專利名稱：直流電弧故障電路中斷器、直流電弧故障檢測器、用于直流電弧故障電路中斷器的噪音消 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及電弧故障檢測，尤其涉及直流電弧故障電路中斷器。本發(fā)明還涉及直流電弧故障檢測器、用于檢測直流電弧故障電路中斷器的噪音消除電路以及檢測電弧故障的方法。
背景技術(shù)：
據(jù)信，在光電(PV)(例如光電、太陽能發(fā)電)系統(tǒng)中沒有這樣的已知機(jī)構(gòu)其用于檢測電弧故障，并在可能導(dǎo)致火災(zāi)的電路內(nèi)(串聯(lián))故障或短路故障(例如但不限于，并聯(lián)(parallel)電弧)的情況下使串(string)或串陣列(string array)停止產(chǎn)生能量。例如，在串的負(fù)載端的熔斷器并不防止該故障。例如，電弧消耗未傳輸?shù)侥孀兤骰蜇?fù)載的能量。 在ー個(gè)供給導(dǎo)體(例如導(dǎo)線，典型地為正導(dǎo)線)中，已知實(shí)踐將保護(hù)裝置(即熔斷器)置于串的負(fù)載端，以便在反向饋給條件(back feed conditions)以及反向饋給短路期間當(dāng)反向饋給電流超過熔斷器額定值的150%時(shí)斷開。取決于制造商,正或負(fù)饋給線包含保護(hù)裝置(即熔斷器)。取決于本地建筑物導(dǎo)則，系統(tǒng)可具有接地導(dǎo)體，或者可不接地。ー些已知的匯流箱在饋給端而不是在遠(yuǎn)端對于不接地系統(tǒng)在兩個(gè)導(dǎo)體上均包含熔斷器。據(jù)信，在PV發(fā)電模塊中、在串的遠(yuǎn)端或在返回導(dǎo)體(return conductor)中不使用保護(hù)裝置。據(jù)信，在PV發(fā)電模塊與返回導(dǎo)體之間的全部連接饋給導(dǎo)體未受到對于多種電弧事件或短路的保護(hù)。圖I示出了具有位于每個(gè)串的正導(dǎo)體12中的保護(hù)裝置10的串聯(lián)直流(DC)發(fā)電模塊8 (例如PV發(fā)電模塊)的幾個(gè)并聯(lián)串2、4、6。該保護(hù)裝置10為熔斷器，并且僅對于在對應(yīng)的串2、4、6短路并由其它PV串——其在匯流箱16中在主DC母線14上總接在一起——反向饋給時(shí)的反向過電流進(jìn)行保護(hù)。已經(jīng)知道，使用熔斷器用于過電流保護(hù)并使用ニ極管來阻塞反向電流。據(jù)信，已知的DC發(fā)電模塊的串和陣列不提供串聯(lián)或并聯(lián)電弧故障保護(hù)。據(jù)信，熔斷器在PV電カ系統(tǒng)中基本沒有用處，因?yàn)檫@樣的熔斷器的大小被設(shè)置為滿負(fù)載電流的125%，并且典型地必須在滿負(fù)載電流的150%處斷開，而PV陣列的最大短路電流不超過滿負(fù)載電流的100%。在PV電カ系統(tǒng)中，熔斷器保護(hù)例如導(dǎo)線的導(dǎo)體免于過電流的損壞。過電流只會由反向饋給條件導(dǎo)致。對于硅PV模塊的正向饋給電流典型地被PV模塊的結(jié)構(gòu)限制為大約7. 5A，即使在短路吋，PV模塊不能產(chǎn)生大于大約7. 5A的電流。因此，串熔斷器對于提供相對于在串熔斷器上發(fā)生的母線故障或正向饋給故障的保護(hù)是沒有用處的。據(jù)信，熔斷器也不能提供對于電弧故障的保護(hù)。熔斷器典型地用在每個(gè)串上，所述串是串聯(lián)連接的數(shù)個(gè)PV模塊，用以獲得例如600VDC的電位。串在一般稱為匯流箱的中央接線盒中端接。
模塊DC/DC轉(zhuǎn)換器能關(guān)閉到暴露的連接器的電力，但是，據(jù)信，其缺乏對故障的檢測機(jī)構(gòu)。在其他方面，在PV模塊中沒有保護(hù)或控制，因此，除了通過覆蓋PV模塊而阻擋光并防止對PV模塊的硅ニ極管的照射(一種在現(xiàn)場不實(shí)用的策略)以外，沒有其它關(guān)閉由PV模塊產(chǎn)生的電位的方法。DC/DC轉(zhuǎn)換器能幫助防止反向饋給故障，因?yàn)槠浔３钟纱峁┑碾妷号cDC母線要求的電壓之間的電壓一致性以達(dá)到最大功率點(diǎn)(MPP)。然而，不存在對于正與負(fù)饋給線或地之間的許多短路或串聯(lián)電弧故障的保護(hù)。直流電弧故障電路中斷器存在改進(jìn)的空間。直流電弧故障檢測器也存在改進(jìn)的空間。檢測電弧故障的方法也存在改進(jìn)的空間
發(fā)明內(nèi)容
通過本發(fā)明的實(shí)施例滿足了這些及其它需求，這些實(shí)施例檢測直流(DC)電路中的電弧。根據(jù)本發(fā)明一方面，直流電弧故障電路中斷器包括可分離觸點(diǎn)；操作機(jī)構(gòu)，其被配置為斷開以及閉合所述可分離觸點(diǎn)；-_(trip)電路，其與所述操作機(jī)構(gòu)協(xié)作以跳閘斷開可分離觸點(diǎn)，所述跳閘電路包括數(shù)個(gè)交流傳感器，其被配置為感測流過所述可分離觸點(diǎn)的電流；數(shù)個(gè)濾波器電路，其與所述數(shù)個(gè)交流傳感器協(xié)作以輸出數(shù)個(gè)交流信號；數(shù)個(gè)峰值檢測器，其與所述數(shù)個(gè)濾波器電路協(xié)作以輸出數(shù)個(gè)峰值電流信號；以及處理器，其至少與所述數(shù)個(gè)峰值檢測器和操作機(jī)構(gòu)協(xié)作，所述處理器被配置為(a)輸入所述數(shù)個(gè)峰值電流信號，作為多個(gè)峰值電流信號，或者(b)輸入所述數(shù)個(gè)峰值電流信號并確定所述多個(gè)峰值電流信號，所述處理器還被配置為判斷所述多個(gè)峰值電流信號是否超過對應(yīng)的預(yù)定閾值達(dá)預(yù)定時(shí)間，并作出響應(yīng)地使得所述操作機(jī)構(gòu)跳閘斷開可分離觸點(diǎn)。跳閘電路還可以包括直流傳感器，其被配置為感測流過可分離觸點(diǎn)的電流；并且處理器還可以被配置為檢測使用直流傳感器感測的電流中的水平移動(level shift)。作為本發(fā)明另一方面，將噪音消除電路用于包括可分離觸點(diǎn)和數(shù)個(gè)交流信道的直流電弧故障電路中斷器，所述數(shù)個(gè)交流信道與對于可分離觸點(diǎn)的多個(gè)交流信號可操作地關(guān)聯(lián)。噪音消除電路包括直流傳感器，其被配置為與直流電弧故障電路中斷器的可分離觸點(diǎn)串聯(lián)；處理器，其與直流傳感器協(xié)作，所述處理器被配置為輸入來自直流傳感器的感測的直流信號，并且，如果感測的直流信號的改變速率大于第一預(yù)定閾值則禁用所述數(shù)個(gè)交流信道，或者，如果所述改變速率小于不同的第二預(yù)定閾值(其小于所述第一預(yù)定閾值)，則啟用所述數(shù)個(gè)交流信道。作為本發(fā)明的另一方面，檢測直流串的電弧故障的方法包括感測流過直流串的交流電流；通過數(shù)個(gè)濾波器電路對感測的交流電流進(jìn)行濾波，并輸出數(shù)個(gè)交流信號；從所述數(shù)個(gè)交流信號確定多個(gè)峰值電流信號；判斷所述多個(gè)峰值電流信號是否超過對應(yīng)的預(yù)定閾值達(dá)預(yù)定時(shí)間，并作出響應(yīng)地跳閘斷開直流串。作為本發(fā)明的另一方面，ー種方法檢測陣列的電弧故障，所述陣列包括多個(gè)直流串，所述串并聯(lián)電連接以形成陣列。所述方法包括感測流過陣列的交流電流；通過數(shù)個(gè)濾波器電路對感測的交流電流進(jìn)行濾波，并輸出數(shù)個(gè)交流信號；從所述數(shù)個(gè)交流信號確定多個(gè)峰值電流信號；以及，判斷所述多個(gè)峰值電流信號是否超過對應(yīng)的預(yù)定閾值達(dá)預(yù)定時(shí)間，并作出響應(yīng)地跳閘斷開陣列。