CN102687357B - 直流电弧故障电路中断器、直流电弧故障检测器、用于直流电弧故障电路中断器的噪音消除电路、检测电弧故障的方法 - Google Patents

直流电弧故障电路中断器、直流电弧故障检测器、用于直流电弧故障电路中断器的噪音消除电路、检测电弧故障的方法 Download PDF

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Abstract

一种直流电弧故障电路中断器，包括可分离触点和用于跳闸断开所述触点的跳闸电路。跳闸电路包括：数个交流传感器，其被配置为感测流过可分离触点的电流；数个滤波器电路，其与AC电流传感器协作以输出数个交流信号；数个峰值检测器，其与滤波器电路协作以输出数个峰值电流信号；处理器，其至少与峰值检测器协作。处理器输入所述数个峰值电流信号，作为多个峰值电流信号，或者，输入所述数个峰值电流信号并确定所述多个峰值电流信号。处理器还确定峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定的时间，并作出响应地使得所述触点跳闸断开。

Description

直流电弧故障电路中断器、直流电弧故障检测器、用于直流电弧故障电路中断器的噪音消除电路、检测电弧故障的方法
技术领域
本发明总体涉及电弧故障检测，尤其涉及直流电弧故障电路中断器。本发明还涉及直流电弧故障检测器、用于检测直流电弧故障电路中断器的噪音消除电路以及检测电弧故障的方法。
背景技术
据信，在光电（PV）（例如光电、太阳能发电）系统中没有这样的已知机构：其用于检测电弧故障，并在可能导致火灾的电路内（串联）故障或短路故障（例如但不限于，并联（parallel）电弧）的情况下使串（string）或串阵列（string array）停止产生能量。例如，在串的负载端的熔断器并不防止该故障。例如，电弧消耗未传输到逆变器或负载的能量。
在一个供给导体（例如导线，典型地为正导线）中，已知实践将保护装置（即熔断器）置于串的负载端，以便在反向馈给条件（back feedconditions）以及反向馈给短路期间当反向馈给电流超过熔断器额定值的150％时断开。取决于制造商，正或负馈给线包含保护装置（即熔断器）。取决于本地建筑物导则，系统可具有接地导体，或者可不接地。一些已知的汇流箱在馈给端而不是在远端对于不接地系统在两个导体上均包含熔断器。据信，在PV发电模块中、在串的远端或在返回导体（return conductor）中不使用保护装置。据信，在PV发电模块与返回导体之间的全部连接馈给导体未受到对于多种电弧事件或短路的保护。
图1示出了具有位于每个串的正导体12中的保护装置10的串联直流（DC）发电模块8（例如PV发电模块）的几个并联串2、4、6。该保护装置10为熔断器，并且仅对于在对应的串2、4、6短路并由其它PV串——其在汇流箱16中在主DC母线14上总接在一起——反向馈给时的反向过电流进行保护。
已经知道，使用熔断器用于过电流保护并使用二极管来阻塞反向电流。据信，已知的DC发电模块的串和阵列不提供串联或并联电弧故障保护。
据信，熔断器在PV电力系统中基本没有用处，因为这样的熔断器的大小被设置为满负载电流的125％，并且典型地必须在满负载电流的150％处断开，而PV阵列的最大短路电流不超过满负载电流的100％。在PV电力系统中，熔断器保护例如导线的导体免于过电流的损坏。过电流只会由反向馈给条件导致。对于硅PV模块的正向馈给电流典型地被PV模块的结构限制为大约7.5A，即使在短路时，PV模块不能产生大于大约7.5A的电流。因此，串熔断器对于提供相对于在串熔断器上发生的母线故障或正向馈给故障的保护是没有用处的。
据信，熔断器也不能提供对于电弧故障的保护。熔断器典型地用在每个串上，所述串是串联连接的数个PV模块，用以获得例如600VDC的电位。串在一般称为汇流箱的中央接线盒中端接。
模块DC/DC转换器能关闭到暴露的连接器的电力，但是，据信，其缺乏对故障的检测机构。在其他方面，在PV模块中没有保护或控制，因此，除了通过覆盖PV模块而阻挡光并防止对PV模块的硅二极管的照射（一种在现场不实用的策略）以外，没有其它关闭由PV模块产生的电位的方法。
DC/DC转换器能帮助防止反向馈给故障，因为其保持由串提供的电压与DC母线要求的电压之间的电压一致性以达到最大功率点（MPP）。然而，不存在对于正与负馈给线或地之间的许多短路或串联电弧故障的保护。
直流电弧故障电路中断器存在改进的空间。
直流电弧故障检测器也存在改进的空间。
检测电弧故障的方法也存在改进的空间。
发明内容
通过本发明的实施例满足了这些及其它需求，这些实施例检测直流（DC）电路中的电弧。
根据本发明一方面，直流电弧故障电路中断器包括：可分离触点；操作机构，其被配置为断开以及闭合所述可分离触点；跳闸（trip）电路，其与所述操作机构协作以跳闸断开可分离触点，所述跳闸电路包括：数个交流传感器，其被配置为感测流过所述可分离触点的电流；数个滤波器电路，其与所述数个交流传感器协作以输出数个交流信号；数个峰值检测器，其与所述数个滤波器电路协作以输出数个峰值电流信号；以及处理器，其至少与所述数个峰值检测器和操作机构协作，所述处理器被配置为：（a）输入所述数个峰值电流信号，作为多个峰值电流信号，或者（b）输入所述数个峰值电流信号并确定所述多个峰值电流信号，所述处理器还被配置为判断所述多个峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定时间，并作出响应地使得所述操作机构跳闸断开可分离触点。
跳闸电路还可以包括直流传感器，其被配置为感测流过可分离触点的电流；并且处理器还可以被配置为检测使用直流传感器感测的电流中的水平移动（level shift）。
作为本发明另一方面，将噪音消除电路用于包括可分离触点和数个交流信道的直流电弧故障电路中断器，所述数个交流信道与对于可分离触点的多个交流信号可操作地关联。噪音消除电路包括：直流传感器，其被配置为与直流电弧故障电路中断器的可分离触点串联；处理器，其与直流传感器协作，所述处理器被配置为输入来自直流传感器的感测的直流信号，并且，如果感测的直流信号的改变速率大于第一预定阈值则禁用所述数个交流信道，或者，如果所述改变速率小于不同的第二预定阈值（其小于所述第一预定阈值），则启用所述数个交流信道。
作为本发明的另一方面，检测直流串的电弧故障的方法包括：感测流过直流串的交流电流；通过数个滤波器电路对感测的交流电流进行滤波，并输出数个交流信号；从所述数个交流信号确定多个峰值电流信号；判断所述多个峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定时间，并作出响应地跳闸断开直流串。
作为本发明的另一方面，一种方法检测阵列的电弧故障，所述阵列包括多个直流串，所述串并联电连接以形成阵列。所述方法包括：感测流过阵列的交流电流；通过数个滤波器电路对感测的交流电流进行滤波，并输出数个交流信号；从所述数个交流信号确定多个峰值电流信号；以及，判断所述多个峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定时间，并作出响应地跳闸断开阵列。
作为本发明的另一方面，直流电弧故障检测器包括：数个交流传感器，其被配置为感测流过导体的电流；数个滤波器电路，其与所述数个交流传感器协作以输出数个交流信号；数个峰值检测器，其与所述数个滤波器电路协作以输出数个峰值电流信号；输出；以及，处理器，其至少与所述数个峰值检测器和输出协作，所述处理器被配置为：（a）输入所述数个峰值电流信号，作为多个峰值电流信号，或者（b）输入所述数个峰值电流信号，并确定所述多个峰值电流信号，所述处理器还被配置为判断所述多个峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定时间，并作出响应地对所述输出进行致动。
作为本发明的另一方面，一种直流电弧故障电路中断器包括：可分离触点；操作机构，其被配置为断开以及闭合所述可分离触点；跳闸电路，其与所述操作机构协作以跳闸断开可分离触点，所述跳闸电路包括：交流传感器，其被配置为感测流过所述可分离触点的电流；宽带滤波器电路，其与交流传感器协作以输出交流信号；峰值检测器，其与宽带滤波器电路协作以输出峰值电流信号；以及，处理器，其至少与峰值检测器和操作机构协作，所述处理器被配置为输入并对峰值电流信号进行积分，确定积分得到的峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定时间，并作出响应地使得所述操作机构跳闸断开可分离触点。
附图说明
参考附图，通过下面对优选实施例的介绍可以充分理解本发明，其中：
