CN104620118A - 用于检测光伏系统中的松动电连接的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
一种电力电路，被配置为生成并分配直流电力，所述电力电路包括光伏(PV)系统，所述光伏系统包括：PV组件阵列，其电耦接到汇流箱；以及逆变器，所述逆变器被放置为接收来自PV组件阵列的直流电力并输出交流电力。所述PV系统还包括耦接到所述PV系统的第一部分的信号发生器与耦接到所述PV系统的第二部分的信号检测器，所述信号检测器被配置为检测在所述PV系统中的电接头的松动连接处生成的次级信号，其中所述次级信号因由所述信号发生器生成的信号而产生。
Description
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，近年来已经报导了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。
而且，在黑暗中，PV系统中的故障或松动连接可能是不可检测的，因为当系统不带电时已经消除了燃弧风险。因此，为了主动地检测故障或松动连接，必须在日照时间期间以及当PV组件正生成电力时监视PV系统。
如此，将因此希望具有克服上述提及的缺点的能够检测直流电力电路并且更具体地PV系统中的松动连接的系统和方法。
发明内容
本发明提供一种用于检测光伏(PV)系统中的松动电连接的系统与方法。
因此，依照本发明的一个方面，一种电力电路被配置为生成并分配直流电力，所述电力电路包括：光伏(PV)系统，所述PV系统包括PV组件阵列，其电耦接到汇流箱；以及逆变器，其被放置为接收来自所述PV组件阵列的直流电力并输出交流电力。所述PV系统还包括：信号发生器，其耦接到所述PV系统的第一部分；以及信号检测器，其耦接到所述PV系统的第二部分，所述信号检测器被配置为检测在所述PV系统中的电接头的松动连接处生成的次级信号，其中所述次级信号因由所述信号发生器生成的信号而产生。
根据本发明的另一方面，一种制造光伏(PV)电路中的松动连接检测系统的方法包括：将信号发生器附接到所述PV电路以致从所述信号发生器生成的信号传递到被附接到所述PV电路的信号检测器；以及将所述信号检测器附接到所述PV电路以检测次级信号，所述次级信号在所述PV电路内的松动连接处生成并因由所述信号发生器生成的信号而产生。
依照本发明的另一方面，一种计算机可读存储介质具有存储在其中的计算机程序，所述计算机程序包括指令，当由计算机执行时，所述指令使计算机：在附接到光伏(PV)电力电路的信号发生器中生成源信号，以致从所述信号发生器生成的所述源信号至少传递到在所述PV电力电路的电部件之间的电连接；使用被放置为接收所述源信号的信号检测器检测所述源信号；并且使用所述信号检测器检测次级信号，所述次级信号在所述电连接处生成并因在所述电连接处的电部件的松动连接而产生。
从如下详细描述和附图中，本发明的各种其它方面、特征与优点将变得显而易见。
附图说明
附图图示目前考虑用于实施本发明的一个优选实施例：
图1是包含本发明实施例的光伏(PV)系统；
图2是根据本发明实施例的PV系统的汇流箱的一部分的部件的图示；
图3是根据本发明实施例的PV系统的汇流箱的部件的图示；
图4是根据本发明实施例的PV系统的主汇流箱的图示；
图5是根据本发明实施例的PV系统的图示；
图6是根据本发明实施例的PV系统的汇流箱的部件的图示；
图7是根据本发明实施例的一串PV组件的图示。
具体实施方式
本发明一般涉及用于检测光伏(PV)系统中的松动电连接的系统与方法。
参照图1，光伏(PV)系统100包括被布置为组件串104的单个PV组件102，在图示实例中，所述组件串104是均具有三个组件102的线状(Linear)串。如在本领域已知的，组件的数量无需限于如图示的三个，并且不限于线状布置，而是可包括当来自太阳的入射辐射能量撞击在其上时被布置为提供直流电力的任意数量的组件。
