光伏設(shè)備中的電弧檢測(cè)的制作方法
【專利摘要】描述了一種用于檢測(cè)操作在直流電流模式中的光伏設(shè)備中的串聯(lián)電弧的方法，其中，光伏設(shè)備包括N（N=1或N>1）個(gè)光伏模塊（100，1，2，3），光伏模塊連接至對(duì)于模塊具有電容性行為的充電設(shè)備（10），方法包括：a）在N個(gè)模塊（1≤n≤N）中的n個(gè)模塊上檢測(cè)電壓的時(shí)間演變，b）在緊接在穩(wěn)定電壓的第一區(qū)域（A）和穩(wěn)定電壓的第二區(qū)域（B）之間的電壓變化之后的至少5μs的持續(xù)時(shí)間期間識(shí)別電壓變化，以及c）確定電壓變化是否在大于或等于0.2V的值Vmin和小于或等于20V的值Vmax之間，其中，該變化的上升時(shí)間在大于或等于0.5μs的持續(xù)時(shí)間Tmin和小于或等于5μs的持續(xù)時(shí)間Tmax之間。
【專利說明】光伏設(shè)備中的電弧檢測(cè)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏設(shè)備，并且尤其涉及用于在這些設(shè)備中檢測(cè)電弧的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]可能開發(fā)使用光伏板(PV)的設(shè)備。但是這種設(shè)備會(huì)隨著時(shí)間而發(fā)生老化和故障。這些老化和故障可以是良性的(例如:關(guān)閉、產(chǎn)量損失、效率降低……)，但是如果在連接上出現(xiàn)串聯(lián)電弧，那么這些老化和故障也可能更加嚴(yán)重。事實(shí)上，在最差的情況下，這些現(xiàn)象的結(jié)果可能是甚至?xí)?dǎo)致安裝有PV模塊的建筑物損毀的火災(zāi)爆發(fā)。
[0003]圖1A表示已知類型的系統(tǒng)中的電弧的位置，該系統(tǒng)包括連接至電網(wǎng)的3個(gè)光伏模塊1、光伏模塊2、光伏模塊3和轉(zhuǎn)換器(或逆變器)10。串聯(lián)電弧可能發(fā)生在光伏模塊1、光伏模塊2、光伏模塊3和逆變器12之間的區(qū)域13中。電弧還能夠發(fā)生在模塊內(nèi)或模塊之間。
[0004]因此嘗試開發(fā)使電弧在出現(xiàn)之后能夠立即被檢測(cè)出的系統(tǒng)，以便使電弧停止并且非常嚴(yán)格地限制它們對(duì)設(shè)備及其周圍的影響。
[0005]用于在低壓直流或交流設(shè)備中檢測(cè)電弧的已知解決方案主要以超聲檢測(cè)(通過電弧的聲學(xué)特性(signature))或高頻(通過電弧的RF特性)或甚至以熱度測(cè)量(電弧的紅外特性)為基礎(chǔ)?，F(xiàn)象的特性是使該現(xiàn)象信號(hào)能夠被確定地識(shí)別的所有特性以及它們的值。
[0006]對(duì)于PV設(shè)備而言，一些實(shí)驗(yàn)室或產(chǎn)業(yè)開始開發(fā)相同類型的檢測(cè)器。這些系統(tǒng)的主要限制在于它們用于測(cè)量特性的裝置。事實(shí)上，因?yàn)樘匦詾閺?fù)雜的并且通常處在高頻(對(duì)于聲學(xué)和RF特性)處，所以它們要求帶有高采樣的非常繁重的軟件處理，并且從而要求昂貴的組件。而且，包括噪音或來自電弧特性的干擾的辨別的處理時(shí)間可以是長(zhǎng)的，范圍從幾秒至幾分鐘。
[0007]因此，這些解決方案并不滿足對(duì)于快速可靠并且低成本的穩(wěn)固性的需要。
[0008]文件FR2912848描述如何使用電壓中的快速變化的測(cè)量來檢測(cè)串聯(lián)電弧。嘗試精確估計(jì)該變化。
[0009]文件W02011/17721描述了用于在PV系統(tǒng)中檢測(cè)電弧的方法。這種檢測(cè)是以平均電流測(cè)量和觀察到的演變?yōu)榛A(chǔ)的。
[0010]這種解決方案要求冗長(zhǎng)測(cè)量和冗長(zhǎng)處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]描述在直流電流下，光伏系統(tǒng)中電壓的測(cè)量和電弧的特征特性信號(hào)的檢測(cè)以執(zhí)行快速可靠的測(cè)量。
