CN104160619A

CN104160619A - 一种以信号通知光伏发电机局部遮蔽的方法和装置

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Publication number: CN104160619A
Application number: CN201380012117.5A
Authority: CN
Inventors: C·米尔茨; S·比埃尼克; M·霍普夫; F·艾格
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-11-19
Also published as: DE102012102932A1; WO2013149960A1; EP2834657A1; US9599658B2; DE102012102932B4; US20150015298A1

Abstract

本发明涉及一种用于以信号通知PV发电机(10)中的局部遮蔽的方法，PV发电机(10)包括至少两个并联的局部PV发电机(10a、10b)。本方法包括如下步骤：在PV发电机(10)的均匀辐照的状态下对至少两个局部PV发电机(10a、10b)的每一个上执行参考阻抗测量，并且至少两个局部PV发电机(10a、10b)中的每一个的至少一个参考谐振特性是从参考阻抗测量中确定的。而且，在PV发电机(10)工作过程中的PV发电机(10)第一个工作点上，对至少两个局部PV发电机(10a、10b)进行阻抗测量。局部PV发电机(10a、10b)的谐振特性从阻抗测量中确定。如果局部PV发电机(10a、10b)在第一个工作点的谐振特性间的差异，不同于局部PV发电机(10a、10b)的参考谐振特性间的差异，PV发电机(10)中的局部遮蔽被检测和以信号通知。本发明还涉及适合于执行本方法的装置。

Description

一种以信号通知光伏发电机局部遮蔽的方法和装置

本发明涉及一种用于以信号通知光伏发电机局部遮蔽(partialshadowing)的方法，所述光伏发电机包括至少两个并联的局部光伏发电机。本发明还涉及实现该方法的装置。

光伏发电机(以下也简称作PV发电机)利用光线入射产生电能。逆变器能够用于将光伏发电机产生的直流形式的电能馈送到公共的能量供应网。在这种逆变器的操作控制过程中，一种跟踪装置——也称作最大功率点(MPP)跟踪器——通过改变流经PV发电机的电流电平，常用于连续地调整PV发电机的工作点，从而使得PV发电机工作在产生最大功率的工作点处。产生最大功率的点是功率/电压特性曲线(功率特性曲线P(U)，其中P代表输送功率(delivered power)，其取决于PV发电机的光伏电压U)中的全局最大值。

至于光伏发电机的局部遮蔽，两个或更多的局部极大值通常在PV发电机的功率特性曲线P(U)中形成。在MPP跟踪过程中，PV发电机的工作点可能被跟踪到局部极大值，该局部极大值不一定也是使PV发电机优选地工作的全局最大值。在实际中，这可能导致PV设备的收益损失(revenueloss)。

为了避免此非最优的工作状态持续相对比较长的时间，众所周知的方式是以预定的固定时间间隔中断MPP跟踪装置的跟踪模式，并对功率特性曲线P(U)的全局最大值进行系统搜索。然而由于在搜索期间，大多数搜索时间的工作点不同于全局最大值，当搜索此全局最大值时，不可避免的也会出现能量损失。这些能量损失的大小随搜索频率增加，然而由于停留在局部极大值处而导致的潜在能量损失的风险随着搜索频率而减小。因此，以固定的时间间隔执行全局最大值的搜索，仅仅是避免了因停留在局部极大值而造成的能量损失的折中方案。因此仅当存在PV发电机并不工作在最大功率工作点的特定指示时，才开始全局最大值搜索是有利的。局部遮蔽的存在就是这样的指示。

文献DE 10 2006 052 295 B3描述了使用阻抗测量用以监控PV发电机的方法和电路布置。该方法局限于没有光照的夜间时间，其间逆变器并不馈送网络并且因此PV发电机的DC线路中没有电流。在这种情况下，如果能观察到阻抗的变化并伴有重复的馈送，那么可以肯定的是，例如PV发电机遇到了偷窃，或者对PV发电机进行操纵。

文献EP 2 388 602 A1公开了一种使用阻抗测量来监控PV发电机的方法。为了确定PV发电机的阻抗，具有多个频率的测试信号耦合至包括PV发电机的DC电路，并且响应信号被再次耦合输出(coupled out)。例如，在已知两个信号幅度的情况下，阻抗可从信号的幅度比确定。在这种情况下，可以以不同的方式将测试信号耦合入。一方面，测试信号可以包含在信号持续时间内连续变化的频率。另一方面，然而，也可以耦合入有宽带频谱的噪声信号。阻抗测量的分析是通过使模型等效电路的已计算出的阻抗曲线适应(adapting)到测量的阻抗分布，从而确定PV发电机的模型等效电路的重要参数。确定参数的变化指示了PV发电机的工作状态或特性(property)的变化。该方法尤其适合用于确定PV发电机内的错误工作状态，例如接触问题，但是同样地可以用于检测遮蔽。