在组件102之间提供组件电引线106，所述组件电引线106将当太阳能照射在组件102上时在每个组件102中收集的电力运送到汇流器108。如将进一步图示的，汇流器108被配置为从几个到多个(或更多个)串的太阳能组件中收集直流电力，并且在汇流器汇流条中汇合输出。如图1所示，在系统100中可包括多个汇流器108(图示出两个)，并且其输出110馈送到主汇流器112(另外被称为阵列汇流器)中。来自主汇流器112的直流电能从而包括来自以串104布置的多个PV组件102的直流电能，所述来自多个PV组件的直流电能在汇流器108中汇合，并且输出到主汇流器112。如此，在一个实施例中，主汇流器112包括系统100中的所有组件102，所述组件102在峰值能量产生期间导致数kW或更多的潜在地非常高的总功率输出。将来自112的直流电力作为总系统功率114输出到逆变器116。逆变器116输出交流电力118，如本领域已知的，该交流电力118可用于住宅或其它目的，或被输出到电网。
如本领域已知并将被进一步图示的，以串104布置的组件102通常包括许多电连接。串104汇合到汇流器108中，通常添加了更多电连接，并且当汇流器108被汇合在主汇流器112中并且输出到逆变器116时，通常还包括更多电连接。因此，在图示系统中，如所描述的，通常包括许多易于变得松动并且造成过热和电弧故障的电连接。
系统100包括控制器120，在一个实施例中，该控制器120接收计算机122的用于操作、系统安全功能等的指令。在一个实施例中，如在本领域已知的，控制器120和计算机122提供用于自动化系统操作、手动控制操作、系统监视、功率输出监视、效率、测量的太阳能流入等的系统功能。控制器120和计算机122提供用于本发明实施例的操作的控制特征。
此外，根据本发明的实施例，虽然图1图示在本领域内普遍理解的PV系统，但可考虑还可包括其它PV系统布置。例如，在一个备选实施例中，PV系统可包括附加的子系统，每个子系统类似如图示的系统100。即，大得多的PV系统可包含可包括多个系统100的本发明实施例。图示的系统100可以是如图示所配置但作为包括许多系统100的更大总体直流电力供应系统的一部分的子系统，每个系统100具有其自己的主汇流器112和逆变器116。换句话说，在用于PV操作的大得多的系统内可以有数个系统100，并且本发明不限于在图1中图示的系统100。事实上，根据本发明，可考虑其中PV组件被布置为向逆变器输出电力的PV部件的任何此类布置，而不论这些组件是否并如何以串、采用汇流器以及采用主汇流器来布置。
现参照图2，图示在诸如图1的汇流箱108的汇流箱内的电路200的一部分。电路200包括来自诸如图1的组件串104的组件串的输入202。输入202馈送到从输入202接收电力的汇流条204。每个输入包括串保护器206，在一个实施例中，如本领域已知的，该串保护器206通过使用熔断器或断路器提供过流保护。汇流条204将来自引线202的直流电力馈送到电力端子208，该电力端子208又经由汇流馈送电缆端子212将电力馈送到主汇流器210。根据本发明，电路200包括用于在故障情况下将汇流条204从电力端子208断开的跳闸电路214。汇流条204经由导体216连接到跳闸电路214。如通过电路200所看到的，电路200包括如所描述的易于出现松动并导致过热和电弧故障的多个电连接218。如此，根据本发明，声信号发生器(ASG)220声耦接到汇流条204并且声传感器(AS)222也声耦接到汇流条204。ASG 220与AS 222彼此接近地放置在汇流条上并且均电耦接224并经由故障电路226可控制。故障电路226接收电力228，并被配置为分别从ASG 220与AS 222接收信息并分别操作ASG 220与AS 222。根据本发明，在一个实施例中，故障电路226是专用于系统故障检测的独立电路，并且在另一个实施例中，故障电路226被包括为图1的控制器120和计算机122的一部分。
电路226和ASG 220/AS 222被布置为检测电路220内的在连接218内发生的电弧故障。声信号发生器220被配置为输出声信号，作为示例，其形式是或者(1)振动，其具有恒定频率音(其包括通过多个频率的连续或周期性的扫描)，或者(2)声“脉冲(Ping)”，其具有叠加在其中的可听声频谱。即，ASG 220或者发射恒定频率音，或者通过将类似锤击的操作直接施加在汇流条204上而导致生成白噪声。通常，在图示实施例中，如果连接218全部是总体良好并不松动以致导致过热或电弧故障，由ASG220生成作为源信号的声学噪声将穿过230汇流条204并传播到电路200的其它部件，并同时自始至终遇到电连接218。如果连接218中的一个松动(例如松动连接232)，在形成松动连接232的串保护器206和汇流条204之间将产生振动。通常，如果出现松动连接232，则松动连接232的任一侧的电部件将振动，该振动具有明显的且由AS 222可检测的频率。因此，如果ASG 220导致恒定频率发射或白噪声“脉冲”，则从松动连接232将发射由AS 222可检测的次级振动信号。