图1为直流（DC）发电模块的多个串的示意形式的框图，其具有位于正导体中的用于每个串的单个保护装置；
图2为光电（PV）电力系统的框图，该系统包括根据本发明实施例的多个DC电弧故障电路中断器；
图3为DC电弧故障的电弧电压与电弧电流的绘图；
图4为频率绘图，其示出了电弧条件和非电弧条件的快速傅立叶变换（FFT），显示出对于这两种条件的频率的信号强度上的显著差异；
图5为根据本发明其它实施例的DC电弧故障电路中断器的示意形式的框图；
图6A和6B为提供分别用于图5的处理器的DC电弧故障检测、控制和保护以及噪音消除的程序的流程图；
图7为根据本发明另一实施例的DC电弧故障电路中断器的示意形式的框图，所述电路中断器包括使用三个预定的较窄频带的三个电流互感器（CT），以避免已知的噪音源；
图8为根据本发明另一实施例的DC电弧故障电路中断器的示意形式的框图，所述电路中断器包括具有三个绕组的单个CT；
图9为根据本发明另一实施例的DC电弧故障电路中断器的示意形式的框图，所述电路中断器包括具有三个有源带通滤波器的分流变压器（shunt transformer）电流传感器；
图10为根据本发明另一实施例的DC电弧故障电路中断器的示意形式的框图，所述电路中断器包括宽带电路；
图11为根据本发明另一实施例的DC电弧故障电路中断器的示意形式的框图，所述电路中断器包括频率扫描电路；
图12为在电弧之前、期间和之后的跳闸信号、直流信号以及处于不同频率的三个交流信号；以及
图13为根据本发明另一实施例的DC电弧故障电路中断器的示意形式的框图，所述电路中断器包括数字信号处理器。
具体实施方式
在本文中，术语“数个”应表示一个或大于1的整数个（即复数个）。
在本文中，术语“处理器”表示预先编程的、可编程的或专用的逻辑模拟（例如但不限于，数个放大器、滤波器、电容器和/或模拟定时元件）和/或可以存储、检索和处理数据的数字装置；计算机；工作站；个人计算机；微处理器；微控制器；微计算机；中央处理单元；大型计算机；微型计算机；服务器；网络化处理器；或任何合适的处理装置或设备。
在本文中，术语“短路”表示到相反极性或到地的金属性短路（bolted）故障或电弧故障。
在本文中，术语“金属性故障”表示到相反极性或到地的固体的或直接的或适当低阻抗的电连接，典型地导致电流的增大。
在本文中，术语“到相反极性的电弧故障”表示通过导电等离子体到相反极性的电连接。例如但不限于，这样的电弧故障可以包括：（1）金属蒸汽电弧（或火花）；（2）等离子体电弧，其要求较热的离子化导电路径；以及（3）表面上的电弧，该表面由于电解质污染或碳痕而受到其绝缘性能劣化的影响。
在本文中，术语“电路内电弧故障”或“电路内电弧”表示位于发电模块的内部、在复数个发电模块之间或在行进至汇流箱或任何其它电接点、终端或连接或者来自其的电路中在串联电连接中的持续电弧破裂（break）（例如等离子体）。这里，串联意味着存在另一个电路元件（例如但不限于，逆变器），其阻止电弧从电力线直接电气连接到返回线。
在本文中，术语“开路”表示在串的串联电路电连接中在没有电弧的情况下的破裂。
在本文中，术语“电弧故障电路中断器”、“AFCI”和“电弧故障保护器”表示电弧故障检测器和响应于该电弧故障检测器的数个可分离触点。
在本文中，术语“串”表示多个发电模块的串联电路连接。
在本文中，术语“串保护器”表示用于串和/或串的发电模块的保护装置。串保护器包括数个AFCI、过电流和/或反向电流保护功能。
在本文中，术语“汇流箱”表示盒、外壳或其它合适的结构，其中，多个串的一端得到熔断器连接和/或保护。汇流箱对来自几个串的DC电流进行并联电气合并。
在本文中，术语“直流发电模块”表示光电发电模块、电池或燃料电池。
在本文中，术语“电力线”一般表示在串的馈给端的电力导体，其串联电气连接发电模块。
在本文中，术语“返回线”一般表示不含串联的发电模块的从串的远端延伸到馈给端的电力导体。
发电模块的光电串是多个发电模块的串联电路电连接的实例。例如，当在负载下断开由多个发电模块的串联电路电连接构成的电路，产生跨间隙——其保持电弧——的电弧时，可能发生“电路内电弧”。
例如，当建立到相反极性或地的替代性（例如从“正常”导通路径（例如，从逆变器处的返回导体、通过全部发电模块，至馈给导体，并回到逆变器）的改变）短路路径时，可能发生“短路电弧”。
例如但不限于，短路可形成替代性的且不期望的电气路径，使得常规保护功能不能检测或保护取替代性路径的电流，因此，过电流可能导致过热，且电弧可能导致起火。
替代性的短路路径（例如，例如上述的不期望的电气路径）由于从相邻串到短路路径的反向馈给电流而可能导致过电流。
短路路径可在沿串联连接的发电模块的任何点处建立。
短路路径还可能在从在共用的位置或管道（raceway）中布线的几个串到接地框架（frame）、导管或导体的返回或电力线导体之间，或在从汇流箱到逆变器的返回或电力线导体之间建立。
与对于光电（PV）电路的电弧故障保护相关联地介绍了本发明的构思，然而，本发明构思也可以应用于宽广范围内的DC应用，包括例如但不限于，较高DC电压电路，例如风电、混合动力车、电气车辆、船舶系统和飞行器。
与包括多个光电发电模块的串相关联地介绍了本发明的构思，然而，本发明的构思也可以用于包括多个直流电发电模块（DC EGM）的串和串阵列。
本发明通过监视DC电力馈给中的多种频率而在DC电力系统中检测电弧放电。典型地，在DC电力馈给（例如DC线；DC返回）中存在电噪音的基线。因此，监视多个（例如两个或多于两个；优选为三个，以确保电弧存在，而没有乱真跳闸（nuisance tripping）；任意合适的复数个）频率，以确保正确的电弧检测和跳闸宣告（trip declaration），并使得乱真跳闸最小化。
参考图2，示出了包括将要介绍的多个直流（DC）电弧故障电路中断器（AFCI）的光电（PV）电力系统20。PV电力系统20包括多个DC发电模块（EGM），例如示例性的PV模块22，其中的每一个包括DC AFCI，例如示例性的模块保护器24。多个串26的每一个通过串联电连接的多个PV模块22形成。包括DC母线30的阵列28通过在汇流箱32中并联电连接的DC串26形成，汇流箱32包括用于每个DC串26的串保护器33。阵列28的DC母线30通过逆变器馈给保护器36和DC断连器（disconnect）38电连接到逆变器34。逆变器馈给保护器36和DC断连器38之一或二者可以包括DC AFCI。逆变器34包括DC AFCI 40，其提供反向馈给保护。
图3示出了DC电弧故障的电弧电压42和电弧电流44相对于时间46的绘图，DC电弧故障在时间上向着图中的左侧（关于图3）发生。
图4示出了在电弧放电FFT 50处的电弧放电条件和非电弧放电FFT52处的非电弧放电条件的快速傅立叶变换（FFT）的频率绘图48。频率绘图48示出了对于所述两个电弧放电和非电弧放电条件的频率的信号强度的显著差异（例如但不限于，约30dB以上）。在该测试期间没有逆变器。
参考图5，直流电（DC）电弧故障电路中断器(AFCI)60包括可分离触点62、被配置为断开以及闭合该可分离触点62的操作机构64以及跳闸电路66，所述跳闸电路66与操作机构64协作，以跳闸断开所述可分离触点62。
如下面将联系图7－11介绍的，跳闸电路66包括：数个交流传感器，例如102，其被配置为感测流过可分离触点62的电流67；数个滤波器电路68，其与所述数个交流传感器102协作以输出数个交流信号；数个峰值检测器70，其与所述数个滤波器电路68协作以输出数个峰值电流信号266；以及，处理器72，其至少与所述数个峰值检测器70和操作机构64协作。所述处理器72被配置为：（a）输入所述数个峰值电流信号266，作为多个峰值电流信号，或者（b）输入所述数个峰值电流信号266，并确定所述多个峰值电流信号318（图11）。所述处理器72还被配置为判断所述多个峰值电流信号是否超过了对应的预定阈值74（如所示出的，例如，相对于图4的线74），并作出响应地使得所述操作机构64跳闸断开可分离触点62。
处理器72可提供用于电弧检测的对应的预定阈值74。例如，如图4所示，可将阈值74设置为在非电弧放电FFT 52的典型总噪音之上并在电弧放电FFT 50处的典型电弧信号之下。
