[發明專利]用于檢測DC電路中的電弧的方法與裝置

有效

• 申請號: 201280049922.0
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN103875144A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: J·郎;T·維格內爾;M·卡拉圖徹維爾;H·貝倫茨;M·維托
• 申請（專利權）人: SMA太陽能技術股份公司
• 主分類號: H02H1/00
• 分類號: H02H1/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 宋超

本發明涉及用于檢測DC電路中的電弧的方法，其中測量并分析電路中的高頻信號。本發明還涉及用于檢測電弧的裝置并且涉及包括這種裝置的逆變器。

在高電壓連同高電流一起發生的電路中，尤其是在DC（直流）電路中，存在形成電弧的危險。例如，電弧會在維護工作（斷開電流流經的線路）期間、在螺絲連接器或插入式連接器的觸點劣化的情況下、在差的焊點或緊固不足的螺絲連接或者在受損的線路絕緣的情況下發生。已經產生的電弧通常只能通過大幅減小流經該電弧的電流來熄滅。

在光伏安裝（在下文中簡稱為PV安裝）中，由于高DC電壓和占優勢的高直流電流，因此電弧是一個不能被低估的問題，而且是PV安裝中火災的主要造成原因之一。

因此，用于檢測已經發生的電弧的可靠方法是非常受關注的。為了安全，在這種情況下已經發生的電弧應當被可靠地檢測。另一方面，被斷定的電弧的不正確檢測的可能性應當保持盡可能低，尤其是如果自動切斷系統與電弧的檢測相關聯的話，在這種系統中，PV安裝的自動重啟被阻止，如在有些國家所要求的。

電弧通常發射延伸到高頻范圍內的寬帶AC（交流）信號。用于基于電路中這種AC信號的檢測來檢測電弧的方法與裝置是很普遍的并且例如在文檔WO95/25374A中描述。

關于這種方法的一個問題是高頻干擾信號會不正確地被認為是電弧引起的，從而導致用于檢測電弧的裝置的不正確觸發。干擾信號的可能來源是，例如，高頻無線電發送器、在十分靠近被監測系統經過的電氣列車或電車的集電器中短暫出現的電弧，或者具有不足電磁屏蔽或干擾信號抑制的電氣或電子設備。相鄰電路中的電弧也可以耦合到所考慮的系統中并且可以不正確地觸發用于監測電弧的裝置。在PV安裝中常常提供多個并聯的DC電路、一PV部分發電機以及布置在每個DC電路中的逆變器。電路中不是源自在這個電路中發生的電弧的所有高頻信號或信號成分在下文中都概要地稱為“干擾信號”并且其來源被稱為“干擾源”或者“干擾者”。

為了提高檢測電弧的可靠性，文檔US7,633,727B2公開了一種電弧檢測系統，該系統具有兩個在不同頻率操作的窄帶帶通濾波器。只有在具有處于由帶通濾波器確定的這兩個不同頻率范圍內的信號成分的高頻信號被觀察到時，電弧才被確定為發生。但是，如果干擾信號具有與電弧的典型頻率頻譜相似寬度的頻率頻譜，則這種干擾信號不能與源自電弧的高頻信號區分。

文檔EP1772936A2公開了用于檢測AC電路中的電弧的裝置與方法，其中，除高頻信號成分之外，電路中電流的變化率也被檢測。如果這個變化率指示電路中從根本上講可以作為電弧觸發器的過程，例如突然的電流上升或下降，并且同時觀察到指示電弧的高頻信號，則假設電弧實際存在。但是，尤其是在其中發生非常高整體電流的電路中，例如在PV安裝的DC電路中，觸發電弧的過程不一定能利用整體電流的變化率很明確地檢測到。

因此，本發明的一個目標是提供用于檢測電弧的方法，該方法允許可靠地區分干擾信號和那些基于在電路中實際發生的電弧的高頻信號。另一個目標是提供對干擾信號相對不靈敏的、用于檢測電路中的電弧的裝置。

這個目標是通過具有各個獨立權利要求的特征的方法和裝置來實現的。有利的發展與改進是從屬權利要求的主題。

根據本發明用于檢測DC電路中的電弧的方法包括以下步驟：測量并分析在DC電路中流動的電流的AC成分，并且確定該AC成分的至少一個參數，并且改變在DC電路中流動的電流的DC成分的電平。此外，確定在DC電路中流動的電流的電平與電流的AC成分的所述至少一個參數之間的相關程度。依賴于所確定的相關程度，檢測并用信號通知電弧。

在電弧中，在由電路中的電弧發射的較高頻AC信號的屬性與流經該電弧的電流的電平之間存在一個關系。根據本發明，這個關系用于確定測得的包含較高頻信號的AC成分是否真正源自在電路中發生的電弧。為此，在電路中流動的直流電流的電平改變，并且確定測得的較高頻信號的參數與在電路中流動的直流電流的電平的相關程度。基于以這種方式確定的相關程度，認為已檢測到電弧并且用信號通知電弧。由于干擾信號（并且尤其是從外部注入電路的干擾信號）的屬性通常不受在所考慮的電路中流動的直流電流的電平的影響，因此該方法使得能夠可靠地區分電弧信號和干擾信號。在本申請的范圍內，頻率在大約10kHz（千赫茲）至大約1MHz（兆赫茲）范圍內的信號可以被認為是相對較高頻率的AC信號。

在該方法的一種優選改進中，測得的AC成分的信號強度被認為是所述參數。如果信號強度隨著增加的電流電平而下降，則所確定的相關程度特別優選地增加。以這種方式確定的相關程度特別好地反映了電弧的發生。