如在本领域可理解的，未必存在将从松动连接232产生的特定频率。换句话说，部件振动所在的频率取决于数个因素，其包括但不限于，部件(串保护器106、汇流条204、在其间的连接器)的尺寸、部件的材料特性(仅举几例)。然而，当这些部件由于松动连接而振动时，振动通常将具有或者违背恒定输出频率或者作为“脉冲”的结果而突出的峰值频率。即，部件之间的振动量、来自ASG 220的能量以及从ASG 220到松动连接232的距离也可以是输出频率的因素。因此，根据本发明，可相应选择输入到ASG 232的总能量以便产生在松动连接232处的部件之间的可检测的振动。而且，根据本发明，因为振动量通常还是输出频率的结果，取代输出单个频率或音调，可以在操作期间在宽范围的频率(例如1kHz到100kHz)中扫描来自ASG 220的输入频率。因此，虽然根据本发明可实施“恒定频率声音”，但可考虑该操作包括在扫描时间内连续地或周期性地向上或向下扫描许多恒定声频率，在该扫描时间期间，可针对振动频率(归因于部件之间由松动连接产生的振动)监视噪声响应谱。
如在图2中图示的，考虑了可基于越过但未穿过松动连接的信号而检测松动连接。即，如在图2中可看到的，因为ASG 220与AS 222彼此接近，该布置仍然能够检测在松动连接232中生成的振动，因为如所阐述的，来自ASG 220的主要声信号使得在松动连接232处发生次级振动。因为声信号还通常在系统200内的诸如接头234的其它接头处反射，所以可将产生的次级信号或振动与所述声信号区分开。
如此，当检测到指示松动连接的产生的振动时，电路226可被配置为比较振动信号的幅度和/或频率以经由计算机122向用户指示警告236或故障238。如果什么都没有检测到，则可导致电路226指示“无故障”。本领域技术人员可容易地建立振动频率和幅度的阈值可能是多少，以便在如下项之间做区分：(1)牢固接头；(2)松动接头；以及(3)在其中可发生电弧故障的松动接头。如此，当确定了故障时，则向跳闸电路214发送故障信号240，以便将汇流条204与主汇流器210在电气上断开连接。
本发明不限于如图2所图示的具有连接到PV阵列和主汇流器的连接的汇流条。更确切地说，本发明可适用于可在其中生成声信号以激励形成电连接的松动部件振动的电路的任何条或部分。例如，在阵列或主汇流器中的汇流条或者在逆变器中的直流汇流条例如可被配置为具有如关于图2所描述的布置的ASG和AS，以致可检测松动连接。
而且，本发明不限于检测来自还没有主要信号经过其中的松动部件的振动。如所阐述的，图2的系统200的操作可检测在产生振动的部件中的振动，但在松动连接的“另一侧”上未检测到源信号本身。即，在图2的示例中，在基本上与源信号230的路径相切的接头232中导致发生振动。在该示例中，导致发生振动，但在任一信号没有被传递到接头232的另一侧24情况下检测到源信号与次级振动信号二者。
现参照图3，可这样布置部件(ASG和AS)以便检测来自声源的合成次级振动，其中导致源信号经过松动接头，并且在该松动接头的另一侧可检测到该源信号。图3图示在图2中示出的，但包括对应于电路的负极性侧的附加部件。即，图2和图3本质上图示相同的电路布局，但图2为了图示的简化而限于电路的正极性侧。然而，图3示出电路的正极性部分和负极性部分二者以便图示可在一个位置中放置声源发生器ASG并可在不同的位置处接收声信号AS，以致可将松动连接的位置限于电路的一部分并且使用断开装置隔离该位置。