如图7所示，例如，跳闸电路66提供电弧故障检测器，其包括：数个交流传感器（例如但不限于，示出了三个示例性感应线圈L1、L2、L3），所述交流传感器被配置为感测流过导体63（例如与可分离触点62串联）的电流（例如，典型地为直流，其可具有数个交流分量）；数个滤波器电路68，其与所述数个交流传感器协作以输出数个交流信号；数个峰值检测器70，其与所述数个滤波器电路68协作以输出数个峰值电流信号266（例如但不限于，示出了三个）；输出73（例如但不限于，包括指示电弧故障指示的信号；通过线圈76到达逆变器（例如，用于截止）、直流断连器、电路中断器、开关以及可分离触点62的跳闸信号）；处理器72，其至少与所述数个峰值检测器70以及输出73协作。所述处理器72被配置为：（a）输入所述数个峰值电流信号266，作为多个峰值电流信号，或者（b）输入所述数个峰值电流信号266并确定所述多个峰值电流信号。所述处理器72还被配置为判断所述多个峰值电流信号266是否超过对应的预定阈值74达预定时间，并作出响应地致动输出73。
实例1
再次参考图5，示例DC AFCI 60可用于串（例如但不限于，图2的DC串26，其在大于约7A的最大值处具有约24VDC至约600VDC的串电压）或DC EGM，例如图2的PV模块22。DC AFCI 60包括电流传感器102、模拟前端104以及处理器72（例如但不限于，微处理器），所述处理器监视感测的串电流108并进行报告（例如但不限于，通过通信端口110）。DC AFCI 60可监视电流（I）和电压（V）。处理器72可包括数个（例如，一个、一些或全部）过电流保护器程序（routine）112、电弧故障保护器程序114（例如串联；并联）以及反向电流保护器程序116，其可提供多种保护/警告功能，并包括串性能（例如，打开；低输出）。示例性DC AFCI 60还包括通过处理器72控制的可分离触点62。例如，DCAFCI 60可以响应于过电流保护器、电弧故障保护器以及反向电流保护器程序112,114,116中的至少一个来将图2的DC EGM 22与串26隔离。DCAFCI 60可被配置为通过电流传感器102测量电流，以及通过分压器118测量由DC EGM 22产生的电压。使用电流传感器102，DC AFCI 60可以在任何短路情况下感测反向流动（反向馈给）的电流。感测反向馈给电流的能力允许命令该DC AFCI 60以终止该反向馈给电流的流动。反向馈给电流是不期望的，因为它们可能过加热DC EGM，并减少传输给逆变器34或其负载（未示出）的净电流（图2）。如果没有熔断器或其它保护，反向馈给电流可能大于正向馈给电流。如果没有熔断器或其它保护，断开可分离触点62减轻和/或防止有害的和/或不期望的电流。断开可分离触点62减轻和/或防止有害的和/或不期望的电流（例如减小从阵列28（图2）传输到负载的能量）流动。
优选为，数个本地状态指示器120和/或通信端口110还用于远程监视和报警。DC AFCI 60可被配置为向例如122（以虚线示出）的远程位置报告串26（图2）的对应的一个的故障状态或良好（health）情况。
DC AFCI 60包括电源124，其可以从外部电源（未示出）（在位置“A”和“D”处的开关126）、从主母线（未示出）（在位置“A”和“D”处的开关126）和/或从对应的本地DC EGM 22（在位置“B”和“C”处的开关126）接收电力。
实例2
图6A示出了提供用于图5的处理器72的DC电弧故障检测、控制和保护的程序150。程序150使得处理器72能够检测串联电弧故障或并联电弧故障，例如对地的或对返回导体的并联电弧。在图6A中，步骤156的AC（频率）阈值（图4的阈值74）对于串联和并联电弧都是有效的。
程序150在152开始，然后，处理器在153处初始化，并且将整数i设置为等于零。接着，在154中，引入适当的延迟（例如但不限于，3ms，任何合适的延迟时间）。然后，在步骤155中，在关注的全部AC（高频）范围测量或输入信号水平。接着，在156中，判断多个（例如但不限于，，三个；任何合适的复数个）峰值电流信号（例如图7的266）是否超过对应的预定阈值74。如果否，则在158中，整数i减小，如果其目前大于零的话，此后，重复步骤154。步骤160和162判断峰值电流信号是否超过对应的预定阈值74达预定时间。在160中，增大整数i，并且，在162中，判断整数i是否等于预定值（例如但不限于，n＝10；任何合适的复数个）。如果否，则重复154。否则，在164中检测出电弧故障，其使得可分离触点62断开，并且使得电弧故障指示器（例如图5的120）指示电弧故障条件。最后，步骤166等待重置命令，其将DC AFCI 60重置为其初始状态。
例如，在图7中，处理器72被配置为，判断是否全部三个示例性峰值电流信号266超过三个对应的预定阈值74达预定时间，并作出响应地使得操作机构64跳闸断开可分离触点62。例如，当作出响应地对DC串——例如26（图2）——跳闸时，这使得乱真跳闸最小化。
图6B的视情况可选的噪音消除程序200是分立的程序，其与图6A的电弧故障检测程序150并行运行。在发生包括DC电流水平的显著改变的瞬态时，通过阻挡噪音进入所述数个滤波器电路68和所述数个峰值检测器70，噪音消除程序200减少乱真跳闸。
如图所示，例如，在图7－11中，跳闸电路66还可以包括直流传感器202，其与可分离触点62串联。处理器72还被构成为与直流传感器202协作，从直流传感器202输入感测的直流信号204，如果感测的直流信号204的改变速率大于第一预定阈值，则禁用所述数个滤波器电路68，或者，如果改变速率小于不同的第二预定阈值，则启用所述数个滤波器电路68，其中，第二预定阈值小于第一预定阈值。
在图6B的噪音消除程序200中，步骤206输入感测的直流信号204并累计其平均值。接着，在208中，判断由所述数个滤波器电路68形成的数个AC信道是否打开。如果是，则在210中，确定当前感测的直流信号204是否小于例如但不限于步骤206的平均值的一半。如果是，则在212中关闭所述数个AC信道。否则，或者在212之后，程序200在214中返回，并在适当的延迟后在206中再次运行。
另一方面，如果在208中确定为所述数个AC信道未打开，则在216中，确定目前感测的直流信号204是否例如但不限于大于步骤206的平均值的0.9倍。如果否，则程序200在214中返回。否则，在218中，提供适当的延迟（例如但不限于，50μs；任何合适的时间），之后，在程序200在214中之前返回，在220中打开所述数个AC信道。步骤218的延迟用于这样的情况：AC信道被关闭，不应检测瞬态。这至少对于延迟时段提供了噪音消除。
提供了示例性噪音消除程序200，用于瞬态而不是串联电弧或并联电弧或由于光照变化导致的电流变化。例如，噪音消除程序200可检测相对非常大的DC步长。相对较大（且快的或高的di/dt）步长将产生高频率，并使全部高频AC信道饱和。例如，如果逆变器对于几个微秒关断输入电流，则DC AFCI 60（图5）将在此瞬态期间看到全部频率。因此，有利的是，当检测到一直保持（或接近）零安培的相对较快的转变时，则关闭高频AC信道，接着，当存在正常电流时，再次开通高频AC信道。
可以以适当的速率中断驱动示例性噪音消除程序200（例如但不限于，每秒120次；任何合适的速率，如果瞬态以在该速率发生的话）。
实例3
参考图7，DC电弧故障电路中断器（AFCI）250被示为包括三个电流互感器（CT）252、254、256，其使用三个示例性预定的、相对较窄的频带（f1、f2、f3）以避免已知的噪音源（例如但不限于，来自具有已知开关频率的特定逆变器（例如图2的34））。例如，可以对合适的关注的中心频率（例如但不限于，1kHz、4kHz、10kHz）提供（感应线圈L1、L2、L3的）电感和（电容器Cl、C2、C3的）电容。
在该示例中，所述数个滤波器电路68是多个滤波器电路，所述数个交流信号是多个交流信号（例如每个窄频带（f1、f2、f3）一个），模拟处理电路258的所述数个峰值检测器70是多个峰值检测器，提供到处理器72的所述数个峰值电流信号266是多个峰值电流信号。
实例4
如图7所示，选择多组（例如两个或多于两个，优选为三个，以确保存在电弧而没有乱真跳闸；任何合适的复数个）感应线圈(L1、L2、L3)和电容器(C1、C2、C3)以在预定频率谐振，所述预定频率被选择为避免负载和源干扰（参考例如下面的实例16）。通过模拟处理单元258输入示例性滤波器260,262,264的输出。处理器72将所述多个峰值电流信号266施加到累计器（未示出），然后施加到合适的逻辑功能（参考例如图6A）。如果多个阈值检测器在图6A的步骤156,160,162中报告持续预定时间的（参考例如下面的实例9）高于对应的预定阈值74（参考例如下面的实例15，设置在典型最大系统噪音和典型最小电弧噪音之间）的活动性，则处理器72使得跳闸。
在该实例中，通过感应线圈(L1、L2、L3)提供多个交流传感器，其可以是多个电流互感器，每个用于各个不同的频率（f1、f2、f3），所述数个滤波器电路是多个滤波器260,262,264，每个用于各个不同的频率。
