際的電弧放電，并且處理器212產(chǎn)生電弧故障指示218，如步驟314所述。否則，方法300a循環(huán)回到步驟302。
[0032]以下參考圖3b和圖2描述了檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的第二示范性方法300b。采用方法300b，系統(tǒng)200能夠更可靠地將實(shí)際電弧放電與諸如并網(wǎng)逆變器負(fù)載之類(lèi)的大噪聲負(fù)載區(qū)分開(kāi)。如步驟316所述，在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)，處理器212計(jì)算三個(gè)變量的值，即，APC，APDF和平均脈沖持續(xù)時(shí)間調(diào)制值(APDM)。例如，處理器212可以通過(guò)在每個(gè)時(shí)間間隔期間取相隔四分之一個(gè)時(shí)間間隔的四個(gè)H)測(cè)量值PD1、PD2、PD3、PD4并按如下方式在每個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)計(jì)算APDM或者通過(guò)其他任何合適的技術(shù)來(lái)計(jì)算APDM，
[0033]APDM= IAPD1+APD2-APD3-APD4| +1APD1-APD2-APD3+APD4|，( I)
[0034]其中“ APD I”是多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的各“ PD I ”測(cè)量值的平均值，“ APD2 ”是多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的各“Η)2”測(cè)量值的平均值，“APD3”是多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的各“TO3”測(cè)量值的平均值，“APD4”是多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的各“TO4”測(cè)量值的平均值。例如，可在多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)采用低通濾波器來(lái)進(jìn)行每個(gè)四分之一間隔測(cè)量值的這種平均化。另外，每個(gè)時(shí)間間隔可以為或接近AC電網(wǎng)周期的一半，諸如60Hz或50Hz的AC電網(wǎng)的l/(2*55Hz)。如步驟318中所述，在每個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)，處理器212確定比值A(chǔ)PDF/APC是否超過(guò)第一指定閾值Cl以及比值A(chǔ)PDF/APDM是否超過(guò)第二指定閾值C2。在確定在某個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)比值A(chǔ)PDF/APC超過(guò)了第一指定閾值Cl并且比值A(chǔ)PDF/APDM超過(guò)了第二指定閾值C2的情況下，該時(shí)間間隔被視為期間可能發(fā)生了實(shí)際電弧放電事件的間隔。例如，如果處理器212確定在時(shí)間間隔期間的比值A(chǔ)PDF/APC超過(guò)了第一指定閾值Cl并且比值A(chǔ)PDF/APDM超過(guò)了第二指定閾值C2，則其可產(chǎn)生輸出“I”或任何其他合適的輸出，如步驟320中所述。否則，處理器212可產(chǎn)生輸出“O”或任何其他合適的輸出，如步驟322中所述。如步驟324中所述，處理器212計(jì)算多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生的輸出(I和/或O)的平均值。如步驟326中所述，處理器212隨后確定各輸出的平均值是否超過(guò)指定閾值輸出值CO。如果各輸出的平均值超過(guò)了指定閾值輸出值CO，則假定已經(jīng)發(fā)生了實(shí)際的電弧放電，并且處理器212產(chǎn)生電弧故障指示218，如步驟328中所述。否則，方法300b循環(huán)回到步驟316。
[0035]以下參考圖3c和圖2描述了檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的第三示范性方法300c。方法300c提供了一種方式來(lái)確保在DC電力系統(tǒng)中存在表不電弧放電對(duì)比負(fù)載噪聲的歸一化平均波動(dòng)的某個(gè)最小水平。如步驟330中所述，在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)，處理器212計(jì)算五個(gè)變量的值，即，APC、APDF、APDM、平均脈沖持續(xù)時(shí)間(APD)和平均脈沖數(shù)波動(dòng)值(APCF)。