檢測光伏電源系統(tǒng)中的電弧故障的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于檢測在包括光伏發(fā)電機（2）的光伏電源電路（1）中的電弧故障的方法，該方法包括下列步驟：光伏發(fā)電機（2）在第一工作點下操作。與在電源電路（1）中流過的DC電流（I）和/或存在于電源電路（1）中的DC電壓（U）相關(guān)的第一信號被確定。第一信號被分析，并且確定信號是否指示在電源電路（1）中存在電弧（7，8）。如果第一信號指示在電源電路（1）中存在電?。?，8），則光伏發(fā)電機（2）在第二工作點下操作，并且確定與在電源電路（1）中流過的DC電流（I）和/或存在于電源電路（1）中的DC電壓（U）相關(guān)的第二信號。第一及第二信號然后被比較；并且如果前一步驟（f）的比較的結(jié)果指示存在電?。?，8），則發(fā)信號通知在電源電路（1）中存在電弧故障（7，8）。本發(fā)明還涉及為執(zhí)行以上所描述的所設(shè)計的電弧故障檢測系統(tǒng)（10），并且涉及包括這樣的電弧故障檢測系統(tǒng)（10）的光伏電源系統(tǒng)以及用于光伏電源系統(tǒng)的逆變器（5）。
【專利說明】檢測光伏電源系統(tǒng)中的電弧故障的方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于檢測光伏電源電路中的電弧故障的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及用于包括相應(yīng)的檢測系統(tǒng)的光伏系統(tǒng)的逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏(PV)電源電路通常在高DC (直流)電壓和高電流下工作，并且因而易于產(chǎn)生電弧。電弧能夠例如在具有高電流負(fù)荷的電源線在維護(hù)期間被中斷時或者在互連器處的接觸性能降低的情況下發(fā)生。電弧故障(即，在電源電路內(nèi)出現(xiàn)電弧)的其它可能原因是電源線的受侵蝕的焊接點或受損絕緣體。電弧故障是在光伏系統(tǒng)中最常見的火災(zāi)原因。這同樣反映于例如由在2011年實施的美國國家電氣法規(guī)(NEC) 690.11所規(guī)定的對光伏系統(tǒng)的電弧故障保護(hù)的要求中。
[0003]因此，可靠的電弧故障檢測方法和系統(tǒng)是非常重要的。一方面，由于安全性原因，電弧故障的存在必須在盡可能高的可靠性下檢測。另一方面，所假定的電弧故障的錯誤指示的可能性必須是盡可能低的，特別是如果對電弧故障的錯誤檢測可能在沒有自動重啟光伏系統(tǒng)的選項的情況下導(dǎo)致光伏系統(tǒng)的關(guān)閉，如例如在前面所提及的NEC690.11法規(guī)中所規(guī)定的。
[0004]電弧通常發(fā)射出在RF (射頻)頻率范圍內(nèi)的寬帶AC (交流)信號。用于電弧故障的檢測系統(tǒng)基于在電源電路中檢測相應(yīng)的射頻信號已被充分建立，并且可從例如文獻(xiàn)W095/25374中獲知。這樣的檢測系統(tǒng)的缺點在于需要能夠執(zhí)行AC或RF測量的測量電子器件。
[0005]電弧的形成或出現(xiàn)確實還會改變電源電路的DC特性。DC測量設(shè)備通常已經(jīng)存在于光伏電源電路中，例如，用于設(shè)置PV發(fā)電機的工作點。為了最小化必須給PV系統(tǒng)增添的數(shù)量和復(fù)雜性以便實現(xiàn)電弧檢測系統(tǒng)，基于在電源電路內(nèi)的DC測量的檢測方法和系統(tǒng)將是所希望的。但是，電弧對DC特性的影響是相對較小的，并且因此，基于在PV電源系統(tǒng)中的電源電路內(nèi)的DC測量的電弧檢測尚未確定是特別可靠的。
