專利名稱：發(fā)電機模塊的連接控制的制作方法
發(fā)電機模塊的連接控制相關(guān)申請本申請涉及并要求于2011年5月31日提交的在先美國臨時專利申請系列號為61/491，359、名稱為“Photovoltaic Module Latch”的專利申請的權(quán)益，其全部教導(dǎo)在此被引入作為參考。本申請還涉及并要求于2011年12月22日提交的在先美國專利申請系列號為61/579，437、名稱為 “Photovoltaic Module Level Disconnect” 的專利申請的權(quán)益，其全部教導(dǎo)在此被引入作為參考。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的光伏(PV)電力系統(tǒng)產(chǎn)生用于多種類型應(yīng)用的電力。例如，在一種傳統(tǒng)應(yīng)用中，由太陽能陣列產(chǎn)生的電力可用于對在無光照時產(chǎn)生可用電力的蓄電池充電。圖I是描述了驅(qū)動反相器或充電器負載110的典型PV陣列105 (例如串聯(lián)連接的多個PV器件135)的圖。每個光伏模塊135在50伏DC電壓下能夠產(chǎn)生高達10安的電流。如圖所示，PV模塊135可串聯(lián)連接以提高所生成的DC電壓。在某些情形下，如果PV模塊串包括足夠數(shù)量的串聯(lián)連接的模塊，那么PV模塊串產(chǎn)生的電壓可為大于IOOOVdc的數(shù)量級。并聯(lián)的PV模塊串可將總DC電流增大至大于200安。這樣，為了能夠手動或自動關(guān)閉典型地更靠近負載的系統(tǒng)，遠程切斷和再連接由光伏電力系統(tǒng)產(chǎn)生的電力就需要作為安全特征。在某些情形下，串故障會引起來自其他串的過量反向電流。因而每個串可能需要它們自己的保險絲或斷電器。注意圖I還包括電容器114，表示典型地設(shè)于負載110(如反相器或充電器)中的輸入電容。在PV模塊陣列105的負端子㈠和接地端116之間的保險絲115 (或斷電器)有助于消除所述PV陣列105和接地端116之間的電流。通過向接地端116分流多余的電壓，避雷針器件118有助于保護所述PV陣列105免受雷擊。電力系統(tǒng)可包括DC開關(guān)120，以使得能夠從所述PV陣列105斷開所述負載(如反相器/充電器110)。然而，斷開和再連接負載110附近的光伏電力不能保證所述PV模塊系統(tǒng)和所述DC開關(guān)120之間的電流和電壓電平這兩者是安全的，從而對應(yīng)急人員(如消防員)和PV系統(tǒng)維護人員構(gòu)成潛在的危險。

發(fā)明內(nèi)容
與傳統(tǒng)應(yīng)用相反，本發(fā)明的實施方式使得用戶能夠單獨控制電力系統(tǒng)內(nèi)的連接。例如，在串聯(lián)連接的多個發(fā)電機模塊的相應(yīng)串中的每個發(fā)電機模塊(例如電源，光伏發(fā)電資源，等)均包括對應(yīng)的控制電路。所述控制電路可包括驅(qū)動發(fā)電機模塊中的開關(guān)的控制器。所述對應(yīng)的發(fā)電機模塊包括輸出端子，當(dāng)發(fā)電機模塊中的發(fā)電資源(例如，如多個PV電池的電源)暴露于太陽光時跨其產(chǎn)生電壓。所述發(fā)電機模塊可在串聯(lián)連接中被選擇性地激活從而產(chǎn)生用于向外部負載(如反相器、優(yōu)化器、充電器等)提供電力的電壓。根據(jù)進一步的實施例，可配置遠程資源以控制所述發(fā)電機模塊連接成串。例如，對應(yīng)的發(fā)電機模塊可包括用于監(jiān)視存在來自控制信號發(fā)生器的通信信號的電流傳感電路。更具體地，對應(yīng)的PV模塊能夠監(jiān)視電力線上傳輸?shù)倪h程生成維活(ke印-alive)(即激活信號)信號的存在，對應(yīng)的發(fā)電機模塊利用電力線向外部負載傳送電力。如果在所述電力線上存在所述維活信號，如由所述遠程資源產(chǎn)生的，那么對應(yīng)的發(fā)電機模塊中的所述控制電路就將開關(guān)激活為ON狀態(tài)(或繼續(xù)激活所述對應(yīng)的PV模塊)從而使得對應(yīng)的已激活的發(fā)電機模塊與另一個或多個已激活的發(fā)電機模塊串聯(lián)連接以形成串聯(lián)串。在一個實施例中，如果在超時期間沒有探測到維活信號，那么對應(yīng)的發(fā)電機模塊將去激活對應(yīng)的發(fā)電機模塊。串中的每個發(fā)電機模塊可包括基本上跨其輸出端子設(shè)置的旁路電容器?？刂拼械囊粋€或多個發(fā)電機模塊的控制信號可以是在電力線上傳輸至每個發(fā)電機模塊以將串中的每個發(fā)電機模塊開啟為ON狀態(tài)的AC類型信號(例如，正弦波、準正弦波、鋸齒脈沖、矩形 脈沖等)。所述發(fā)電機模塊中的旁路電容器提供低阻抗路徑從而使得通信信號能夠傳送到串聯(lián)連接下游的其他發(fā)電機模塊，這是因為所述電容器通過AC控制信號但阻擋DC信號。這樣，對應(yīng)的串中的多個發(fā)電機模塊中的每個都能夠接收通信信號。本文的實施方式進一步包括跨所述發(fā)電機模塊端子設(shè)置的二極管(又名循環(huán)二極管、續(xù)流二極管、模塊級旁路二極管)，從而實現(xiàn)設(shè)置于每個發(fā)電機模塊中的串聯(lián)控制開關(guān)的繼電器(如低成本開關(guān))或較低電壓FET(場效應(yīng)晶體管)的應(yīng)用。在一個實例中，場效應(yīng)晶體管中的內(nèi)在二極管還可用作旁路二極管，當(dāng)所述串聯(lián)開關(guān)斷開時傳導(dǎo)串電流，從而實現(xiàn)跨所述發(fā)電機模塊端子的較低電壓二極管的應(yīng)用。此處所執(zhí)行的過溫和/或欠壓保護還可以減小由較高FET開啟電阻或繼電接觸電阻導(dǎo)致的額外功耗。例如，在一個實施例中，對應(yīng)的發(fā)電機模塊中的欠電壓保護提供了額外的系統(tǒng)效益，即當(dāng)存在瞬態(tài)條件(如電弧故障或接地故障)，使得陣列或串電力線一起短路時，欠電壓保護使得所述串的每個發(fā)電機模塊中的每個對應(yīng)的開關(guān)轉(zhuǎn)為0FF，從而降低了饋送瞬態(tài)條件的可用電力。根據(jù)進一步實施例，結(jié)合消除電力線信號，可降低或消除由外部負載(如功率整流器、充電器等)產(chǎn)生的開關(guān)噪聲，因為所述噪聲會不慎被視作簡單連續(xù)的“維活”信號。此處所討論的簡單連續(xù)“維活”信號發(fā)生器使得不需要解調(diào)或解碼所述信號的每個發(fā)電機模塊的較低成本控制電路變得更加容易。在進一步的實施例中，模塊級控制設(shè)備提供了從所述串或發(fā)電機模塊切斷每個對應(yīng)的電源的裝置，其是通過響應(yīng)于應(yīng)急人員或維護人員手動或自動激活遠程切斷開關(guān)或者響應(yīng)于由電弧故障或接地故障探測器或者通過結(jié)合負載(如反相器、優(yōu)化器、充電器)控制產(chǎn)生的自動激活而關(guān)閉電力線信號發(fā)生器來實現(xiàn)。另外，當(dāng)維活信號發(fā)生器功率損耗、PV電力線連接斷開、和/或電力線之間短路時，可終止維活控制信號。下面更詳細地描述這些以及其他實施例變體。如上所述，注意此處的實施例可包括配置一個或多個計算化器件、硬件處理器器件、匯編器等以執(zhí)行和/或支持此處所描述的任何或全部方法操作。換句話說，一個或多個計算化器件、處理器、數(shù)字信號處理器、匯編器等，可被編程和/或配置以執(zhí)行此處所描述的方法。