文献WO 2012/000533 A1公开了一种用于监控PV发电机的方法，其中PV发电机包括多个局部PV发电机的并联电路。描述了单独的局部PV发电机的阻抗测量，以便一方面能够定位已经发生并且已经被PV发电机中的阻抗测量检测到的错误，并且另一方面能够用增加设备尺寸这样的简单方式扩展监控方法。

所述方法的缺点是模型等效电路的参数仅能通过阻抗测量的复杂分析来确定。此外，从参数的变化中推断特定事件例如局部遮蔽是困难的和不总是完全可能的。

文献DE 10 2009 029 934 B4公开了一种用于PV发电机的监控器件，其中PV发电机的单独PV模块具有用于PV模块的性能(performance)特征数据的测量器件，还可能具有无线通信接口，所述无线通信接口可以用来通过通信网络将性能特征数据传输到上级控制器件。通过比较PV模块的性能特征数据能够检测(局部)遮蔽。然而，实际中对每个PV模块装备性能特征数据的测量器件和通讯接口，会增加大量额外的组件和其开销。

因此，本发明的一个目标是在阻抗测量的基础上以一种不复杂和可信赖的方式检测(detect)和以信号通知(signal)PV发电机内的局部遮蔽的出现。

该目标是通过具有各自独立权利要求特征的方法和装置来实现的。从属权利要求涉及有利的改进和发展。

根据发明的一种方法包括以下步骤(其中该发明具有在开始处提到的类型)：在PV发电机上的至少两个在均匀辐照的状态下的局部PV发电机的每个上执行参考阻抗测量，并且从参考阻抗测量中确定至少两个局部PV发电机的每一个的至少一个参考谐振特性。并且，在PV发电机工作过程中在PV发电机第一个工作点上，在至少两个局部PV发电机上进行阻抗测量。从阻抗测量中确定局部PV发电机的谐振特性。如果在第一个工作点的局部PV发电机的谐振特性间的差异不同于局部PV发电机的参考谐振特性间的差异，则PV发电机内的局部遮蔽被检测和以信号通知。

依据本发明，通过比较不同局部PV发电机的阻抗测量并将参考阻抗测量考虑在内，进行局部遮蔽的检测和以信号通知。阻抗测量可以在局部PV发电机的工作期间在其上执行，且PV发电机不必偏移其工作点。因此可以在没有能量损失的情况下检测出遮蔽。按照现有技术，离开在某种情况下可能已经是最优的工作点能够导致能量的损失。测量可以以一种简单的方式通过将局部PV发电机相互比较来估算(evaluate)，而无需复杂的模型。局部PV发电机间的差异(例如由于不可避免的生产容差)通过考虑参考阻抗测量来补偿，其结果是可以通过比较局部PV发电机来检测遮蔽。

在本方法有利的改进中，参考谐振特性或谐振特性是参考谐振频率或谐振频率和/或参考谐振阻抗或谐振阻抗。两个变量(谐振频率和谐振阻抗，其中谐振阻抗指示了在谐振频率处的阻抗)均可以不费力的从阻抗测量中提取。

在本方法另一有利的改进中，以两个局部PV发电机的参考谐振阻抗间的差异作为基础，以确定并且可能以信号通知存在局部PV发电机内的PV模块在数目上的不对称。如此，出自本方法的测量结果可以附加地用于获取与局部PV发电机相关的信息，该信息允许作出有关局部PV发电机的缺陷和/或不正确安装的结论。

更进一步有利的改进中，本方法还包括如下的步骤：在PV发电机的工作期间在PV发电机的第二个工作点上(尤其是接近短路的工作点上)对至少两个局部PV发电机进行进一步的阻抗测量，并且根据在第二工作点上的阻抗测量确定局部PV发电机的谐振特性。在一个改进中，在第二个工作点上获取的测量结果可以用于确认检测到的局部遮蔽。因此增强了局部遮蔽检测的可靠性。在另一改进中，在第二个工作点获取的测量结果可以用于检查与局部PV发电机的PV模块关联的旁路二极管是否正常工作。

依据本发明的用于以信号通知PV发电机内的局部遮蔽的装置包括用于在单独局部PV发电机上执行阻抗测量的部件，其中PV发电机包括至少两个并联连接的局部PV发电机。该装置被设置以执行依据本发明的方法。该装置具有结合以上方法结果描述的相同的优点。