[0012]更具體地，描述了一種用于檢測(cè)操作在直流電流模式中的光伏設(shè)備中的串聯(lián)電弧的方法，其中，光伏設(shè)備包括N (N=l或N>1)個(gè)光伏模塊(100，1，2，3)，光伏模塊連接至對(duì)于模塊具有電容性行為的充電設(shè)備(10)，該方法包括:
[0013]a)在N個(gè)模塊(1≤η≤N)中的η個(gè)模塊上檢測(cè)電壓的時(shí)間演變，[0014]b)在緊接在穩(wěn)定電壓的第一區(qū)域(A)和穩(wěn)定電壓的第二區(qū)域(B)之間的電壓變化之后的至少5μ s的持續(xù)時(shí)間期間識(shí)別所述電壓變化，以及
[0015]c)確定電壓變化是否在大于或等于0.2V的值Vmin和小于或等于20V的值Vmax之間，其中，該變化的上升時(shí)間在大于或等于0.5μ s的持續(xù)時(shí)間Tmin和小于或等于5μ s的持續(xù)時(shí)間Tmax之間。
[0016]可以完全或部分地通過分析或計(jì)算電壓變化的斜率并且通過確定該斜率是否在Vmin/Tmax (0.04V/ μ s)和 Vmax/Tmin (40V/ μ s)之間以執(zhí)行確定步驟 c)。
[0017]可以在N個(gè)光伏模塊的組件上執(zhí)行步驟檢測(cè)a)?？梢哉J(rèn)為值Vmin大于或等于10V并且值Vmax小于或等于20V。
[0018]用于構(gòu)成被考慮光伏模塊的連接的材料限定了的電弧電壓值VARC值。在該方法中，Vmin和Vmax可以位于對(duì)被考慮材料預(yù)先限定的電弧電壓值VARC的任何一側(cè)。
[0019]持續(xù)時(shí)間Tmin和Tmax可以位于與使得等于VARC的電壓變化能夠被施加在光伏模塊的組件上所需要的持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間Tare的任何一側(cè)。
[0020]可以在N個(gè)光伏模塊中的η個(gè)光伏模塊的子組件上執(zhí)行步驟檢測(cè)a)。
[0021 ] 在該情況中，值Vmin和Vmax可以位于值VARC*n/N的任何一側(cè)，VArc對(duì)應(yīng)于對(duì)用于構(gòu)成被考慮光伏模塊的連接的材料預(yù)先限定的電弧電壓，值Vmax小于或等于20V*n/N，
[0022]持續(xù)時(shí)間Tmin和Tmax優(yōu)選地位于持續(xù)時(shí)間Tarc*n/N的任何一側(cè)，其中，Tare對(duì)應(yīng)于使得等于VARC的電壓變化能夠被施加在光伏模塊的組件上所需要的持續(xù)時(shí)間，Tarc*n/N小于或等于5*ηΝ μ s。
[0023]可以將所測(cè)量的電壓數(shù)字化，從電壓的數(shù)字值來執(zhí)行步驟a)至c)。
[0024]還描述了一種用于檢測(cè)操作在直流電流模式中的光伏設(shè)備中串聯(lián)電弧的設(shè)備，其中，光伏設(shè)備包括N (N=l或N>1)個(gè)光伏模塊以及對(duì)于模塊具有電容性行為的設(shè)備，該檢測(cè)設(shè)備包括:
[0025]a)用于檢測(cè)在N個(gè)模塊中的η個(gè)模塊上的電壓的時(shí)間演變的裝置，
[0026]b)用于在緊接在穩(wěn)定電壓的第一區(qū)域(Α)和穩(wěn)定電壓的第二區(qū)域(Β)之間的電壓變化之后的至少5μ s的持續(xù)時(shí)間期間識(shí)別所述電壓變化的裝置，以及
[0027]c)用于確定電壓變化是否在大于或等于0.2V的值Vmin和小于或等于20V的值Vmax之間的裝置，其中，該變化的上升時(shí)間在大于或等于0.5ys的持續(xù)時(shí)間Tmin和小于或等于5 μ s的持續(xù)時(shí)間Tmax之間。
[0028]用于確定電壓是否在Vmin和Vmax之間以及上升時(shí)間是否在Tmin和Tmax之間的裝置可以分析或計(jì)算或測(cè)量電壓變化的斜率并且確定該斜率是否在Vmin/Tmax (0.04V/μ s)和 Vmax/Tmin (40V/ μ s)之間。
[0029]可以在N個(gè)光伏模塊的組件上檢測(cè)電壓的時(shí)間演變，值Vmin大于或等于10V并且值Vmax小于或等于20V。