电路200包括具有到串保护器206的连接218的汇流条204。汇流条204从输入202并通过串保护器206获得正极性。电路200包括第二汇流条244，该第二汇流条具有负极性以及对应于串202的负极串246。即，每个正极性串202对应于负极性线246，负极性线246使得具有每个相应PV电池串(未示出)的电路闭合。在图3的实施例中，放置ASG 220以生成声信号，该信号通过电接头248，沿着汇流条204(接近电连接218)并到AS 222。在该实施例中，在接头248以及接头218中的松动接头中可生成振动。因此，在该实施例中，AS 222检测在两组接头218、248中的振动，并且在接头248的情况下，使得来自ASG 220的源信号经过接头248以及接近的接头218。根据本发明，采用AS 222，可检测到因此而产生的振动。
类似地，可在电路的负极性侧放置第二ASG 250以及第二AS 252，以致可同样地检测作为来自ASG 250的激励的结果的在接头254中生成的次级振动信号。而且，由于图3的第二组ASG 250与AS 252，可以限制振动的位置。通过选择性地激励ASG(220或250)中的一个，振动信号的检测可用于限制振动位置，并因此断开电路的被检测部分以免于进一步操作，从而避免潜在的风险情况。例如，如果在位置256处发生松动连接，则可在AS 222(但不在AS 252)中检测到由ASG 220与ASG 250中的一个导致的次级激励，因此指示在相对于汇流排204的某处的松动连接，然后可使用一个或两个断开开关258使汇流排204从剩余电路分离从而断开该松动连接。在该方式中，通过在电路内策略地放置每个ASG和AS，可以选择性地隔离或至少限制松动连接的位置。
可考虑可将ASG和相应AS的每个位置颠倒。例如，可将ASG 220和AS 222的位置颠倒，但根据本发明，松动连接仍可以是可检测的。此外，如所阐述的，基于导致次级振动发生并被检测的对应ASG和AS在何处，可策略地放置AS和/或ASG部件以便提供有关松动连接位置的附加信息。例如，将ASG 220放置在图3的图示中的电力端子208上。然而，可作为替代将ASG 220放置在近似中间点260处，而AS 232位于汇流器内的电路的每个“端”处。在这样做时，如果作为在中间点260处放置的ASG操作的结果生成次级振动，则当已经在例如电连接218处生成振动时，则可更清楚地识别在AS 222处的检测的振动，从而限制已经发生松动连接的可能位置。
声发生器和传感器还可用于识别在图1的主汇流器112内的松动连接。现参照图4，图示主汇流器的包括正极汇流条302和负极汇流条304的内部部件300。包括包含在正极性线308上的熔断器的断开装置306，该正极性线308连接到正极性源310，该正极性源310连接到(例如在图3和在图1中图示的)汇流箱的正极性部分。负极汇流条304经由负极线314连接到负极性源312。汇流条302、304均连接到逆变器316，例如图1的逆变器116。如在图4中所看到的，部件遍及连接位置318连接，如所阐述的，如果连接位置318在系统操作期间变得松动，则该连接位置318易于发生过热与电弧故障。因此，与上述相一致，可在例如每个汇流条302、304的一端处包括ASG 320，并且AS位置322可被放置在汇流条302、304的另一端以及/或者连接汇流器310、312的每个端子上。虽然如在其它图示中那样为了简化而未图示，但是ASG 320和AS 322均以与如上根据其它附图所描述的相同方式来控制。
而且，考虑了通过包括部件之间的总体牢固的连接(声信号能够通过其行进)，可如在上述实施例中描述的那样检测松动连接。即，虽然线308和314示为似乎是线缆，但是应理解，线308和314以及其它部件和其它之前的附图包括具有足够坚固性的材料以便支持声信号的传送。因此，在图2-图4的实施例中，应理解，为了使用ASG生成次级振动信号并使用AS检测它们，由于声信号有能力穿过部件然后被检测到，所以此类操作是可能的。如此，AS和ASG的位置不限于图示的位置，并且为了生成并检测次级振动，可将它们放置在电路中的任何位置。并且，沿着那些线，可进一步将受从ASG发送的激励声信号影响的位置隔离。例如，如所阐述的，通过在电路内选择性地放置ASG和AS，可以确定松动连接的近似或大概位置。然而，通过使用可传导电力而不机械地传导或传播声信号的材料(例如铜编织件(braid))，可导致发生进一步的隔离。