另外，盡管此處的不同特征、技術(shù)、配置等中的每個可能在本文的不同部分討論，但是期望每個概念可彼此獨立地執(zhí)行或彼此相結(jié)合地執(zhí)行。相應(yīng)地，此處描述的一個或多個本發(fā)明、實施例等可以多種方式實施及理解。而且，注意，此處實施例的這個初步討論不特定于本公開或請求保護的發(fā)明的每個實施例和/或新增加的方面。相反，這個簡要描述僅存在于通常實施例以及相對于傳統(tǒng)技術(shù)的相應(yīng)新穎點。對于本發(fā)明的附加詳情和/或可能觀點(變化)，讀者可由本發(fā)明下述進一步討論的具體實施方式
和附圖得知。


圖I是根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的PV陣列示例圖。 圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的示例圖，描述了包括多個串聯(lián)發(fā)電機模塊的電力系統(tǒng)。圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的示例圖，描述了發(fā)電機模塊。圖4-6是根據(jù)本發(fā)明實施例的示例圖，描述了可經(jīng)歷瞬態(tài)值的電力系統(tǒng)所處的位置。圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的示例圖，描述了維活電路。圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的示例圖，描述了發(fā)電機模塊。圖9是根據(jù)本發(fā)明實旋例的示例圖，描述了串聯(lián)開關(guān)和控制電路的附加細節(jié)。圖10是根據(jù)本發(fā)明實施例的示例圖，描述了多級均勻輻照的發(fā)電機模塊電流與發(fā)電機模塊電壓關(guān)系的示例。圖11-14是根據(jù)本發(fā)明實施例的示例圖，描述了閂鎖類型的發(fā)電機模塊。通過本發(fā)明下面的優(yōu)選實施例的更詳細描述，本發(fā)明前述的以及其他的目的、特征、以及優(yōu)點會顯而易見，附圖中示出的相同標(biāo)記在不同附圖中始終表示相同的部分。所述圖不必按比例繪制，相反重點將放置在示出實施例、原則、概念等。
具體實施例方式如上所述，本發(fā)明的實施例偏離傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)。更具體地，圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的示例圖，描述了選擇性池激活發(fā)電機模塊的串聯(lián)連接的控制。如圖所示，電力系統(tǒng)100包括至少一串發(fā)電機模塊220(如發(fā)電機模塊220-1、發(fā)電機模塊220-2........發(fā)電機模塊220-N)、控制信號發(fā)生器240、以及負載230。注意，電力系統(tǒng)100可包含并聯(lián)的任何合適數(shù)量的發(fā)電機模塊220串，以產(chǎn)生電壓260。如其名字所示，控制信號發(fā)生器240生成一個或多個控制信號240-S以控制發(fā)電機模塊220。更具體地，在一個實施例中，控制信號發(fā)生器240產(chǎn)生控制信號240-S以控制與發(fā)電機模塊220相關(guān)聯(lián)的功能。例如，控制信號發(fā)生器240通過電力線250傳送控制信號240-S至發(fā)電機模塊220。串中的每個發(fā)電機模塊220接收控制信號240-S。發(fā)電機模塊220接收控制信號240-S并根據(jù)所接收的控制信號240-S執(zhí)行對應(yīng)的功能。
在一個實施例中，控制信號發(fā)生器240生成一個或多個控制信號240-S以激活串中的每個發(fā)電機模塊220。在一個實施例中，串聯(lián)連接的已激活的發(fā)電機模塊220產(chǎn)生用于向負載230提供電力的電壓260。如示出的，串中的每個發(fā)電機模塊220包括在電力線250中串聯(lián)連接的正極(+)和負極(_)。當(dāng)被激活時，每個發(fā)電機模塊220生成跨對應(yīng)的正極端子(+)和負極端子(_)的對應(yīng)的電壓。由于被激活時，發(fā)電機模塊220串以所示出的串聯(lián)方式連接，假定無故障且每個發(fā)電機模塊都生成電壓，由發(fā)電機模塊220串產(chǎn)生的輸出電壓260是每個發(fā)電機模塊生成的各個輸出電壓之和。發(fā)電機模塊串在輸出電壓260處生成串電流。這樣，根據(jù)控制信號發(fā)生器240，發(fā)電機模塊220串可被控制地串聯(lián)連接，以通過發(fā)電機模塊在對應(yīng)的電力線250上向負載230傳送所產(chǎn)生的電力220-P。注意控制信號發(fā)生器240可非連續(xù)地產(chǎn)生控制信號240-S (其可包括一個或多個控制信號)或向發(fā)電機模塊220發(fā)送去激活它們的通信。在這種情況下，發(fā)電機模塊220關(guān)閉且不再產(chǎn)生用于驅(qū)動負載230的電壓260。 根據(jù)非限制實例，由激活的發(fā)電機模塊220串產(chǎn)生的電壓260基本上可為DC電壓?？刂菩盘?40-S可以是任意合適類型的信號。例如，在一個實例中，控制信號240-S可以是疊加于電壓260上的AC信號。在這種情況中，發(fā)電機模塊220利用AC信號(例如，控制信號240-S)作為基礎(chǔ)來判斷是否應(yīng)該激活對應(yīng)的發(fā)電機模塊以產(chǎn)生跨其端子的輸出電壓。在這個實施例中，負載230可以是任意合適類型的將發(fā)電機模塊220產(chǎn)生的電力220-p轉(zhuǎn)換、調(diào)整等為輸出電力280的資源(如反相器、充電器等)。輸出電力280可用于為負載提供電力，反過來，負載消耗輸出電力280從而執(zhí)行所期望的功能。負載230可配置為將電壓260轉(zhuǎn)變?yōu)?20伏AC信號。圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的示例圖，描述了更具體的與一個或多個發(fā)電機模塊相關(guān)聯(lián)的功能。注意每個發(fā)電機模塊220可以與下面討論的類似方式運轉(zhuǎn)。如此處所討論的，激活開關(guān)350至ON態(tài)意味著采用適當(dāng)?shù)男盘栻?qū)動開關(guān)350從而在對應(yīng)的電源340和對應(yīng)的負極電力端子360-2之間產(chǎn)生低阻抗路徑。在此情形，開關(guān)350是閉合的。去激活開關(guān)350至OFF態(tài)意味著采用適當(dāng)?shù)男盘栻?qū)動開關(guān)350從而在電源340和負極電力端子360-2之間產(chǎn)生高阻抗路徑。在此情形，開關(guān)350是開啟的。如圖所示，發(fā)電機模塊220-2包括控制器320、傳感器元件330、電源340、開關(guān)350、電容器371、旁路二極管372、以及泄流電阻器373。