例如，處理器212可通過(guò)對(duì)最近一個(gè)時(shí)間間隔的PC與先于該最近一個(gè)時(shí)間間隔一個(gè)或兩個(gè)間隔的時(shí)間間隔的PC之間的差取絕對(duì)值或者通過(guò)其他任何合適的技術(shù)來(lái)計(jì)算APCF0如步驟332中所述，在每個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)，處理器212確定比值A(chǔ)PDF/APC是否超過(guò)第一指定閾值Cl，比值A(chǔ)PDF/APDM是否超過(guò)第二指定閾值C2，比值A(chǔ)PCF/APC是否超過(guò)第三指定閾值C3，比值A(chǔ)PDF/APD是否超過(guò)第四指定閾值C4，APC是否超過(guò)第五指定閾值C5，以及APD是否超過(guò)第六指定閾值C6。在確定在某個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)比值A(chǔ)PDF/APC超過(guò)第一指定閾值Cl，比值A(chǔ)PDF/APDM超過(guò)第二指定閾值C2，比值A(chǔ)PCF/APC超過(guò)第三指定閾值C3，比值A(chǔ)PDF/APD超過(guò)第四指定閾值C4，APC超過(guò)第五指定閾值C5，以及APD超過(guò)第六指定閾值C6的情況下，該時(shí)間間隔被視作期間可能發(fā)生了實(shí)際的電弧放電事件的間隔。因此處理器212產(chǎn)生輸出“I”或任何其他合適的輸出，如步驟334中所述。否則，處理器212產(chǎn)生輸出“O”或任何其他合適的輸出，如步驟336中所述。如步驟338中所述，處理器212計(jì)算多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生的輸出(I和/或O)的平均值。如步驟340中所述，處理器212隨后確定各輸出的平均值是否超過(guò)指定閾值輸出值CO。如果各輸出的平均值超過(guò)指定閾值輸出值CO，則假定發(fā)生了實(shí)際的電弧放電，處理器212產(chǎn)生電弧故障指示218，如步驟342中所述。否則，方法300c循環(huán)回到步驟330。
[0036]以下參考下述示例性示例和圖l、2、3a、3b、4a-4d、5a_5c和6a_6c進(jìn)一步描述了所公開(kāi)的檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的系統(tǒng)和方法。在第一示例中，證明串聯(lián)電弧放電可造成DC電力系統(tǒng)中的脈沖持續(xù)時(shí)間波動(dòng)值(PDF)和脈沖持續(xù)時(shí)間調(diào)制值(PDM)兩者。圖4a示出了負(fù)載106啟動(dòng)期間比較器208在線路214上產(chǎn)生的示范性脈沖流400，負(fù)載106可以是逆變器負(fù)載。在該第一示例中，這樣的逆變器負(fù)載可連入AC電網(wǎng)，該AC電網(wǎng)的頻率可等于約60Hz。如圖4a所示，脈沖流400包括一系列脈沖群401、402、403、404，其通常代表逆變器負(fù)載啟動(dòng)期間產(chǎn)生的負(fù)載切換噪聲。每個(gè)脈沖群401、402、403、404在l/(2*60Hz)或約8333μ s的預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。圖4b示出了一系列示范性的脈沖410，其可被包括在脈沖群401、402、403、404中的一個(gè)中。如圖4b所示，各脈沖410的周期和持續(xù)時(shí)間兩者一般是均勻的。
[0037]圖4c示出了在連續(xù)逆變器負(fù)載噪聲存在時(shí)的串聯(lián)電弧放電期間比較器208在線路214上產(chǎn)生的示范性脈沖流420。如圖4c所示，脈沖流420包括一系列脈沖群411、412、413、414，每個(gè)脈沖群在約8333 μ s的預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。如圖4c中進(jìn)一步所示，串聯(lián)電弧放電導(dǎo)致在脈沖群412、413之間引入了額外的脈沖群416。注意，由串聯(lián)電弧放電導(dǎo)致的額外脈沖群416不與由負(fù)載切換噪聲引起的周期性脈沖群411、412、413、414同步。由于串聯(lián)電弧放電在脈沖群412、413之間引入了額外的脈沖群416，因此這種串聯(lián)電弧放電導(dǎo)致在脈沖流420內(nèi)的一定程度上的每時(shí)間間隔的HF。
[0038]圖4d示出了一系列示范性的脈沖430，其可被包含在脈沖群411、412、413、414之一中。通過(guò)比較串聯(lián)電弧放電期間產(chǎn)生的一系列脈沖430和逆變器負(fù)載啟動(dòng)期間產(chǎn)生的一系列脈沖410，可以看出串聯(lián)電弧放電還導(dǎo)致該一系列脈沖430內(nèi)的一定的PDM。注意，各脈沖430的寬度通常比脈沖410的寬度更窄，從而指示逆變器負(fù)載啟動(dòng)期間產(chǎn)生的脈沖410可以比在存在連續(xù)逆變器負(fù)載噪聲時(shí)的串聯(lián)電弧放電期間產(chǎn)生的脈沖430強(qiáng)度更大。盡管如此，可以看出，與更均勻的負(fù)載切換噪聲相比，電弧放電的總體隨機(jī)性可以產(chǎn)生更大的PDF 和 / 或 PDM。