各从属权利要求涉及所述方法和装置的进一步有利的改进和发展。

使用示例性实施例并且借助6个参照附图，在以下详细解释本发明，在附图中：

图1示出了具有用于以信号通知局部遮蔽的装置的PV设备的框图；

图2示出了在第一个示例性实施例中用于以信号通知局部遮蔽的方法的流程图；

图3至5示出了当在PV发电机的不同工作状态中存在局部遮蔽的情况下，局部PV发电机的不同阻抗分布的说明，并且；

图6示出了在第二个示例性实施例中用于以信号通知局部遮蔽的方法的流程图。

图1示出了PV设备的框图。PV设备包括PV发电机10，PV发电机10经由DC线路连接到逆变器20，逆变器20进而在AC侧上耦合到能量供应网30。例如，逆变器20被设计为用于三相馈入能量供应网30。不言而喻，在替换实施例中，逆变器20馈入能量供应网30的不同的相数也是同样可能的。图1仅示出在本发明范围内为基本的PV设备的元件。开关元件(例如隔离物)、滤波器(例如正弦波滤波器)、网络监测装置和/或变压器(未示出)可以例如提供在逆变器20的AC侧上。(在此未示出的)元件，例如保护元件或开关元件，例如负载断续器、DC接触件等可以同样布置在PV发电机10和逆变器20之间的连接中的DC侧上。

在所示出的实例中，PV发电机10包括由两个局部PV发电机10a和10b构成的并联电路。在示例中所示出的，这些局部PV发电机10a、10b的每一个都是以串(string)的形式存在的，也就是说包括多个PV模块的串联电路。下面以简略的方式也将局部PV发电机10a、10b称作串10a、10b。这些串10a、10b的每个都包括多个串联连接的PV模块，然而在图1中仅仅以示例的方式分别说明每个串的两个模块组11a、12a和11b及12b。

PV设备还包括装置40，用于执行和估算阻抗测量和用于检测和以信号通知在局部PV发电机10a和10b的至少一个内的局部遮蔽。装置40包括耦合输入(coupling-in)部件41，其可以用于向PV发电机10和逆变器20之间的两个DC线路中的一个施加AC电压测试信号。在图1的示例性实施例中，耦合输入部件41是变压器，其次级绕组耦合到DC线路中，并且初级绕组连接到信号发生器42。每个串10a、10b也与同样是变压器形式的耦合输出(coupling-out)部件43a、43b关联。耦合输出部件43a、43b的初级绕组分别与两个串10a、10b的PV模块串联连接。耦合输出部件43a、43b的各自次级绕组分别连接到各自的信号放大器44a、44b。

还配置了控制器件45，控制器件一方面控制信号发生器42，并且在另一方面，分别接收来自信号放大器44a、44b的输出信号以用于进一步的处理。控制器件45还包括输出46，在输出46处以信号通知检测到的局部遮蔽。正如所说明的，在有利的改进中，输出46可以耦合到逆变器20的控制输入中，从而当检测到局部遮蔽时启动针对PV发电机10功率特性曲线P(U)的全局最大值的搜索。全局最大值的搜索可以在这里执行，例如，通过对PV发电机10的基于电压的功率特性曲线P(U)的完整扫描，以及其(特征曲线扫描)多个特征对值{电压U，功率P(U)}的确定。这些可以用于确定功率特性曲线P(U)的全局最大值，然后将该全局最大值作为PV发电机10的新工作点去靠近并且被重新调整。

为了测量阻抗，信号发生器42产生的AC电压信号通过耦合输入部件41馈送到PV设备的DC电路。馈入的信号叠加到可能在DC电路中流动的直流电流上。在串10a、10b中流动的部分馈入信号由各自的耦合输出部件43a、43b耦合出去，被信号放大器44a、44b放大，并且输出至控制器件45用于估算。在装置40的另一替代改进中，后者(控制器件45)可以部分整合到逆变器20中。这尤其涉及控制器件45和信号发生器42，但是还可能涉及耦合输入部件41和信号放大器44a、44b。

为了测量阻抗分布，也就是说阻抗与信号频率的关系，信号发生器42例如可以输出频率随例如时间变化的信号。

由信号放大器44a、44b输出的信号与流经DC电路的交流电相关，并基于信号发生器42的频率进行估算，例如相对于其各自的幅度。为了此目的，信号放大器44a、44b可以是整流放大器，其直接检测并传送（forward)信号振幅或与信号等效的DC电压。假设耦合输入的信号的电压在DC电路中是恒定的，测量的振幅表征了阻抗的大小。可替代的，为了确定DC电路中的阻抗，可以确定AC电压和交流电的电平，并且可以根据两个变量的比率计算阻抗。

在替代的改进中，信号发生器42有可能发射宽频噪声信号，其同时包括多个频率成分。为了确定与频率相关的阻抗，于是使用放置在估算单元(unit)45或放置在信号放大器44a、44b中的可调带通滤波器，在滤波器频率的基础上，来检测串10a、10b中的信号振幅，同时滤波器频率是变化的。

在另一替代的改进中，也有可能在遮蔽检测开始时确定一次局部PV发电机10a、10b的阻抗分布。这然后用于确定阻抗分布的特征参数，例如谐振频率和阻抗最小值的大小。进一步的连续测量然后用于分析阻抗分布的这些特征参数是否随时间变化，以及并且如果发生了变化，所述变化可能是在哪个方向上的。因此，这些连续的测量不再需要对预定频谱进行完整扫描。取而代之的是，在最初确定的谐振频率附近的一些频率支持点可以用来快速并且简单地确定阻抗分布的这些特征参数的是否发生了变化，并且如果发生了变化，所述变化可能是在哪个方向上的。

