[发明专利]用于检测光伏系统中的松动电连接的方法与装置

说明书

背景技术

本发明一般涉及直流电力系统，更具体地说，涉及用于检测光伏(PV)系统中的松动电连接的方法与装置。

近年来，美国和其它国家一直在经历创纪录数量的PV安装。在最近一年中，例如，美国在一年的前6个月中经历了339MW的并网PV，这表示在先前全年中安装的435MW之上增加55％。近年来，不仅系统的数量已显著增长，而且大规模系统的数量也已增长。

一般地，如在本领域已知的，PV系统包括串联连接以形成一串通常为8-12个组件的单个太阳能组件。在汇流箱(Combiner box)中并联连接一组串(String)，其对于每个正极串线缆通常包括熔断器，并且熔断器(多个)馈送正极汇流条。在汇流箱内还汇集负极线以形成负极汇流排。调节导线大小以处理在汇流箱处产生的组合电流与电压，所述汇流箱将直流电力运送到主汇流器(其还可被认为是阵列汇流器或再汇流器)，其中并联组合汇流箱的输出。来自一个或多个主汇流器的输出经过较大导线传输到中央逆变器，并且将来自主汇流器的直流电力输出为来自逆变器的交流电力。将逆变器输出馈送到变压器，该变压器将输出的交流电压转换为公共设施的输电电压。

期待PV系统在至少二十年的操作中是高度稳健和可靠的。然而，像许多高压电气系统一样，PV系统易于由于松动连接等而发生故障，造成在系统中可发生过热和燃弧(Arcing)。燃弧是在绝缘介质两端的发光放电，通常伴随部分的电极挥发。电弧故障是电气电路中的意外燃弧情况，造成该电弧故障的原因例如是磨损的导体绝缘、在断裂导体之间的暴露端、故障电连接或松动连接，其中在该松动连接处，传导元件彼此紧密接近。 取决于电流，在燃弧故障期间形成的等离子体在非常局部化的区域可达到超过5000摄氏度的温度。该发热可足以融化周围由塑料或金属制成的部件，例如熔断器座、断开开关零部件以及甚至汇流箱外壳本身。这可导致损伤、装备和财产损坏以及由于点燃建筑物或PV材料造成的失火，威胁着建筑容纳物和占有人安全。

由于系统中的大量连接，PV系统有产生故障的风险。在PV系统中可存在数千个连接，这给予不良连接数千个机会。作为一个示例，大型PV系统可具有超过一百个汇流箱。因此，可具有数千或甚至成千上万的发生故障的机会。汇流条连接通常通过螺栓连接在一起，并且在每个汇流箱内可具有任意数量的这种螺栓连接结构。在汇流箱内，现场端接的串和汇流排馈送布线尤其具有产生松动连接的很大可能性，并且通过电和热循环，汇流条以及关联的终端硬件也具有变松动的可能性。对于在其中电力沿着PV布线通过PV连接器以及通过PV组件带(Ribbon)与电池的相互连接而传播的PV串，产生故障的风险甚至更高。

甚者，因为在系统工作寿命期间可发生由于太阳、风和天气的损坏，以及发生由于通常安装PV系统所在环境的损坏，PV系统尤其处在风险中。即，在建筑屋顶上，在开放场地中等的相对恶劣环境可导致物理损坏并加速PV系统的老化。暴露到风、恶劣的冬季严寒和极度的夏季炎热可减弱遍及系统任意位置的连接，从而导致松动连接。并且，由于近年来已部署PV系统的数量的显著增长，反而已增加失火和其它损坏的风险。实际上，近年来已经报道了PV失火，已经将其追溯到尤其是由松动连接导致的部件过热和燃弧。

针对PV系统中的直流部件与电路的安全、保护和服务要求已经滞后于针对交流系统建立的代码要求、标准和经验。用于交流电力分配的保护系统已经从短路(熔断器和断路器)与过流(保护继电器)发展到接地故障与电弧故障保护。适用于开关柜、开关板和电机控制中心的一种已知交流松动连接检测/保护系统基于采用压电传感器和事件时间关联(ETC)算法的无源声感测。即，该已知交流保护系统检测在系统本身内生成的声噪 声，并且采用ETC算法，可将该已知交流保护系统用于准确定位松动连接源。

换句话说，由于交流电力的周期性性质及其经过零点，交流系统内的松动连接可以将自身表现为松动部件之间的振动。采用遍及系统放置的压电传感器，又可作为声学噪声来检测振动。基于传输到一个或多个压电传感器的时间，可确定源的位置。如此，通常在交流系统内的松动连接进行到可形成过热或电弧的地步之前，可检测在该松动连接。

另一方面，诸如PV系统的直流电力系统并不固有地在松动连接中生成声信号。一般地，与典型的交流电路不同，如果部件松动，则部件保持在静态位置，并且将会保持这样直到形成电弧。如此，使用已知系统，直到太迟并已经形成电弧，或更糟的是在电弧已经发展到变成失火危险的地步为止，直流电力系统可能不会使其中的松动连接被检测到。