例如，再参照图3，通常用于相对大功率的若干串PV组件的连接器由诸如铜的牢固材料制成。连接器材料324例如可通常由固有地传导电力并传导声信号的牢固材料制成。然而，根据本发明，可采用铜编织件代替材料324以致阻止或防止声信号沿着铜编织件传递。这样，在将ASG放置在中间点260处并且在AS 222处检测振动信号的实施例中，包括铜编织件而不是材料324，从而防止声信号通过铜编织件传播并传播到可检测振动信号的其它AS位置。如此，在整个PV系统的部分中铜编织件的使用(如通常在断路器内的可移动触点处找到的)可结合ASG和AS的选择性放置来使用，以便提供进一步限制的特征来定位电路的产生松动连接的部分。
根据本发明，代替使用声信号以生成用于检测可导致过热或电弧故障的松动连接的次级振动，电信号可用于在PV系统内的附加部件。如所阐述的，在PV系统内的一些部件未与会固有地传播声信号的部件相互连接。作为一个示例，通常使用结构上相对易弯曲并且因此将不会支持声信号的传送的线缆来相互连接PV组件。即，因为在组件之间以及在串内的总传送功率相对较小，在组件之间的电传导要求与例如在汇流箱内或在主汇流器内传送的功率量相比时通常相当小。先前讨论的声实施例可能不满足在串的组件之间的要求。如此，代替使用声信号发生器ASG和用于感测声信号AS的传感器，可生成电信号并使该电信号穿过电接头以便确定松动连接产生的时间和该松动连接的位置。
参照图5，其中图示如在图1中图示的PV电路400的各部分。电路400示出逆变器402、断开装置404和PV组件406。远程保护器408(例如接地故障断路器(GFCI))电耦接到在电路末端处的PV组件406中的一个。示出同轴连接器410，该同轴连接器410清楚地图示在PV电路400内存在附加连接，这与在图1中所示的一致。PV电路400还包括(但为了图示的简化而未再次图示)如在图1中图示的控制器120和计算机122，该控制器120和该计算机122还被配置为控制断开装置412的操作。
在图示实施例中，电信号发生器(ESG)414置于逆变器402上，并且使得从中生成的电信号经过断开装置404(假设其中的开关闭合)并使其经过PV组件406传递到置于远程保护器408上的电信号传感器(ES)416。电路400还可包括在逆变器402的返回线418上的ES 416。根据本发明，ES416和在此描述的那些部件可被配置为检测电信号，但根据本发明还可包括用于声信号的检测能力。
在一个实施例的操作中，使得各种频率的交流电信号从ESG 414发射，该各种频率的交流电信号经过电力部件传递到ES 416。根据本发明的其它实施例，ESG 414是在逆变器(例如逆变器402)内的一个或多个电力开关413或者在PV电路400中的直流-直流变换器(例如可选直流-直流变换器411)内的一个或多个开关415。因此，如果不存在交流信号所经过的松动电连接，则交流信号畅通无阻的传递并在每个ES 416处是可检测的。如此，可使得计算机向用户指示“无故障”指示。然而，如关于图2所讨论的，ESG 444和ES 416可连接到系统的电路100(图2的电路220)，经由控制器120可控制所述ESG 444和ES 416并使用计算机122作为接口，致使在ESG 414处生成交流电信号并在ES 416处检测该交流电信号。当存在松动连接并使得交流信号穿过该松动连接时，发生信号的失真，因为电信号可检测地失真或衰减。相应地，从而可使得电路226(如关于图2所讨论的)经由计算机122指示警告或者故障。
如此，在PV系统的可阻止声信号经过的部分，仍然可以通过使用交流电信号发生器和电信号检测器来检测松动连接，该电信号检测器可用于监视交流信号并确定由于松动连接而发生信号失真和衰减的时间。如声实施例一样，可遍及PV系统选择性地或策略性地放置ESG和ES，以致如果并当松动连接发生时，也可类似地限制其位置。换句话说，放置的ESG和ES部件越多，就有越多的机会来限制当松动连接发生时该松动连接的位置。而且，仍参照图5，作为一个示例，可考虑颠倒ESG和ES的位置。
现参照图6，根据本发明图示汇流箱的部件。类似于图3，图6图示第一正极汇流条204、第二负极汇流条244和电力端子208。电接头254可连接到传递到主汇流箱(未示出)的电力引线。串保护器206向串202提供过流保护。还形成电接头248，该电接头248提供从端子208经由断开开关258到汇流条204、244的可断开路径。电连接218将串保护器206连接到汇流条204和串202。如所阐述的，如果产生松动连接，连接218、248和254易于产生过热和电弧故障。如关于图3所描述的，包括控制或故障电路226以提供断开开关258的操作控制，但为了图示的简化，未示出电路226。