電源340可以是任意合適類型的資源諸如包括在對應(yīng)的DC電壓下共同產(chǎn)生輸出電流的多個太陽能電池的PV面板。PV面板可配置成將由接收自太陽的太陽能(如光能)轉(zhuǎn)變成電能。在一個實施例中，發(fā)電機模塊220是所謂的將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的光伏(PV)類型模塊。設(shè)置于每個發(fā)電機模塊220中的開關(guān)350可以是任意適當(dāng)類型的資源如場效應(yīng)晶體管、機電繼電器等。 在一個實施例中，控制器320監(jiān)控在電力線250上接收的由遠程布置的控制信號發(fā)生器240生成的控制信號240-S的存在。通過接收來自傳感器元件330的輸入，控制器320探測這種狀況?；趤碜詡鞲衅髟?30的輸入，控制器320接收來自控制信號發(fā)生器240的指明怎樣控制發(fā)電機模塊220-2的通信。因而，基于控制器320接收到的控制信號240-S，控制器320控制開關(guān)350的狀態(tài)。例如，開關(guān)350選擇性地激活串聯(lián)連接的發(fā)電機模塊220中的對應(yīng)的發(fā)電機模塊220-2。更具體地，在一個非限制性示例實施例中，如果傳感器元件330接收指示激活對應(yīng)的開關(guān)350的控制信號240-S，那么控制器320接收來自傳感器元件330的輸入且根據(jù)探測到的控制信號240-S產(chǎn)生將開關(guān)350轉(zhuǎn)為ON狀態(tài)的內(nèi)部控制信號。在一實施例中，如果傳感器元件330未探測到指示激活對應(yīng)的開關(guān)350的控制信號240-S的存在，那么在自收到接收自控制信號發(fā)生器240的前期激活控制信號以后的超時期間后，控制器320開始去激活開關(guān)350至OFF狀態(tài)。因而，根據(jù)一個示例實施例，控制信號240-S可以是維活信號。只要發(fā)電機模塊220-2周期性或連續(xù)性地探測到由控制信號發(fā)生器240生成的維活信號，那么控制器320就 激活開關(guān)至ON狀態(tài)。在沒有探測到控制信號240-S存在后，控制器320去激活開關(guān)350至OFF狀態(tài)。注意傳感器元件330可以是任意合適類型的資源如低阻抗傳感元件。例如，低阻抗元件可以串聯(lián)布置在正極電力端子360-1和電源340之間延伸的路徑上，使得電流沿著電力線的低阻抗路徑傳輸，幾乎不會影響到電源340產(chǎn)生的輸出電壓。傳感器元件330可以是任意合適類型的資源如探測控制信號240-S存在的電流或電壓傳感器器件。在一個非限制性示例實施例中，傳感器元件330是變壓器器件，其中變壓器的第一繞組串聯(lián)連接在正極電力端子360-1和電源340之間?？刂破?20監(jiān)控變壓器的第二繞組。在此情形，變壓器的第二繞組將控制信號發(fā)生器240產(chǎn)生的AC信號傳送至控制器320?？刂破?20可處理信號從而判斷接收到的信號是有效的維活信號還是噪聲。電源340可產(chǎn)生DC電流或電壓。通過變壓器第一繞組的DC電流不會產(chǎn)生跨第二繞組的電壓。因而，傳感器元件330可以是AC感測元件，其容許DC元件的電力信號在電力線250上傳至負載230。注意，作為串聯(lián)布置在路徑中的替代，傳感器元件330可以是電容器。正極電力端子360-1可與電源340直接耦合。傳感器元件330的一端可與正極電力端子節(jié)點360-1耦合，而電容器的另一端可與控制器320中的探測由控制信號發(fā)生器240產(chǎn)生的至少一個偶然AC信號存在(或不存在)的感測電路耦合。因而，傳感器元件330可提供探測控制信號240-S存在的電壓感測能力。每組串聯(lián)或串中的每個發(fā)電機模塊包括旁路電容器371，以確保串中的每個發(fā)電機模塊會接收由控制信號發(fā)生器240生成的至少部分控制信號240-S。例如，串的每個發(fā)電機模塊中的對應(yīng)的電容器371細成多個發(fā)電機模塊220串聯(lián)連接的一部分。發(fā)電機模塊中的電容器371起到分壓器的作用(且允許通過串傳輸AC電流)，從而使得每個發(fā)電機模塊220基本上同時接收控制信號240-S的至少一部分。因而，每個發(fā)電機模塊220可包括跨對應(yīng)的發(fā)電機模塊220的輸出端子(如端子360-1和360-2)設(shè)置的對應(yīng)的電容器371，從而在電力線250上傳輸控制信號240-S。假定串中的發(fā)電機模塊220最初全部停用或去激活，在電力線250上傳送控制信號240-S使得每個控制器320基本上同時地開始激活(如開啟對應(yīng)的開關(guān)350)發(fā)電機模塊220，從而產(chǎn)生輸出電壓260。換句話說，控制信號240，或缺少它的，同時提供對發(fā)電機模塊220-2的控制，原因在于每個發(fā)電機模塊基本上同時接受這種信號。因而，控制信號發(fā)生器240可配置成產(chǎn)生控制信號240-S?？刂菩盘柊l(fā)生器240在電力線250上傳送控制信號240-S，從而激活串聯(lián)連接的多個發(fā)電機模塊220中的每個。負載230在電力線250上接收來自被激活的串聯(lián)連接的發(fā)電機模塊220的電力。如所提及的，控制信號可以是AC信號。在電力線250上接收的電力基本上可以是由串聯(lián)連接的多個被同時激活的發(fā)電機模塊220產(chǎn)生的DC電壓和/或DC電流。在一個實施例中，如提及的，為了去激活串聯(lián)連接的多個發(fā)電機模塊220中的每個對應(yīng)的發(fā)電機模塊，控制信號發(fā)生器240可進一步的配置為在電力線250上非連續(xù)地傳送控制信號240-S。
如前面所討論的，傳感器元件320可配置為探測電流?？刂菩盘柊l(fā)生器240生成作為脈沖電流的控制信號240-S。如前面所討論的，每個對應(yīng)的發(fā)電機模塊220中的控制器320接收信號并相應(yīng)地控制開關(guān)350。根據(jù)進一步的實施例，控制器320將來自傳感器元件330的輸入與一個或多個閾值(如第一閾值、第二閾值等)相比較。響應(yīng)于探測到被傳感器元件330感測到的電流大于第一閾值時，控制器320激活開關(guān)350至ON狀態(tài)。響應(yīng)于探測到被傳感器元件330感測到的電流小于第二閾值時，控制器320去激活開關(guān)350至OFF狀態(tài)。根據(jù)該實施例，第一閾值在幅度上大于第二閾值。作為替代，第一閾值和第二閾值基本上可以相等。電力線250易受噪聲影響。例如，負載230可執(zhí)行將電壓260轉(zhuǎn)換為輸出電力280的轉(zhuǎn)換功能。在這個實施例中，可控制控制信號發(fā)生器240和負載的運轉(zhuǎn)和/或使它們同步，從而使得施加于電力線250上的噪聲不會影響發(fā)電機模塊220的控制。作為一個更特別的例子，如前所討論的，控制信號發(fā)生器240 (如遠程信號發(fā)生器)可配置成生成作為維活信號的控制信號240-S?？刂菩盘柊l(fā)生器240還可以提供切斷負載的信號且并因而切斷與負載230相關(guān)聯(lián)的開關(guān)噪聲，該信號可被對應(yīng)的發(fā)電機模塊中的控制器320詮釋為維活信號。