在所说明的示例性实施例中，耦合输入部件41电感性(inductively)地注入测试信号，并且耦合输出部件43a、43b测量在串10a、10b内的交流电流。不言而喻，作为替代测试信号也可以是电容性地耦合输入。耦合输出部件43a、43b也可以替代地和/或附加的以电压测量元件的方式来实现。

下面的图2使用流程图说明了检测和以信号通知PV发电机的局部遮蔽的方法，该方法可以由例如图1所示的PV设备来执行。本例中所使用的引用符号，涉及例如图1中所示的PV设备的示例性实施例。

在第一步骤S21中，执行串10a、10b的阻抗分布(impedance profile)Z*(f)的参考测量。在这种情况下，仅考虑复数阻抗的大小|Z*(f)|就足够了，而不必全面地考虑复数阻抗Z*(f)。参考测量在串10a、10b处于均匀辐照的情况下进行。参考测量优选的是暗测量，例如，在晚上执行，因为在这种情况下能以最简单的方式确保均匀辐照(irradiation)。正如结合图1所述的，阻抗分布的测量可理解为意味着在预定的频率范围内确定与频率相关的阻抗。在此情况下，频率范围在几十赫兹到几百千赫兹的范围间。

在下一步S22中，估算参考阻抗分布(reference impedance profile)Z*(f)。与大小相关的阻抗|Z*(f)|的频率分布(frequency profile)一般示出位于谐振频率上的似谐振的最小值，并且在该谐振频率上阻抗呈现(assume)最小值，其在本申请范围内称为谐振阻抗。因此所提到的两个值代表了阻抗分布的谐振特性。参考阻抗分布的特征指的是下面的参考谐振频率f*₀和参考谐振阻抗|Z*₀|。在测量和变量中的附加索引a或b指示了对串10a或10b中的哪一个执行测量，其中变量是从测量确定的。如果未规定索引，则陈述涉及串10a和10b两者的测量或变量。

参考谐振频率f*₀和参考谐振阻抗|Z*₀|的值可以以一种简单的方式从测量出的阻抗分布|Z*(f)|得到，而无需复杂的估算工作。该值可以存储在例如控制器件45的内存中。作为存储参考谐振频率f*₀和参考谐振阻抗|Z*₀|的提取值的替代，不同的串10a、10b的这些值的差值可以被存储，也就是说，参考谐振频率间的差值(f*_0，a-f*_0，b)和参考谐振阻抗间的差值|Z*_0，a|-|Z*_0，b|可以被存储。在这种情况下，为局部PV发电机对的可能组合，成对地形成并且存储所述差值。由于成对存储的缘故，差值的存储适用于在PV发电机内部具有非常少量的局部PV发电机的PV设备。

下一步S23确定了参考谐振阻抗|Z*_0，a|和|Z*_0，b|间的差值的绝对值||Z*_0，a|-|Z*_0，b||是否大于PV模块的典型串联电阻R_s。如果该差值已被检测到，这指示了串10a或10b中的其中一个包括了少于其它串的至少一个PV模块。这可能由诸如安装错误或诸如PV模块的连接盒中的短路引起。该不对称在步骤S24中被指示。可以为该方法做出以步骤S24结束的措施，并指示发现了不对称。可替代地，该方法可以继续步骤S25，步骤S25同样地用于在步骤S23没有发现分支到步骤S24的条件下，继续该方法。步骤S23和S24也是可选的，并不必须是根据用于检测和以信号通知局部遮蔽的本申请的部分方法。

步骤S25中，在辐照条件下的PV设备工作期间，在局部PV发电机，也就是说例如在串10a、10b上现在执行阻抗分布Z(f)的测量。因此在这些测量过程中，PV发电机通常处在最大功率工作点(最大功率点/MPP)。现在阻抗分布以类似步骤S22的方式通过确定每个局部PV发电机10a、10b的谐振频率f₀和局部PV发电机在谐振频率f₀处具有的谐振阻抗|Z₀|来估算测量到的阻抗分布Z(f)。

作为上述描述的替代，也可以在步骤S25中为单独局部PV发电机10a、10b在更大的(最初预定的)频率范围内仅测量一次阻抗分布Z(f)。通常包括更大数目的支持点来执行所述测量。这些点然后用于为单独局部PV发电机10a、10b确定谐振频率f₀和谐振阻抗|Z₀|两者。对于后续测量，基于最初确定的谐振频率f₀和谐振阻抗|Z₀|，现在足以在最初确定的谐振频率f₀周围区域的更小范围内跟踪谐振频率f₀和谐振阻抗|Z₀|随时间的变化。这使得后续的测量可以基于非常少量的支持点来执行，并且因此更加快速。

