[发明专利]光伏设备中的电弧检测

说明书

技术领域

本发明涉及光伏设备，并且尤其涉及用于在这些设备中检测电弧的装置。

背景技术

可能开发使用光伏板（PV）的设备。但是这种设备会随着时间而发生老化和故障。这些老化和故障可以是良性的（例如：关闭、产量损失、效率降低……），但是如果在连接上出现串联电弧，那么这些老化和故障也可能更加严重。事实上，在最差的情况下，这些现象的结果可能是甚至会导致安装有PV模块的建筑物损毁的火灾爆发。

图1A表示已知类型的系统中的电弧的位置，该系统包括连接至电网的3个光伏模块1、光伏模块2、光伏模块3和转换器（或逆变器）10。串联电弧可能发生在光伏模块1、光伏模块2、光伏模块3和逆变器12之间的区域13中。电弧还能够发生在模块内或模块之间。

因此尝试开发使电弧在出现之后能够立即被检测出的系统，以便使电弧停止并且非常严格地限制它们对设备及其周围的影响。

用于在低压直流或交流设备中检测电弧的已知解决方案主要以超声检测（通过电弧的声学特性（signature））或高频（通过电弧的RF特性）或甚至以热度测量（电弧的红外特性）为基础。现象的特性是使该现象信号能够被确定地识别的所有特性以及它们的值。

对于PV设备而言，一些实验室或产业开始开发相同类型的检测器。这些系统的主要限制在于它们用于测量特性的装置。事实上，因为特性为复杂的并且通常处在高频（对于声学和RF特性）处，所以它们要求带有高采样的非常繁重的软件处理，并且从而要求昂贵的组件。而且，包括噪音或来自电弧特性的干扰的辨别的处理时间可以是长的，范围从几秒至几分钟。

因此，这些解决方案并不满足对于快速可靠并且低成本的稳固性的需要。

文件FR2912848描述如何使用电压中的快速变化的测量来检测串联电弧。尝试精确估计该变化。

文件WO2011/17721描述了用于在PV系统中检测电弧的方法。这种检测是以平均电流测量和观察到的演变为基础的。

这种解决方案要求冗长测量和冗长处理。

发明内容

描述在直流电流下，光伏系统中电压的测量和电弧的特征特性信号的检测以执行快速可靠的测量。

更具体地，描述了一种用于检测操作在直流电流模式中的光伏设备中的串联电弧的方法，其中，光伏设备包括N（N=1或N>1）个光伏模块（100，1，2，3），光伏模块连接至对于模块具有电容性行为的充电设备（10），该方法包括：

a）在N个模块（1≤n≤N）中的n个模块上检测电压的时间演变，

b）在紧接在稳定电压的第一区域（A）和稳定电压的第二区域（B）之间的电压变化之后的至少5μs的持续时间期间识别所述电压变化，以及

c）确定电压变化是否在大于或等于0.2V的值Vmin和小于或等于20V的值Vmax之间，其中，该变化的上升时间在大于或等于0.5μs的持续时间Tmin和小于或等于5μs的持续时间Tmax之间。

可以完全或部分地通过分析或计算电压变化的斜率并且通过确定该斜率是否在Vmin/Tmax（0.04V/μs）和Vmax/Tmin（40V/μs）之间以执行确定步骤c）。

可以在N个光伏模块的组件上执行步骤检测a）。可以认为值Vmin大于或等于10V并且值Vmax小于或等于20V。

用于构成被考虑光伏模块的连接的材料限定了的电弧电压值VARC值。在该方法中，Vmin和Vmax可以位于对被考虑材料预先限定的电弧电压值VARC的任何一侧。

持续时间Tmin和Tmax可以位于与使得等于VARC的电压变化能够被施加在光伏模块的组件上所需要的持续时间对应的持续时间Tarc的任何一侧。

可以在N个光伏模块中的n个光伏模块的子组件上执行步骤检测a）。

在该情况中，值Vmin和Vmax可以位于值VARC*n/N的任何一侧，VArc对应于对用于构成被考虑光伏模块的连接的材料预先限定的电弧电压，值Vmax小于或等于20V*n/N，

持续时间Tmin和Tmax优选地位于持续时间Tarc*n/N的任何一侧，其中，Tarc对应于使得等于VARC的电压变化能够被施加在光伏模块的组件上所需要的持续时间，Tarc*n/N小于或等于5*nNμs。

可以将所测量的电压数字化，从电压的数字值来执行步骤a）至c）。

还描述了一种用于检测操作在直流电流模式中的光伏设备中串联电弧的设备，其中，光伏设备包括N（N=1或N>1）个光伏模块以及对于模块具有电容性行为的设备，该检测设备包括：