如果對應(yīng)的開關(guān)350未被激活，每個對應(yīng)的發(fā)電機模塊220中的二極管372使得對應(yīng)的發(fā)電機模塊以偏置模式運轉(zhuǎn)。旁路模式(如在開關(guān)350去激活期間)使得對應(yīng)的發(fā)電機模塊220能夠傳輸電流和/或電壓信號，即使發(fā)電機模塊處于OFF狀態(tài)。例如，假定由于一些原因，發(fā)電機模塊220-2中的控制器320沒有響應(yīng)于接收控制信號240-S使開關(guān)350轉(zhuǎn)為0N，但是串聯(lián)中的其他上游和下游的發(fā)電機模塊基于接收控制信號240-S被激活。在此情形，由于發(fā)電機模塊220-2中的開關(guān)350去激活(OFF)，發(fā)電機模塊220-2對形成輸出電壓260沒有貢獻。然而，由于串聯(lián)連接，其他被激活的發(fā)電機模塊中的每個對生成輸出電壓260有貢獻。輸出電壓260的幅度低于如果發(fā)電機模塊220-2被激活時的幅度。就是說，根據(jù)非限制性示例，如果每個有效的發(fā)電機模塊貢獻X伏電壓，且串中僅可能(N-I)個發(fā)電機模塊被激活，那么輸出電壓260或串電壓基本上是(N-l)X。如果所有的發(fā)電機模塊，包括發(fā)電機模塊220-2,都是有效的,那么輸出電壓260的幅度基本上是(N)X0在一個實施例中，當(dāng)控制信號發(fā)生器240非連續(xù)性地生成控制信號240-S時，控制器320可設(shè)置對應(yīng)的開關(guān)350至OFF狀態(tài)，從而使得對應(yīng)的發(fā)電機模塊220-2以旁路模式運轉(zhuǎn)。換句話說，在未探測到控制信號240-S存在時，對應(yīng)的發(fā)電機模塊可以以旁路模式運轉(zhuǎn)。還根據(jù)進一步實施例，注意到跨對應(yīng)的發(fā)電機模塊220-2的輸出端子360-1和360-2設(shè)置的二極管372保護開關(guān)免受過電壓狀況的損害，從而限制旁路二極管在開關(guān)350中的功率消耗。相應(yīng)地，開關(guān)350較不易受到損害。另外，跨發(fā)電機模塊220的端子設(shè)置的二極管372實現(xiàn)對應(yīng)的開關(guān)350如設(shè)置在每個發(fā)電機模塊中的串聯(lián)控制開關(guān)(如低成本開關(guān))的繼電器或低壓FET(場效應(yīng)晶體管)的應(yīng)用。當(dāng)開關(guān)350是場效應(yīng)晶體管時，場效應(yīng)晶體管中的內(nèi)在二極管也可以作為旁路二極管。就是說，當(dāng)串聯(lián)開關(guān)斷開時，開關(guān)350中的內(nèi)在二極管可傳導(dǎo)串電流，因而便于二極 管372的過壓保護。如下進一步所述，過溫和欠壓保護(例如，控制器320可監(jiān)控由電源340產(chǎn)生的調(diào)整電壓且如果生成的電壓對于向控制電路或相關(guān)電路供給電力太低的話，關(guān)斷開關(guān)350)還會減少由較高的FET導(dǎo)通電阻或繼電器接觸電阻產(chǎn)生的過多功率消耗。這種欠壓保護提供額外的系統(tǒng)益處，即當(dāng)出現(xiàn)將陣列或串電力線一起短路的瞬態(tài)(如電弧故障或接地故障)時，欠壓保護會打開并聯(lián)串的每個發(fā)電機模塊中的每個對應(yīng)的開關(guān)350，因而減小了饋給電弧故障或接地故障的可用電力。因而，此處進一步實施例包括設(shè)置于多個發(fā)電機模塊串聯(lián)連接中的發(fā)電機模塊。串聯(lián)連接的發(fā)電機模塊中的每個對應(yīng)的發(fā)電機模塊可包括正極電力端子360-1 ;負極電力端子360-2 ;以及二極管372 (如二極管器件)。二極管372的正極(+)端通過低阻抗電氣路徑與對應(yīng)的發(fā)電機模塊的負極電力端子360-2 f禹合。如所提及的，開關(guān)350與生成對應(yīng)的電力的電源340串聯(lián)設(shè)置。開關(guān)350控制由跨對應(yīng)的發(fā)電機模塊220-2的正極電力端子360-1和負極電力端子360-2的電源340產(chǎn)生的電力應(yīng)用。開關(guān)350可以是具有內(nèi)在二極管的場效應(yīng)晶體管；內(nèi)在二極管的正偏壓維持從正極電力端子360-1通過電源340而流向負極電力端子360-2的電流。如圖所示，開關(guān)350與電源340的串聯(lián)結(jié)合基本上可與二極管372進行并聯(lián)設(shè)置。每個發(fā)電機模塊中的傳感器元件330監(jiān)控在電力線250上接收的通信信號的存在，正極電力端子360-1和負極電力端子360-2與傳感器元件330形成串聯(lián)連接形式。如前所述，控制器320 (即控制電路)根據(jù)控制信號(即通信信號)控制開關(guān)350的狀態(tài)。注意，如通過控制信號發(fā)生器240生成的控制信號240-S不必是維活類型信號。相反，由控制信號發(fā)生器240生成的控制信號可被編碼，從而使得接收控制信號的發(fā)電機模塊執(zhí)行對應(yīng)的功能。例如，一種類型的控制信號(如第一編碼通信)可傳輸至發(fā)電機模塊，從而激活對應(yīng)的開關(guān)350。另一類型的控制信號(如第二編碼通信)可被傳輸從而去激活開關(guān)350。然而進一步實施例可包括將命令瞄準不同發(fā)電機模塊。例如，每個命令可通過指明命令是否直接指向發(fā)電機模塊串或串中特定的發(fā)電機模塊的目標(biāo)地址值而進行編程?？刂破?20可包括適當(dāng)?shù)陌l(fā)電能力從而解碼所收到的信號以判斷其是否尋址到接收發(fā)電機模塊。如果確實如此，控制器320可解碼接收自控制信號發(fā)生器240的通信意味的命令，以確定執(zhí)行什么樣的功能。相應(yīng)地，可通過產(chǎn)生不同類型的命令來控制發(fā)電機模塊220。由控制信號發(fā)生器240生成的命令可具體地瞄準不同的發(fā)電機模塊。反過來，此處進一步實施例可包括跨電力線250從對應(yīng)的發(fā)電機模塊220向控制信號發(fā)生器(或其他適當(dāng)?shù)南⑻幚碣Y源)進行通信。每個發(fā)電機模塊220可被分配唯一地址。發(fā)電機模塊在消息中可包括發(fā)電機模塊的地址，從而使得接收消息的控制信號發(fā)生器能夠識別生成消息的那個發(fā)電機模塊220。來自發(fā)電機模塊的消息可包括狀態(tài)信息，例如電源340的正常運轉(zhuǎn)和其發(fā)電能力、發(fā)電機模塊中的電源產(chǎn)生的電壓等。發(fā)電機模塊220可向控制信號發(fā)生器傳輸AC類型信號的消息?？刂菩盘柊l(fā)生器240可包括適當(dāng)電路以監(jiān)控在電力線上是否存在從發(fā)電機模塊接收到的信號。