原则上，还可以以跟踪方式来跟踪单独局部PV发电机10a、10b的谐振频率f₀和谐振阻抗|Z₀|的时间分布。这里，基于当前的支持点(例如，之前测量的谐振频率f₀)，测量其邻近点(例如之前测量的谐振频率f₀的下面)的相应阻抗|Z(f)|。如果该值小于上次测量的阻抗，调整后的方法尽力朝向阻抗极小值|Z₀|并且频率f在相同的方向上进一步变化。相反，如果该点的阻抗大于之前的测量值，频率朝着与开始于上次确定的谐振频率方向相反的方向上变化。该方法可以被用来以最小量的测量和估算复杂度，跟踪单独局部PV发电机10a、10b的谐振频率f₀和谐振阻抗|Z₀|的时间分布。

现在下一个步骤S26确定——从参考谐振频率f*_0，a和f*_0，b彼此之间相对位置开始——串10a和10b两者的谐振频率f_0，a和f_0，b两者是否相对于彼此移位(shifted)。由于总是存在测量不确定性，这里适宜定义具有宽度为容差值ε的容差范围，谐振频率f_0，a和f_0，b相对于彼此的移位如果超过所述容差范围则被认为是显著(significant)的。为了继续保持在图1中的示例，执行检查以确定串10a和10b两者的谐振频率f_0，a和f_0，b在工作期间相对于彼此的位置是否与在参考测量期间有显著的不同，也就是说，确定(f_0，a-f_0，b)是小于(f*_0，a-f*_0，b)-ε还是(f_0，a-f_0，b)大于(f*_0，a-f*_0，b)+ε。在另一种表达中，这两个标准可合并成在一个不等式中。在后者中，执行检查以确定第一串10a的谐振频率f_0，a和其相关联的参考谐振频率f*_0，a的差与第二串10b的谐振频率f_0，b和其相关联的参考谐振频率f*_0，b的差之间的差异的绝对值是否大于容差值ε，这就是说是否|(f_0，a-f*_0，a)-(f_0，b-f*_0，b)|＞ε。

如果的确如此，可以推定出局部遮蔽，其中例如局部遮蔽在步骤S29中可以被以信号通知到逆变器，并激发逆变器开始对功率特性曲线P(U)进行完整扫描。本方法的一个有利的实施例中，仅在出现遮蔽持续较长时间的情况下启动对功率特性曲线P(U)的扫描。这避免了在非常短暂的遮蔽事件的情况下，对功率特性曲线P(U)进行不必要的扫描。否则，本方法分支回到步骤S25，在步骤S25中重新执行阻抗测量并且重新估算。

可选的可以对步骤S26中的检测到的遮蔽事件执行真实性的检查。为此目的，在步骤S26和S29之间执行步骤S27和S28。为此目的，在步骤S27中故意在高强度电流处测量阻抗分布Z(f)，特别是在PV发电机的短路附近。在此工作点，局部PV发电机的被遮蔽(shallowed)的PV模块由旁路二极管桥接。在被局部遮蔽(partially shallowed)的局部PV发电机情况下，因此可以观察到关联的阻抗最小值|Z₀|的明显减小。在局部PV发电机的局部遮蔽情况下，单独局部PV发电机10a、10b的阻抗极小值间的差异的绝对值||Z_0，a|-|Z_0，b||也因此变化。特别地，该差异变得大于与其关联的参考测量的差异||Z*_0，a|-|Z*_0，b||。在该标准在步骤S28中成功检查后，该方法然后分支到步骤S29，并且遮蔽被以信号通知到逆变器。相反如果该标准未被满足，例如，由于相对快速移动的局部遮蔽在步骤S26中出现但在此后不久不再出现，便不再需要对PV发电机的功率特性曲线P(U)进行完整扫描。在此情况下，该方法分支再次回到步骤S25，在步骤S25中在PV发电机的MPP工作点处重新执行并且估算阻抗测量。

仍在步骤S28中，在检查期间可以提供容差值ε′＞0，在方法分支到步骤29前差异值必须至少相差该容差值。应当指出，基于存储的参考谐振频率值和基于存储的单独局部PV发电机的参考谐振频率值之间的差异都能影响到步骤S26中的标准。相应的情况同样适用于步骤S28。如果PV发电机包括远多于两个的局部PV发电机，尤其是多于四个的局部PV发电机，优选地存储参考谐振频率f*₀和相关联的参考谐振阻抗|Z*₀|。通过用于局部PV发电机所有可能组合的合适数学算法来执行两个局部PV发电机互相之间的比较以及相应的差异组成。

为了说明所示的方法并且给出理由，图3和4分别再现了当存在PV发电机的局部遮蔽时两个测量的阻抗分布Z(f)作为阻抗曲线51a和51b。在图表的纵坐标上分别说明阻抗|Z|的大小，作为在在图表的横坐标上的频率f的函数。