与图2的示例性DC串26联系，一种通过串保护器33之一检测对应的一个DC串26的电弧故障的方法包括：感测流过DC串26的交流电流，通过数个滤波器电路68对感测的交流电流滤波并输出数个交流信号，从所述数个交流信号确定所述多个峰值电流信号266，以及确定所述多个峰值电流信号266是否超过对应的预定阈值74（图4）达预定时间，并作出响应地跳闸断开DC串26。
与图2的示例性阵列28和示例性逆变器馈给保护器36联系，一种方法通过以下方式检测阵列28的电弧故障：感测流过阵列28的交流电流，通过数个滤波器电路68对感测的交流电流进行滤波并输出数个交流信号，从所述数个交流信号确定多个峰值电流信号266，以及确定所述多个峰值电流信号266是否超过对应的预定阈值74（图4）达预定时间，并作出响应地跳闸断开阵列28。
如果图7的感测的DC电流204变为负，则初始化反向馈给跳闸268。
实例5
在图7中，DC电流传感器202可以是，例如但不限于，分流器或霍尔传感器。
实例6
在图7中，合适的AC电流传感器可包括，例如但不限于，CT（例如CT 252,254,256之一）、没有隔离的分流器、具有变压器的分流器（例如，隔离的，提供适度宽频响应）或者霍尔效应传感器（例如对于小于约50kHz）。
用于三个示例性AC电流传感器频率（f1、f2、f3）的合适的滤波器260,262,264可包括，例如但不限于，在下面的实例7、8、17和18中讨论的滤波器。这些可包括：CT谐振器（实例7和8；图8和9）；按照频率的有源滤波器，其包括下面中的一个：峰值检测器70和包括CT与电容器（如图7所示的电容器C1、C2、C3之一）的谐振电路；具有处理器积分器（实例17；图10）的宽带滤波器270；包括扫描选择的频率（实例18；图11）或跳跃选择的频率（实例21；图11）的自适应（开关电容器）滤波器272。
实例7
图8示出具有三个绕组276,278,280的单个CT274，所述三个绕组276,278,280提供CT谐振器（例如，一个CT具有复数个绕组，每个绕组用于各个不同的频率（f1、f2、f3））。或者，DC电弧故障电路中断器（AFCI）250A与图7的DC电弧故障电路中断器（AFCI）250相似。
实例8
图9示出具有三个有源带通滤波器284,286,288（例如每个用于各个不同的频率（例如f1、f2、f3））的分流变压器电流传感器282。这提供了具有三个AC信道290,292,294的CT谐振器。分流变压器电流传感器282包括与可分离触点62、电容器298、以及变压器300串联的分流器296，所述变压器300包括初级绕组302和次级绕组304。电容器298与初级绕组302的串联组合与分流器296并联电连接。次级绕组304通过合适的放大器308向数个（在该实例中为三个；任何合适数目）滤波器电路——例如带通滤波器284、286、288——输出感测的交流信号306。另外，在该实例中，跳闸电路66还包括通过处理器72和图6B的噪音消除程序200的步骤212,220控制的消除门310。
优选为，用于不同频率（f1、f2、f3）的合适的滤波和频带选择在其间具有带有“卷边（rolloff）”的预定频率分离的情况下使用（例如使用非重叠频率；优选为，f3至少为f1的大约10倍）。选择不同的频率以避免例如逆变器噪音。
DC电流变送器202可以例如为霍尔效应装置，例如但不限于，ACS714。DC电流变送器202提供与DG EGM 22和对应的DC串26（图2）的较高电压的电隔离。分流器296、电容器298和变压器300提供AC电流传感器。电容器298将变压器300的初级绕组302与直流隔离以避免铁芯饱和。变压器300使用较大的升压比，以提供“自由的”电压增益，并用作用于较高串电压的电障（galvanic barrier）。变压器后的放大器308、与来自对应的滤波器284,286,288和对应的峰值检测器70的增益一起，将AC信号放大至用于处理器72的合适的水平。三个示例性带通滤波器284,286,288被调谐到合适的频率，所述频率被选择以避免来自逆变器噪音的误跳闸。三个示例性峰值检测器70提取滤波后的AC信号的峰值以呈现给处理器72的A/D转换器（未示出）。处理器72分析三个示例性AC信道290,292,294以检测在示例性PV电力系统20（图2）中是否存在电弧。如果是，其命令可分离触点62断开。
如果使用图6B的噪音消除程序200，则处理器72还控制消除门310，所述消除门310阻挡非电弧相关的逆变器噪音以及阶跃（step）或涌入（inrush）瞬态导致误跳闸。
在其他方面，DC电弧故障电路中断器（AFCI）250'与图7的DC电弧故障电路中断器（AFCI）250相似。
实例9
图6A的步骤156的DC电弧故障检测程序150的跳闸决定逻辑可以是对于三个示例性选择频率的逻辑AND，每个频率高于预定阈值（参考下面的实例15）达大于预定样本数（例如但不限于，大于10个样本；大于样本的一百分比；大于超过预定计数的全部样本；30ms；任何合适的时间或值），以指示电弧的存在，其导致跳闸。
如图7-11所示，跳闸电路66可包括直流传感器202，其被配置为感测流过可分离触点62的电流；处理器72可被配置为检测直流传感器202的感测电流中的水平移动。这在下文的实例10-13中讨论。
实例10
优选为，使用附加的逻辑以防止乱真跳闸。例如，如果DC电流水平具有显著的向下阶梯变化（图6B）（例如，在逆变器启动及其它情况（例如在饱和期间的逆变器PWM）期间的噪音消除），处理器72可关断AC信号输入。处理器72可以检测DC电流的水平移动，作为用于检测电弧的附加的“限定物”。例如，当阵列28（图2）正产生大于逆变器34可以接收且转换的电力时，逆变器34可以PWM（即简短且周期性地关断）以限制进入的电流。这种瞬变不应使得DC AFCI（例如但不限于，模块保护器24；串保护器33；逆变器馈给保护器36）乱真跳闸。
实例11
优选为，使用附加的逻辑以检测母线/馈给线上的并联电弧：是否存在电弧，以及DC电流在馈给端向上阶跃。这用于DC母线30处的在DC串26上方的电弧，因为当并联电弧（例如41）在串保护器33下方，即使没有反向馈给，馈给中的电流总是下降（变得较负）。
实例12
优选为，使用附加的逻辑以检测并联电弧：是否存在电弧，以及DC电流在远端向上阶跃。这总是发生，因为故障跨远端DC EGM 22（图2）（在故障下方）并联放置，其降低阻抗并增大电流。典型地，基线和电弧噪音都较低，因为在并联电弧（短路）下，尽管检测到电弧噪音，逆变器34不能被远端“看到”。
实例13
优选为，使用附加的逻辑以检测逆变器34何时关闭：母线电压上升，DC电流下降。如果并联的全部DC串26被均衡地照射，则电流接近零，因为全部DC串26产生相同的开路电压。如果由于例如照明而在DC串26之间存在电压差，则较高产生的DC串26将反向馈给较低产生的DC串26，仍使全部电流相比于存在逆变器34时下降。当存在全部二极管（未示出）时（无故障），7A串中的最大反向馈给电流为约1A。对于正在减小的电流的一个例外是，当除了一个之外全部DC串26被遮蔽时，其可允许该串的电流在逆变器34断开时升高，因为其在逆变器刚刚断开之前的最大功率点可以相对于额定电压处于相对来说非常低的电压。
实例14
优选为，使用附加的逻辑以分辨随机（例如电弧放电）以及周期（例如逆变器）信号，以进一步减少乱真跳闸。参考例如下面的实例18。例如，如果带通滤波器峰值检测器70（图9）是活动性的（active），则处理器72查找其是否包含在跳闸时间窗口内随时间变化的信号。在以小于对应的基带滤波器284,286,288的带宽的速率（即，换句话说，较慢的平均值）测量变化的情况下，这可在“基带”整流信号水平上最为便利地发生。其还可以通过如下实现：查找在样本时段上的最小值和最大值，或者考虑与硬件或软件逻辑内的标准偏差非常类似的统计参数。
实例15
表1提供了对于电弧放电和非电弧放电条件的示例性测量的相对信号强度（参考图4）。
表1
  频率   电弧条件   无电弧条件
  1kHz   -50dB   -85dB
  4kHz   -60dB   -90dB
  10kHz   -70dB   -95dB
  40kHz   -75dB   -100dB
使用以1MHz采样的65K点的FFT产生表1的值。为了将dB值关联到安培，在滤波器的带宽内包含的FFT的点数必须被确定为“n”（在该情况中，频率分辨率为约15Hz，因此，n＝滤波器带宽（Hz）/15）然后，
实例16
用于例如34（图2）的逆变器的典型切换频率包括，例如，用于较小逆变器的20kHz或用于较大逆变器的8kHz。DC至DC变换器典型地在约30kHz至约40kHz切换。