[0006]因而所希望的是創(chuàng)建用于基于DC測量檢測電源電路中的電弧故障的穩(wěn)健且可靠的方法和系統(tǒng)。更為希望的是描述具有相應(yīng)的檢測系統(tǒng)的光伏系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]該目標(biāo)是通過根據(jù)獨立權(quán)利要求的用于檢測電弧故障和PV系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)來解決。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，用于檢測PV電源電路中的電弧故障的方法包括PV發(fā)電機，該方法包括下列步驟:使PV發(fā)電機在第一工作點下工作。與在電源電路中流過的DC電流和/或存在于電源電路中的DC電壓相關(guān)的第一信號被確定。第一信號被分析，并且確定該信號是否指示在電源電路中存在電弧。如果第一信號指示在電源電路中存在電弧，則使光伏發(fā)電機在第二工作點下工作，并且與在電源電路中流過的DC電流和/或存在于電源電路中的DC電壓相關(guān)的第二信號被確定。第一及第二信號然后被比較；并且如果前一步驟的比較的結(jié)果指示存在電弧，則發(fā)信號通知在電源電路中存在電弧故障。
[0009]在第二工作點下的工作給出搜集在PV電源電路的工作條件下的附加信息的可能性。附加信息提高了電弧檢測的可靠性，并且允許驗證僅基于在第一工作點下工作期間所獲得的有限信息的電弧的第一指示。該方法能夠通過分析在工作期間以任何方式測量的值(電流、電壓)來執(zhí)行。不需要另外的專用設(shè)備，例如，不必執(zhí)行RF測量。
[0010]在該方法的一種優(yōu)選實施例中，第二工作點明顯不同于第一工作點。這樣，附加信息的獲得是特別大的。
[0011]在該方法的一種優(yōu)選實施例中，第二工作點對應(yīng)于使PV發(fā)電機在其開環(huán)電壓下工作。更優(yōu)選的，如果確定為第二信號的電壓低于開環(huán)電壓，則發(fā)信號通知存在電弧故障。這樣，電弧的特性和不可避免的電壓降被用于其檢測。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，電弧故障檢測系統(tǒng)被設(shè)計用于執(zhí)行以上所述的方法。根據(jù)更多的方面，PV電源系統(tǒng)以及用于PV電源系統(tǒng)的逆變器包括根據(jù)第二方面的電弧故障檢測系統(tǒng)。第二及更多方面的優(yōu)點對應(yīng)于第一方面的優(yōu)點。
[0013]更多的開發(fā)和優(yōu)選的實施例是從屬權(quán)利要求的主題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]本發(fā)明現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述并且參照下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述將會得到更全面的理解。附圖示出:
[0015]圖1是光伏系統(tǒng)的示意性布線圖；
[0016]圖2用于具有電弧檢測系統(tǒng)的光伏系統(tǒng)的逆變器的示意性框圖；
[0017]圖3是用于檢測電弧在光伏電源電路中的存在性的方法的實施例的流程圖；
[0018]圖4是光伏發(fā)電機的P/V曲線圖；
[0019]圖5是光伏發(fā)電機的另一個P/V曲線圖；以及
[0020]圖6是光伏發(fā)電機的I/V曲線圖。
【具體實施方式】
[0021]圖1示出了在示意性布線圖中的光伏系統(tǒng)(在下文中縮寫為PV系統(tǒng))。PV系統(tǒng)包括具有經(jīng)由DC電源線3、4與逆變器5 (例如，DC/AC (直流/交流)轉(zhuǎn)換器)連接的光伏發(fā)電機2 (PV發(fā)電機2)的DC電源電路I。逆變器5與在其AC側(cè)的電網(wǎng)6連接。
[0022]電網(wǎng)6能夠是私人或公共電網(wǎng)。舉例來說，電網(wǎng)6是單相系統(tǒng)。但是，本發(fā)明能夠以在任意數(shù)目的相位(例如，兩相或三相)下工作的電網(wǎng)和/或逆變器來實現(xiàn)。