[0030]值Vmin和Vmax優(yōu)選地位于對(duì)用于構(gòu)成被考慮光伏模塊的連接的材料預(yù)先限定的電弧電壓值VARC的任何一側(cè)。
[0031]持續(xù)時(shí)間Tmin和Tmax可以位于與將等于VARC的電壓變化施加在光伏模塊的組件上所需要的持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間Tare的任何一側(cè)。
[0032]可以在N個(gè)光伏模塊中的η個(gè)光伏模塊的子組件上檢測(cè)電壓的時(shí)間演變。[0033]值Vmin和Vmax然后可以位于值VARC*n/N的任何一側(cè)，VArc對(duì)應(yīng)于對(duì)用于構(gòu)成被考慮光伏模塊的連接的材料預(yù)先限定的電弧電壓，值Vmax小于或等于20V*n/N。持續(xù)時(shí)間Tmin和Tmax可以位于持續(xù)時(shí)間Tarc*n/N的任何一側(cè)，其中，Tare對(duì)應(yīng)于將等于VARC的電壓變化施加在光伏模塊的組件上所需要的持續(xù)時(shí)間，Tarc*n/N小于或等于5*ηΝμ s。
[0034]該設(shè)備可以包括用于對(duì)至少等于100Hz的頻率進(jìn)行濾波的裝置。
[0035]其可以包括用于形成無源濾波器或形成有源濾波器的濾波裝置和/或模擬濾波裝置和數(shù)字濾波裝置。
[0036]還可以提供用于對(duì)所測(cè)量的電壓進(jìn)行數(shù)字化的裝置。
[0037]對(duì)于模塊具有電容性行為的設(shè)備或裝置可以包括轉(zhuǎn)換器或逆變器或電池。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1A表示已知類型的系統(tǒng)中的電弧的位置，
[0039]圖1B和1C不意性地表不光伏設(shè)備的一般構(gòu)造，該光伏設(shè)備具有有位于光伏模塊和轉(zhuǎn)換器之間(圖1B)或模塊之間(圖1C)的檢測(cè)裝置，
[0040]圖2表示隨著時(shí)間的變化，在光伏設(shè)備上的電弧期間電壓的變化，
[0041]圖3表不根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方式，
[0042]圖4表示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方式，
[0043]圖5表示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方式，
[0044]圖6表示光伏模塊的特征電流/電壓曲線，
`[0045]圖7表示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的數(shù)字實(shí)施方式。
【具體實(shí)施方式】
[0046]圖1B不意性地表不光伏設(shè)備的結(jié)構(gòu)，該光伏設(shè)備包括3個(gè)光伏模塊1、2、3,電弧測(cè)量裝置8和元件10，其中，元件10向設(shè)備的輸出施加電容性電荷或甚至對(duì)于多個(gè)模塊如轉(zhuǎn)換器或逆變器或電池具有電容性行為。
[0047]這個(gè)元件10連接至電網(wǎng)12。電弧可能發(fā)生在光伏模塊1，光伏模塊2，光伏模塊3和/或該元件10之間?；蛘?，電弧可能發(fā)生在PV模塊之間或在PV模塊中即在PV模塊的電池之間。
[0048]通過光伏模塊，意味著光伏電池的單片組件。
[0049]本說明并不限于三個(gè)光伏模塊，而是可以用于任意數(shù)量N個(gè)的該模塊。在接下來的文中，光伏模塊的組件會(huì)由單個(gè)參考標(biāo)號(hào)100來指示。
[0050]電弧測(cè)量裝置8位于光伏模塊100和裝置10之間。它們使得光伏模塊組的電壓能夠被測(cè)量。如圖1C所示出的，如果希望檢測(cè)串聯(lián)模塊中的多個(gè)模塊中或多個(gè)模塊之間的電弧，那么測(cè)量裝置位于這串聯(lián)模塊中的每個(gè)模塊1，模塊2，模塊3上。還可以存在η(l^n^N)個(gè)串聯(lián)模塊上的測(cè)量。