作為本發(fā)明的另一方面，直流電弧故障檢測器包括數(shù)個(gè)交流傳感器，其被配置為感測流過導(dǎo)體的電流；數(shù)個(gè)濾波器電路，其與所述數(shù)個(gè)交流傳感器協(xié)作以輸出數(shù)個(gè)交流信號；數(shù)個(gè)峰值檢測器，其與所述數(shù)個(gè)濾波器電路協(xié)作以輸出數(shù)個(gè)峰值電流信號；輸出；以及，處理器，其至少與所述數(shù)個(gè)峰值檢測器和輸出協(xié)作，所述處理器被配置為(a)輸入所述數(shù)個(gè)峰值電流信號，作為多個(gè)峰值電流信號，或者(b)輸入所述數(shù)個(gè)峰值電流信號，并確定所述多個(gè)峰值電流信號，所述處理器還被配置為判斷所述多個(gè)峰值電流信號是否超過對應(yīng)的預(yù)定閾值達(dá)預(yù)定時(shí)間，并作出響應(yīng)地對所述輸出進(jìn)行致動。作為本發(fā)明的另一方面，ー種直流電弧故障電路中斷器包括可分離觸點(diǎn)；操作機(jī)構(gòu)，其被配置為斷開以及閉合所述可分離觸點(diǎn)；跳閘電路，其與所述操作機(jī)構(gòu)協(xié)作以跳閘斷開可分離觸點(diǎn)，所述跳閘電路包括交流傳感器，其被配置為感測流過所述可分離觸點(diǎn)的電流；寬帶濾波器電路，其與交流傳感器協(xié)作以輸出交流信號；峰值檢測器，其與寬帶濾波器電路協(xié)作以輸出峰值電流信號；以及，處理器，其至少與峰值檢測器和操作機(jī)構(gòu)協(xié)作，所 述處理器被配置為輸入并對峰值電流信號進(jìn)行積分，確定積分得到的峰值電流信號是否超過對應(yīng)的預(yù)定閾值達(dá)預(yù)定時(shí)間，并作出響應(yīng)地使得所述操作機(jī)構(gòu)跳閘斷開可分離觸點(diǎn)。


參考附圖，通過下面對優(yōu)選實(shí)施例的介紹可以充分理解本發(fā)明，其中圖I為直流(DC)發(fā)電模塊的多個(gè)串的示意形式的框圖，其具有位于正導(dǎo)體中的用于每個(gè)串的單個(gè)保護(hù)裝置；圖2為光電(PV)電カ系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多個(gè)DC電弧故障電路中斷器；圖3為DC電弧故障的電弧電壓與電弧電流的繪圖；圖4為頻率繪圖，其示出了電弧條件和非電弧條件的快速傅立葉變換(FFT)，顯示出對于這兩種條件的頻率的信號強(qiáng)度上的顯著差異；圖5為根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施例的DC電弧故障電路中斷器的示意形式的框圖；圖6A和6B為提供分別用于圖5的處理器的DC電弧故障檢測、控制和保護(hù)以及噪音消除的程序的流程圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的DC電弧故障電路中斷器的示意形式的框圖，所述電路中斷器包括使用三個(gè)預(yù)定的較窄頻帶的三個(gè)電流互感器(CT)，以避免已知的噪音源；圖8為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的DC電弧故障電路中斷器的示意形式的框圖，所述電路中斷器包括具有三個(gè)繞組的單個(gè)CT ；圖9為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的DC電弧故障電路中斷器的示意形式的框圖，所述電路中斷器包括具有三個(gè)有源帶通濾波器的分流變壓器(shunt transformer)電流傳感器；圖10為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的DC電弧故障電路中斷器的示意形式的框圖，所述電路中斷器包括寬帶電路；圖11為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的DC電弧故障電路中斷器的示意形式的框圖，所述電路中斷器包括頻率掃描電路；圖12為在電弧之前、期間和之后的跳閘信號、直流信號以及處于不同頻率的三個(gè)交流信號；以及圖13為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的DC電弧故障電路中斷器的示意形式的框圖，所述電路中斷器包括數(shù)字信號處理器。
具體實(shí)施例方式在本文中，術(shù)語“數(shù)個(gè)”應(yīng)表示ー個(gè)或大于I的整數(shù)個(gè)(即復(fù)數(shù)個(gè))。在本文中，術(shù)語“處理器”表示預(yù)先編程的、可編程的或?qū)Ｓ玫倪壿嬆M(例如但不限于，數(shù)個(gè)放大器、濾波器、電容器和/或模擬定時(shí)元件)和/或可以存儲、檢索和處理數(shù)據(jù)的數(shù)字裝置；計(jì)算機(jī)；エ作站；個(gè)人計(jì)算機(jī)；微處理器；微控制器；微計(jì)算機(jī)；中央處理單 元；大型計(jì)算機(jī)；微型計(jì)算機(jī)；服務(wù)器；網(wǎng)絡(luò)化處理器；或任何合適的處理裝置或設(shè)備。在本文中，術(shù)語“短路”表示到相反極性或到地的金屬性短路(bolted)故障或電弧故障。在本文中，術(shù)語“金屬性故障”表示到相反極性或到地的固體的或直接的或適當(dāng)?shù)妥杩沟碾娺B接，典型地導(dǎo)致電流的増大。在本文中，術(shù)語“到相反極性的電弧故障”表示通過導(dǎo)電等離子體到相反極性的電連接。例如但不限于，這樣的電弧故障可以包括(I)金屬蒸汽電弧(或火花)；(2)等離子體電弧，其要求較熱的離子化導(dǎo)電路徑；以及(3)表面上的電弧，該表面由于電解質(zhì)污染或碳痕而受到其絕緣性能劣化的影響。在本文中，術(shù)語“電路內(nèi)電弧故障”或“電路內(nèi)電弧”表示位于發(fā)電模塊的內(nèi)部、在復(fù)數(shù)個(gè)發(fā)電模塊之間或在行進(jìn)至匯流箱或任何其它電接點(diǎn)、終端或連接或者來自其的電路中在串聯(lián)電連接中的持續(xù)電弧破裂(break)(例如等尚子體)。這至，串聯(lián)意味著存在另一個(gè)電路元件(例如但不限于，逆變器)，其阻止電弧從電カ線直接電氣連接到返回線。在本文中，術(shù)語“開路”表示在串的串聯(lián)電路電連接中在沒有電弧的情況下的破
寧在本文中，術(shù)語“電弧故障電路中斷器”、“AFCI”和“電弧故障保護(hù)器”表示電弧故障檢測器和響應(yīng)于該電弧故障檢測器的數(shù)個(gè)可分離觸點(diǎn)。在本文中，術(shù)語“串”表示多個(gè)發(fā)電模塊的串聯(lián)電路連接。在本文中，術(shù)語“串保護(hù)器”表示用于串和/或串的發(fā)電模塊的保護(hù)裝置。串保護(hù)器包括數(shù)個(gè)AFCI、過電流和/或反向電流保護(hù)功能。在本文中，術(shù)語“匯流箱”表示盒、外殼或其它合適的結(jié)構(gòu)，其中，多個(gè)串的一端得到熔斷器連接和/或保護(hù)。匯流箱對來自幾個(gè)串的DC電流進(jìn)行并聯(lián)電氣合井。在本文中，術(shù)語“直流發(fā)電模塊”表示光電發(fā)電模塊、電池或燃料電池。在本文中，術(shù)語“電カ線” 一般表示在串的饋給端的電カ導(dǎo)體，其串聯(lián)電氣連接發(fā)電模塊。在本文中，術(shù)語“返回線” 一般表示不含串聯(lián)的發(fā)電模塊的從串的遠(yuǎn)端延伸到饋給端的電カ導(dǎo)體。發(fā)電模塊的光電串是多個(gè)發(fā)電模塊的串聯(lián)電路電連接的實(shí)例。例如，當(dāng)在負(fù)載下斷開由多個(gè)發(fā)電模塊的串聯(lián)電路電連接構(gòu)成的電路，產(chǎn)生跨間隙——其保持電弧——的電弧時(shí)，可能發(fā)生“電路內(nèi)電弧”。例如，當(dāng)建立到相反極性或地的替代性(例如從“正?！睂?dǎo)通路徑(例如，從逆變器處的返回導(dǎo)體、通過全部發(fā)電模塊，至饋給導(dǎo)體，并回到逆變器)的改變)短路路徑時(shí)，可能發(fā)生“短路電弧”。例如但不限于，短路可形成替代性的且不期望的電氣路徑，使得常規(guī)保護(hù)功能不能檢測或保護(hù)取替代性路徑的電流，因此，過電流可能導(dǎo)致過熱，且電弧可能導(dǎo)致起火。替代性的短路路徑(例如，例如上述的不期望的電氣路徑)由于從相鄰串到短路路徑的反向饋給電流而可能導(dǎo)致過電流。
