[发明专利]直流电弧故障检测器和电路断续器以及检测直流电力电路中的电弧的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年9月28日提交的美国专利申请序列号13/629,714的优先权并要求其权益，其通过引用并入本文。

技术领域

本公开概念一般涉及直流(DC)电路断续器，并且更具体地，涉及DC电弧故障电路断续器。本公开概念还涉及DC故障检测器。本公开概念还涉及检测DC电力电路中的电弧的方法。

背景技术

当在电力系统中出现有害电弧时，它产生通过电力系统导体传播的宽频带电噪声。大部分电弧故障检测器(AFD)的工作方式为：监视电力电路中的宽频带噪声，并且如果宽频带噪声符合电弧的预期信号特性，则导致跳闸。

美国专利号8,089,737公开了交流(AC)电弧故障电路断续器(AFCI)，该AFCI包括可分离触点、操作机构和电弧故障检测器，所述操作机构用于断开和闭合所述可分离触点，并且所述电弧故障检测器用于检测与所述可分离触点在操作上关联的电弧故障条件。所述电弧故障检测器包括调节的电流传感器和诸如解调对数放大器的压缩电路，所述调节的电流传感器用于感测流过所述可分离触点的AC电流的宽频带噪声，所述压缩电路包括具有来自调节的电流传感器的所感测的宽频带噪声的输入，以及输出。所述压缩电路压缩所感测的宽频带噪声的动态范围。最小检测器包括输入和输出，该输入为压缩电路输出，并且该输出为最小检测器输入的最小值。处理器包括多个输入和输出。其中一个输入是最小检测器的最小值输出。响应于检测的电弧故障条件，跳闸机构配合处理器输出和操作机构以跳闸断开所述可分离触点。

太阳能电池板(例如，但不限于，相对较大的光电二极管的集合)是无源器件，并且通常在生成电力时不产生宽频带噪声。在太阳能电力系统中，逆变器用于将由光伏(PV)阵列生成的直流(DC)电力变换成类似于由常规电气设施所分配的AC电力。当逆变器内的功率器件改变状态时，逆变器趋于产生宽频带噪声的离散突发。因为在逆变器中耗散的电力的较大成分直接与逆变器开关开启和关闭时间的持续时间成比例，通常最小化该切换时间。

在另一方面，一旦触发，电弧趋于无限地传导。在太阳能电力系统中尤其如此，在该系统中，可用的电压(其可以是数百伏直流电压)通常远大于维持电弧所需的最小电压(例如，大约30到70VDC)，并且在该系统中，不存在如AC电力系统的电压“过零”。

因此，DC电弧故障检测器需要精确地区分由逆变器产生的相对较短持续时间的噪声突发(正常情况)与由电弧故障产生的连续的、相对较长持续时间的噪声(极其罕见的情况)。

另一个难点是由特定逆变器产生的噪声突发可能在幅度上远高于由电弧故障造成的连续噪声。

更进一步挑战是将由电弧故障产生的噪声与可从辐射源耦合到PV阵列中或从逆变器的AC侧漏入PV阵列中的寄生信号正确地区分开。

在用于直流电力电路的电弧故障检测器中存在改进余地。

在用于直流电力电路的电弧故障电路断续器中也存在改进余地。

在检测直流电力电路中的电弧的方法中仍进一步存在改进余地。

发明内容

通过本公开概念的实施例可满足这些或其它需要，其中带通滤波器对在直流电力电路中流动的电流的所感测的交流成分进行滤波；解调对数放大器包括具有在所述直流电力电路中流动的电流的滤波后的交流成分的输入端，以及输出端；积分器或最小检测器电路包括电连接到所述解调对数放大器的所述输出端的输入端，以及输出端；以及处理器：(i)重复地输入并且然后重置所述积分器或最小检测器电路的输出端，并且(ii)当发生如下情况达预定时间时确定在所述直流电力电路中存在电弧：(a)在所述直流电力电路中流动的电流的所感测的直流成分大于第一预定值，以及(b)所述积分器或最小检测器电路的输出端的当前值比所述积分器或最小检测器电路的输出端的先前值大第二预定值以上或与所述先前值相差所述第二预定值以上，或者所述积分器或最小检测器电路的输出端的所述当前值大于第三预定值。