根據(jù)進一步實施例，發(fā)電機模塊可配置成基于在消息中包含的目標(biāo)地址(如通信所直接達到的發(fā)電機模塊的地址)以及源地址(如傳送通信的發(fā)電機模塊的地址)而彼此通信。根據(jù)此處進一步實施例，圖7示出了每個皆具有開關(guān)和控制電路的PV模塊并聯(lián)串。更具體地，包括對應(yīng)的開關(guān)的PV模塊的多個串可并聯(lián)連接以生成電壓260。在一個具體實施例中，“維活”信號發(fā)生器740通過電流變壓器755與電力線750耦合，并具有可選電弧故障探測器741 (AFD)及到負載230(例如反相器、優(yōu)化器、充電器等)的 I/O。注意到，通過合適技術(shù)，包括分流器、霍爾效應(yīng)傳感器、磁通門傳感器等，可感測疊加在電力線750上的電流和/或電壓。“維活”信號發(fā)生器740可以是常規(guī)的處于單頻的窄帶、單向電力線通信發(fā)生器，典型地是在9kHZ和148kHZ之間，或其他符合國際標(biāo)準的。為了更好地消除噪聲，發(fā)生器740產(chǎn)生的這個信號可以被調(diào)幅、調(diào)頻或調(diào)相、編碼等。然而，由于所期望的解調(diào)或解碼功能，模塊-電平-切斷(MLD)電路也將會更復(fù)雜且更昂貴。圖7還示出了作為PV模塊-電平-切斷(MLD)控制方法的來自負載230的輸入760。還可以提供輸出761以關(guān)閉或降低來自負載230的開關(guān)噪聲。當(dāng)期望如前所討論的去激活發(fā)電機模塊時，開關(guān)噪聲會另外地產(chǎn)生錯誤的“維活”信號。這樣，從負載230到控制器740的輸出信號可用于終止“維活”信號。雖然這個圖示出了靠近負載230布置的AFD741，但是AFD741可在串級靠近匯流盒布置或布置在匯流盒中。而且，用于信號注入的電流變壓器755還可以用于AFD741電弧信號探測。注意到，雖然示出的電流變壓器755與電力線750的正極端串聯(lián)，但是變壓器755還可以與電力線750的負極端串聯(lián)連接或可電容耦合在正極和負極電力線750之間。在后一種情形，電感線圈可用于正極和/或負極電力線以減小至負載230的輸入電容短路效應(yīng)。如果AFD741探測到圖4、5和6中描述的串聯(lián)或并聯(lián)瞬態(tài)，那么AFD能夠通過切斷維活信號發(fā)生器740來遠程斷開每個模塊。AFD741還能夠向負載230傳送輸出以在其輸入處切斷開關(guān)，因而消除了潛在的錯誤維活信號源。通過斷開串或陣列連接，能夠斷開發(fā)電機模塊的串聯(lián)連接，串或陣列中的保險絲或斷電器斷開，且電力線之間短路。
圖8示出了根據(jù)此處實施例的連接到每個對應(yīng)的PV模塊的串聯(lián)開關(guān)和控制電路。在這個示例實施例中，串聯(lián)開關(guān)350-1和電源340形成跨端子360_1和360_2的輸出，以提供輸出電流“Ιο”和輸出電壓“Vo”。控制電路320-1包括來自監(jiān)控“激活”信號存在的電流感測元件330-1的輸入。過壓箝位器件810防止對控制電路320-1的損害并且負載電阻器812將來自電流傳感元件330-1的初級繞圈電流轉(zhuǎn)換為第二電壓。如前面提及的，場效應(yīng)晶體管(FET) 350-1可被任意合適的資源替代，例如具有代替FET柵極的繼電線圈以及代替FET源極和漏極的繼電器觸點的機電繼電器。使用物理繼電器會存在幾個公知的問題。由開關(guān)引起的觸點腐蝕會限制觸點壽命，特別是在較高電壓和電流的情形下。如果污染增加了觸點電阻，那么由觸點導(dǎo)致的功率消耗會隨著時間流逝而增加。如果觸點之間出現(xiàn)絕緣顆?；蚰ぃ敲从|點遭受無法閉合的故障，且如果觸點熔接在一起，那么觸點遭受無法斷開的故障。當(dāng)被激 勵時線圈消耗功率且當(dāng)觸點閉合時線圈基本上可以是功率消耗的一部分，因而增加了設(shè)備溫度且降低了 PV系統(tǒng)的能效。另外，這些繼電器的尺寸和成本會超出固態(tài)繼電器且其電子壽命和機械壽命也遠低于固態(tài)開關(guān)。正如圖10所示，為了通過PV串傳導(dǎo)維活信號，其他模塊可包括旁路電容器371，對應(yīng)的發(fā)電機模塊的絕對阻抗或分流阻抗會衰減信號，且處于斷開狀態(tài)的FET 350-1也會衰減信號。過壓保護(OVP) 二極管372使得能夠應(yīng)用較低壓FET350-1。泄流電阻器373釋放遺留于電容器371上的電力線電壓。OVP 二極管372與PV模塊協(xié)同工作，從而限制跨FET 350-1的最大電壓，且FET350-1襯底二極管(如，內(nèi)在二極管)與PV模塊協(xié)同工作，從而限制跨OVP 二極管372的反向電壓。在這種方式中，模塊-電平-切斷(MLD)FET350-1以及OVP 二極管372僅需承受與每個電源340 (極PV模塊)相關(guān)聯(lián)的連續(xù)電壓，不需要承受會增加FET 350-1和OVP二極管372成本的更高的串和陣列電壓(如輸出電壓260)。OVP 二極管372還可以是“有源”二極管，其具有較低的電壓降且因此當(dāng)正向偏置時可具有較低的功率消耗。有源二極管可以是較之正向偏置FET襯底二極管(如FET350-1的內(nèi)在二極管)具有更低電壓降的FET基器件。圖8還示出了 PV電力模塊(如電源340)以及多個旁路二極管865。旁路二極管865起到允許部分(如多個PV太陽能電池)電源340被旁路的功能，前提是源自輻照的該部分的電流比串中的其他模塊下降得足夠低。隨著更多的這些旁路二極管865被正向偏置，PV模塊匯流盒820中的功率消耗會增加。當(dāng)匯流盒或內(nèi)部部件的溫度變得太高時，串聯(lián)FET 350-1會配置為關(guān)閉，導(dǎo)致對應(yīng)的電源340來自串聯(lián)連接的發(fā)電機模塊的一部分。換句話說，如果匯流盒820或其任意部分的溫度被探測到高于閾值，那么控制電路320-1可配置為將開關(guān)350-1關(guān)閉。這樣，控制電路320-1可忽略來自控制信號發(fā)生器240的命令，而將開關(guān)350-1去激活為OFF狀態(tài)。如上提及的，即使單個發(fā)電機模塊220以旁路模式運轉(zhuǎn)，也能夠激活串聯(lián)的其他發(fā)電機模塊，從而生成對應(yīng)的輸出電壓260,盡管是較低的電壓。關(guān)閉發(fā)電機模塊中的對應(yīng)的開關(guān)350-1，會降低其功率消耗且有助于防止過熱引起的損傷。圖9示出了與每個PV模塊附接的串聯(lián)開關(guān)和控制電路。控制電路320-1包括來自電流傳感器元件330-1的輸入?？刂齐娐?20-1可包括任意一個或多個部件，如帶通濾波器、放大器、峰值探測器、比較器、電壓調(diào)節(jié)器等。在一個實施例中，控制電路320-1具有相關(guān)聯(lián)的帶通濾波器和時間常數(shù)(如介于I毫秒到100毫秒之間)用于控制開關(guān)350-1在開啟和閉合狀態(tài)間改變，來降低由于噪聲引起的錯誤開啟的敏感性。如圖所示，對應(yīng)的發(fā)電機模塊可包括電壓調(diào)節(jié)器816。電壓調(diào)節(jié)器816能夠接收來自電源340的電力。電壓調(diào)節(jié)器816的輸出為控制電路320-1及發(fā)電機模塊中的其他相關(guān)電路提供電力。在一個實施例中，當(dāng)接收自控制信號發(fā)生器240的維活信號降至低于閾值時，控制電路320-1控制串聯(lián)的FET 350-1至OFF狀態(tài)從而從串中切斷電源340 (如PV模塊)。