阻抗曲线51a再现了，例如在一些PV模块(例如PV模块12a)被遮蔽，但是其他模块(也就是说例如PV模块11a)被没有减损地辐照的情况下，图1中的PV设备的串10a的阻抗分布。图3、4中的阻抗曲线51b再现了无遮蔽的串(例如图1中的串10b)的阻抗曲线，其中所有的PV模块11b和12b被没有减损地辐照并且强度与串10a的PV模块11a的强度相同。为了简化说明，下面假定串10a、10b两者的参考阻抗测量Z*(f)处理方式相同，并且特别地对参考谐振频率值f*_0，a和f*_0，b具有相同值。步骤S27中的标准然后简化为下述效果：如果两个串10a、10b的谐振频率间的差异(f_0，a-f_0，b)大于0或者大于ε或者小于(-ε)，则导致分支。

当两个并联连接的局部PV发电机10a、10b中的一个处于局部遮蔽的辐照状态下，在PV发电机10的功率特性曲线P(U)形成两个局部极大值。PV发电机10的工作点通常由跟踪器件(在开始处提到的MPP跟踪装置)来设置，其中跟踪器件被整合到逆变器20中。在局部遮蔽的情况下，依赖于局部遮蔽形成的时间分布和采用的跟踪方法，可以将功率特性曲线P(U)中的两个局部极大值中的一个设置为工作点。

图3再现了这样的情形：工作点跟踪到PV发电机10的低电压(LV-MPP-低压最大功率点)处的局部极大值。图4再现了设置在高电压处的局部极大值的相应情况。

如图3所示，LV-MPP的特征是在局部PV发电机的低压处的相对高的电流强度。在此情况下，局部遮蔽的串10a中的无遮蔽的PV模块11a几乎不变地在遮蔽出现前存在的工作点处工作，流经遮蔽的PV模块12a的电流由整合在模块中的旁路二极管引导。因此，遮蔽的模块12a仅以旁路二极管的阻抗(其相对小)贡献给串10a中的全部阻抗。桥接遮蔽的PV模块12a导致一些局部电容落入到串10a的串联连接中，其结果是串10a的电容仅稍稍增加。以对应的方式，谐振最小值f_0，a仅向更小的频率稍稍移位。在无遮蔽的串10b的情况下，形成了比遮蔽前的电流更大的电流，因为工作点已被移位到更低的电压并且PV模块的电流/电压特性曲线单调下降。伴随更高的电流，阻抗分布的谐振最小值f₀移位到更高的频率。这可以从谐振最小值f_0，b辨别出，谐振最小值f_0，b在阻抗曲线51b中处于明显更高的频率。

在图4所示的情形中，MPP跟踪装置引导工作点到具有高电压的局部极大值，也就是所谓的高电压最大功率点(HV-MPP)。这里，遮蔽的PV模块的旁路二极管被去激活，并且情况发生反转。PV发电机的电压相对于无遮蔽的情况仅发生轻微变化，但电流显著下降。由于电流低，也可以由遮蔽的PV模块12a产生，其结果是它们的旁路二极管不再工作。遮蔽模块的阻抗分布向更高的频率变化，并且主导全部的局部遮蔽串10a的阻抗分布。与此相反，阻抗分布在无遮蔽的串10b中并不显著变化。其结果是，观察到局部遮蔽串10a的更高的谐振频率f_0，a，但是无遮蔽的串10b的谐振频率f_0，b与无遮蔽的情况相比没有显著变化。然而，在这两种情况下，可以观察到谐振频率f_0，a、f_0，b扩宽，其结果是在两种情况下两个串10a、10b的谐振频率间的差异(f_0，a-f_0，b)或者变成大于0或大于ε或者小于(-ε)。因此图2中的步骤S26的标准得到满足并且方法继续到步骤S29或可选地继续到步骤S27。

步骤S27和后续的步骤S28是可选的，并且用作除了在步骤S26中检查的标准以外的用于验证局部遮蔽的附加标准。为了该目的，局部PV发电机的阻抗分布Z(f)在步骤S27中用流经PV发电机的相对高的电流I_max测量。特别地，该相对高的电流至少约等于PV发电机的短路电流的强度。在此情况下，该相对高的电流I_max可以由例如逆变器20通过后者离开PV发电机10的先前工作点的方式来设置，并且至少近似地在其DC输入处设置短路。局部PV发电机(也即是说图1示例中的串10a、10b)的谐振阻抗|Z₀|，分别由测量的阻抗分布Z(f)确定。

步骤S28现在检查两个确定的谐振阻抗间的差异的绝对值是否大于相同的局部PV发电机的相应参考谐振阻抗间的差异的绝对值。再次以图1的示例说明，因此执行检查以确定两个串10a、10b的谐振阻抗|Z_0，a|和|Z_0，b|间在工作期间的差异是否大于在参考测量期间的差异，也即是说||Z_0，a|-|Z_0，b||是否大于||Z*_0，a|-|Z*_0，b||。如果满足该标准，可认为是局部遮蔽存在的更进一步的指示，然后本方法分支到步骤S29，在该步骤中该局部遮蔽被以信号通知。相反，如果不满足该标准，步骤S26的结果没有得到确认，然后本方法分支回到步骤S25以再次在PV发电机的工作状态下执行阻抗分布52a、52b的测量。为了该目的，以前设置的工作点，例如MPP，再次由逆变器20设置。以类似于比较谐振参考f₀的方式，可以在比较中提供容差值ε′＞0，以消除任何小的测量不准确的影响。