短路路徑可在沿串聯(lián)連接的發(fā)電模塊的任何點(diǎn)處建立。短路路徑還可能在從在共用的位置或管道(raceway)中布線的幾個(gè)串到接地框架(frame)、導(dǎo)管或?qū)w的返回或電カ線導(dǎo)體之間，或在從匯流箱到逆變器的返回或電カ線導(dǎo)體之間建立。與對于光電(PV)電路的電弧故障保護(hù)相關(guān)聯(lián)地介紹了本發(fā)明的構(gòu)思，然而，本發(fā)明構(gòu)思也可以應(yīng)用于寬廣范圍內(nèi)的DC應(yīng)用，包括例如但不限于，較高DC電壓電路，例如風(fēng)電、混合動カ車、電氣車輛、船舶系統(tǒng)和飛行器。與包括多個(gè)光電發(fā)電模塊的串相關(guān)聯(lián)地介紹了本發(fā)明的構(gòu)思，然而，本發(fā)明的構(gòu)思也可以用于包括多個(gè)直流電發(fā)電模塊(DC EGM)的串和串陣列。本發(fā)明通過監(jiān)視DC電カ饋給中的多種頻率而在DC電カ系統(tǒng)中檢測電弧放電。典型地，在DC電カ饋給(例如DC線；DC返回)中存在電噪音的基線。因此，監(jiān)視多個(gè)(例如兩個(gè)或多于兩個(gè)；優(yōu)選為三個(gè)，以確保電弧存在，而沒有亂真跳閘(nuisance tripping);任意合適的復(fù)數(shù)個(gè))頻率，以確保正確的電弧檢測和跳閘宣告(trip declaration),并使得亂真跳閘最小化。參考圖2，示出了包括將要介紹的多個(gè)直流(DC)電弧故障電路中斷器(AFCI)的光電(PV)電カ系統(tǒng)20。PV電カ系統(tǒng)20包括多個(gè)DC發(fā)電模塊(EGM)，例如示例性的PV模塊22，其中的每ー個(gè)包括DC AFCI，例如示例性的模塊保護(hù)器24。多個(gè)串26的每ー個(gè)通過串聯(lián)電連接的多個(gè)PV模塊22形成。包括DC母線30的陣列28通過在匯流箱32中并聯(lián)電連接的DC串26形成，匯流箱32包括用于每個(gè)DC串26的串保護(hù)器33。陣列28的DC母線30通過逆變器饋給保護(hù)器36和DC斷連器(disCOnneCt)38電連接到逆變器34。逆變器饋給保護(hù)器36和DC斷連器38之一或二者可以包括DC AFCI。逆變器34包括DC AFCI 40，其提供反向饋給保護(hù)。圖3示出了 DC電弧故障的電弧電壓42和電弧電流44相對于時(shí)間46的繪圖，DC電弧故障在時(shí)間上向著圖中的左側(cè)(關(guān)于圖3)發(fā)生。圖4示出了在電弧放電FFT 50處的電弧放電條件和非電弧放電FFT52處的非電弧放電條件的快速傅立葉變換(FFT)的頻率繪圖48。頻率繪圖48示出了對于所述兩個(gè)電弧放電和非電弧放電條件的頻率的信號強(qiáng)度的顯著差異(例如但不限于，約30dB以上)。在該測試期間沒有逆變器。參考圖5，直流電(DC)電弧故障電路中斷器(AFCI) 60包括可分離觸點(diǎn)62、被配置為斷開以及閉合該可分離觸點(diǎn)62的操作機(jī)構(gòu)64以及跳閘電路66，所述跳閘電路66與操作機(jī)構(gòu)64協(xié)作，以跳閘斷開所述可分離觸點(diǎn)62。如下面將聯(lián)系圖7 — 11介紹的，跳閘電路66包括數(shù)個(gè)交流傳感器，例如102，其被配置為感測流過可分離觸點(diǎn)62的電流67 ;數(shù)個(gè)濾波器電路68，其與所述數(shù)個(gè)交流傳感器102協(xié)作以輸出數(shù)個(gè)交流信號；數(shù)個(gè)峰值檢測器70，其與所述數(shù)個(gè)濾波器電路68協(xié)作以輸出數(shù)個(gè)峰值電流信號266 ;以及，處理器72，其至少與所述數(shù)個(gè)峰值檢測器70和操作機(jī)構(gòu)64協(xié)作。所述處理器72被配置為(a)輸入所述數(shù)個(gè)峰值電流信號266,作為多個(gè)峰值電流信號，或者(b)輸入所述數(shù)個(gè)峰值電流信號266，并確定所述多個(gè)峰值電流信號318 (圖11 )。所述處理器72還被配置為判斷所述多個(gè)峰值電流信號是否超過了對應(yīng)的預(yù)定閾值74(如所示出的，例如，相對于圖4的線74)，并作出響應(yīng)地使得所述操作機(jī)構(gòu)64跳閘斷開可分尚觸點(diǎn)62。處理器72可提供用于電弧檢測的對應(yīng)的預(yù)定閾值74。例如，如圖4所示，可將閾值74設(shè)置為在非電弧放電FFT 52的典型總噪音之上并在電弧放電FFT 50處的典型電弧信號之下。 如圖7所示，例如，跳閘電路66提供電弧故障檢測器，其包括數(shù)個(gè)交流傳感器(例如但不限于，示出了三個(gè)示例性感應(yīng)線圈L1. L2, L3),所述交流傳感器被配置為感測流過導(dǎo)體63 (例如與可分離觸點(diǎn)62串聯(lián))的電流(例如，典型地為直流，其可具有數(shù)個(gè)交流分量)；數(shù)個(gè)濾波器電路68，其與所述數(shù)個(gè)交流傳感器協(xié)作以輸出數(shù)個(gè)交流信號；數(shù)個(gè)峰值檢測器70，其與所述數(shù)個(gè)濾波器電路68協(xié)作以輸出數(shù)個(gè)峰值電流信號266 (例如但不限于，示出了三個(gè))；輸出73 (例如但不限于，包括指示電弧故障指示的信號；通過線圈76到達(dá)逆變器(例如，用于截止)、直流斷連器、電路中斷器、開關(guān)以及可分離觸點(diǎn)62的跳閘信號)；處理器72，其至少與所述數(shù)個(gè)峰值檢測器70以及輸出73協(xié)作。所述處理器72被配置為(a)輸入所述數(shù)個(gè)峰值電流信號266，作為多個(gè)峰值電流信號，或者(b)輸入所述數(shù)個(gè)峰值電流信號266并確定所述多個(gè)峰值電流信號。所述處理器72還被配置為判斷所述多個(gè)峰值電流信號266是否超過對應(yīng)的預(yù)定閾值74達(dá)預(yù)定時(shí)間，并作出響應(yīng)地致動輸出73。實(shí)例I再次參考圖5，示例DC AFCI 60可用于串(例如但不限于，圖2的DC串26，其在大于約7A的最大值處具有約24VDC至約600VDC的串電壓)或DC EGM，例如圖2的PV模塊22。DC AFCI 60包括電流傳感器102、模擬前端104以及處理器72 (例如但不限于，微處理器)，所述處理器監(jiān)視感測的串電流108并進(jìn)行報(bào)告(例如但不限于，通過通信端ロ 110)。DCAFCI 60可監(jiān)視電流(I)和電壓(V)。處理器72可包括數(shù)個(gè)(例如，ー個(gè)、ー些或全部)過電流保護(hù)器程序(routine) 112、電弧故障保護(hù)器程序114 (例如串聯(lián)；并聯(lián))以及反向電流保護(hù)器程序116，其可提供多種保護(hù)/警告功能，并包括串性能(例如，打開；低輸出)。示例性DC AFCI 60還包括通過處理器72控制的可分離觸點(diǎn)62。例如，DCAFCI 60可以響應(yīng)于過電流保護(hù)器、電弧故障保護(hù)器以及反向電流保護(hù)器程序112，114，116中的至少ー個(gè)來將圖2的DC EGM 22與串26隔離。DCAFCI 60可被配置為通過電流傳感器102測量電流，以及通過分壓器118測量由DC EGM 22產(chǎn)生的電壓。使用電流傳感器102，DC AFCI 60可以在任何短路情況下感測反向流動(反向饋給)的電流。感測反向饋給電流的能力允許命令該DC AFCI 60以終止該反向饋給電流的流動。