[0023]此外，舉例來說，PV發(fā)電機2由單個光伏電池的電路符號表示。在所示的PV系統(tǒng)I的實現(xiàn)中，PV發(fā)電機2能夠是例如自身包括多個光伏電池的單個光伏模塊(PV模塊)。在另一種實施例中，PV發(fā)電機2可以包括例如串行連接的且形成所謂的串的多個PV模塊。而且，PV模塊的并行連接或者組合的串行/并行連接是可能的。
[0024]如果PV發(fā)電機2是PV模塊，則逆變器5能夠被集成到PV模塊內(nèi)，例如，在位于模塊后側(cè)的連接盒內(nèi)。集成于模塊內(nèi)的逆變器有時也稱為“模塊逆變器”。
[0025]圖1示出了能夠在電源電路I內(nèi)發(fā)生的兩類不同的電弧故障，該電源電路I由PV發(fā)電機2、電源線3，4以及逆變器5的輸入狀態(tài)形成。第一類是與作為電源電路的電源的PV發(fā)電機2并行地燃燒的并行電弧7。第二類是與PV發(fā)電機2電串行的且位于電源線3、4之一內(nèi)的中斷處的串行電弧8。這兩類不同的電弧7、8均在圖1中以符號表示。舉例來說，串行電弧8位于電源線3內(nèi)。同樣地，舉例來說，并行電弧7位于與PV發(fā)電機2并行處。一般地，并行電弧能夠產(chǎn)生于具有不同電位的兩個點之間。并行電弧因而同樣能夠產(chǎn)生于與PV發(fā)電機2的一部分并行之處,例如,位于與單個PV模塊并行處。
[0026]而且，作為并行電弧的一種特殊情況，電弧同樣能夠相對地電位而產(chǎn)生，例如，在電源線3、4被安裝于接地金屬管內(nèi)的情況下。對地電位的電弧在下文中稱為接地電弧。例如,如果電源線3、4之一被有意地或無意地接地，則接地電弧能夠產(chǎn)生于另一個電源線4、3與地電位之間。
[0027]圖2以示意性框圖示出了圖1的逆變器5的實例。相同的參考數(shù)字在本申請的所有附圖中指示相同的元素或者具有相同功能的元素。如同下文將更詳細(xì)地解釋的，圖2所示的逆變器5具有例如帶變壓器的單級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)注意，其它已知的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，特別是多級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)同樣能夠使用。逆變器也能夠被設(shè)計為無變壓器的。
[0028]圖2所示的逆變器5包括由逆變器5的DC輸入饋入的逆變橋，所述逆變器5的DC輸入由電源線3、4經(jīng)由分流器51來供應(yīng)。電容器52與逆變橋并行連接。電容器52使在DC電源電路內(nèi)的因逆變橋的脈沖電流負(fù)載所致的電壓紋波變小。舉例來說，逆變橋是具有布置于兩個支路內(nèi)的四個開關(guān)元件53-56的全橋或H橋。開關(guān)元件被示為機械開關(guān)。在逆變器5的實現(xiàn)中，開關(guān)通常是可控半導(dǎo)體開關(guān)，例如，雙極晶體管、MOSFET (金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管)或IGBT (絕緣柵雙極晶體管)。逆變橋的支路的中心接頭通向變壓器57，其輸出則與電網(wǎng)6連接。另外，還能夠給出包括例如一個或多個電容器的正弦波濾波器。正弦波濾波器形成盡可能接近正弦波的輸出電流。
[0029]逆變器5還包括具有集成的電弧檢測系統(tǒng)的控制單元10?？刂茊卧?0具有與逆變器5的DC電源輸入和分流器51連接的輸入線11。經(jīng)由輸入線11，控制單元10能夠確定逆變器5的輸入電壓U以及在電源電路中流過的輸入電流I。而且，控制單元10還經(jīng)由另外的輸入線12與逆變器5的AC輸出連接。另外，控制單元10經(jīng)由控制線13與開關(guān)53-56連接，以便控制開關(guān)53-56的開關(guān)狀態(tài)。