典型地，逆变器噪音是具有一个或多于一个显著奇次谐波的窄带。因此，选择滤波器检测频率（例如但不限于，f1、f2、f3）要求它们跨越至少约10、优选为30（或量值的约1.5次方（orders））的因子，因此使得在例如但不限于图6A的AND决定中的至少一个频率不受影响。
实例17
参考图10，示出了具有处理器积分器的宽带滤波器270或具有滤波的整流器。在其他方面，DC电弧故障电路中断器（AFCI）250''与图9的DC电弧故障电路中断器（AFCI）250'相似。与图6A的程序150有一些相似，处理器72'对宽带滤波器270和峰值检测器70的输出在时间上进行积分或取平均，将平均信号馈给到一个阈值检测器中（例如，与图6A的步骤156类似，虽然只是用于一个信号），并进行合适的逻辑功能。分流变压器电流传感器282'的宽带传感器输出包括来自宽带传感器的频率（例如F低到F高）（这两个频率优选为分别低于和高于图7的f1、f2、f3范围，但是可以是优选为避免或压制逆变器基波的任何适当的宽带频率范围）。处理器72'对在F低和F高之间的频率的值进行积分。如果积分值超过预定阈值，以及如果视情况可选地检测到DC电流下降，则处理器72'导致跳闸。
该实例提供在适当频带（例如在F低和F高之间）上的积分，以使得没有单个的峰值频率导致跳闸。这提供了相对较低成本的方案，但可能具有与特定逆变器相联系的乱真跳闸。
在图10中，单个带宽滤波器270具有较低的Q（例如，典型地，Q<=1或《1）。对于一些逆变器，例如34（图2），切换噪音不足以像例如电弧放电故障那样升高宽带中的总活动性（因为峰值典型地较窄）。
在图10中，所述数个滤波器电路68（图7）是一个宽带滤波器电路270。所述数个峰值检测器70是一个峰值检测器70，其与宽带滤波器电路270协作，以向处理器72'输出峰值电流信号273。峰值电流信号273表征频带（例如，在F低和F高之间）中的所述多个不同频率。
实例18
参考图11，由DC电弧故障电路中断器（AFCI）250''使用适应性（切换电容器）滤波器272，DC电弧故障电路中断器（AFCI）250″与图10的DC电弧故障电路中断器（AFCI）250″相似。处理器72''使用与图6A的程序相似的程序，只是在步骤153处添加另外的步骤（未示出）（以便开始使用新的逆变器），从而识别将忽略的频率和将使用的“谷（valley）”频率。适应性（切换电容器）滤波器272提供频率扫描电路，其由来自处理器72''的时钟信号312控制。
在图11中，所述数个滤波器电路68（图7）是一个频率捷变滤波器电路272。所述数个峰值检测器70是峰值检测器314，其与所述一个频率捷变滤波器电路272协作以向处理器72″输出峰值电流信号316。处理器72''被配置为控制所述一个频率捷变滤波器电路272以确定多个峰值电流信号318，每个用于多个不同频率中的各个。
图11的这种扫描频率电路使用扫描检测器，以在较窄频带（或扫描窗口）中识别较强信号并将其作为噪音忽略（通过查找高于标称噪音底部的“尖峰”）。扫描频率扫描检测器在扫描窗口中测量活动性。扫描频率电路向处理器72″输出信号316，其包括来自扫描频率传感器282″的频率（F低到F高）。处理器72''查找位于较高强度频率处的窄带噪音并忽略这些频带，其代表来自例如电源或逆变器（例如34，图2）的共态无线电频率（RF）噪音。如果由于负载（逆变器）特征噪音，频带在“正常”运行期间是高的，则处理器72″在通过观察多个不同带中的高水平而查找电弧时不考虑该带。然后，处理器72″计算用于剩下的频带的阈值。对于剩下的频带，除负载特征噪音外，如果平均值高于预定阈值，则电路导致跳闸。
该实例通过选择用于检测电弧的“谷”频率找出（并避免）逆变器噪音频率。这提供具有鲁棒性的电弧故障检测，以适应具有不同切换频率的新逆变器。
在图11中，电路首先找出逆变器噪音频率（例如，N的计数>=2)，然后通过选择用于检测电弧的（1-N）“谷”频率来避免逆变器噪音频率。该方法无论逆变器的类型是什么都工作良好。
如果使用图6B的噪音消除程序200，则处理器72″还控制消除门310，所述消除门310阻挡非电弧相关逆变器噪音导致误跳闸。
实例19
作为替代地，可以考虑通过图10的分流变压器电流传感器282的宽带信号283的随机性。如果不存在电弧，则宽带信号283由于逆变器切换而较恒定。然而，在存在电弧时，宽带信号283是随机高频信号。处理器72'的合适的电路或程序可检测宽带信号283的随机性并命令可分离触点62断开。
实例20
图12示出了电流信号319和三个示例性信号的绘图：在电弧325之前、期间和之后的2.5kHz 320、8kHz 322和90kHz 324。在电弧之前，2.5kHz和8kHz信号320、322较低且“安静”（即，存在较少的变化）。在电弧放电期间，这些信号320、322具有升高的水平，并且，量值中存在较多的变化（例如可以看到多个阶跃（例如，较高水平的di/dt））。恒定高频信号，如来自逆变器的切换频率的一个，可能导致升高水平的高频，如示例性的90kHz信号324所示。然而，其将保持为相对非常恒定。形成对比的是，电弧放电信号将放出（put out）宽带的频率，但是电弧放电信号还将随时间在量值上迅速变化。这可以用于检测电弧放电。当处理器72（图9）对该频带进行采样时，其可以检测时间上的快速量值改变，并确定电弧放电事件。例如，在具有示例性2.5kHz和8kHz信号320、322的电弧325期间，示出了具有较高程度的随机性（di/dt改变）的区域326。
实例21
再次参考图11，处理器72″可使用频率跳跃程序328。代替三个示例性频率（例如图9）的是，存在N个频率，并且，处理器72''可以查找它们中的一些或全部，当存在电弧时升高到高于对应的阈值74（图4）。注意，当不存在电弧时，由于逆变器噪音，一些频率可仍高于对应的阈值。频率跳跃程序328可以使用预定的一组频率（例如但不限于，1kHz、2kHz、5kHz、10kHz、20kHz、50kHz、100kHz），所述频率优选为相互排除用于特定应用的全部已知的噪音模型（参考上面的实例16），并且包括不是彼此倍数的频率，以避免切换频率的基波的谐波。该频率跳跃程序328跳跃到每个预定频率，以测量信号的强度。如果信号对于指示DC电弧的一些或全部频带（参考例如上述实例15）高于预定阈值水平，则程序328导致发生跳闸。
该示例循序通过所选择的频率，以评估噪音水平并检测电弧放电（例如，在正常运行期间，在一些频率处存在逆变器切换，在电弧放电期间，在全部频率上具有较高的水平）。优选为，为了确定并证实对电弧放电的正确宣告，在宣告电弧放电条件之前检测几个跳跃频率。
频率跳跃程序328循序通过频率序列以评估噪音水平。在正常运行下，逆变器噪音将在一些带中较高，但是在电弧放电期间在全部带中还要更高。
例如，如果N为10个不同的频率，那么，例如，这些频率的I＝3可能对应于逆变器噪音。因此，仅考虑M=N-I=7个频率。通过使用频率跳跃程序328，相比于使用例如如图9中的按照频率的个体带通电路的实际可用频率，可以考虑更多的频率。因此，如果这些频率中的大部分（例如但不限于，在该实例中的4、5、6或7频率，）的每一个具有高于对应阈值的信号，则宣告电弧放电条件。
这里，例如，处理器72″可进一步被配置为，基于数个外部噪音源，，消除所述多个峰值电流信号中的相同数目的信号，以及消除所述多个不同的频率中的数个频率。
采样较多频率的另一个非限制性技术是使用例如在0.25s上、从1至100kHz的频率扫描方法，其中，基本全部采样频率在预定阈值之上，这在存在单个切换频率及其谐波的情况下可能不成立。该方法和频率跳跃构思可能甚至能够适用于并行工作的多于一个的逆变器类型。
实例22
可以使用所公开的DC AFCI 250、250'、250''、250″'以提供独立检测、控制和保护，例如但不限于，作为用于一个或多于一个直流电发电模块的模块保护器、串保护器、阵列保护器、用于汇流箱的保护器、子汇流箱的保护器、用于远程汇流箱的保护器、用于逆变器或中央逆变器或串逆变器的保护器、用于转换器的保护器、用于模块转换器的保护器、用于模块接线盒的保护器以及用于断连器或电路中断器的保护器。
如图5所示，示例性DC AFCI 60可包括可分离触点62、用于检测电弧放电和过电流事件的电流传感器102以及跳闸电路66，所述跳闸电路66包括模拟和数字部件，所述模拟和数字部件适于处理用于检测电弧放电和过电流的信号以及用于处理来自远程位置（例如通过图5的通信端口110）的开/关命令信号322（图7）。
可使用位于正DC连接（如图所示）和/或负DC连接（未示出）的合适的电流传感器完成电弧故障检测，所述传感器102感测进入和/或离开DC EGM 22（图2）的电流水平。询问电流波形的个性以确定是否存在电弧放电事件或是否存在金属性连接故障。通过来自DC和AC传感器的电流波形确定电弧故障和金属性连接故障事件。