如前所述，即使發(fā)電機模塊接收到將開關(guān)350-1開啟的命令，對應(yīng)的發(fā)電機模塊 中的另一個控制電路模塊也能夠被配置為將電源340從串中切斷，前提是匯流盒820監(jiān)控部分(如旁路二極管、控制電路320-1等)的溫度超過安全工作溫度閾值Tth且PV模塊電壓降至低于閾值電壓Vth，使得調(diào)整后的電壓無法提供用于控制電路320-1運轉(zhuǎn)以及用于將FET 350-1轉(zhuǎn)為具有低開關(guān)電阻的開啟狀態(tài)的足夠電壓。例如，如果開關(guān)350-1不能利用足夠高的柵電壓開啟，那么控制電路320-1可配置為將開關(guān)350-1轉(zhuǎn)為OFF狀態(tài)。如果柵電壓太低，開關(guān)350-1的開啟電阻會高，那么在開關(guān)350-1中的過多熱損耗會造成損壞。當(dāng)由控制電路320-1控制的FET開關(guān)350-1轉(zhuǎn)為OFF狀態(tài)時，端子電流Io流過OVP 二極管372。每個對應(yīng)的發(fā)電機模塊可包括溫度傳感電路。響應(yīng)于探測到的與對應(yīng)的發(fā)電機模塊相關(guān)聯(lián)的溫度高于閾值時，控制電路320-1會忽略激活開關(guān)350-1的命令(即控制電路320-1關(guān)閉開關(guān)350-1)。當(dāng)溫度降至低于預(yù)定閾值或模塊電壓時，控制電路320-1將電源340再串聯(lián)連接在串中(通過再次激活開關(guān)350-1)，Vpv，(如由對應(yīng)的電源340激勵的輸出電壓)再次升至高于預(yù)定閾值。串聯(lián)中的對應(yīng)的發(fā)電機模塊的再連接或再激活可進一步地由延時和一些標(biāo)稱閾值滯后控制，從而防止快速FET開關(guān)350-1或繼電器開關(guān)震蕩。這樣，響應(yīng)于探測到的由電壓調(diào)節(jié)器電路產(chǎn)生的為對應(yīng)的發(fā)電機模塊供應(yīng)電力的電壓低于欠電壓閾值時，每個對應(yīng)的發(fā)電機模塊可包括電壓電平傳感器電路，從而控制開關(guān)350-1至OFF狀態(tài)?？紤]此處所討論的實施例，響應(yīng)于任意一個或多個下述條件，通過對應(yīng)的發(fā)電機模塊串的電流幅度會減少短路串輸出電壓260 ;終止控制信號240-S的產(chǎn)生；響應(yīng)于錯誤狀況而禁用遠程信號發(fā)生器(如控制信號發(fā)生器240);斷開開關(guān)350;從串中物理切斷發(fā)電機模塊；以及斷開設(shè)置于發(fā)電機模塊和負載230之間的保險絲器件或電路斷電器。如果由各個反相器、優(yōu)化器、或充電器隔離每個串，那么各個信號發(fā)生器可與每串附接，從而切斷各個串。而且，眾所周知的，場效應(yīng)晶體管(FET)(如N型場效應(yīng)晶體管)或圖8和9中的開關(guān)350-1可由其他類型的晶體管取代，如雙極型晶體管(BJT)或絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，以及可為增強模式或耗盡模式中的任一個。另外，圖7、8和9描述的任意設(shè)備或方法還可以與其他功能如調(diào)整DC至DC轉(zhuǎn)換的優(yōu)化器相結(jié)合，從而使得每串在其最大功率點工作，或與調(diào)整DC至AC轉(zhuǎn)換的微反相器相結(jié)合，從而使得每個模塊在其最大功率點工作。所述設(shè)備還可與附接至每個光伏模塊的電弧故障探測器相結(jié)合。而且與遠程電力線切斷或短路開關(guān)相結(jié)合的遠程電弧故障或接地故障探測器可用于此處所描述的設(shè)備或方法。另外，當(dāng)優(yōu)選簡易模擬電路硬件時，其他硬件如微控制器或ASIC(專用集成電路)可用于代替執(zhí)行此處所描述的被更復(fù)雜的信號處理強化的基礎(chǔ)控制。圖10示出了 PV模塊電流相比于模塊電壓的三級均勻輻射關(guān)系示例圖1000。絕對模塊阻抗|z|作為工作點的函數(shù)變動，此處z是工作點處的增加電阻。可詵閂鎖類型實施例根據(jù)進一步可能實施例，提供與每個光伏發(fā)電機模塊附接的控制設(shè)備，包括與對應(yīng)的模塊串聯(lián)連接的開關(guān)和具有與電力模塊串及這些串陣列互聯(lián)的輸出端子的控制電路。外部負載(如反相器或充電器)與所述串或陣列的輸出連接。通過短路所述串或陣列的輸出來切斷每個模塊，以及通過外部提高所述輸出的DC電壓而進行的再連接，都可以通過所述串聯(lián)開關(guān)和控制電路來實現(xiàn)。這個實施例定義了一種利用輸出端子電壓在期望狀態(tài)下閂鎖所述串聯(lián)開關(guān)和內(nèi)部負載電阻的方法。 在本發(fā)明的其他方面中，提供與每個光伏發(fā)電機模塊附接的設(shè)備，包括串聯(lián)開關(guān)和控制電路以及輸出端子，其與電力模塊串和這些串的陣列互連。外部負載(如反相器或充電器)連接到所述串或陣列的輸出。通過開啟所述串或陣列的輸出來切斷每個模塊，以及通過外部限高所述輸出的DC電壓進行的再連接，都可以通過所述串聯(lián)開關(guān)和控制電路來實現(xiàn)。這個實施例定義了一種利用輸出端子電流和電壓在期望狀態(tài)下閂鎖所述串聯(lián)開關(guān)和內(nèi)部負載電阻的方法。如下所討論，閂鎖型PV模塊可利用電流脈沖調(diào)制從而將對應(yīng)的PV模塊閂鎖至ON狀態(tài)。下面所討論的PV模塊可用于替代前面討論的發(fā)電機模塊。下面討論的PV模塊是一種具體類型的發(fā)電機模塊，其基于接收到來自遠程設(shè)備(如控制信號發(fā)生器240)的電流脈沖信號而變成閂鎖狀態(tài)?，F(xiàn)在，更特別地，圖11為根據(jù)此處實施例的示例圖，其描述了與FET開關(guān)和控制電路相結(jié)合的PV模塊，其電連接至輸出端子?？刂齐娐?100靈活地預(yù)定端子電壓閾值從而閉合和斷開開關(guān)1150。控制電路1100閂鎖FET開關(guān)1150為閉合及斷開狀態(tài)。如果輸出端子1170與外部電源或負載電分離，那么FET開關(guān)1150的狀態(tài)不會改變。例如，如果FET開關(guān)1150閉合，那么如果輸出端子1170與外部電源電分離的話，對應(yīng)的PV模塊電壓就會保持FET開關(guān)1150閉合(即0N)，以及如果FET開關(guān)1150斷開(即0FF)，那么如果輸出端1170與外部負載電分離的話，預(yù)定內(nèi)部負載就會保持跨過輸出端子的低電壓且因而斷開FET開關(guān)1150，例如，如果短路開關(guān)斷開(即OFF)或如果在所述短路開關(guān)和輸出端子之間的電力線中存在切斷。提供更詳細描述，電容器C4有助于保護FET開關(guān)1150和控制電路1100免受ESD(靜電放電)的影響且有助于過濾正極和負極輸出端子1170之間的高頻噪聲。當(dāng)FET (即開關(guān)1150)斷開時，在外部電源(如其他PV串)增加了跨輸出端子的電壓時，F(xiàn)ET襯底二極管(即FET中的內(nèi)在二極管)以及PV模塊就會限制跨旁路二極管Dl和控制電路的電壓，以及在外部電源(如同一串中的其他PV模塊)降低了跨輸出端子的電壓時，旁路二極管Dl和PV模塊就會限制跨FET和控制電路的電壓。