[0039]在第二示例中，證明與連續(xù)逆變器噪聲存在時(shí)的串聯(lián)電弧放電期間相比，在逆變器負(fù)載啟動(dòng)期間，每個(gè)時(shí)間間隔的脈沖數(shù)(PC)和每個(gè)時(shí)間間隔的脈沖持續(xù)時(shí)間(PD)兩者可以更大，因此僅僅對(duì)測(cè)量的每個(gè)時(shí)間間隔的Pc和/或ro進(jìn)行分析可能不足以可靠區(qū)分DC電弧和負(fù)載切換噪聲。圖5a示出了處理器212測(cè)量的編號(hào)為5到15的多個(gè)示范性時(shí)間間隔的脈沖數(shù)。如圖5a所示，逆變器負(fù)載啟動(dòng)期間所測(cè)量出的每個(gè)時(shí)間間隔的PC通常在約20到30次的范圍內(nèi)，而除了時(shí)間間隔11外，串聯(lián)電弧放電期間所測(cè)量出的每個(gè)時(shí)間間隔的PC通常在約10到20次的范圍內(nèi)，在時(shí)間間隔11中串聯(lián)電弧放電期間所測(cè)量出的PC在20次到30次之間。圖5b示出了處理器212測(cè)量的對(duì)于編號(hào)為5到15的示范性時(shí)間間隔的脈沖持續(xù)時(shí)間。如圖5b所示，逆變器負(fù)載啟動(dòng)期間所測(cè)量出的每個(gè)時(shí)間間隔的H)通常在約200到300 μ s的范圍內(nèi)，而除了時(shí)間間隔11外，在串聯(lián)電弧放電期間所測(cè)量出的每個(gè)時(shí)間間隔的ro通常在約ο到ιοομ s的范圍內(nèi)，在時(shí)間間隔Ii中串聯(lián)電弧放電期間測(cè)量得到的PD在100 μ S到200 μ S之間。
[0040]圖5c示出了處理器212計(jì)算得到的對(duì)于編號(hào)為5到15的示范性時(shí)間間隔的脈沖持續(xù)時(shí)間波動(dòng)值(PDF)。如本文中關(guān)于第一示范性方法300a所描述的，處理器212可在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)通過(guò)對(duì)最近一個(gè)時(shí)間間隔的F1D與先于最近一個(gè)時(shí)間間隔一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)時(shí)間間隔的時(shí)間間隔的ro之間的差取絕對(duì)值來(lái)計(jì)算HF。如圖5c所示，除時(shí)間間隔5、7、11和15之外，逆變器負(fù)載啟動(dòng)期間計(jì)算得到的PDF通常在O到10 μ s的范圍內(nèi)，在時(shí)間間隔5、7、11和15中計(jì)算得到的PDF分別為剛好超過(guò)20μ S、約30 μ S、剛好超過(guò)約10 μ S、以及在10μ S到20 μ S之間。如圖5c中進(jìn)一步所示，除時(shí)間間隔11、13、14和15外，串聯(lián)電弧放電期間計(jì)算得到的PDF也通常在O到1 μ s的范圍內(nèi)，在時(shí)間間隔11、13、14和15中計(jì)算得到的PDF分別為剛好超過(guò)約40 μ S、在40 μ s到50 μ S之間、在10 μ S到20 μ S之間、以及約20 μ S。由此，基于圖5c所示的計(jì)算得到的TOF，僅僅對(duì)計(jì)算得到的每個(gè)時(shí)間間隔的PDF進(jìn)行分析可能也不足以可靠區(qū)分DC電弧和負(fù)載切換噪聲。
[0041]在第三示例中，證明在每個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)至少對(duì)比值roF/PC進(jìn)行分析將足以可靠區(qū)分DC電弧和負(fù)載切換噪聲。圖6a示出了由處理器212確定得到的在編號(hào)為5到15的每個(gè)示范性時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)的比值TOF/PC。如圖6a所示，在串聯(lián)電弧放電期間確定得到的比值roF/PC通常明顯大于在逆變器負(fù)載啟動(dòng)期間確定得到的對(duì)應(yīng)比值roF/PC (例如參見(jiàn)對(duì)于時(shí)間間隔6和8到15的各比值roF/PC)。注意，如果在各編號(hào)的時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)確定比值A(chǔ)PDF/APC (如本文中關(guān)于第一示范性方法300a的步驟304所描述的)，則在串聯(lián)電弧放電期間確定得到的這種比值A(chǔ)PDF/APC也將明顯大于在逆變器負(fù)載啟動(dòng)期間確定得到的對(duì)應(yīng)比值A(chǔ)PDF/APC。此外，如果處理器212首先在各編號(hào)的時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)計(jì)算APDF和APC,隨后確定各編號(hào)的時(shí)間間隔的比值A(chǔ)PDF/APC，則在串聯(lián)電弧放電期間確定得到的這種比值A(chǔ)PDF/APC將同樣明顯大于在逆變器負(fù)載啟動(dòng)期間確定得到的對(duì)應(yīng)比值A(chǔ)PDF/APC。由此，基于圖6a所示的比值PDF/PC，可以推斷出在每個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)至少分析比值H)F/PC將足以更加可靠地區(qū)分DC電弧和負(fù)載切換噪聲。