反向饋給電流是不期望的，因?yàn)樗鼈兛赡苓^加熱DC EGM，并減少傳輸給逆變器34或其負(fù)載(未示出)的凈電流(圖2)。如果沒有熔斷器或其它保護(hù)，反向饋給電流可能大于正向饋給電流。如果沒有熔斷器或其它保護(hù)，斷開可分離觸點(diǎn)62減輕和/或防止有害的和/或不期望的電流。斷開可分離觸點(diǎn)62減輕和/或防止有害的和/或不期望的電流(例如減小從陣列28 (圖2)傳輸?shù)截?fù)載的能量)流動。優(yōu)選為，數(shù)個(gè)本地狀態(tài)指示器120和/或通信端ロ 110還用于遠(yuǎn)程監(jiān)視和報(bào)警。DCAFCI 60可被配置為向例如122 (以虛線示出)的遠(yuǎn)程位置報(bào)告串26 (圖2)的對應(yīng)的ー個(gè)的故障狀態(tài)或良好(health)情況。DC AFCI 60包括電源124，其可以從外部電源(未示出)(在位置“ A”和“D”處的開關(guān)126)、從主母線(未示出)(在位置“A”和“D”處的開關(guān)126)和/或從對應(yīng)的本地DCEGM 22 (在位置“B”和“C”處的開關(guān)126)接收電力。實(shí)例 2·圖6A示出了提供用于圖5的處理器72的DC電弧故障檢測、控制和保護(hù)的程序150。程序150使得處理器72能夠檢測串聯(lián)電弧故障或并聯(lián)電弧故障，例如對地的或?qū)Ψ祷貙?dǎo)體的并聯(lián)電弧。在圖6A中，步驟156的AC (頻率)閾值(圖4的閾值74)對于串聯(lián)和并聯(lián)電弧都是有效的。程序150在152開始，然后，處理器在153處初始化，并且將整數(shù)i設(shè)置為等于零。接著，在154中，引入適當(dāng)?shù)难舆t(例如但不限干，3ms，任何合適的延遲時(shí)間)。然后，在步驟155中，在關(guān)注的全部AC (高頻)范圍測量或輸入信號水平。接著，在156中，判斷多個(gè)(例如但不限于，，三個(gè)；任何合適的復(fù)數(shù)個(gè))峰值電流信號(例如圖7的266)是否超過對應(yīng)的預(yù)定閾值74。如果否，則在158中，整數(shù)i減小，如果其目前大于零的話，此后，重復(fù)步驟154。步驟160和162判斷峰值電流信號是否超過對應(yīng)的預(yù)定閾值74達(dá)預(yù)定時(shí)間。在160中，增大整數(shù)i，并且，在162中，判斷整數(shù)i是否等于預(yù)定值(例如但不限干，η = 10 ;任何合適的復(fù)數(shù)個(gè))。如果否，則重復(fù)154。否則，在164中檢測出電弧故障，其使得可分離觸點(diǎn)62斷開，并且使得電弧故障指示器(例如圖5的120)指示電弧故障條件。最后，步驟166等待重置命令，其將DC AFCI 60重置為其初始狀態(tài)。例如，在圖7中，處理器72被配置為，判斷是否全部三個(gè)示例性峰值電流信號266超過三個(gè)對應(yīng)的預(yù)定閾值74達(dá)預(yù)定時(shí)間，并作出響應(yīng)地使得操作機(jī)構(gòu)64跳閘斷開可分離觸點(diǎn)62。例如，當(dāng)作出響應(yīng)地對DC串——例如26 (圖2)——跳閘時(shí)，這使得亂真跳閘最小化。圖6Β的視情況可選的噪音消除程序200是分立的程序，其與圖6Α的電弧故障檢測程序150并行運(yùn)行。在發(fā)生包括DC電流水平的顯著改變的瞬態(tài)時(shí)，通過阻擋噪音進(jìn)入所述數(shù)個(gè)濾波器電路68和所述數(shù)個(gè)峰值檢測器70，噪音消除程序200減少亂真跳閘。如圖所示，例如，在圖7 — 11中，跳閘電路66還可以包括直流傳感器202，其與可分離觸點(diǎn)62串聯(lián)。處理器72還被構(gòu)成為與直流傳感器202協(xié)作，從直流傳感器202輸入感測的直流信號204，如果感測的直流信號204的改變速率大于第一預(yù)定閾值，則禁用所述數(shù)個(gè)濾波器電路68，或者，如果改變速率小于不同的第二預(yù)定閾值，則啟用所述數(shù)個(gè)濾波器電路68,其中，第二預(yù)定閾值小于第一預(yù)定閾值。在圖6Β的噪音消除程序200中，步驟206輸入感測的直流信號204并累計(jì)其平均值。接著，在208中，判斷由所述數(shù)個(gè)濾波器電路68形成的數(shù)個(gè)AC信道是否打開。如果是，則在210中，確定當(dāng)前感測的直流信號204是否小于例如但不限于步驟206的平均值的ー半。如果是，則在212中關(guān)閉所述數(shù)個(gè)AC信道。否則，或者在212之后，程序200在214中返回，并在適當(dāng)?shù)难舆t后在206中再次運(yùn)行。另ー方面，如果在208中確定為所述數(shù)個(gè)AC信道未打開，則在216中，確定目前感測的直流信號204是否例如但不限于大于步驟206的平均值的O. 9倍。如果否，則程序200在214中返回。否則，在218中，提供適當(dāng)?shù)难舆t(例如但不限于，50μ s ;任何合適的時(shí)間)，之后，在程序200在214中之前返回，在220中打開所述數(shù)個(gè)AC信道。步驟218的延遲用于這樣的情況AC信道被關(guān)閉，不應(yīng)檢測瞬態(tài)。這至少對于延遲時(shí)段提供了噪音消除。提供了示例性噪音消除程序200，用于瞬態(tài)而不是串聯(lián)電弧或并聯(lián)電弧或由于光照變化導(dǎo)致的電流變化。例如，噪音消除程序200可檢測相對非常大的DC步長。相對較大(且快的或高的di/dt)步長將產(chǎn)生高頻率，并使全部高頻AC信道飽和。例如，如果逆變器對于幾個(gè)微秒關(guān)斷輸入電流，則DC AFCI 60 (圖5)將在此瞬態(tài)期間看到全部頻率。因此，有利的是，當(dāng)檢測到一直保持(或接近)零安培的相對較快的轉(zhuǎn)變時(shí)，則關(guān)閉高頻AC信道，接 著，當(dāng)存在正常電流吋，再次開通高頻AC信道。可以以適當(dāng)?shù)乃俾手袛囹?qū)動示例性噪音消除程序200 (例如但不限于，毎秒120次；任何合適的速率，如果瞬態(tài)以在該速率發(fā)生的話)。實(shí)例3參考圖7，DC電弧故障電路中斷器(AFCI) 250被示為包括三個(gè)電流互感器(CT)252、254、256，其使用三個(gè)示例性預(yù)定的、相對較窄的頻帶(も、f2、f3)以避免已知的噪音源(例如但不限于，來自具有已知開關(guān)頻率的特定逆變器(例如圖2的34))。例如，可以對合適的關(guān)注的中心頻率(例如但不限于，IkHz、4kHz、10kHz)提供(感應(yīng)線圈L1, L2, L3的)電感和(電容器CpC^C3的)電容。在該示例中，所述數(shù)個(gè)濾波器電路68是多個(gè)濾波器電路，所述數(shù)個(gè)交流信號是多個(gè)交流信號(例如每個(gè)窄頻帶(も、f2、f3) ー個(gè))，模擬處理電路258的所述數(shù)個(gè)峰值檢測器70是多個(gè)峰值檢測器，提供到處理器72的所述數(shù)個(gè)峰值電流信號266是多個(gè)峰值電流信號。實(shí)例 4如圖7所示，選擇多組(例如兩個(gè)或多于兩個(gè)，優(yōu)選為三個(gè)，以確保存在電弧而沒有亂真跳閘；任何合適的復(fù)數(shù)個(gè))感應(yīng)線圈(Li、L2、L3)和電容器(CpC^C3)以在預(yù)定頻率諧振，所述預(yù)定頻率被選擇為避免負(fù)載和源干擾(參考例如下面的實(shí)例16)。通過模擬處理單元258輸入示例性濾波器260，262，264的輸出。處理器72將所述多個(gè)峰值電流信號266施加到累計(jì)器(未示出)，然后施加到合適的邏輯功能(參考例如圖6A)。如果多個(gè)閾值檢測器在圖6A的步驟156，160，162中報(bào)告持續(xù)預(yù)定時(shí)間的(參考例如下面的實(shí)例9)高于對應(yīng)的預(yù)定閾值74 (參考例如下面的實(shí)例15,設(shè)置在典型最大系統(tǒng)噪音和典型最小電弧噪音之間)的活動性，則處理器72使得跳閘。