電容C2、電阻R2、以及齊納二極管Z2與FET開關(guān)的柵極附接，從而控制開關(guān)響應(yīng)時間，在沒有外部柵極驅(qū)動時關(guān)閉FET，以及保護柵極免受過壓。通過由電容Cl、齊納二極管ZI、二極管D2和電阻Rl組成的電壓調(diào)節(jié)器由PV模塊為控制電路提供電力；當(dāng)輸出端子全部短路且FEI開關(guān)閉合時，二極管D2防止Cl通過Rl放電?？巛敵龆俗拥碾妷河杀容^器CMP和部件R4、R3、C3以及R5、R6及R7進行探測，這些部件確定兩個電壓閾值，其確定比較器何時開關(guān)；C3在端子電壓跨過這些閾值之一的時刻以及比較器輸出開關(guān)時刻之間提供延時。二極管D4防止比較器的反相輸入電壓低于比比較器較低的電源軌更低的二極管壓降。部件R8、T1、以及D3包括連接比較器輸出和FET柵極的柵極驅(qū)動電路；T1將CMP輸出電壓轉(zhuǎn)化為FET柵極驅(qū)動電流并在引至與PV模塊正極連接的CMP電路和引至與PV模塊負極連接的FET電路之間起到電平移位器的作用；當(dāng)輸出端子電壓降至低于跨Cl的電壓時，D3防止跨電壓調(diào)節(jié)器電容Cl的電壓通過Tl的基極-集電結(jié)以及齊納二極管Z2而放電。部件Rll、T2、R9和RlO提供了在固態(tài)繼電器中不存在的特定功能，即當(dāng)跨所述端 子的電壓低于第一預(yù)定閾值時跨輸出端子應(yīng)用內(nèi)部負載，且當(dāng)所述電壓高于第二預(yù)定閾值時移除該負載。如果輸出端子與外部負載電分離，通過保持輸出端子電壓低于第一預(yù)定閾值，這種功能使得FET保持為開啟狀態(tài)，以及如果輸出端子電壓高于第二預(yù)定閾值，這種功能通過去除內(nèi)部負載而減少內(nèi)部功率損耗。圖12進一步描述了根據(jù)此處實施例的與FET開關(guān)以及控制電路相結(jié)合的并與輸出端子電連接的PV模塊。如此圖所示，控制電路提供具有輸出Q的S-R閂鎖功能。當(dāng)時間平均輸出電壓已經(jīng)高于第一預(yù)定電壓閾值時，如果輸出電流Iout降至低于第一預(yù)定電流閾值(即，端子與外部負載電分離)，則控制電路1200就會閂鎖FET開關(guān)1250為斷開狀態(tài)(即轉(zhuǎn)為OFF)并再連接內(nèi)部負載。當(dāng)時間平均輸出電流已經(jīng)低于第二預(yù)定電流閾值時，如果輸出電壓Vout升至高于第二預(yù)定電壓閾值(即由外部電源引起的)，控制電路1200就會閂鎖FET開關(guān)為閉合狀態(tài)(即轉(zhuǎn)為0N)并切斷內(nèi)部負載。例如，當(dāng)Iout低于預(yù)定閾值時，由于低Vout,或當(dāng)高Iout時,在正常運轉(zhuǎn)情形下當(dāng)Vout高于預(yù)定閾值時，應(yīng)用時間平均電流以及電壓參數(shù)防止S-R閂鎖由于錯誤因素被設(shè)置或復(fù)位。圖13是根據(jù)此處實旋例的示例圖，描述了與FET開關(guān)以及控制電路相結(jié)合的并與輸出端子電連接的PV模塊。如圖所示，結(jié)合兩種遠程切斷方法(遠程短路開關(guān)或遠程DC切斷)，控制電路1300提供了具有輸出Q的S-R閂鎖功能。該圖描述了控制電路1300中的控制邏輯?？刂齐娐?300可包括Iout和電壓Vout感測電路從而分別監(jiān)控Iout和Vout。在這個實施例中，如果遠程開關(guān)將電力線一起短路或中斷電力線電流，那么控制邏輯從輸出端子1370切斷模塊。在遠程電源增加電力線電壓之前，再連接可能被內(nèi)部負載阻止。注意，控制邏輯參考Iout和Vout的時間平均值以及這些變量的瞬間值從而執(zhí)行此處所描述的切斷和再連接方法。注意，此處的實施例可進一步包括已知為優(yōu)化器的電路，其調(diào)整DC至DC轉(zhuǎn)換，從而使得每個模塊其最大功率點工作，或DC至AC轉(zhuǎn)換器，以及已知為微反相器的更特別電路，其調(diào)整DC至AC轉(zhuǎn)換，從而使得每個模塊在其最大功率點工作。
此處實施例還可以結(jié)合與每個光伏模塊附接的瞬態(tài)型故障探測器。而且與遠程切斷或短路開關(guān)以及遠程再連接電源相結(jié)合的遠程電弧故障或接地故障探測器可用于此處描述的設(shè)備或方法。另外，當(dāng)使用簡易控制邏輯硬件時，也可使用其他硬件，如微控制器或ASIC(專用集成電路)來代替執(zhí)行此處所述的被更復(fù)雜的信號處理強化的基礎(chǔ)控制邏輯。圖14是根據(jù)此處實施例的示例圖，描述了與正常斷開繼電器開關(guān)1450以及控制電路1410相結(jié)合的并與輸出端子電連接的PV模塊?？刂齐娐?410靈活地預(yù)定端子電壓閾值以閉合和斷開開關(guān)1450?？刂齐娐?410閂鎖繼電器為閉合和斷開狀態(tài)。如果輸出端子與外部電源或負載電分離，則由于其被鎖定，開關(guān)1450的狀態(tài)不會改變。例如，如圖所示，描述了代替如前所討論的FET的所述設(shè)備的具有正常斷開繼電器開關(guān)1450的機電繼電器版本。晶體管T3驅(qū)動繼電器線圈。二極管D6防止出現(xiàn)跨過T3 的過量電壓，以及二極管D5與PV面板一起防止出現(xiàn)跨過正極和負極輸出端子的過量電壓。再次注意，本發(fā)明技術(shù)適用于任意類型的電力系統(tǒng)。然而，應(yīng)該注意到本發(fā)明實施例不限制用于這些應(yīng)用中并且本發(fā)明所討論的技術(shù)還適用于其他應(yīng)用。盡管本發(fā)明已參考其優(yōu)選實施例被具體示出以及描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白在不脫離本申請的由所附權(quán)利要求所定義的精神和范圍下，可獲得在形式和細節(jié)上的各種變化。本申請的范圍企圖覆蓋這些變化。同樣地，本申請的前述實施例說明不作為限制。更確切地，對于本發(fā)明的任何限制出現(xiàn)在隨后的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種電力系統(tǒng)，包括 發(fā)電機模塊串，所述串中的所述發(fā)電機模塊可控地串聯(lián)連接，以在電力線上將由所述發(fā)電機模塊產(chǎn)生的電力通過所述發(fā)電機模塊傳送到負載，每個對應(yīng)的發(fā)電機模塊包括 感測元件，用于監(jiān)控由對應(yīng)的發(fā)電機模塊在電力線上接收的來自遠程信號發(fā)生器的控制信號的存在； 開關(guān)，用于選擇性地串聯(lián)連接對應(yīng)的發(fā)電機模塊；以及 控制器，其基于在電力線上接收的所述控制信號控制所述開關(guān)的狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求I中所述的電力系統(tǒng)，其中所述發(fā)電機模塊是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的光伏(PV)模塊；以及 其中所述串中的每個發(fā)電機模塊包括串聯(lián)連接在所述電力線中的正極和負極。
3.如權(quán)利要求I中所述的電力系統(tǒng)，其中所述控制信號是由所述遠程信號發(fā)生器生成的AC信號；以及 其中每個所述發(fā)電機模塊包括跨對應(yīng)的發(fā)電機模塊的輸出端子設(shè)置的電容器，以在電力線上傳送所述控制信號。