[0042]在該第三示例中，還證明，在每個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)至少分析比值PDF/PDM也將足以可靠區(qū)分DC電弧和大噪聲負(fù)載(如并網(wǎng)逆變器負(fù)載)。圖6b示出了處理器212測(cè)量得到的對(duì)于編號(hào)為5到15的示范性時(shí)間間隔的每四分之一時(shí)間間隔的H)。如圖6b所示，每個(gè)時(shí)間間隔的大部分H)發(fā)生在各時(shí)間間隔的一部分內(nèi)。例如對(duì)于每個(gè)編號(hào)的時(shí)間間隔，從大約250 μ s到300 μ s的范圍內(nèi)的大部分H)發(fā)生在接近相應(yīng)間隔的開(kāi)始的一部分時(shí)間間隔內(nèi)。基于圖6b示出的所測(cè)量出的每四分之一時(shí)間間隔的H)，可以推斷出，在該第三示例中，可以以約兩倍于電網(wǎng)頻率(如，2X60Hz或120Hz)存在顯著脈沖持續(xù)時(shí)間調(diào)制值(PDM)。
[0043]圖6c示出了處理器212確定得到的對(duì)于編號(hào)為5到15的示范性時(shí)間間隔的比值PDF/PDM。如同APDM的計(jì)算，如本文中關(guān)于第二示范性方法300b所描述的，可通過(guò)在每個(gè)編號(hào)的時(shí)間間隔期間取相隔四分之一時(shí)間間隔的四個(gè)ro測(cè)量值ro 1、PD2、PD3、PD4并在每個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)按如下方式計(jì)算PDM或通過(guò)其他任何合適的技術(shù)來(lái)計(jì)算PDM，
[0044]PDM= IPD1+PD2-PD3-PD4| +1PD1-PD2-PD3+PD4 , (2)
[0045]如圖6c所示，在串聯(lián)電弧放電期間確定得到的比值TOF/PDM通常顯著大于在逆變器負(fù)載啟動(dòng)期間確定得到的對(duì)應(yīng)比值TOF/PDM(例如參見(jiàn)對(duì)于時(shí)間間隔6和8到15的各比值TOF/PDM)。注意，如果在每個(gè)編號(hào)的時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)確定比值A(chǔ)PDF/APDM(如本文中關(guān)于第二示范性方法300b的步驟318所描述的)，則在串聯(lián)電弧放電期間確定得到的這種比值A(chǔ)PDF/APDM將同樣明顯大于在逆變器負(fù)載啟動(dòng)期間確定得到的對(duì)應(yīng)比值A(chǔ)PDF/APDM。此外，如果處理器212首先在每個(gè)編號(hào)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)計(jì)算APDF和APDM，然后確定對(duì)于每個(gè)編號(hào)的時(shí)間間隔的比值A(chǔ)PDF/APDM，則在串聯(lián)電弧放電期間確定得到的這種比值A(chǔ)PDF/APDM也將明顯大于在逆變器負(fù)載啟動(dòng)期間確定得到的對(duì)應(yīng)比值A(chǔ)PDF/APDM。由此，基于圖6c所示的比值PDF/PDM，可以推斷出在每個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)至少對(duì)比值PDF/PDM進(jìn)行分析將足以更加可靠地將DC電弧和負(fù)載切換噪聲區(qū)分開(kāi)。
[0046]上文已對(duì)所公開(kāi)的檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的系統(tǒng)和方法的示范性實(shí)施例進(jìn)行了描述，也可給出其它可替代的實(shí)施例或變型。舉例而言，如參見(jiàn)第三示范性方法300c，本文描述了處理器212可在多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)確定比值A(chǔ)PDF/APC是否超過(guò)第一指定閾值Cl，比值A(chǔ)PDF/APDM是否超過(guò)第二指定閾值C2，比值A(chǔ)PCF/APC是否超過(guò)第三指定閾值C3，比值A(chǔ)PDF/APD是否超過(guò)第四指定閾值C4，APC是否超過(guò)第五指定閾值C5，和/或APD是否超過(guò)第六指定閾值C6。在一些實(shí)施例中，對(duì)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的檢測(cè)也可以是基于在各時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)確定比值TOF/PC是否超過(guò)第一指定閾值CI，比值TOF/PDM是否超過(guò)第二指定閾值C2，比值PCF/PC是否超過(guò)第三指定閾值C3，比值roF/ro是否超過(guò)第四指定閾值C4，PC是否超過(guò)第五指定閾值C5，和/或ro是否超過(guò)第六指定閾值C6。