[0051]由于裝置10的輸入電容或由于裝置10的輸入電荷具有電容性屬性，裝置10在建立電弧的持續(xù)時(shí)間期間允許在PV模塊100串列的輸出處保持穩(wěn)定的電壓。如上文所已經(jīng)陳述的，可替選地，可以提供將允許同樣的穩(wěn)定化效應(yīng)的逆變器或電容性電荷如轉(zhuǎn)換器或電池。[0052]由光伏模塊饋送的電壓和電流取決于多個(gè)參數(shù)(光照、溫度)并且可能顯著地改變。
[0053]圖6顯示光伏模塊根據(jù)所接收的照明(從200-1000ff/cm2)的特征曲線。由模塊饋送的電流根據(jù)該照明(在第一近似中成比例地)而強(qiáng)烈地改變。圖6的曲線上的操作點(diǎn)P1，P2，…，Pk是模塊對(duì)于給定的照明傳送最大功率的點(diǎn)。
[0054]為了優(yōu)化發(fā)電，轉(zhuǎn)換器或逆變器10施加操作電壓，因而它們產(chǎn)生最大功率(這個(gè)功能稱為最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT ))。
[0055]在電壓測(cè)量中，裝置8使得電弧的特征特性能夠被識(shí)別，該特征特性被表示成在PV設(shè)備100上的電壓的快速上升。這種變化由瞬時(shí)電壓Vi的演變來表示，其中，瞬時(shí)電壓\具有強(qiáng)烈振蕩并且可以具有圖2中所表示的形式。還表示了通過對(duì)瞬時(shí)電壓Vi進(jìn)行濾波而導(dǎo)致的電壓Vf。應(yīng)注意這些電壓變化發(fā)生在被稱為初始值的電壓值處的第一電壓穩(wěn)定區(qū)域(圖2中的區(qū)域A)和在被稱為最終值的電壓值％處的第二電壓穩(wěn)定區(qū)域(圖2中的區(qū)域B)之間。這個(gè)第二電壓穩(wěn)定區(qū)域具有至少幾118例如至少54 8或至少1(^8的持續(xù)時(shí)間。結(jié)果，由電壓邊緣導(dǎo)致的變化改變電壓值。
[0056]在上升邊緣之后，電壓設(shè)置在電壓邊緣的等于大約VJVARC的最終值％處，并且基本上在上文所指示的最小持續(xù)時(shí)間內(nèi)的維持在這個(gè)值上。
[0057]在瞬時(shí)電壓\的邊緣的開始時(shí)觀察到的電壓振蕩可以改變。在第一電壓穩(wěn)定區(qū)域和第二電壓穩(wěn)定區(qū)域之間，該特性被特征為電壓\的在值為0.2V和20V之間的正向改變AV (=V1-V0)(對(duì)于Vg也一樣，因?yàn)橥ㄟ^對(duì)曲線Vi進(jìn)行平滑處理而從Vi直接推導(dǎo)出同樣的改變。)
[0058]如本文以下所解釋地，這個(gè)值可以根據(jù)測(cè)量位置以及位于電弧檢測(cè)器所處于的PV模塊100串列中的PV模塊的數(shù) 量而變化。
[0059]最大值A(chǔ)V即20V與電弧的物理特征有關(guān)。事實(shí)上，如文件FR2912848中所已經(jīng)附帶解釋的，電弧可能分解成3個(gè)區(qū)域:
[0060].1個(gè)電極/空氣接口區(qū)域
[0061].1個(gè)等離子體區(qū)域
[0062].1個(gè)空氣/電極接口區(qū)域
[0063]兩個(gè)接口區(qū)域顯示為二極管的ΡΝ結(jié)，這個(gè)結(jié)是導(dǎo)電材料和隔離器之間的結(jié)。
[0064]這個(gè)結(jié)因此具有與出現(xiàn)的材料的電勢(shì)直接相關(guān)的固定電勢(shì)。空氣的電勢(shì)不改變，但是電極的電勢(shì)可能根據(jù)電極是否為銅或鋁或銀而改變。這個(gè)電勢(shì)從而出現(xiàn)在每個(gè)接口處并且是電弧的特征。在點(diǎn)火出現(xiàn)時(shí)發(fā)生該電勢(shì)(在等離子體建立之前)并且在電弧上測(cè)量的該電勢(shì)的最大值在10V和20V之間。
[0065]取決于電弧檢測(cè)器8的位置，所測(cè)量的值是不同的。這個(gè)測(cè)量值在光伏設(shè)備的前面處具有10V至20V的最大值(在模塊1的正極端子+和模塊η的負(fù)極端子之間的測(cè)量)。
[0066]如果電弧檢測(cè)器位于模塊1，2，3，…，或Ν的任一個(gè)上，那么電弧檢測(cè)器所看到的電壓值除以等于Ν (+/-5%)的因子，其中Ν為PV串列中PV模塊的數(shù)量。