4.如權(quán)利要求I中所述的電力系統(tǒng)，其中在未探測到所述控制信號存在的情況下，所述控制器將開關(guān)設(shè)置為OFF狀態(tài)，以在旁路模式下運轉(zhuǎn)對應(yīng)的發(fā)電機模塊。
5.如權(quán)利要求I中所述的電力系統(tǒng)，其中所述感測元件是探測所述控制信號的電流感測元件； 其中響應(yīng)于探測到所述電流感測元件感測到的電流大于第一閾值，所述控制器激活開關(guān)至ON狀態(tài)；以及 其中響應(yīng)于探測到所述電流感測元件感測到的電流小于第二閾值時，所述控制器去激活開關(guān)至OFF狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求5中所述的電力系統(tǒng)，其中第一閾值和所述第二閾值基本上是相等的。
7.如權(quán)利要求I中所述的電力系統(tǒng)，進一步包括 二極管，跨對應(yīng)的發(fā)電機模塊的輸出端子設(shè)置，以保護所述開關(guān)免受過壓狀況的損害。
8.如權(quán)利要求7中所述的電力系統(tǒng)，其中當(dāng)所述開關(guān)設(shè)置為OFF狀態(tài)時，所述二極管用作旁路二極管，在不切斷串電流的情況下，實現(xiàn)過溫和欠壓控制，以限制在對應(yīng)的發(fā)電機模塊中的控制電路功率損耗。
9.如權(quán)利要求I中所述的電力系統(tǒng)，其中所述感測元件是變壓器器件，其探測由所述遠程信號發(fā)生器注入到所述電力線上的電流的存在。
10.如權(quán)利要求I中所述的電力系統(tǒng)，其中，響應(yīng)于下述狀況構(gòu)成的組中的至少一個，通過所述串的電流減小 使所述串的輸出電壓短路； 使所述控制信號的生成終止； 響應(yīng)于錯誤狀況，禁用所述遠程信號發(fā)生器； 斷開所述電力線切斷開關(guān)； 從所述串物理地切斷發(fā)電機模塊；以及 斷開設(shè)置于所述發(fā)電機模塊與所述負載之間的的保險絲器件或電路斷電器。
11.如權(quán)利要求I中所述的電力系統(tǒng)，其中在對應(yīng)的發(fā)電機模塊中的所述控制器和相關(guān)控制電路經(jīng)由在對應(yīng)的發(fā)電機模塊中的電源產(chǎn)生的電力供電。
12.如權(quán)利要求I中所述的電力系統(tǒng)，其中所述開關(guān)是晶體管。
13.如權(quán)利要求I中所述的電力系統(tǒng)，其中所述開關(guān)是機電繼電器器件。
14.如權(quán)利要求2中所述的電力系統(tǒng)，其中對應(yīng)的發(fā)電機模塊包括溫度傳感器電路，響應(yīng)于探測到的與對應(yīng)的發(fā)電機模塊相關(guān)聯(lián)的溫度高于閾值，所述控制器將開關(guān)轉(zhuǎn)為OFF。
15.如權(quán)利要求2中所述的電力系統(tǒng)，其中對應(yīng)的發(fā)電機模塊包括電壓電平傳感器，用于響應(yīng)于探測到的由對應(yīng)的發(fā)電機模塊產(chǎn)生的電壓低于欠壓閾值，控制所述開關(guān)至OFF狀態(tài)。
16.如權(quán)利要求10中所述的電力系統(tǒng)，其中跨對應(yīng)的發(fā)電機模塊中陣列的并聯(lián)電弧的出現(xiàn)減少了陣列電壓，并且因而從輸出陣列切斷模塊以及減少了可傳送到故障的電力。
17.如權(quán)利要求I中所述的電力系統(tǒng)，其中所述遠程信號發(fā)生器產(chǎn)生作為維活信號的控制信號。
18.一種方法，包括 產(chǎn)生控制信號； 在電力線上傳輸所述控制信號，以激活串聯(lián)連接的多個發(fā)電機模塊中的每個發(fā)電機模塊；以及 在電力線上從被激活的串聯(lián)連接的發(fā)電機模塊接收電力。
19.如權(quán)利要求18中所述的方法，其中產(chǎn)生所述控制信號包括在所述電力線上生成作為AC信號的控制信號；以及 其中在電力線上接收所述電力包括接收由串聯(lián)連接的被激活的發(fā)電機模塊產(chǎn)生的基本上為DC電壓，以供電負載。
20.如權(quán)利要求18中所述的方法，進一步包括 在電力線上非連續(xù)地傳輸所述控制信號，以去激活串聯(lián)連接的多個發(fā)電機模塊所述中的每個對應(yīng)的發(fā)電機模塊。
21.如權(quán)利要求18中所述的方法，其中在電力線上傳輸所述控制信號，導(dǎo)致基本上同時激活所述發(fā)電機模塊以產(chǎn)生輸出電壓。
22.—種在串聯(lián)連接的多個發(fā)電機模塊中設(shè)置的發(fā)電機模塊，串聯(lián)連接的對應(yīng)的發(fā)電機模塊包括 正極電力端子； 負極電力端子； 二極管器件，所述二極管器件的正極經(jīng)由電氣路徑與對應(yīng)的發(fā)電機模塊的所述負極電力端子耦合，所述二極管器件的負極經(jīng)由電氣路徑與所述發(fā)電機模塊的所述正極電力端子耦合。
23.如權(quán)利要求22中所述的發(fā)電機模塊，進一步包括 開關(guān)，與在產(chǎn)生電力的對應(yīng)的發(fā)電機模塊中的電源串聯(lián)地設(shè)置，所述開關(guān)控制由所述電源產(chǎn)生的電力的跨對應(yīng)的發(fā)電機模塊的所述正極電力端子和所述負極電力端子的應(yīng)用。
24.如權(quán)利要求23中所述的發(fā)電機模塊，其中所述開關(guān)是具有內(nèi)在二極管的場效應(yīng)晶體管，所述內(nèi)在二極管的正向偏置維持通過所述電源從所述正極電力端子向負極電力端子的電流流動。
25.如權(quán)利要求24中所述的發(fā)電機模塊，其中與所述電源串聯(lián)地組合設(shè)置的所述開關(guān)基本上是與所述二極管器件并聯(lián)地設(shè)置。
26.如權(quán)利要求23中所述發(fā)電機模塊，進一步包括 傳感器元件，用于監(jiān)控在電力線上接收的通信信號，所述正極電力端子和所述負極電力端子連接到所述電力線；以及 控制電路，用于根據(jù)所述通信信號控制開關(guān)的狀態(tài)。
全文摘要
遠程資源可配置為控制串中的發(fā)電機模塊的連接。例如，對應(yīng)的發(fā)電機模塊可包括監(jiān)控通信信號的存在的電流傳感電路。所述發(fā)電機模塊可監(jiān)控在由對應(yīng)的發(fā)電機模塊用來向外部負載傳送電力的電力線上的遠程產(chǎn)生的控制信號的存在。如果所述控制信號存在于電力線上，如由所述遠程資源生成的，在對應(yīng)的發(fā)電機模塊中的所述控制電路激活所述開關(guān)至ON狀態(tài)，從而使得對應(yīng)的被激活的發(fā)電機模塊與其他被激活的發(fā)電機模塊串聯(lián)連接。如果在超時期間未探測到維活控制信號，則所述控制器去激活對應(yīng)的發(fā)電機模塊。
文檔編號H02J7/00GK102810893SQ20121024320
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者J·R·韋佐維茲, C·E·皮奈特, T·R·馬赫, K·W·卡瓦特, M·B·羅斯 申請人:森薩塔科技麻省公司