在該實(shí)例中，通過感應(yīng)線圈(Li、L2、L3)提供多個(gè)交流傳感器，其可以是多個(gè)電流互感器，每個(gè)用于各個(gè)不同的頻率(も、f2、f3)，所述數(shù)個(gè)濾波器電路是多個(gè)濾波器260，262，264，每個(gè)用于各個(gè)不同的頻率。與圖2的示例性DC串26聯(lián)系，一種通過串保護(hù)器33之ー檢測對應(yīng)的ー個(gè)DC串26的電弧故障的方法包括感測流過DC串26的交流電流，通過數(shù)個(gè)濾波器電路68對感測的交流電流濾波并輸出數(shù)個(gè)交流信號，從所述數(shù)個(gè)交流信號確定所述多個(gè)峰值電流信號266，以及確定所述多個(gè)峰值電流信號266是否超過對應(yīng)的預(yù)定閾值74 (圖4)達(dá)預(yù)定時(shí)間，并作出響應(yīng)地跳閘斷開DC串26。與圖2的示例性陣列28和示例性逆變器饋給保護(hù)器36聯(lián)系，ー種方法通過以下方式檢測陣列28的電弧故障感測流過陣列28的交流電流，通過數(shù)個(gè)濾波器電路68對感測的交流電流進(jìn)行濾波并輸出數(shù)個(gè)交流信號，從所述數(shù)個(gè)交流信號確定多個(gè)峰值電流信號266，以及確定所述多個(gè)峰值電流信號266是否超過對應(yīng)的預(yù)定閾值74 (圖4)達(dá)預(yù)定時(shí)間，并作出響應(yīng)地跳閘斷開陣列28。如果圖7的感測的DC電流204變?yōu)樨?fù)，則初始化反向饋給跳閘268。
實(shí)例5在圖7中，DC電流傳感器202可以是，例如但不限于，分流器或霍爾傳感器。實(shí)例 6在圖7中，合適的AC電流傳感器可包括，例如但不限于，CT(例如CT 252，254，256之一)、沒有隔離的分流器、具有變壓器的分流器(例如，隔離的，提供適度寬頻響應(yīng))或者霍爾效應(yīng)傳感器(例如對于小于約50kHz)。用于三個(gè)示例性AC電流傳感器頻率(も、f2、f3)的合適的濾波器260，262，264可包括，例如但不限于，在下面的實(shí)例7、8、17和18中討論的濾波器。這些可包括CT諧振器(實(shí)例7和8 ;圖8和9);按照頻率的有源濾波器，其包括下面中的ー個(gè)峰值檢測器70和包括CT與電容器(如圖7所示的電容器CpC2A3之一)的諧振電路；具有處理器積分器(實(shí)例17 ;圖10)的寬帶濾波器270 ;包括掃描選擇的頻率(實(shí)例18 ;圖11)或跳躍選擇的頻率(實(shí)例21 ;圖11)的自適應(yīng)(開關(guān)電容器)濾波器272。實(shí)例7圖8示出具有三個(gè)繞組276，278，280的單個(gè)CT274，所述三個(gè)繞組276，278，280提供CT諧振器(例如，ー個(gè)CT具有復(fù)數(shù)個(gè)繞組，每個(gè)繞組用于各個(gè)不同的頻率(f\、f2、f3))。或者，DC電弧故障電路中斷器(AFCI)250A與圖7的DC電弧故障電路中斷器(AFCI)250相似。實(shí)例 8圖9示出具有三個(gè)有源帶通濾波器284，286，288 (例如每個(gè)用于各個(gè)不同的頻率(例如f\、f2、f3))的分流變壓器電流傳感器282。這提供了具有三個(gè)AC信道290，292，294的CT諧振器。分流變壓器電流傳感器282包括與可分離觸點(diǎn)62、電容器298、以及變壓器300串聯(lián)的分流器296，所述變壓器300包括初級繞組302和次級繞組304。電容器298與初級繞組302的串聯(lián)組合與分流器296并聯(lián)電連接。次級繞組304通過合適的放大器308向數(shù)個(gè)(在該實(shí)例中為三個(gè)；任何合適數(shù)目)濾波器電路——例如帶通濾波器284、286、288——輸出感測的交流信號306。另外，在該實(shí)例中，跳閘電路66還包括通過處理器72和圖6B的噪音消除程序200的步驟212，220控制的消除門310。優(yōu)選為，用于不同頻率(f\、f2、f3)的合適的濾波和頻帶選擇在其間具有帶有“卷邊(rolloff)"的預(yù)定頻率分離的情況下使用(例如使用非重疊頻率；優(yōu)選為，f3至少為も的大約10倍)。選擇不同的頻率以避免例如逆變器噪音。DC電流變送器202可以例如為霍爾效應(yīng)裝置，例如但不限干，AlleglO ACS714。DC電流變送器202提供與DG EGM 22和對應(yīng)的DC串26 (圖2)的較高電壓的電隔離。分流器296、電容器298和變壓器300提供AC電流傳感器。電容器298將變壓器300的初級繞組302與直流隔離以避免鐵芯飽和。變壓器300使用較大的升壓比，以提供“自由的”電壓增益，并用作用于較高串電壓的電障(galvanic barrier).變壓器后的放大器308、與來自對應(yīng)的濾波器284，286，288和對應(yīng)的峰值檢測器70的增益一起，將AC信號放大至用于處理器72的合適的水平。三個(gè)示例性帶通濾波器284，286，288被調(diào)諧到合適的頻率，所述頻率被選擇以避免來自逆變器噪音的誤跳閘。三個(gè)示例性峰值檢測器70提取濾波后的AC信號的峰值以呈現(xiàn)給處理器72的A/D轉(zhuǎn)換器(未示出)。處理器72分析三個(gè)示例性AC信道290，292，294以檢測在示例性PV電カ系統(tǒng)20 (圖2)中是否存在電弧。如果是，其命令可分離觸點(diǎn)62斷開。如果使用圖6B的噪音消除程序200，則處理器 72還控制消除門310，所述消除門310阻擋非電弧相關(guān)的逆變器噪音以及階躍(step)或涌入(inrush)瞬態(tài)導(dǎo)致誤跳閘。在其他方面，DC電弧故障電路中斷器(AFCI)250’與圖7的DC電弧故障電路中斷器(AFCI) 250 相似。實(shí)例9圖6A的步驟156的DC電弧故障檢測程序150的跳閘決定邏輯可以是對于三個(gè)示例性選擇頻率的邏輯AND，每個(gè)頻率高于預(yù)定閾值(參考下面的實(shí)例15)達(dá)大于預(yù)定樣本數(shù)(例如但不限于,大于10個(gè)樣本；大于樣本的一百分比；大于超過預(yù)定計(jì)數(shù)的全部樣本；30ms ;任何合適的時(shí)間或值)，以指示電弧的存在，其導(dǎo)致跳閘。如圖7-11所示，跳閘電路66可包括直流傳感器202，其被配置為感測流過可分離觸點(diǎn)62的電流；處理器72可被配置為檢測直流傳感器202的感測電流中的水平移動。這在下文的實(shí)例10-13中討論。實(shí)例 10優(yōu)選為，使用附加的邏輯以防止亂真跳閘。例如，如果DC電流水平具有顯著的向下階梯變化(圖6B)(例如，在逆變器啟動及其它情況(例如在飽和期間的逆變器PWM)期間的噪音消除)，處理器72可關(guān)斷AC信號輸入。處理器72可以檢測DC電流的水平移動，作為用于檢測電弧的附加的“限定物”。例如，當(dāng)陣列28 (圖2)正產(chǎn)生大于逆變器34可以接收且轉(zhuǎn)換的電カ時(shí)，逆變器34可以PWM (即簡短且周期性地關(guān)斷)以限制進(jìn)入的電流。這種瞬變不應(yīng)使得DC AFCI (例如但不限于，模塊保護(hù)器24 ;串保護(hù)器33 ;逆變器饋給保護(hù)器36)亂真跳閘。實(shí)例 11優(yōu)選為，使用附加的邏輯以檢測母線/饋給線上的并聯(lián)電弧是否存在電弧，以及DC電流在饋給端向上階躍。這用于DC母線30處的在DC串26上方的電弧，因?yàn)楫?dāng)并聯(lián)電弧(例如41)在串保護(hù)器33下方，即使沒有反向饋給，饋給中的電流總是下降(變得較負(fù))。實(shí)例 12優(yōu)選為，使用附加的邏輯以檢測并聯(lián)電弧是否存在電弧，以及DC電流在遠(yuǎn)端向上階躍。這總是發(fā)生，因?yàn)楣收峡邕h(yuǎn)端DC EGM 22 (圖2)(在故障下方)并聯(lián)放置，其降低阻抗并增大電流。典型地，基線和電弧噪音都較低，因?yàn)樵诓⒙?lián)電弧(短路)下，盡管檢測到電弧噪音，逆變器34不能被遠(yuǎn)端“看到”。