[0047]本文還描述到電流傳感器202可以被實(shí)現(xiàn)為用于監(jiān)視DC電力系統(tǒng)的電流輸出的電流互感器。在一些實(shí)施例中，電流傳感器202可采用DC電流傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其也可和合適的電路一起用作AC檢測(cè)電流互感器。注意，DC電流傳感器所提供的DC電流數(shù)據(jù)能增強(qiáng)高頻AC電流信息以改進(jìn)相對(duì)于電力系統(tǒng)噪聲的電弧故障檢測(cè)。另外，在一些實(shí)施例中，可監(jiān)視DC電力系統(tǒng)的電壓輸出而不是電流輸出來(lái)檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電。這種實(shí)施例可采用電力系統(tǒng)電壓數(shù)據(jù)以及電力系統(tǒng)電流數(shù)據(jù)來(lái)更好地區(qū)分串聯(lián)電弧放電和并聯(lián)電弧放電。此外,在一些實(shí)施例中，電流傳感器202可用可跨DC電力線連接的AC電壓傳感器來(lái)替代。這種AC電壓傳感器可以被實(shí)現(xiàn)為電容器耦合的電流互感器以用于在DC電力系統(tǒng)和一個(gè)或更多個(gè)AFD之間提供電氣隔離。
[0048]本文還描述到PV系統(tǒng)100可包括DC斷路開(kāi)關(guān)112，該DC斷路開(kāi)關(guān)112可以被用來(lái)一旦檢測(cè)到這種電弧放電就熄滅電弧放電。在一些實(shí)施例中，為了熄滅這種電弧放電,PV系統(tǒng)可包括位于一個(gè)或更多個(gè)PV模塊中以用于斷開(kāi)一個(gè)或更多個(gè)PV面板的固態(tài)開(kāi)關(guān)，位于匯流箱中以用于將一個(gè)或更多個(gè)PV串從負(fù)載斷開(kāi)的一個(gè)或更多個(gè)接觸器或斷路器，和/或用于開(kāi)路/短路負(fù)載的一個(gè)或更多個(gè)機(jī)構(gòu)。
[0049]本文還描述到PV系統(tǒng)100可包括匯流箱104。在一些實(shí)施例中，這種PV系統(tǒng)也可在沒(méi)有匯流箱的情況下被實(shí)現(xiàn)，從而允許一個(gè)或更多個(gè)PV串直接連接至負(fù)載。
[0050]此外，注意檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的示范性方法300a、300b、300c中采用的比值通常不需要使用復(fù)雜的除法運(yùn)算，而是可以通過(guò)例如在給指定閾值乘以各比值的分母后進(jìn)行條件測(cè)試來(lái)執(zhí)行。還注意，通過(guò)組合這些比值中的兩個(gè)或更多個(gè)可以定義更復(fù)雜的測(cè)試。例如，APDF/APC和APDF/APDM這兩個(gè)比值可以組合形成一個(gè)比值A(chǔ)PDF2/APC/APDM。類(lèi)似的，H)F/PC和TOF/PDM這兩個(gè)比值可以組合形成一個(gè)比值roF2/PC/PDM。還可采用這些比值的其他合適的組合來(lái)更好地區(qū)分DC電弧和負(fù)載切換噪聲。
[0051]還注意，本文所述的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例可包括用于調(diào)節(jié)DC到DC變換從而使得每個(gè)PV模塊或PV串運(yùn)行在其最大功率點(diǎn)的例如優(yōu)化器之類(lèi)的PV負(fù)載，用于調(diào)節(jié)DC到AC變化從而使得每個(gè)PV模塊運(yùn)行在其最大功率點(diǎn)的微逆變器，以及連接至一個(gè)或更多個(gè)PV串的DC到AC逆變器。本文所述的實(shí)施例還可與附接到每個(gè)PV模塊的電弧故障檢測(cè)器(AFD)組合，并可結(jié)合接地故障檢測(cè)器使用。
[0052]另外，在此描述了用于檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的系統(tǒng)200 (參見(jiàn)圖2)可以包括電流傳感器202、整流器204、濾波器206、比較器208、脈沖積分器210和處理器212，并且電流傳感器202可以被實(shí)施為用于監(jiān)視DC電力系統(tǒng)的電流輸出的電流互感器。在一些實(shí)施例中，用于檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的系統(tǒng)可以包括多個(gè)這種電流傳感器來(lái)提供對(duì)DC電力系統(tǒng)中的串聯(lián)電弧的改善的檢測(cè)。
[0053]圖7描繪了用于檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的直通線纜或者任意其它合適的布線路線上的電弧放電的示例性系統(tǒng)700。如圖7所示，系統(tǒng)700包括多個(gè)電流傳感器702.1-702.4、整流器704、濾波器706、比較器708、脈沖積分器710和處理器712。例如，多個(gè)電流傳感器702.1-702.4可以均被實(shí)施為用于監(jiān)視DC電力系統(tǒng)的電流輸出的電流互感器。系統(tǒng)700的操作除了以下之外和系統(tǒng)200 (參見(jiàn)圖2)的操作一樣，S卩，系統(tǒng)700使用四個(gè)電流傳感器702.1-702.4來(lái)進(jìn)行操作。注意圖7出于例證的目的描繪了包括四個(gè)電流傳感器702.1-702.4的系統(tǒng)700，而系統(tǒng)700可以替代地包括任意其它合適數(shù)量的這種電流傳感器。