[0067]再次利用上文已經(jīng)使用的符號(hào)，在串列的單個(gè)模塊處測(cè)量的電壓會(huì)在電弧建立的結(jié)束時(shí)改變VARC/Ν (+/_5%)，其中Ν為串列中PV模塊的數(shù)量。事實(shí)上，如果組件上的電壓變化為VARC，那么這個(gè)變化會(huì)分布在Ν個(gè)模塊中的每個(gè)模塊上。如果測(cè)量在具有來自該串列的N個(gè)模塊中的η個(gè)模塊的組件上的電壓，那么會(huì)具有nxVARC/ (N)的變化。
[0068]發(fā)生在光伏系統(tǒng)中的串聯(lián)電弧的另一個(gè)參數(shù)為電弧的電壓邊緣的上升時(shí)間ΛΤ(圖2的曲線II上從&至該上升時(shí)間是在電壓的初始值％和最終值％之間測(cè)量的，具有誤差余量例如大約10%，這個(gè)誤差余量是由于波形上的噪音造成的。上升時(shí)間與光伏模塊的物體特征以及它們的動(dòng)態(tài)行為有關(guān)。PV模塊表示一些可變的雜散電容或等同值。因此PV模塊具有對(duì)于其電壓步驟特征的響應(yīng)時(shí)間。但是這個(gè)時(shí)間取決于PV模塊的不同技術(shù)而幾乎沒有改變；該時(shí)間在0.5 μ S和5 μ S之間。
[0069]至于電壓變化，當(dāng)在串列的單個(gè)模塊上測(cè)量電壓時(shí)，這個(gè)上升時(shí)間值除以模塊的數(shù)量。在來自Ν個(gè)模塊的組件的η個(gè)模塊上的組件上，這個(gè)上升時(shí)間值為ηχ Λ Τ/Ν。
[0070]這些特征允許在2個(gè)電壓穩(wěn)定區(qū)域之間，使用所識(shí)別的電壓變化Λ V和上升時(shí)間值Λ Τ，識(shí)別的串聯(lián)電弧的特性、PV系統(tǒng)的介質(zhì)特征。
[0071]可以相似地或等同地識(shí)別電弧:
[0072]-通過在電壓變化的時(shí)間演變期間的電壓變化的持續(xù)時(shí)間ΛΤ和斜率；
[0073]-通過在電壓變化的時(shí)間演變期間的電壓變化ΛV和電壓變化的斜率；
[0074]電弧的出現(xiàn)被表示為:
[0075]-在0.5ys和5ys之間的上升時(shí)間期間，10V和20V之間的最大電壓變化(如果在模塊的組件上來進(jìn)行測(cè)量的話);
[0076]-或者，在0.5ys和5ys之間的上升時(shí)間期間，40V/ys或0.4V/ys之間的電壓邊緣斜率；
[0077]-或者，在40ν/μs或0.4ν/μ s之間的電壓邊緣斜率，或者在10V和20V之間的最大電壓變化(如果在模塊的組件上來進(jìn)行測(cè)量的話)。
[0078]換句話說，在任一方式中，確定電壓變化是否在大于或等于0.2V值Vmin和小于或等于20V的值Vmax之間，其中，該變化的上升時(shí)間在大于或等于0.5μ s的持續(xù)時(shí)間和小于或等于5 μ s的持續(xù)時(shí)間Tmax之間。
[0079]如果在N個(gè)光伏模塊的組件上執(zhí)行測(cè)量或檢測(cè)，那么值Vmin大于或等于10V并且值Vmax小于或等于20V。
[0080]當(dāng)在來自N個(gè)模塊的η個(gè)模塊的組件或單個(gè)模塊上執(zhí)行測(cè)量時(shí)，上述值是合適的；但是在這兩個(gè)情況下，變化斜率或電壓邊緣的值保持一樣。
[0081]因此，如果在Ν個(gè)光伏模塊的η個(gè)子組件上執(zhí)行檢測(cè)的步驟，那么值Vmax可能視為小于或等于20V*n/N, Tarc*n/N小于或等于5*η/Ν μ s。
[0082]用于檢測(cè)電弧的設(shè)備的示例性實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)一種使得信號(hào)能夠被獲得并且上文描述的類型的特性能夠被辨別的技術(shù)裝置。
[0083]對(duì)于此，許多技術(shù)解決方案是可能的。
[0084]上文所提出的每個(gè)解決方案中的嘗試將電弧的特性與在形成電弧檢測(cè)的裝置8的輸入處觀察到的電壓的其它干擾隔離。事實(shí)上，在PV系統(tǒng)上，電壓并非完美平滑的，具體在100Hz處存在有干擾，該干擾具有正弦形狀和取決于由逆變器10在電網(wǎng)上所注入的功率等級(jí)的可變幅度:這些干擾是由逆變器生成的諧波，被施加在逆變器的輸入處并且從被施加到PV設(shè)備的D-C部分上。一些干擾可能處在更高頻率處，例如Dirac型干擾，表示發(fā)動(dòng)機(jī)起始干擾或靠近PV設(shè)備的其它元件并且發(fā)射電磁干擾。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)可能位于靠近PV設(shè)備的環(huán)境中并且發(fā)射干擾電磁場(chǎng)或由逆變器的輸出來供電。