[0030]開關(guān)53-56按照例如用于將由PV發(fā)電機提供的DC電流轉(zhuǎn)換成要饋入電網(wǎng)6的AC電流的PWM(脈寬調(diào)制)方法來控制。另外的輸入線12被用來將逆變器5的輸出電壓Uac和/或電流IA。的大小和/或相位與電網(wǎng)6同步。舉例來說，AC電流IA。是在圖2所示的實施例中經(jīng)由分流器58所得的測量值。用于測量電流的其它技術(shù)(例如，經(jīng)由霍爾傳感器)同樣能夠使用。
[0031]通過控制開關(guān)53-56，使控制單元10能夠設(shè)定PV電源發(fā)電機2的工作點。工作點(有時也稱為操作點)通過給以下三種電學(xué)度量中的任一種指定規(guī)定值來設(shè)定:PV發(fā)電機2的所提供的電壓、流過的電流或者所輸送的功率，其中功率由電壓和電流的乘積給出。通常，控制單元10包括用于自動確定指定值及設(shè)定工作點的裝置，使得PV發(fā)電機輸送最大的功率，稱為MPP (最大功率點)跟蹤器。
[0032]在圖2所示的實施例中，開關(guān)53-56的開關(guān)狀態(tài)另外還能夠直接地或者經(jīng)由設(shè)定工作點而通過集成的電弧檢測系統(tǒng)來控制。[0033]圖3示出了用于檢測光伏電源電路中的電弧的方法的流程圖。該方法能夠在例如圖1所示的光伏系統(tǒng)中進(jìn)行以及由集成于圖2所示的逆變器5的控制單元10內(nèi)的電弧檢測系統(tǒng)執(zhí)行。不作任何限制，該方法因此將以舉例的方式參照圖1和2來描述。
[0034]在第一步驟S301中，電源電路(例如，圖1所示的光伏系統(tǒng)I)在第一工作點處于正常工作條件下操作，該第一工作點優(yōu)選地由MPP跟蹤器來確定。
[0035]在第二步驟S302中，測量在電源電路中流過的DC電流I以及由PV發(fā)電機2提供的DC電壓U。所測得的值稱為第一信號。應(yīng)當(dāng)注意，由于DC電壓、DC電流及DC功率的值與AC電壓、AC電流及AC功率的值之間(即，在逆變器的DC側(cè)與AC側(cè)之間)的關(guān)系，第一信號還能夠根據(jù)AC值的測量來確定。
[0036]在下一步驟S303中，第一信號被分析，并且確定第一信號是否指示在電源電路中可能存在電弧。在下一步驟S304中，如果分析的結(jié)果沒有指示存在電弧，則方法分支回到步驟S302以重復(fù)步驟S302至S304。相反地，如果分析的結(jié)果確實指示存在電弧,則方法繼續(xù)進(jìn)行步驟S305。
[0037]在步驟S303中，關(guān)于電弧的一個或多個不同的指示能夠被檢查。指示的全都是所測得的第一信號相對于通常的和期望的值的偏離。下面給出實例。而且，在步驟S302和S303的數(shù)次重復(fù)中測得的第一信號的變化同樣能夠用于分析異常行為。除了別的以外，指示能夠為下列情形之一:
[0038]第一指示由在步驟S302中測得的電壓U的意外值給出。圖4以曲線圖示出了 PV發(fā)電機(例如，圖1的PV發(fā)電機2)的P/V (功率-電壓)特性曲線。PV發(fā)電機的工作電壓U在曲線圖的X軸上記錄；由PV發(fā)電機輸送的功率P在曲線圖的y軸上記錄。
[0039]P/V曲線101示出了 PV發(fā)電機在其正常操作期間的特性。所輸送的功率P隨電壓U增大而單調(diào)上升,直到達(dá)到最大功率。隨著電壓U進(jìn)一步增大,功率P在開環(huán)電壓U0下降低至O。曲線的最大值稱為MPP (最大功率點)。在所示的情形中，曲線只展示出一個最大值，則該最大值稱為全局MPP。應(yīng)當(dāng)注意，在某些工作條件下，例如，如果PV發(fā)電機的一部分被遮蔽(shadow),則會觀察到兩個或更多的局部MPP。在那種情況下，在所輸送的功率中最高的MPP被指示為全局MPP。
[0040]在根據(jù)P/V曲線101的PV發(fā)電機的正常操作期間，MPP跟蹤器將確定MPP并且設(shè)置PV發(fā)電機使其在電壓值U111和功率值P111處的工作點111下工作。由于工作點111由MPP跟蹤器來確定，因而在下文中它稱為跟蹤的工作點111。通常，與MPP相連的電壓位于相對窄的范圍內(nèi)，例如，大約為PV發(fā)電機的開環(huán)電壓的75%-85%。因此，可預(yù)料電壓U111具有U0的大約75%-85%的高度。