[0054]將參考以下示意性示例和圖7進(jìn)一步理解系統(tǒng)700。在這個(gè)示例中，四個(gè)電流傳感器702.1-702.4被并聯(lián)連接，以便分別監(jiān)視直通線纜上的四個(gè)PV串，該直通線纜可以包括總共十二個(gè)這種PV串或者任意其它合適數(shù)量的這種PV串。此外，在這個(gè)示例中，假設(shè)串聯(lián)電弧放電發(fā)生在具有約3安培(AC)的電流波動(dòng)的直通線纜上。假設(shè)相同的阻抗，因此直通線纜上的十二個(gè)PV串中的每一個(gè)接收約3/12或0.25安培(AC)的電弧電流。關(guān)于由各個(gè)電流傳感器702.1-702.4監(jiān)視的四個(gè)PV串，電流傳感器702.1監(jiān)視的第一 PV串接收約
0.25安培(AC)的電弧電流I1,電流傳感器702.2監(jiān)視的第二 PV串接收約0.25安培(AC)的電弧電流12，電流傳感器702.3監(jiān)視的第三PV串接收約0.25安培(AC)的電弧電流13，并且電流傳感器702.4監(jiān)視的第四PV串接收約0.25安培(AC)的電弧電流14。然而，由于四個(gè)電流傳感器702.1-702.4并聯(lián)連接，因此提供給全波整流器704的組合的電弧電流為約4*0.25或I安培(AC)。
[0055]通過(guò)采用并聯(lián)連接的四個(gè)電流傳感器702.1-702.4來(lái)將增大水平的電弧電流提供給系統(tǒng)700 (參見(jiàn)圖7)內(nèi)的全波整流器704，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直通線纜或者任意其它合適的布線路線上的串聯(lián)電弧的改善的檢測(cè)。注意，雖然圖7描繪了并聯(lián)連接的四個(gè)電流傳感器702.1-702.4，但是任意合適數(shù)量的這種電流傳感器可以被并聯(lián)、串聯(lián)或者以并聯(lián)/串聯(lián)互連的任意其它合適組合方式連接。還請(qǐng)注意，上面出于例證的目的討論了具有約3安培(AC)的電流波動(dòng)的這種串聯(lián)電弧放電，并且系統(tǒng)700可以被用于檢測(cè)任意其它合適水平的串聯(lián)電弧放電。
[0056]顯然，本文所述的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例可以以多種不同形式的軟件和/或硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，本文所述的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例可包括一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算設(shè)備、硬件處理器和/或類(lèi)似設(shè)備的適當(dāng)配置以執(zhí)行和/或支持本文所述的任一或全部系統(tǒng)和/或方法。此夕卜，可對(duì)一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算設(shè)備、處理器、數(shù)字信號(hào)處理器等進(jìn)行編程和/或配置以實(shí)施本文所述的系統(tǒng)和方法。
[0057]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離本文所公開(kāi)的發(fā)明概念的情況下，還可對(duì)上述的檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的系統(tǒng)和方法進(jìn)行進(jìn)一步更改和變化。因此除了由所附權(quán)利要求的范圍和精神所限制的之外，本發(fā)明不應(yīng)被看作是受限的。
【權(quán)利要求】
1.一種檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的方法，包括如下步驟: 通過(guò)多個(gè)電流傳感器分別監(jiān)視多個(gè)電流輸出； 將所述多個(gè)電流輸出組合以將組合電流輸出提供給比較器； 響應(yīng)于該組合電流輸出隨時(shí)間的至少一個(gè)變化(di/dt)，通過(guò)所述比較器產(chǎn)生一個(gè)或更多個(gè)脈沖； 通過(guò)處理器對(duì)各個(gè)脈沖進(jìn)行處理以確定DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的存在；以及 通過(guò)處理器產(chǎn)生表不在該DC電力系統(tǒng)中存在電弧放電的輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中各個(gè)脈沖具有相關(guān)的持續(xù)時(shí)間，并且其中所述方法還包括: 