[0085]最后，與通過電力線載波(PLC)的通信的使用有關(guān)的干擾可能干擾電弧檢測(cè)器。這些干擾可能來自例如在PV設(shè)備中通過電力線載波(PLC)來通信的智能系統(tǒng)的出現(xiàn)。
[0086]如圖3所示出的，第一示例性實(shí)施方式包括使用級(jí)聯(lián)模擬無源濾波器。該級(jí)聯(lián)模擬無源濾波器包括3級(jí):第一無源濾波器30 (帶通)，第二無源濾波器30 (高通)和放大器4。
[0087]這些級(jí)可能聚集為單一的一個(gè)級(jí)。在圖3中，這些級(jí)后緊接著緩沖器36和解耦裝置38，解耦裝置38用于將PV模塊從電路中解耦以保護(hù)PV模塊。緩沖器使所測(cè)量的信號(hào)的回彈能夠被濾除。電弧鮮有不同并且在電弧的等離子體穩(wěn)定前包括多個(gè)點(diǎn)火:只檢測(cè)第一次點(diǎn)火是可取的。
[0088]濾波器30，濾波器32允許隔離合適的頻率(隨著0.5 μ s和2 μ s之間的前端上升的特征時(shí)間)并且因此拒絕低頻率(低于1000Hz)和高頻率。
[0089]如圖4中所示出的，還可以利用允許增加有源元件的選擇性的有源元件來執(zhí)行這種濾波(量級(jí)為6以代替利用無源濾波的量級(jí)1或2)。圖4中示出的這個(gè)設(shè)備包括:
[0090]-形成源濾波器(高通)的裝置40，
[0091]-形成放大器和比較器的裝置42，形成無源濾波器(低通)的裝置44，
[0092]-形成無源濾波器(低通)的裝置44，
[0093]-緩沖器46，
[0094]-以及解耦裝置48。
[0095]最后，如圖5中所示出的模擬裝置和數(shù)字裝置的結(jié)合是可能的，其包括:
[0096]-解耦裝置52，
[0097]-形成放大器和比較器的裝置54，
[0098]-數(shù)字處理裝置56。
[0099]其它實(shí)施方式是可能的，例如在同一設(shè)備54中，放大和比較功能是非必須的。
[0100]基本上，越青睞模擬系統(tǒng)，設(shè)備的反應(yīng)時(shí)間越快。對(duì)具有快速反應(yīng)時(shí)間(幾十微妙)是有興趣的，因?yàn)閺拇丝赡芟拗齐娀〉入x子體的出現(xiàn)，從而避免系統(tǒng)的物理退化。執(zhí)行功能的組件數(shù)量減少得越多，成本就減少得越多，因此這點(diǎn)只對(duì)于在電壓和模擬特性有用(對(duì)電流或RF沒用并且因此具有繁重?cái)?shù)字處理)。
[0101]在所描述的不同設(shè)備中，根據(jù)上文描述的方法中的一種，檢測(cè)到電壓和對(duì)應(yīng)的上升時(shí)間，并且具體為:
[0102]-由于比較器，在0.2V和20V之間的最大電壓變化，
[0103]-由于濾波器的選擇性，在0.5 μ s和5 μ s之間的這個(gè)變化的上升之間。
[0104]圖7中示出另一個(gè)實(shí)施方式，該實(shí)施方式是數(shù)字模式，使用獲取串列和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器60，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器60允許將該特性從它環(huán)境噪音相中區(qū)別出來。這個(gè)數(shù)字實(shí)施方式并不要求濾波。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換器60允許在等于4MHz或5MHz的頻率處對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣。數(shù)字處理裝置允許計(jì)算不同的值并且實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的處理步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測(cè)操作在直流電流模式中的光伏設(shè)備中的串聯(lián)電弧的方法，其中，所述光伏設(shè)備包括N (N=l或N>1)個(gè)光伏模塊(100，1，2，3)，所述光伏模塊連接至對(duì)于所述模塊具有電容性行為的充電設(shè)備(10)，所述方法包括:a)在N個(gè)模塊中的η(1 <η<Ν)個(gè)模塊上檢測(cè)電壓的時(shí)間演變，b)在緊接在穩(wěn)定電壓的第一區(qū)域(Α)和穩(wěn)定電壓的第二區(qū)域(Β)之間的電壓變化之后的至少5μ s的持續(xù)時(shí)間期間識(shí)別所述電壓變化，以及c)確定所述電壓變化是否在大于或等于0.2V的值Vmin和小于或等于20V的值Vmax之間，其中，該變化的上升時(shí)間在大于或等于0.5μ s的持續(xù)時(shí)間Tmin和小于或等于5μ s的持續(xù)時(shí)間Tmax之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，完全或部分地通過分析所述電壓變化的斜率，通過確定該斜率是否在Vmin/Tmax (0.04V/ μ s)和Vmax/Tmin (40V/ μ s)之間，以執(zhí)行確定步驟c )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在所述N個(gè)光伏模塊的組件上執(zhí)行步驟檢測(cè)a),所述值Vmin大于或等于10V并且所述值Vmax小于或等于20V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其中:值Vmin和Vmax位于對(duì)用于構(gòu)成被考慮光伏模塊的連接的材料預(yù)先限定的電弧電壓值VARC的任何一側(cè)，并且，所述持續(xù)時(shí)間 Tmin和Tmax位于與將等于VARC的電壓變化施加在所述光伏模塊的所述組件上所需要的持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間Tare的任何一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在所述N個(gè)光伏模塊中的η個(gè)光伏模塊的子組件上執(zhí)行步驟檢測(cè)a)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中:所述值Vmin和Vmax位于值VARC*n/N的任何一側(cè)，VArc對(duì)應(yīng)于對(duì)用于構(gòu)成被考慮光伏模塊的連接的材料預(yù)先限定的電弧電壓，所述值Vmax小于或等于20V*n/N，并且，所述持續(xù)時(shí)間Tmin和Tmax位于持續(xù)時(shí)間Tarc*n/N的任何一側(cè),其中,Tare對(duì)應(yīng)于將等于VARC的電壓變化施加在所述光伏模塊的所述組件上所需要的持續(xù)時(shí)間，Tarc*n/N小于或等于5*ηΝ μ s。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，使用模擬或數(shù)字裝置(50，52，54)執(zhí)行無源或有源濾波。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，將所測(cè)量的電壓數(shù)字化，從所述電壓的數(shù)字值來執(zhí)行步驟a)至c)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述充電設(shè)備(10)包括轉(zhuǎn)換器或逆變器或電池。