[0041]沿著燃燒電弧的電壓降近似達(dá)到數(shù)十伏，其中電壓降的高度與電弧的參數(shù)相關(guān)，例如，電弧所跨越的距離。在圖4中，另外的P/V曲線102-105示出了在具有不同參數(shù)的串行電弧在燃燒時的PV發(fā)電機的特性。應(yīng)當(dāng)注意，另外的P/V曲線102-105來源于電弧的仿真，而非來源于測量。由于該原因，曲線向下進(jìn)行到零功率，即，進(jìn)入其中真實電弧由于流過的低電流而將被熄滅的區(qū)域內(nèi)。另外的ΡΛ曲線102-105同樣每個都只展示出一個MPP，該MPP位于比電壓U111低的電壓處以及于比功率值P111低的功率處。假定MPP跟蹤器已經(jīng)能夠跟隨由箭頭指示的在電弧產(chǎn)生時的特性變化，則所跟蹤的工作點112-115被設(shè)定。如果PV發(fā)電機在所跟蹤的工作點112-115之一下工作，并且因此在步驟S302中測得的電壓U低于預(yù)期值，則指示存在電弧。特別是對于用作PV發(fā)電機的單個模塊，沿著串行電弧的電壓降能夠高達(dá)開環(huán)電壓的30%，這導(dǎo)致明顯超出預(yù)期范圍的測量電壓U。
[0042]在與PV發(fā)電機并行地燃燒的并行電弧7的情形中，所測得的電壓U等于所提到的沿著燃燒電弧的電壓降的高度，該高度同樣明顯地超出了預(yù)期的范圍。
[0043]應(yīng)當(dāng)注意，與燃燒電弧不同的情況同樣能夠?qū)е鲁鲱A(yù)期范圍的測量電壓。例如，如果入射陽光的強度低，則MPP跟蹤器能夠?qū)⒐ぷ鼽c設(shè)定于在正常操作期間所預(yù)期的電壓范圍之外。但是，這樣的情況或工作條件通常能夠被識別。低強度的入射陽光能夠例如通過低的光伏電流I來識別。
[0044]第二指示由P/V特性曲線的斜率變化給出。圖5示出了用于解釋該指示的與圖4相同的P/V曲線101-105。MPP跟蹤器在正常操作期間連續(xù)地確定P/V曲線(例如，P/V曲線101)的斜率，以便能夠通過工作電壓的穩(wěn)定的來回變化跟隨其最大值。在所示的實例中，假定PV發(fā)電機已經(jīng)首先在所跟蹤的工作點111下沿著P/V曲線101而操作(正常操作)。P/V曲線101在工作點111具有斜率121。進(jìn)一步假定隨后產(chǎn)生了串行電弧，導(dǎo)致由箭頭指示的根據(jù)另外的P/V曲線102的特性變化。在MPP跟蹤器能夠“跟隨"P/V曲線102到其最大值之前，工作點仍然位于與工作點111關(guān)聯(lián)的電壓值U111處。所產(chǎn)生的中間工作點被指示為未跟蹤的工作點111’。在該未跟蹤的工作點111’處，P/V曲線102具有顯著不同于斜率121的斜率122。因此，由MPP跟蹤器執(zhí)行的P/V特性曲線在實際工作點處的斜率的測量示出了斜率從(已跟蹤的)斜率121的值到(未跟蹤的)斜率122的突然變化。斜率的快速變化因而能夠被看作是電弧產(chǎn)生的指示。
[0045]第三指示由電流I的意外躍變給出。由于以上所述的沿著串行電弧的電壓降，新的最佳工作點位于較低的電壓處?，F(xiàn)在參照圖6，該圖6以曲線圖示出了 PV發(fā)電機(例如，圖1的PV發(fā)電機2)的I/V (電流-電壓)特性曲線。PV發(fā)電機的工作電壓U記錄于曲線圖的X軸上；從PV發(fā)電機流出的電流I記錄于曲線圖的y軸上。
[0046]I/V曲線201示出了 PV發(fā)電機在其正常操作期間的特性，而另外的I/V曲線202-205示出了在具有不同參數(shù)的串行電弧正在燃燒時的PV發(fā)電機的特性。假定PV發(fā)電機首先在工作點211于正常的工作條件下工作。當(dāng)電弧開始燃燒時，MPP跟蹤器首先仍然保持由箭頭指示的前一工作點的電壓(類似于以上結(jié)合第二指示所描述的情形)，該電壓現(xiàn)在與在工作點212-215之一處的較低電流相關(guān)。因而，開始燃燒的串行電弧導(dǎo)致所測得電流I的突然下降。只有在那時，MPP跟蹤器朝著更低的工作電壓漂移并且最終鎖定于新的MPP0電流I的值然后恢復(fù)為前值。類似地，所輸送的功率P的快速變化能夠被認(rèn)為是存在電弧的指示。