实例23
示例性串保护器33（图2）被配置为检测并提供以下至少一个：串性能信息（例如但不限于，DC电流；是等于标称值、小于标称值、大于标称值还是零）、串报警信息（例如但不限于，电弧故障；零电流；反向电流；模块短路（Vsc=0））；以及，公布信息（例如但不限于，降低的功率输出（例如，当前功率输出与预定值、基于当前照射水平远程确定和通信的值或学习值之一进行比较）；开路；反向/过电流、短路）。学习值可以为，例如，在前面的10天中在一天中的相同时间（可以在相同的小时）记录的平均值，或者，另一个合适的统计值。另一个方法为测量照度，并与在该照度（和温度）下具有MPP一致最优功率的合适的性能量度（例如模块功率）进行比较。
通过示例性状态指示器120（图5），DC AFCI 60可通过例如LED本地指示报警信息（例如，在DC EGM或串中），以及通过例如LED条（例如标称值的0%、20%、40%、60%、80%、100%、120%）指示串性能。在其他方面，如果它们通过通信端口110传送到远程位置122，则可以在合适的用户界面（未示出）上显示。
实例24
如参考图6B和9-11所示，DC AFCI噪音消除电路330包括：直流传感器202，其被配置为与可分离触点62串联；处理器72、72'、72''，其与直流传感器202协作。处理器程序200还被构成为从直流传感器202输入感测的直流信号，并且，如果感测的直流信号在负方向的改变速率大于第一预定阈值，则禁用所述数个交流信道290,292,294（图9），或者，如果改变速率小于不同的第二预定阈值，则启用所述数个交流信道290、292、294，其中，第二预定阈值小于第一预定阈值。
例如但不限于，如果每毫秒执行一次程序200，且当前采样下降至低于之前10个采样的平均值的0.5倍，则交流信道290,292,294将在212中禁用预定的时间。当接下来的采样之一处的采样值达到大于平均值的0.9倍的值时，这些交流信道290,292,294将重新启用。
实例25
如图6B的步骤206,208,210,212所示，程序200累计来自直流传感器202的感测到的直流信号的平均值，确定所述数个交流信道290,292,294是否启用，如果平均感测直流信号小于第三预定阈值（例如但不限于，小于平均值的一半；平均值的任何合适比例），作出响应地禁用所述数个交流信道290,292,294。
实例26
如图6B的步骤206,208,216,218,220所示，程序200累计来自直流传感器202的感测直流信号的平均值，确定所述数个交流信道290,292,294是否禁用，如果平均感测直流信号大于第四预定阈值（例如但不限于，大于平均值的0.9；平均值的任何合适比例），作出响应地启用所述数个交流信道290,292,294，其中，第四预定阈值大于所述第三预定阈值。
实例27
如图6B的步骤216,218,220所示，程序200在确定平均感测直流信号大于第四预定阈值之后且在作出响应地启用所述数个交流信道290、292、294之前延迟预定的时间（例如但不限于，50μs，任何合适的时间）。
实例28
参考图2和7，通过阵列28对逆变器34供电。逆变器馈给保护器36通过数个电流传感器（例如但不限于，图7的感应线圈L1、L2、L3）感测流过阵列28的交流高频电流。使用与所述数个滤波器电路68以及所述数个峰值电流信号266可操作地关联的多个不同的频率（例如但不限于，图7的f1、f2、f3）。将电容器39（图2）置于逆变器34与逆变器馈给保护器36的所述数个电流传感器之间，以限制不同频率的不同直流串26之间的串扰。电容器39用作对于在DC EGM 22之间的导体上的AC噪音的短路。AC噪音从电弧41（例如关于图2在左侧的串26）朝向逆变器34而不朝向相邻的并联串26（例如关于图2在中心和右侧的串26）传播。电容器39可以位于保护装置的内部，其可以是分立的外部部件，或者，其可以是逆变器34的输入电路的部分。
实例29
逆变器34的输入电容常常提供足够的电容以形成用于高频信号的适当低阻抗的路径。有利的是，增加更多的电容，以确保存在足够的电容。可以在交流传感器上游的保护装置的位置增加电容，以在母线上提供相比于非故障串的阻抗较小的阻抗（例如，以提供串或子阵列之间的AC隔离）。例如但不限于，对于高于约2.5kHz的频率，约50μF的电容提供相比于逆变器输入阻抗适当低阻抗的路径。
实例30
参考图2和5，通过串保护器33，用户可识别（例如通过查看DC AFCI60的本地状态指示器120；如果通过通信端口110通信，通过查看远程监视/报警装置122）多个直流串26（图2）中的哪个是有故障的。
实例31
在一些点上，DC EGM 22的串中的串联连接可能被破坏、使得图2的整个串26需要被关闭。位于汇流箱32中的对应的串保护器33提供此等级的保护。
在一些点上，处于故障模式的所述数个串26可能大到使得需要将阵列28关闭并从图2的PV电力系统20分离。例如逆变器馈给保护器36的阵列保护器提供此等级的保护。
所公开的DC AFCI 60可保护，例如但不限于，图2的串阵列28与逆变器34之间的相对较高电流、较高电压的导体，并且可被命令为在能在串阵列28的电力电路中建立的多种故障情境下关闭。
所公开的串保护器33或DC AFCI 60还可以位于任何PV系统、串或阵列的任何部件（例如但不限于，断路器；汇流箱、子汇流盒、远程汇流箱；DC EGM；逆变器；中央逆变器；串逆变器；转换器；模块转换器；模块接线盒；断连器）中或任何部件处。
实例32
尽管公开了可分离触点62，也可以使用合适的固态可分离触点。例如，所公开的DC AFCI 60包括合适的电路中断器机构，例如可分离触点62,其由操作机构64断开以及闭合，然而，所公开的构思可用于宽广范围内的电路中断机构（例如但不限于，固态开关，例如FET或IGBT装置；接触器触点）和/或基于固态的控制/保护装置（例如但不限于，驱动器；软启动器，DC/DC转换器）和/或操作机构（例如但不限于，电的、机电的或机械机构）。
实例33
参考图13，DC电弧故障电路中断器（AFCI）250""使用数字信号处理器（DSP）72″'，DC电弧故障电路中断器（AFCI）250""与图11的DC电弧故障电路中断器(AFCI)250'″相似，不同在于，处理器不同且由DSP 72''实现硬件滤波器272和峰值检测器314。通过视情况可选的消除门310，来自放大器308的输出直接进入DSP 72'″的A/D变换器（未示出）。DSP 72'″足够快地进行采样，以进行FFT（例如但不限于，以200kHz采样，以覆盖高达约100kHz的频率）。例如，DSP 72'″中的固件328'可以确定来自放大器308的模拟电流信号318'的频谱中的多个峰值、噪音水平、切换频率、由于电弧放电导致的变化，并且，其可以为例如自适应的。
尽管已经详细介绍了所公开构思的具体实施例，本领域技术人员将会明了，根据本发明的全部内容，可以想到对这些具体内容的多种修改和替换。因此，这里公开的特定配置仅是说明性的，而不是限制所公开构思的范围，该范围由所附权利要求及其任何和全部等价内容的全部广度限定。

Claims (26)

1.一种直流电弧故障电路中断器(250)，包括：
可分离触点(62)；
操作机构(64；76)，其被配置为断开以及闭合所述可分离触点；
跳闸电路(66)，其与所述操作机构协作以跳闸断开所述可分离触点，所述跳闸电路包括：
数个交流传感器(102；252,254,256；276,278,280；282；282')，其被配置为感测流过所述可分离触点的电流(67)，
直流传感器(202)，其被配置为感测流过所述可分离触点的电流，
数个滤波器电路(68；260,262,264；284,286,288；272)，其与所述数个交流传感器协作以输出数个交流信号，
数个峰值检测器(70；314)，其与所述数个滤波器电路协作以输出数个峰值电流信号(266)，以及
处理器(72)，其至少与所述数个峰值检测器以及所述操作机构协作，所述处理器被配置为(150)：(a)输入所述数个峰值电流信号，作为多个峰值电流信号(266)，或者(b)输入所述数个峰值电流信号并确定所述多个峰值电流信号(318)，所述处理器还被配置为(156,160,162)：判断所述多个峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定的时间，并作出响应地使得(164)所述操作机构跳闸断开所述可分离触点，
其中，所述处理器还与所述直流传感器协作，以使所述操作机构跳闸断开所述可分离触点，且
其中，所述处理器还被配置为使用所述直流传感器检测所感测的电流中的水平移动。
2.一种直流电弧故障电路中断器(250)，包括：
可分离触点(62)；