實(shí)例13優(yōu)選為，使用附加的邏輯以檢測逆變器34何時(shí)關(guān)閉母線電壓上升，DC電流下降。如果并聯(lián)的全部DC串26被均衡地照射，則電流接近零，因?yàn)槿緿C串26產(chǎn)生相同的開路電壓。如果由于例如照明而在DC串26之間存在電壓差，則較高產(chǎn)生的DC串26將反向饋給較低產(chǎn)生的DC串26，仍使全部電流相比于存在逆變器34時(shí)下降。當(dāng)存在全部ニ極管(未示出)時(shí)(無故障)，7A串中的最大反向饋給電流為約1A。對于正在減小的電流的ー個(gè)例外是，當(dāng)除了一個(gè)之外全部DC串26被遮蔽時(shí)，其可允許該串的電流在逆變器34斷開時(shí)升高，因?yàn)槠湓谀孀兤鲃倓倲嚅_之前的最大功率點(diǎn)可以相對于額定電壓處于相對來說非常低的電壓。實(shí)例14
優(yōu)選為，使用附加的邏輯以分辨隨機(jī)(例如電弧放電)以及周期(例如逆變器)信號，以進(jìn)ー步減少亂真跳閘。參考例如下面的實(shí)例18。例如，如果帶通濾波器峰值檢測器70 (圖9)是活動性的(active)，則處理器72查找其是否包含在跳閘時(shí)間窗口內(nèi)隨時(shí)間變化的信號。在以小于對應(yīng)的基帶濾波器284，286，288的帶寬的速率(即，換句話說，較慢的平均值)測量變化的情況下，這可在“基帯”整流信號水平上最為便利地發(fā)生。其還可以通過如下實(shí)現(xiàn)查找在樣本時(shí)段上的最小值和最大值，或者考慮與硬件或軟件邏輯內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)偏差非常類似的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。實(shí)例15表I提供了對于電弧放電和非電弧放電條件的示例性測量的相對信號強(qiáng)度(參考圖4)。表I
權(quán)利要求
1.一種直流電弧故障電路中斷器(250)，包括 可分離觸點(diǎn)(62)； 操作機(jī)構(gòu)(64;76)，其被配置為斷開以及閉合所述可分離觸點(diǎn)； 跳閘電路(66)，其與所述操作機(jī)構(gòu)協(xié)作以跳閘斷開所述可分離觸點(diǎn)，所述跳閘電路包括 數(shù)個(gè)交流傳感器(102; 252，254，256; 276，278，280; 282; 282’)，其被配置為感測流過所述可分離觸點(diǎn)的電流(67)， 數(shù)個(gè)濾波器電路￠8; 260，262，264; 284，286，288; 272)，其與所述數(shù)個(gè)交流傳感器協(xié)作以輸出數(shù)個(gè)交流信號， 數(shù)個(gè)峰值檢測器(70;314)，其與所述數(shù)個(gè)濾波器電路協(xié)作以輸出數(shù)個(gè)峰值電流信號(266)，以及 處理器(72)，其至少與所述數(shù)個(gè)峰值檢測器以及所述操作機(jī)構(gòu)協(xié)作，所述處理器被配置為(150) Ca)輸入所述數(shù)個(gè)峰值電流信號，作為多個(gè)峰值電流信號(266),或者(b)輸入所述數(shù)個(gè)峰值電流信號并確定所述多個(gè)峰值電流信號(318)，所述處理器還被配置為(156，160，162):判斷所述多個(gè)峰值電流信號是否超過對應(yīng)的預(yù)定閾值達(dá)預(yù)定的時(shí)間，并作出響應(yīng)地使得(164)所述操作機(jī)構(gòu)跳閘斷開所述可分離觸點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250)，其中，所述跳閘電路還包括直流傳感器(202)，其被配置為感測流過所述可分離觸點(diǎn)的電流；且其中，所述處理器進(jìn)一步被配置為(200)使用所述直流傳感器檢測(210;216)所感測電流中的水平移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250)，其中，所述跳閘電路還包括與所述可分離觸點(diǎn)串聯(lián)的直流傳感器(202);且其中，所述處理器還被構(gòu)成為(200)與所述直流傳感器協(xié)作，從所述直流傳感器輸入感測的直流信號(204)，如果感測的直流信號的改變速率大于第一預(yù)定閾值，禁用(212)所述數(shù)個(gè)濾波器電路，或者，如果所述改變速率小于不同的第二預(yù)定閾值，啟用(220)所述數(shù)個(gè)濾波器電路，其中，所述第二預(yù)定閾值小于所述第一預(yù)定閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250)，其中，所述處理器還被配置為(150)檢測串聯(lián)電弧故障或并聯(lián)電弧故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250)，其中，所述處理器還被配置為(150)檢測到地或到返回導(dǎo)體的并聯(lián)電弧。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250)，其中，所述數(shù)個(gè)濾波器電路是多個(gè)濾波器電路(260，262，264)，其中，所述數(shù)個(gè)交流信號是多個(gè)交流信號；其中，所述數(shù)個(gè)峰值檢測器(70)是多個(gè)峰值檢測器(70);且其中，所述數(shù)個(gè)峰值電流信號是多個(gè)峰值電流信號(266)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250)，其中，所述數(shù)個(gè)濾波器電路是至少三個(gè)濾波器電路(260，262，264);其中，所述數(shù)個(gè)交流信號是至少三個(gè)交流信號；其中，所述數(shù)個(gè)峰值檢測器(70)是至少三個(gè)峰值檢測器(70);且其中，所述數(shù)個(gè)峰值電流信號是至少三個(gè)峰值電流信號(266 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的直流電弧故障電路中斷器(250)，其中，所述對應(yīng)的預(yù)定閾值是至少三個(gè)對應(yīng)的預(yù)定閾值(74);且其中，所述處理器進(jìn)一步被配置為(150):判斷(156，160, 162)所述至少三個(gè)峰值電流信號中的多個(gè)或全部是否超過所述至少三個(gè)對應(yīng)的預(yù)定閾值中的多個(gè)或全部達(dá)預(yù)定的時(shí)間，并作出響應(yīng)地使得(164)所述操作機(jī)構(gòu)跳閘斷開所述可分離觸點(diǎn)，以便使亂真跳閘最小化。