通過(guò)處理器對(duì)至少一個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔中的脈沖數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)以提供該預(yù)定時(shí)間間隔的脈沖數(shù)； 通過(guò)該處理器測(cè)量該預(yù)定時(shí)間間隔中各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值； 通過(guò)該處理器計(jì)算各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值與脈沖數(shù)之間的第一比值； 通過(guò)該處理器至少部分地基于該第一比值來(lái)確定該DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的存在；以及 通過(guò)該處理器產(chǎn)生表不在該DC電力系統(tǒng)中存在電弧放電的輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中確定電弧放電的存在的步驟包括確定該第一比值超過(guò)第一指定閾值。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中對(duì)脈沖數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)的步驟包括對(duì)多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔中的每個(gè)時(shí)間間隔中的脈沖數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)以提供各預(yù)定時(shí)間間隔的脈沖數(shù)，以及其中測(cè)量各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值的步驟包括測(cè)量各預(yù)定時(shí)間間隔中的各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中計(jì)算第一比值的步驟包括在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔后計(jì)算脈沖數(shù)的平均值，在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔后計(jì)算各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值的平均值，以及基于各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值的平均值和脈沖數(shù)的平均值計(jì)算第一比值。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括: 通過(guò)該處理器測(cè)量該預(yù)定時(shí)間間隔中的各脈沖的持續(xù)時(shí)間的調(diào)制值。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括: 通過(guò)該處理器計(jì)算各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值與各脈沖的持續(xù)時(shí)間的調(diào)制值之間的第二比值。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中確定電弧放電的存在的步驟包括至少部分地基于該第一比值和該第二比值來(lái)確定在該DC電力系統(tǒng)中存在電弧放電。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中確定電弧放電的存在的步驟包括確定該第一比值超過(guò)第一指定閾值，以及確定該第二比值超過(guò)第二指定閾值。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中測(cè)量各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值的步驟包括對(duì)于多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔測(cè)量各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值，以及其中測(cè)量各脈沖的持續(xù)時(shí)間的調(diào)制值的步驟包括對(duì)于該多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔測(cè)量各脈沖的持續(xù)時(shí)間的調(diào)制值。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中計(jì)算第二比值的步驟包括在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔后計(jì)算各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值的平均值，在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔后計(jì)算各脈沖的持續(xù)時(shí)間的調(diào)制值的平均值，以及基于各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值的平均值和各脈沖的持續(xù)時(shí)間的調(diào)制值的平均值計(jì)算第二比值。