操作机构(64；76)，其被配置为断开以及闭合所述可分离触点；
跳闸电路(66)，其与所述操作机构协作以跳闸断开所述可分离触点，所述跳闸电路包括：
数个交流传感器(102；252,254,256；276,278,280；282；282')，其被配置为感测流过所述可分离触点的电流(67)，
直流传感器(202)，其被配置为感测流过所述可分离触点的电流，
数个滤波器电路(68；260,262,264；284,286,288；272)，其与所述数个交流传感器协作以输出数个交流信号，
数个峰值检测器(70；314)，其与所述数个滤波器电路协作以输出数个峰值电流信号(266)，以及
处理器(72)，其至少与所述数个峰值检测器以及所述操作机构协作，所述处理器被配置为(150)：(a)输入所述数个峰值电流信号，作为多个峰值电流信号(266)，或者(b)输入所述数个峰值电流信号并确定所述多个峰值电流信号(318)，所述处理器还被配置为(156,160,162)：判断所述多个峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定的时间，并作出响应地使得(164)所述操作机构跳闸断开所述可分离触点，
其中，所述处理器还与所述直流传感器协作，以使所述操作机构跳闸断开所述可分离触点，且
其中，所述处理器还被配置为输入来自所述直流传感器的所感测的直流信号，如果所感测的直流信号的变化速率大于第一预定阈值，禁用所述数个滤波器电路，如果所述变化速率小于不同的第二预定阈值，启用所述数个滤波器电路，其中，所述第二预定阈值小于所述第一预定阈值。
3.一种直流电弧故障电路中断器(250)，包括：
可分离触点(62)；
操作机构(64；76)，其被配置为断开以及闭合所述可分离触点；
跳闸电路(66)，其与所述操作机构协作以跳闸断开所述可分离触点，所述跳闸电路包括：
数个交流传感器(102；252,254,256；276,278,280；282；282')，其被配置为感测流过所述可分离触点的电流(67)，
数个滤波器电路(68；260,262,264；284,286,288；272)，其与所述数个交流传感器协作以输出数个交流信号，
数个峰值检测器(70；314)，其与所述数个滤波器电路协作以输出数个峰值电流信号(266)，以及
处理器(72)，其至少与所述数个峰值检测器以及所述操作机构协作，所述处理器被配置为(150)：(a)输入所述数个峰值电流信号，作为多个峰值电流信号(266)，或者(b)输入所述数个峰值电流信号并确定所述多个峰值电流信号(318)，所述处理器还被配置为(156,160,162)：判断所述多个峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定的时间，并作出响应地使得(164)所述操作机构跳闸断开所述可分离触点，
其中，所述数个交流传感器是交流传感器(282)，其包括：与所述可分离触点串联的分流器(296)、电容器(298)以及包括初级绕组(302)和次级绕组(304)的变压器(300)，所述电容器和所述初级绕组的串联组合与所述分流器并联电气连接，所述次级绕组向所述数个滤波器电路输出感测到的交流信号(306)。
4.根据权利要求3的直流电弧故障电路中断器(250')，其中，所述跳闸电路还包括由所述处理器控制的消除门(310)。
5.根据权利要求3的直流电弧故障电路中断器(250')，其中，所述数个滤波器电路是多个带通滤波器电路(284,286,288)；每个用于多个不同频率中的一个。
6.根据权利要求3的直流电弧故障电路中断器(250″′)，其中，所述数个滤波器电路是由所述处理器控制的频率捷变滤波器电路(272)；其中，所述数个峰值检测器是峰值检测器(314)，其与所述频率捷变滤波器电路协作以输出峰值电流信号(316)；且其中，所述处理器还被配置为(312)控制频率捷变滤波器电路，以确定所述多个峰值电流信号(318)，每个用于多个不同频率中的一个。
7.一种直流电弧故障电路中断器(250)，包括：
可分离触点(62)；
操作机构(64；76)，其被配置为断开以及闭合所述可分离触点；
跳闸电路(66)，其与所述操作机构协作以跳闸断开所述可分离触点，所述跳闸电路包括：
数个交流传感器(102；252,254,256；276,278,280；282；282')，其被配置为感测流过所述可分离触点的电流(67)，
数个滤波器电路(68；260,262,264；284,286,288；272)，其与所述数个交流传感器协作以输出数个交流信号，
数个峰值检测器(70；314)，其与所述数个滤波器电路协作以输出数个峰值电流信号(266)，以及
处理器(72)，其至少与所述数个峰值检测器以及所述操作机构协作，所述处理器被配置为(150)：(a)输入所述数个峰值电流信号，作为多个峰值电流信号(266)，或者(b)输入所述数个峰值电流信号并确定所述多个峰值电流信号(318)，所述处理器还被配置为(156,160,162)：判断所述多个峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定的时间，并作出响应地使得(164)所述操作机构跳闸断开所述可分离触点，
其中，所述数个交流传感器是多个交流传感器(252,254,256)，每个用于多个不同频率中的一个；其中，所述数个滤波器电路与所述多个不同频率可操作地关联；其中，所述数个滤波器电路被配置为提供所述多个不同频率，所述不同频率之间具有预定的频率分隔；且其中，所述多个不同频率被选择为避免逆变器噪音。
8.一种直流电弧故障电路中断器(250)，包括：
可分离触点(62)；
操作机构(64；76)，其被配置为断开以及闭合所述可分离触点；
跳闸电路(66)，其与所述操作机构协作以跳闸断开所述可分离触点，所述跳闸电路包括：
数个交流传感器(102；252,254,256；276,278,280；282；282')，其被配置为感测流过所述可分离触点的电流(67)，
数个滤波器电路(68；260,262,264；284,286,288；272)，其与所述数个交流传感器协作以输出数个交流信号，
数个峰值检测器(70；314)，其与所述数个滤波器电路协作以输出数个峰值电流信号(266)，以及
处理器(72)，其至少与所述数个峰值检测器以及所述操作机构协作，所述处理器被配置为(150)：(a)输入所述数个峰值电流信号，作为多个峰值电流信号(266)，或者(b)输入所述数个峰值电流信号并确定所述多个峰值电流信号(318)，所述处理器还被配置为(156,160,162)：判断所述多个峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定的时间，并作出响应地使得(164)所述操作机构跳闸断开所述可分离触点，
其中，所述数个滤波器电路是频率捷变滤波器电路(272)；其中，所述数个峰值检测器是峰值检测器(314)，其与所述频率捷变滤波器电路协作以输出峰值电流信号(316)；且其中，所述处理器还被配置为(312)控制所述频率捷变滤波器电路，以确定所述多个峰值电流信号(318)，每个用于多个不同频率中的一个。
9.根据权利要求8的直流电弧故障电路中断器(250″′)，其中，所述处理器被进一步配置为(328)：基于数个外部噪音源消除所述多个峰值电流信号中的相同数目的信号，以及消除所述多个不同频率中的数个频率。
10.一种直流电弧故障电路中断器(250)，包括：
可分离触点(62)；
操作机构(64；76)，其被配置为断开以及闭合所述可分离触点；
跳闸电路(66)，其与所述操作机构协作以跳闸断开所述可分离触点，所述跳闸电路包括：
数个交流传感器(102；252,254,256；276,278,280；282；282')，其被配置为感测流过所述可分离触点的电流(67)，
数个滤波器电路(68；260,262,264；284,286,288；272)，其与所述数个交流传感器协作以输出数个交流信号，
数个峰值检测器(70；314)，其与所述数个滤波器电路协作以输出数个峰值电流信号(266)，以及
处理器(72)，其至少与所述数个峰值检测器以及所述操作机构协作，所述处理器被配置为(150)：(a)输入所述数个峰值电流信号，作为多个峰值电流信号(266)，或者(b)输入所述数个峰值电流信号并确定所述多个峰值电流信号(318)，所述处理器还被配置为(156,160,162)：判断所述多个峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定的时间，并作出响应地使得(164)所述操作机构跳闸断开所述可分离触点，