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250)，其中，所述數(shù)個(gè)濾波器電路是多個(gè)帶通濾波器電路(284，286，288);其中，所述數(shù)個(gè)交流信號是多個(gè)交流信號；其中，所述數(shù)個(gè)峰值檢測器是多個(gè)峰值檢測器(70);且其中，所述數(shù)個(gè)峰值電流信號是多個(gè)峰值電流信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250)，其中，所述數(shù)個(gè)交流傳感器是多個(gè)電流互感器(252，254，256)，每個(gè)用于多個(gè)不同頻率中的一個(gè)；且其中，所述數(shù)個(gè)濾波器電路是多個(gè)濾波器電路(260，262，264)，每個(gè)用于所述多個(gè)不同頻率中的一個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250A)，其中，所述數(shù)個(gè)交流傳感器是包括多個(gè)繞組(276，278，280)的電流互感器(274)，每個(gè)繞組用于多個(gè)不同頻率中的一個(gè)；且其中，所述數(shù)個(gè)濾波器電路(68)是多個(gè)濾波器電路，每個(gè)用于所述多個(gè)不同頻率中的一個(gè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250’)，其中，所述數(shù)個(gè)交流傳感器是交流傳感器(282)，其包括與所述可分離觸點(diǎn)串聯(lián)的分流器(296)、電容器(298)以及包括初級繞組(302)和次級繞組(304)的變壓器(300)，所述電容器和所述初級繞組的串聯(lián)組合與所述分流器并聯(lián)電氣連接，所述次級繞組向所述數(shù)個(gè)濾波器電路輸出感測到的交流信號(306)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的直流電弧故障電路中斷器(250’)，其中，所述跳閘電路還包括由所述處理器控制的消除門(310 )。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的直流電弧故障電路中斷器(250’)，其中，所述數(shù)個(gè)濾波器電路是多個(gè)帶通濾波器電路(284，286，288);每個(gè)用于多個(gè)不同頻率中的一個(gè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的直流電弧故障電路中斷器(250'")，其中，所述數(shù)個(gè)濾波器電路是由所述處理器控制的頻率捷變?yōu)V波器電路(272 );其中，所述數(shù)個(gè)峰值檢測器是峰值檢測器(314)，其與所述頻率捷變?yōu)V波器電路協(xié)作以輸出峰值電流信號(316);且其中，所述處理器還被配置為(312)控制頻率捷變?yōu)V波器電路，以確定所述多個(gè)峰值電流信號(318)，每個(gè)用于多個(gè)不同頻率中的一個(gè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250)，其中，所述數(shù)個(gè)交流傳感器是多個(gè)交流傳感器(252，254，256)，每個(gè)用于多個(gè)不同頻率中的一個(gè)；其中，所述數(shù)個(gè)濾波器電路與所述多個(gè)不同頻率可操作地關(guān)聯(lián)；其中，所述數(shù)個(gè)濾波器電路被配置為提供所述多個(gè)不同頻率，所述不同頻率之間具有預(yù)定的頻率分隔；且其中，所述多個(gè)不同頻率被選擇為避免逆變器噪音。
17.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250'")，其中，所述數(shù)個(gè)濾波器電路是頻率捷變?yōu)V波器電路(272);其中，所述數(shù)個(gè)峰值檢測器是峰值檢測器(314)，其與所述頻率捷變?yōu)V波器電路協(xié)作以輸出峰值電流信號(316);且其中，所述處理器還被配置為(312)控制所述頻率捷變?yōu)V波器電路，以確定所述多個(gè)峰值電流信號(318)，每個(gè)用于多個(gè)不同頻率中的一個(gè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的直流電弧故障電路中斷器(250'")，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為(328):基于數(shù)個(gè)外部噪音源消除所述多個(gè)峰值電流信號中的相同數(shù)目的信號，以及消除所述多個(gè)不同頻率中的數(shù)個(gè)頻率。
19.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250)，其中，所述處理器還被配置為提供用于電弧檢測的對應(yīng)的預(yù)定閾值(74 )。
20.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250)，其中，所述操作機(jī)構(gòu)是線圈(76)。
21.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250)，其中，所述電弧故障電路中斷器是以下的一種用于直流發(fā)電模塊(22)的模塊保護(hù)器、串保護(hù)器(33)、陣列保護(hù)器(36)、用于匯流箱(32)的保護(hù)器、用于遠(yuǎn)程匯流箱的保護(hù)器、用于逆變器(34)的保護(hù)器(40)、用于轉(zhuǎn)換器的保護(hù)器、用于模塊轉(zhuǎn)換器的保護(hù)器、用于模塊接線盒的保護(hù)器、用于斷連器的保護(hù)器以及用于斷路器的保護(hù)器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的直流電弧故障電路中斷器(250)，其中，所述串保護(hù)器被配置為檢測并提供以下中的至少一個(gè)串性能信息、串報(bào)警信息以及公布信息。
23.一種用于直流電弧故障電路中斷器(250’ )的噪音消除電路(330)，直流電弧故障電路中斷器(250’)包括可分離觸點(diǎn)(62)和數(shù)個(gè)交流信道(290，292，294)，所述數(shù)個(gè)交流信道(290，292，294)與用于所述可分離觸點(diǎn)的多個(gè)交流信號可操作地關(guān)聯(lián)，所述噪音消除電路包括 直流傳感器(202)，其被配置為與所述直流電弧故障電路中斷器的所述可分離觸點(diǎn)串聯(lián)；以及 處理器(72)，其與所述直流傳感器協(xié)作，所述處理器被配置為(200):從所述直流傳感器輸入感測的直流信號(204)，如果感測的直流信號的改變速率大于第一預(yù)定閾值，禁用(216，220)所述數(shù)個(gè)交流信道，或者，如果所述改變速率小于不同的第二預(yù)定閾值，啟用(210，212)所述數(shù)個(gè)交流信道，其中，所述第二預(yù)定閾值小于所述第一預(yù)定閾值。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的噪音消除電路(330)，其中，所述處理器還被配置為累計(jì)(206)來自所述直流傳感器的感測的直流信號的平均值，判斷(208 )所述數(shù)個(gè)交流信道是否啟用，如果平均感測直流信號小于第三預(yù)定閾值，作出響應(yīng)地禁用(210，212)所述數(shù)個(gè)交流信道。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的噪音消除電路(330)，其中，所述處理器還被配置為累計(jì)(206)來自所述直流傳感器的感測到的直流信號的平均值，確定(208)所述數(shù)個(gè)交流信道是否被禁用，如果平均感測直流信號大于第四預(yù)定閾值，作出響應(yīng)地啟用(216，220)所述數(shù)個(gè)交流信道，其中，所述第四預(yù)定閾值大于所述第三預(yù)定閾值。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的噪音消除電路(330)，其中，所述處理器還被配置為在確定為平均感測直流信號大于第四預(yù)定閾值之后且在作出響應(yīng)地啟用所述數(shù)個(gè)交流信道之前延遲(218)預(yù)定的時(shí)間。