与图3和4相似的方式，图5指示了典型的阻抗分布Z(f)作为步骤S27中呈现的PV发电机的(逼近)短路情形的阻抗曲线52a、52b。在此情形下，阻抗曲线52a再次再现了局部遮蔽PV发电机的阻抗分布，例如图1中PV设备的局部遮蔽的串10a。与阻抗曲线52b一同示出的阻抗分布是无遮蔽的局部PV发电机的阻抗分布，例如图1示例中的无遮蔽的串10b。这里再次假定相应的参考阻抗测量Z*(f)对局部PV发电机10a、10b两者均以相同方式处理。

在短路附近的工作点处，也就是在PV发电机10的近似最大可输送电流I_max处，所有的无遮蔽PV模块11a、11b和12b都在短路工作状态，然而遮蔽的PV模块12a示出了激活的旁路二极管的阻抗分布。然而，旁路二极管的相对小的阻抗对串10a中的全部阻抗并没有贡献，或者贡献不显著。因此在阻抗测量Z(f)中，局部遮蔽串10a比无遮蔽的串10b短遮蔽的PV模块12a的数量。因此，局部遮蔽串10a的阻抗最小值|Z_0，a|的大小小于无遮蔽串10b的阻抗最小值|Z_0，b|的大小。特别地，谐振阻抗|Z_0，a|和|Z_0，b|相差串联电阻R_s的倍数，该倍数精确地对应于遮蔽的PV模块12a的数量。

在图2中的示例性实施例中，使用阻抗测量确定的谐振频率和谐振阻抗之间的差异因此用于检测和后续的以信号通知局部遮蔽。以与图2类似的方式，图6以流程图的方式指示了检测和以信号通知局部遮蔽的方法的另一示例性实施例。

根据图6的方法开始于第一步骤S61直到S66，其与根据图2的开始于步骤S21直到S26的方法采用完全一致的方式。参考图2相关的解释。

步骤S66中的基于谐振频率移位的标准被满足后，检测到的局部遮蔽在图6所示方法的步骤S67中立即被以信号通知。然后执行根据图2的对应于步骤S27和S28的步骤S68和S69。

然而，与图2中示例性实施例相反，PV发电机10短路情况下的谐振阻抗的测量和分析并不用于验证在步骤S26或S66中得到的结果，而是以另一种方式解释。测量的目的是控制遮蔽的PV模块的旁路二极管的正确运行。这可以用一种简单的方式实现，例如，通过故意引入每个串的局部遮蔽。在此情况下，局部遮蔽是故意引入的并且是明显的。在另一种情况下，局部遮蔽不是故意引入的。然而，可以以另一种方式确保遮蔽保持恒定并且至少在步骤S65到S69期间不发生变化。现在分析局部遮蔽串和无遮蔽串的谐振阻抗的比较反映遮蔽串的激活的旁路二极管的程度。

如果步骤S69因此示出了在短路情况下的谐振阻抗间的差异的绝对值不大于参考谐振阻抗间的差异的绝对值，这指示了遮蔽的局部PV发电机中的旁路二极管的缺陷。这在步骤S70中被以信号通知。与此相反，如果步骤S69的标准已被满足，不可能推断出旁路二极管的缺陷，并且方法分支到步骤S71，在该步骤中相应的完好的旁路二极管被以信号通知。从步骤S70和S71两者中，可以为本方法做出再次分支回到步骤S65并且从该点开始重复执行的措施，例如，有对其他PV模块的故意引入的遮蔽。

在图2和图6的示例性实施例中，复数阻抗的大小被认为是阻抗分布，以从测量值中估算。然而，估算可以基于谐振点处的复数阻抗的任何需要的特征变量，例如其实部、其虚部或其相位。