其中，所述电弧故障电路中断器是以下的一种：用于直流发电模块(22)的模块保护器(24)、串保护器(33)、阵列保护器(36)、用于汇流箱(32)的保护器、用于远程汇流箱的保护器、用于逆变器(34)的保护器(40)、用于转换器的保护器、用于模块转换器的保护器、用于模块接线盒的保护器、用于断连器的保护器以及用于断路器的保护器。
11.根据权利要求10的直流电弧故障电路中断器(250)，其中，所述串保护器被配置为检测并提供以下中的至少一个：串性能信息、串报警信息以及公布信息。
12.一种用于直流电弧故障电路中断器(250')的噪音消除电路(330)，直流电弧故障电路中断器(250')包括可分离触点(62)和数个交流信道(290,292,294)，所述数个交流信道(290,292,294)与用于所述可分离触点的多个交流信号可操作地关联，所述噪音消除电路包括：
直流传感器(202)，其被配置为与所述直流电弧故障电路中断器的所述可分离触点串联；以及
处理器(72)，其与所述直流传感器协作，所述处理器被配置为(200)：从所述直流传感器输入感测的直流信号(204)，如果感测的直流信号的改变速率大于第一预定阈值，禁用(216,220)所述数个交流信道，或者，如果所述改变速率小于不同的第二预定阈值，启用(210,212)所述数个交流信道，其中，所述第二预定阈值小于所述第一预定阈值。
13.根据权利要求12的噪音消除电路(330)，其中，所述处理器还被配置为累计(206)来自所述直流传感器的感测的直流信号的平均值，判断(208)所述数个交流信道是否启用，如果平均感测直流信号小于第三预定阈值，作出响应地禁用(210,212)所述数个交流信道。
14.根据权利要求13的噪音消除电路(330)，其中，所述处理器还被配置为如果平均感测直流信号大于第四预定阈值，作出响应地启用(216,220)所述数个交流信道，其中，所述第四预定阈值大于所述第三预定阈值。
15.根据权利要求14的噪音消除电路(330)，其中，所述处理器还被配置为在确定为平均感测直流信号大于第四预定阈值之后且在作出响应地启用所述数个交流信道之前延迟(218)预定的时间。
16.一种检测直流串(26)的电弧故障(41)的方法，所述方法包括：
感测(252,254,256)流过所述直流串的交流电流(67)；
通过数个滤波器电路(68)对所感测的交流电流进行滤波，并输出数个交流信号；
从所述数个交流信号确定多个峰值电流信号(266；318)；以及
判断(156,160,162)所述多个峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定的时间，并作出响应地跳闸断开(164)所述直流串。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
通过所述直流串对逆变器(34)供电；
通过数个电流传感器(252,254,256)感测流过所述直流串的交流电流；
使用与所述数个滤波器电路以及所述多个峰值电流信号可操作地关联的多个不同的频率；以及
使用被置于所述逆变器与所述数个电流传感器之间的电容器(39)，以限制在不同频率处在不同直流串之间的串扰。
18.一种检测包括多个直流串(26)的阵列(28)的电弧故障(41)的方法，所述多个直流串(26)并联电气连接以形成阵列，所述方法包括：
感测(252,254,256)流过所述阵列的交流电流(67)；
通过数个滤波器电路(68)对所感测的交流电流进行滤波，并输出数个交流信号；
从所述数个交流信号确定多个峰值电流信号(266；318)；以及
判断(156,160,162)所述多个峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定的时间，并作出响应地跳闸断开(164)所述阵列。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
通过所述阵列对逆变器(34)供电；
通过数个电流传感器(252,254,256)感测流过所述阵列的交流电流；
使用与所述数个滤波器电路以及所述多个峰值电流信号可操作地关联的多个不同的频率；以及
使用被置于所述逆变器与所述数个电流传感器之间的电容器(39)，以限制在不同频率处在直流串的不同的各个之间的串扰。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括：
使用三个对应的预定阈值(74)，作为所述对应的预定阈值；
使用三个峰值电流信号(266)，作为所述多个峰值电流信号；以及
判断(156,160,162)三个峰值电流信号是否全部超过所述三个对应的预定阈值达预定的时间，以便在作出响应地跳闸断开所述数个直流串中的所述一个时使得乱真跳闸最小化。
21.根据权利要求18所述的方法，还包括：
在逆变器(34)处添加电容器(39)，以便对于预定的频率范围形成低阻抗交流路径。
22.根据权利要求18所述的方法，还包括：
识别(120；122)所述多个直流串(26)中的哪个是故障的。
23.根据权利要求18所述的方法，还包括：
感测(202)流过所述阵列的直流电流(204)；以及
确定(72')所感测的直流电流中的随机性，并作出响应地跳闸断开所述阵列。
24.一种直流电弧故障检测器(66)，包括：
数个交流传感器(252,254,256)，其被配置为感测流过导体的电流(67)；
直流传感器(202)，其被配置为感测流过所述导体的电流；
数个滤波器电路(68)，其与所述数个交流传感器协作以输出数个交流信号；
数个峰值检测器(70)，其与所述数个滤波器电路协作以输出数个峰值电流信号；
输出(73)；以及
处理器(72)，其至少与所述数个峰值检测器以及所述输出协作，所述处理器被配置为(150)：(a)输入所述数个峰值电流信号，作为多个峰值电流信号(266)，或者(b)输入所述数个峰值电流信号并确定所述多个峰值电流信号(318)，所述处理器还被配置为(156,160,162)：判断所述多个峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定的时间，并作出响应地致动(164)所述输出，
其中，所述处理器进一步与所述直流传感器协作，以致动所述输出，且
其中，所述处理器进一步配置为使用所述直流传感器检测在所感测电流中的水平移动。
25.一种直流电弧故障电路中断器(250″)，包括：
可分离触点(62)；
操作机构(64；76)，其被配置为断开以及闭合所述可分离触点；
跳闸电路(66)，其与所述操作机构协作以跳闸断开所述可分离触点，所述跳闸电路包括：
交流传感器(282')，其被配置为感测流过所述可分离触点的电流(67)，
宽带滤波器电路(270)，其与所述交流传感器协作以输出交流信号，
峰值检测器(70)，其与所述宽带滤波器电路协作以输出峰值电流信号(273)，以及
处理器(72')，其至少与所述峰值检测器以及所述操作机构协作，所述处理器被配置为(150)：输入并对所述峰值电流信号进行平均，确定平均得到的峰值电流信号是否超过预定的阈值达预定的时间，并作出响应地使得(164)所述操作机构跳闸断开所述可分离触点。
26.一种直流电弧故障电路中断器(250)，包括：
可分离触点(62)；
操作机构(64；76)，其被配置为断开以及闭合所述可分离触点；
跳闸电路(66)，其与所述操作机构协作以跳闸断开所述可分离触点，所述跳闸电路包括：
数个交流传感器(102；252,254,256；276,278,280；282；282')，其被配置为感测流过所述可分离触点的电流(67)，
数个滤波器电路(68；260,262,264；284,286,288；272)，其与所述数个交流传感器协作以输出数个交流信号，
数个峰值检测器(70；314)，其与所述数个滤波器电路协作以输出数个峰值电流信号(266)，以及
处理器(72)，其至少与所述数个峰值检测器以及所述操作机构协作，所述处理器被配置为(150)：(a)输入所述数个峰值电流信号，作为多个峰值电流信号(266)，或者(b)输入所述数个峰值电流信号并确定所述多个峰值电流信号(318)，所述处理器还被配置为(156,160,162)：判断所述多个峰值电流信号是否超过对应的预定阈值达预定的时间，并作出响应地使得(164)所述操作机构跳闸断开所述可分离触点，
其中，所述处理器是数字信号处理器(72″′)；其中，所述数字信号处理器被配置为处理来自所述数个交流传感器的模拟电流信号(318')；且其中，所述数字信号处理器还被配置为(312')：使用快速傅立叶变换确定模拟电流信号的频谱，以确定在预定频率范围上的频率成分。
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