[0047]第四指示由顫動的電壓U或電流I給出。沿著電弧的電壓降是隨時間變化的。因此，所測得的電壓U和所測得的電流I隨時間變化。
[0048]如果已經(jīng)檢測到存在電弧的指示，則方法繼續(xù)進(jìn)行步驟S305。至此，僅電弧的指示被觀察到。須要記住的是，其它操作條件(例如，對PV發(fā)電機的遮蔽)同樣與P/V或I/V特性曲線的變化有聯(lián)系。這樣的變化能夠被誤解釋為存在電弧的指示。步驟S305和隨后的步驟現(xiàn)在用來驗證電弧是否實際存在。為了該目的，PV發(fā)電機2在步驟S305中在第二工作點于顯著不同的工作條件下操作。
[0049]在該方法的一種實施例中，在步驟S305中假定的第二工作點對應(yīng)于通過例如打開逆變器5的逆變橋的所有開關(guān)53-56而將電流I設(shè)定為O。[0050]在隨后的步驟S306中，再次測量在電源電路中流過的DC電流I以及由PV發(fā)電機提供的DC電壓U。所測得的值稱為第二信號。[0051]在隨后的步驟S307中，比較第一及第二信號。如果之前還沒有存在電弧，電容器將被充電高達(dá)開環(huán)電壓。因此，電壓U將上升，并且充電電流將被觀察到。即使存在遮蔽，電壓也會上升達(dá)開環(huán)電壓隊。如果之前已經(jīng)存在串行電弧8，則將有電流流過，只要電容器將吸收電荷。但是，由于沿著電弧的電壓降，電容器的電壓將不會超過與Utl減去電壓降相應(yīng)的值。然后，最遲，將不再有電流流過，并且電弧將被熄滅。如果之前已經(jīng)存在并行電弧7，則它將不會或者只在很小的程度上受到設(shè)定新的工作點的影響，并且因此沒有能夠觀察到在第一及第二信號之間的顯著變化。應(yīng)當(dāng)注意，小的變化能夠由于由電弧載送的不同電流而發(fā)生。[0052]能夠在步驟S306之前已經(jīng)存在的三種不同情景(無電弧、串行電弧、并行電弧)從而導(dǎo)致所測得的電壓和/或電流的三種不同反應(yīng)，這反映于第二信號與第一信號的比較中。[0053]在下一步驟S308中，分析比較的結(jié)果，并且根據(jù)該結(jié)果，在步驟S309中指示電弧存在或者方法分支回到步驟S301，其中假定為正常操作。能夠假定正常操作處于前面的第一工作點下。作為選擇，能夠執(zhí)行用于查找全局MPP的搜索方法，以便找出新的第一工作點。合適的搜索方法是本【技術(shù)領(lǐng)域】所已知的，并且因此在此將不再詳細(xì)地描述。[0054]在該方法的另一種實施例中，在步驟S305中假定的第二工作點對應(yīng)于將電壓和/或電流顯著降低到例如第一工作點的電壓或電流的一半或三分之一。這同樣導(dǎo)致所測得的電壓和/或電流的不同反應(yīng)，并且特別地導(dǎo)致與電弧存在相關(guān)的不同的動態(tài)行為。[0055]作為選擇或除此以外，在電弧已經(jīng)被指示之后關(guān)于電弧是否實際存在的驗證同樣能夠通過將所測得的特性曲線(例如，P/V或I/V曲線)與預(yù)料的特性曲線進(jìn)行比較來執(zhí)行。預(yù)料的特性曲線能夠是例如在已知的操作條件(正常、部分遮蔽等)下已記錄的或者所仿真的或所計算出的之前測得的曲線。[0056]最后要注意，前面的描述和附圖是示例性的，而不是限制性的，并且本發(fā)明并不限制于所公開的實施例。所公開的實施例的其它變化能夠由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)附圖、本公開內(nèi)容和所附的權(quán)利要求書來理解和實現(xiàn)。[0057]參考符號列表[0058]1 光伏電路(PV電路)[0059]2 光伏發(fā)電機(PV發(fā)電機)[0060]3,4 DC 電源線[0061]5 逆變器[0062]6 電網(wǎng)[0063]7并行電弧[0064]8串行電弧[0065]10 控制單元[0066]11 信號線[0067]12 另外的信號線[0068]13 控制線