27.一種檢測直流串(26)的電弧故障(41)的方法，所述方法包括 感測(252，254，256)流過所述直流串的交流電流(67)； 通過數(shù)個(gè)濾波器電路(68)對所感測的交流電流進(jìn)行濾波，并輸出數(shù)個(gè)交流信號； 從所述數(shù)個(gè)交流信號確定多個(gè)峰值電流信號(266; 318);以及 判斷(156，160，162)所述多個(gè)峰值電流信號是否超過對應(yīng)的預(yù)定閾值達(dá)預(yù)定的時(shí)間，并作出響應(yīng)地跳閘斷開(164)所述直流串。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，還包括 通過所述直流串對逆變器(34)供電； 通過數(shù)個(gè)電流傳感器(252，254，256)感測流過所述直流串的交流電流； 使用與所述數(shù)個(gè)濾波器電路以及所述多個(gè)峰值電流信號可操作地關(guān)聯(lián)的多個(gè)不同的頻率；以及 使用被置于所述逆變器與所述數(shù)個(gè)電流傳感器之間的電容器(39 )，以限制在不同頻率處在不同直流串之間的串?dāng)_。
29.—種檢測包括多個(gè)直流串(26)的陣列(28)的電弧故障(41)的方法，所述多個(gè)直流串(26)并聯(lián)電氣連接以形成陣列，所述方法包括 感測(252，254，256)流過所述陣列的交流電流(67); 通過數(shù)個(gè)濾波器電路(68)對所感測的交流電流進(jìn)行濾波，并輸出數(shù)個(gè)交流信號； 從所述數(shù)個(gè)交流信號確定多個(gè)峰值電流信號(266; 318);以及判斷(156，160，162)所述多個(gè)峰值電流信號是否超過對應(yīng)的預(yù)定閾值達(dá)預(yù)定的時(shí)間，并作出響應(yīng)地跳閘斷開(164)所述陣列。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，還包括 通過所述陣列對逆變器(34)供電； 通過數(shù)個(gè)電流傳感器(252，254，256)感測流過所述陣列的交流電流； 使用與所述數(shù)個(gè)濾波器電路以及所述多個(gè)峰值電流信號可操作地關(guān)聯(lián)的多個(gè)不同的頻率；以及 使用被置于所述逆變器與所述數(shù)個(gè)電流傳感器之間的電容器(39 )，以限制在不同頻率處在直流串的不同的各個(gè)之間的串?dāng)_。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，還包括 使用三個(gè)對應(yīng)的預(yù)定閾值(74)，作為所述對應(yīng)的預(yù)定閾值； 使用三個(gè)峰值電流信號(266)，作為所述多個(gè)峰值電流信號；以及判斷(156，160，162)三個(gè)峰值電流信號是否全部超過所述三個(gè)對應(yīng)的預(yù)定閾值達(dá)預(yù)定的時(shí)間，以便在作出響應(yīng)地跳閘斷開所述數(shù)個(gè)直流串中的所述一個(gè)時(shí)使得亂真跳閘最小化。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，還包括 在逆變器(34)處添加電容器(39)，以便對于預(yù)定的頻率范圍形成低阻抗交流路徑。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，還包括 識別(120;122)所述多個(gè)直流串(26)中的哪個(gè)是故障的。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，還包括 感測(202)流過所述陣列的直流電流(204);以及 確定(72’ )所感測的直流電流中的隨機(jī)性，并作出響應(yīng)地跳閘斷開所述陣列。
35.一種直流電弧故障檢測器(66),包括 數(shù)個(gè)交流傳感器(252，254，256)，其被配置為感測流過導(dǎo)體的電流(67)； 數(shù)個(gè)濾波器電路(68)，其與所述數(shù)個(gè)交流傳感器協(xié)作以輸出數(shù)個(gè)交流信號； 數(shù)個(gè)峰值檢測器(70)，其與所述數(shù)個(gè)濾波器電路協(xié)作以輸出數(shù)個(gè)峰值電流信號；輸出(73);以及 處理器(72)，其至少與所述數(shù)個(gè)峰值檢測器以及所述輸出協(xié)作，所述處理器被配置為(150) Ca)輸入所述數(shù)個(gè)峰值電流信號，作為多個(gè)峰值電流信號(266),或者(b)輸入所述數(shù)個(gè)峰值電流信號并確定所述多個(gè)峰值電流信號(318)，所述處理器還被配置為(156，160，162):判斷所述多個(gè)峰值電流信號是否超過對應(yīng)的預(yù)定閾值達(dá)預(yù)定的時(shí)間，并作出響應(yīng)地致動(164)所述輸出。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的直流電弧故障檢測器(66)，其中，所述輸出被配置為輸出指示電弧故障的信號。
37.根據(jù)權(quán)利要求35的直流電弧故障檢測器(66)，其中，所述輸出被配置為向逆變器(34)、直流斷連器(38)、電路中斷器以及開關(guān)(62)之一輸出跳閘信號。
38.一種直流電弧故障電路中斷器(250〃)，包括 可分離觸點(diǎn)(62); 操作機(jī)構(gòu)(64;76)，其被配置為斷開以及閉合所述可分離觸點(diǎn)； 跳閘電路(66)，其與所述操作機(jī)構(gòu)協(xié)作以跳閘斷開所述可分離觸點(diǎn)，所述跳閘電路包括 交流傳感器(282’)，其被配置為感測流過所述可分離觸點(diǎn)的電流(67)， 寬帶濾波器電路(270)，其與所述交流傳感器協(xié)作以輸出交流信號， 峰值檢測器(70)，其與所述寬帶濾波器電路協(xié)作以輸出峰值電流信號(273)，以及 處理器(72’)，其至少與所述峰值檢測器以及所述操作機(jī)構(gòu)協(xié)作，所述處理器被配置為(150):輸入并對所述峰值電流信號進(jìn)行積分，確定所積分的峰值電流信號是否超過預(yù)定閾值達(dá)預(yù)定的時(shí)間，并作出響應(yīng)地使得(164)所述操作機(jī)構(gòu)跳閘斷開所述可分離觸點(diǎn)。
39.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250"")，其中，所述處理器是數(shù)字信號處理器(72'");其中，所述數(shù)字信號處理器被配置為處理來自所述數(shù)個(gè)電流傳感器的模擬電流信號(318’);且其中，所述數(shù)字信號處理器還被配置為(312’):使用快速傅立葉變換確定模擬電流信號的頻譜，以確定在預(yù)定頻率范圍上的頻率成分。
40.根據(jù)權(quán)利要求I的直流電弧故障電路中斷器(250)，其中，所述數(shù)個(gè)交流傳感器(252，254，256)和所述數(shù)個(gè)濾波器電路(260，262，264)協(xié)作以提供諧振電路。
全文摘要
一種直流電弧故障電路中斷器，包括可分離觸點(diǎn)和用于跳閘斷開所述觸點(diǎn)的跳閘電路。跳閘電路包括數(shù)個(gè)交流傳感器，其被配置為感測流過可分離觸點(diǎn)的電流；數(shù)個(gè)濾波器電路，其與AC電流傳感器協(xié)作以輸出數(shù)個(gè)交流信號；數(shù)個(gè)峰值檢測器，其與濾波器電路協(xié)作以輸出數(shù)個(gè)峰值電流信號；處理器，其至少與峰值檢測器協(xié)作。處理器輸入所述數(shù)個(gè)峰值電流信號，作為多個(gè)峰值電流信號，或者，輸入所述數(shù)個(gè)峰值電流信號并確定所述多個(gè)峰值電流信號。處理器還確定峰值電流信號是否超過對應(yīng)的預(yù)定閾值達(dá)預(yù)定的時(shí)間，并作出響應(yīng)地使得所述觸點(diǎn)跳閘斷開。
文檔編號H02H7/20GK102687357SQ201080057074
公開日2012年9月19日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者B·T·皮爾, B·帕爾, E·T·吉斯克, J·C·齊歇爾, J·K·黑斯廷斯 申請人:伊頓公司