引用符号列表

10 PV发电机

10a、10b 局部PV发电机

11a、11b PV模块组

12a、12b PV模块组

20 逆变器

30 能量供应网

40 检测遮蔽的装置

41 耦合输入装置

42 信号发生器

43a、43b 耦合输出装置

44a、44b 信号放大器

45 控制装置

51a、51b 在MPP处的阻抗曲线

52a、52b 在I_max处的阻抗曲线

S21-S29 方法步骤

S61-S71 方法步骤

Z*(f) 参考阻抗分布

Z(f) 阻抗分布

f*₀ 参考谐振频率

f₀ 谐振频率

Z*₀ 参考谐振阻抗

Z₀ 谐振阻抗

ε、ε′ 容差值

Claims

1.一种以信号通知PV发电机(10)中的局部遮蔽的方法，其中所述PV发电机(10)包括至少两个并联连接的局部PV发电机(10a、10b)，所述方法包括如下步骤：

-在所述PV发电机(10)的均匀辐照的状态下，对所述至少两个局部PV发电机(10a、10b)的每一个执行参考阻抗测量；

-所述至少两个局部PV发电机(10a、10b)中的每一个的至少一个参考谐振特性是由所述参考阻抗测量确定的；

-在所述PV发电机(10)的工作过程中，在所述PV发电机(10)的第一个工作点处，对所述至少两个局部PV发电机(10a、10b)执行阻抗测量；

-每一个所述局部PV发电机(10a、10b)的至少一个谐振特性是由所述阻抗测量确定的，以及

-如果所述局部PV发电机(10a、10b)在所述第一个工作点处的所述谐振特性间的差异不同于所述局部PV发电机(10a、10b)的所述参考谐振特性间的差异，则所述PV发电机(10)中的局部遮蔽被检测并以信号通知。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述参考谐振特性或所述谐振特性是参考谐振频率(f*₀)或谐振频率(f₀)。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述参考谐振特性或所述谐振特性是参考谐振阻抗(Z*₀)或谐振阻抗(Z₀)。

4.如权利要求1至3中的一个所述的方法，其中在黑暗中对所述至少两个局部PV发电机(10a、10b)中的每一个执行参考阻抗测量。

5.如权利要求1至4中的一个所述的方法，其中仅当所述局部PV发电机在所述第一个工作点处的谐振特性间的差异与所述局部PV发电机(10a、10b)的所述参考谐振特性间的差异相差至少一个容差值(ε)的情况下，所述PV发电机(10)中的局部遮蔽被检测并以信号通知。

6.如权利要求1至5中的一个所述的方法，其中两个局部PV发电机(10a、10b)的所述参考谐振阻抗(Z*_0，a，Z*_0，b)间的差异被用作用于确定并且可能以信号通知存在所述局部PV发电机(10a、10b)中的PV模块的数目的不对称的基础。

7.如权利要求1至6中的一个所述的方法，包括如下的附加步骤：

-在所述PV发电机的工作过程中，在所述PV发电机的接近短路的第二个工作点处对所述至少两个局部PV发电机(10a、10b)执行进一步的阻抗测量，以及

-所述局部PV发电机(10a、10b)的谐振特性是由所述第二工作点处的所述阻抗测量确定的。

8.如权利要求7所述的方法，其中仅当

-所述局部PV发电机(10a、10b)在所述第一个工作点处的所述谐振频率(f₀)的差异不同于所述参考谐振频率(f*₀)间的相应差异时，以及

-所述局部PV发电机(10a、10b)在所述第二个工作点处的所述谐振阻抗(Z₀)的差异不同于在所述参考谐振阻抗(Z*₀)的相应差异时，

检测并以信号通知局部遮蔽。

9.如权利要求7所述的方法，其中如果所述局部PV发电机(10a、10b)在所述第二个工作点处的所述谐振阻抗(Z₀)的所述差异的绝对值等于或小于所述参考谐振阻抗(Z*₀)的所述相应差异时，所述PV发电机(10)的PV模块中的至少一个旁路二极管的缺陷被确定并且可能被以信号通知。

10.如权利要求1至9中的一个所述的方法，适合于包括多于两个并联连接的局部PV发电机(10a、10b)的PV发电机(10)，其中所述谐振特性间的所述差异或参考谐振特性间的所述差异在每种情况下对两个所述局部PV发电机(10a、10b)成对对比。

11.如权利要求1至10中的一个所述的方法，其中在更大数量的支持点的基础上在所述局部PV发电机(10a、10b)的所述第一工作点和/或所述第二工作点处执行第一阻抗测量，并且其中谐振特性由所述第一测量一次确定，并且其中所述谐振特性的时间变化在后续的测量中使用跟踪方式来跟踪。

12.一种以信号通知PV发电机(10)中的局部遮蔽的装置(40)，所述PV发电机(10)包括至少两个并联连接的局部PV发电机(10a、10b)，所述装置(40)包括对单独的局部PV发电机(10a、10b)执行阻抗测量的部件，其中所述装置(40)被设置为执行权利要求1至11中的一个所述的方法。

13.如权利要求12所述的装置(40)，包括至少一个用于将AC电压测试信号耦合到所述PV发电机(10)中的部件(41)，以及至少两个耦合输出部件(43a、43b)，所述耦合输出部件(43a、43b)与不同的局部PV发电机(10a、10b)相关联，并且用于从所述局部PV发电机(10a、10b)耦合出AC电压信号。

14.如权利要求12或13所述的装置(40)，包括用于控制所述阻抗测量的性能和评估的控制器件(45)。

15.如权利要求14所述的装置(40)，其中至少所述控制器件(45)被布置在PV设备的逆变器(20)中。