10.一種用于檢測(cè)操作在直流電流模式中的光伏設(shè)備中的串聯(lián)電弧的設(shè)備，其中，所述光伏設(shè)備包括N (#1或心1)個(gè)光伏模塊(100，1，2，3)以及對(duì)于所述模塊具有電容性行為的設(shè)備(10)，所述檢測(cè)設(shè)備包括:a)用于在N個(gè)模塊中的η個(gè)模塊上檢測(cè)電壓的時(shí)間演變的裝置(8)，b)用于在緊接在穩(wěn)定電壓的第一區(qū)域(Α)和穩(wěn)定電壓的第二區(qū)域(Β)之間的電壓變化之后的至少5μ s的持續(xù)時(shí)間期間識(shí)別所述電壓變化的裝置(8)，以及c)用于確定所述電壓變化是否在大于或等于0.2V的值Vmin和小于或等于20V的值Vmax之間的裝置(8)，其中，該變化的上升時(shí)間在大于或等于0.5μ s的持續(xù)時(shí)間Tmin和小于或等于5 μ s的持續(xù)時(shí)間Tmax之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述裝置(8)通過分析所述電壓變化的斜率以確定該斜率是否在Vmin/Tmax (0.04V/ μ s)和Vmax/Tmin (40V/ μ s)之間，確定所述電壓是否在Vmin和Vmax之間以及所述上升時(shí)間是否在Tmin和Tmax之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，所述裝置(8)在所述N個(gè)光伏模塊的組件上檢測(cè)電壓的所述時(shí)間演變，所述值Vmin大于或等于10V并且所述值Vmax小于或等于20V。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中:值Vmin和Vmax位于對(duì)用于構(gòu)成被考慮光伏模塊的連接的材料預(yù)先限定的電弧電壓值VARC的任何一側(cè)，并且，所述持續(xù)時(shí)間Tmin和Tmax位于與將等于VARC的電壓變化施加在所述光伏模塊的所述組件上所需要的持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間Tare的任何一側(cè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，所述裝置(8)在所述N個(gè)光伏模塊中的η個(gè)光伏模塊的子組件上檢測(cè)電壓的所述時(shí)間演變。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述值Vmin和Vmax位于值VARC*n/N的任何一側(cè)，VArc對(duì)應(yīng)于對(duì)用于構(gòu)成被考慮光伏模塊的連接的材料預(yù)先限定的電弧電壓，值Vmax小于或等于20V*n/N，并且，所述持續(xù)時(shí)間Tmin和Tmax位于持續(xù)時(shí)間Tarc*n/N的任何一側(cè),其中,Tare對(duì)應(yīng)于將等于VARC的電壓變化施加在所述光伏模塊的所述組件上所需要的持續(xù)時(shí)間，Tarc*n/N小于或等于5*ηΝ μ s。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，包括用于對(duì)至少等于100Hz的頻率進(jìn)行濾波的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求10至16中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，包括用于形成無源濾波器或形成有源濾波器的裝置(30，32)。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至16中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，包括模擬濾波裝置和數(shù)字濾波裝置(50，52，54)。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，包括用于對(duì)所測(cè)量的電壓進(jìn)行數(shù)字化的裝置(60)。
20.根據(jù)權(quán)利要求10至19中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，對(duì)于所述模塊具有電容性行為的所述設(shè)備(10)包括轉(zhuǎn)換器或逆變器或電池。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK103635820SQ201280033220
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月4日
【發(fā)明者】尼古拉·尚特勒伊, 文森特·肖夫 申請(qǐng)人:原子能與替代能源委員會(huì)