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括: 通過(guò)該處理器測(cè)量該預(yù)定時(shí)間間隔的脈沖數(shù)的波動(dòng)值。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括: 通過(guò)該處理器計(jì)算脈沖數(shù)的波動(dòng)值與脈沖數(shù)之間的第三比值和各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值與各脈沖的持續(xù)時(shí)間之間的第四比值中的一個(gè)或更多個(gè)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中確定電弧放電的存在的步驟包括至少部分地基于第二比值、第三比值和第四比值中的一個(gè)或更多個(gè)、以及第一比值來(lái)確定該DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的存在。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中確定電弧放電的存在的步驟包括確定第一比值超過(guò)第一指定閾值，確定第二比值超過(guò)第二指定閾值，確定第三比值超過(guò)第三指定閾值，以及確定第四比值超過(guò)第四指定閾值。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中確定電弧放電的存在的步驟還包括確定脈沖數(shù)超過(guò)第五指定閾值，以及確定各脈沖的持續(xù)時(shí)間超過(guò)第六指定閾值。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中測(cè)量脈沖數(shù)的波動(dòng)值的步驟包括對(duì)于多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔測(cè)量脈沖數(shù)的波動(dòng)值，以及其中測(cè)量各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值的步驟包括對(duì)于該多個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔測(cè)量各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中計(jì)算第三比值的步驟包括在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔后計(jì)算脈沖數(shù)的波動(dòng)值的平均值，在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔后計(jì)算脈沖數(shù)的平均值，以及基于脈沖數(shù)的波動(dòng)值的平均值和脈沖數(shù)的平均值計(jì)算第三比值。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中計(jì)算第四比值的步驟包括在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔后計(jì)算各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值的平均值，在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔后計(jì)算各脈沖的持續(xù)時(shí)間的平均值，以及基于各脈沖的持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)值的平均值和各脈沖的持續(xù)時(shí)間的平均值計(jì)算第四比值。
20.一種用于檢測(cè)DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的系統(tǒng)，包括: 多個(gè)電流傳感器，操作為分別監(jiān)視多個(gè)電流輸出，所述多個(gè)電流傳感器被配置為并且被布置為提供組合電流輸出； 比較器，操作為響應(yīng)于該組合電流輸出隨時(shí)間的至少一個(gè)變化(di/dt)產(chǎn)生一個(gè)或更多個(gè)脈沖；以及 處理器，操作為處理各脈沖以確定該DC電力系統(tǒng)中的電弧放電的存在，以及產(chǎn)生表示在該DC電力系統(tǒng)中存在電弧放電的輸出。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK104049183SQ201410095279
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】L·馬丁, 康建宏, C·V·佩隆, K·W·卡瓦特 申請(qǐng)人:森薩塔科技麻省公司