[0069]51 分流器(DC)
[0070]52 電容器
[0071]53-56 開關(guān)
[0072]57 變壓器
[0073]58 分流器(AC)
[0074]101-105P/V 曲線
[0075]111-115在P/V曲線上的工作點
[0076]121 斜率
[0077]201-205I/V 曲線
[0078]211-215在I/V曲線上的工作點
[0079]U電壓
[0080]U0 開環(huán)電壓
[0081]U111 在工作點111處的電壓
[0082]U211 在工作點211處的電壓
[0083]I電流
[0084]P功率
[0085]P111 在工作點111處的功率
[0086]S 步驟
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測光伏電源電路(I)中的電弧故障的方法，所述光伏電源電路包括光伏發(fā)電機(2)，所述方法包括以下步驟: a.使所述光伏發(fā)電機(2)工作在第一工作點； b.確定與在所述電源電路(I)中流過的DC電流(I)和/或存在于所述電源電路(I)中的DC電壓(U)相關(guān)的第一信號； c.分析所述第一信號并確定所述第一信號是否指示在所述電源電路(I)中存在電弧(7,8)； d.如果所述第一信號指示在所述電源電路(I)中存在電弧(7，8)，則使所述光伏發(fā)電機(2)工作在第二工作點； e.確定與在所述電源電路(I)中流過的所述DC電流(I)和/或存在于所述電源電路(O中的所述DC電壓(U)相關(guān)的第二信號； f.將所述第一信號與所述第二信號進(jìn)行比較；以及 g.如果前面步驟(f)的所述比較的結(jié)果指示存在電弧(7，8)，則發(fā)信號通知在所述電源電路(I)中存在電弧故障(7，8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中分析所述第一信號的步驟包括:確定所述第一信號是否示出了所述電壓(U)和/或所述電流(I)的意外值和/或所述電壓(U)和/或所述電流(I)的關(guān)于時間的導(dǎo)數(shù)的意外值，并且其中觀察到這樣的預(yù)期值被認(rèn)為是存在電弧(7，8)的指示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述第二工作點明顯不同于所述第一工作點。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第二工作點對應(yīng)于使所述光伏發(fā)電機(2)在其開環(huán)電壓(Utl)下工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中如果被確定為所述第二信號的所述電壓(U)低于所述開環(huán)電壓(Utl)，則發(fā)信號通知存在電弧故障(7，8)。
6.一種電弧故障檢測系統(tǒng)，被設(shè)計為執(zhí)行前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法。
7.一種光伏電源系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求6所述的電弧故障檢測系統(tǒng)(10)。
8.一種用于光伏電源系統(tǒng)的逆變器(5)，所述逆變器包括控制單元(11)，所述控制單元具有集成的根據(jù)權(quán)利要求6所述的電弧故障檢測系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的逆變器(5)，被集成到光伏模塊中。
【文檔編號】H02H1/00GK103597363SQ201180071541
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月4日
【發(fā)明者】H·貝倫茨, S·比埃尼克, T·布魯, M·霍普夫, G·貝藤沃特, M·卡拉圖徹維爾, C·米爾茨, O·普賴爾 申請人:Sma太陽能技術(shù)股份公司