如在图3中，可使用声信号发生器和检测器检测该松动连接。然而，根据本发明，可使用电信号源和检测器的放置代替声信号发生器和传感器。因此，在图6中，可将ESG 420放置在例如电力端子208的负极端子上，可使得该ESG 420生成遍及汇流箱的电信号。可选择性地放置电信号传感器(ES)以便使计算机能够准确确定松动连接的位置。可将ES 422放置在例如电力端子208的正极端子上，和/或例如可将ES 422放置在每个串206上。如此，可在多个位置中执行监视来自ESG 420的生成的交流电信号，当信号由于松动连接变得失真或衰减时，可定位其位置或将其限制在整个电路的特定位置，并且基于失真或衰减度，可向用户警告可能的松动连接，或者将实际的故障通知用户。
参照图7，可使用选择性地放置的ESG 428和ES 430来保护PV组件串426的单个组件424(或例如具有两个或三个PV组件的单个组件的子组)。在该实施例中，每个ES 430包括其自己的相应断开开关432，该断开开关432可由故障检测电路(例如图2的故障电路226)控制。因此，根据本发明，在该实施例中，还可监视并远程断开PV电路的直到特定PV组件424的更狭小的部分。
图示的本发明实施例绝不意味着限制用于监视并检测PV系统中松动连接的部件的位置和数量。关于图2-图4图示出对于声发生器和传感器布置的位置，而关于图5-图7图示出对于电交流信号发生器和传感器布置的位置。然而，在PV电路的声信号可接近或通过连接来传递以致生成产生的次级声信号的部分中，可选择性地放置声信号发生器和检测器，以便根据声发生器和传感器部件的放置，监视若干连接并直到仅仅一个连接。类似地，代替使用声传感器，电发生器和传感器可用于通过PV系统的一个或多个连接来传递可检测的交流信号，并且当该信号由于松动连接变得失真或衰减时，基于生成交流信号的位置和检测到交流信号及其失真/衰减信号的位置，可准确确定该松动连接的位置。根据本发明，控制器120和计算机122被配置为操作以致在检测松动连接的操作期间辨识时间关联性。即，以检测产生的振动信号的方式操作上述描述的信号发生器(ASG和ESG)，该振动信号可关联到来自ASG或者ESG的用于使振动发生的信号。以此方式可减少错误信号，并且因为可在接近于使用信号生成振动的时间来检测合成振动信号，所以也可改善信噪比。
本发明实施例的一种实施在一个示例中包括多个部件，例如电子部件、硬件部件和/或计算机软件部件中的一个或多个。在本发明实施例的一种实施中，数个这样的部件可合并或分开。如本领域技术人员将理解的，本发明实施例的一种实施中的示例性部件采用和/或包括以数种编程语言中的任意编程语言编写或实施的一组或多组计算机指令。
本发明实施例的一种实施在一个示例中采用一个或多个计算机可读存储介质。用于本发明实施例的一种实施的计算机可读信号承载介质的一个示例包括显像器34的可记录数据存储介质和/或计算机36的大容量存储设备38。用于本发明实施例的一种实施的计算机可读存储介质在一个示例中包括磁、电、光学、生物和/或原子的数据存储介质中的一个或多个。例如，计算机可读信号承载介质的一种实施包括软盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、硬盘驱动器和/或电子存储器。
根据本发明的一个实施例，一种电力电路被配置为生成并分配直流电力，该电力电路包括光伏(PV)系统，该PV系统包括PV组件阵列和逆变器，该PV组件阵列电耦接到汇流箱，该逆变器被放置为接收来自该PV组件阵列的直流电力并输出交流电力。该PV系统还包括耦接到该PV系统的第一部分的信号发生器与耦接到该PV系统的第二部分的信号检测器，该信号检测器被配置为检测在该PV系统中的电接头的松动连接处生成的次级信号，其中该次级信号因由该信号发生器生成的信号而产生。
根据本发明的另一个实施例，一种制造光伏(PV)电路中的松动连接检测系统的方法包括：将信号发生器附接到该PV电路以致从该信号发生器生成的信号传递到被附接到该PV电路的信号检测器，并且将该信号检测器附接到该PV电路以检测在该PV电路内的松动连接处生成并因由该信号发生器生成的信号而产生的次级信号。
根据本发明的另一个实施例，一种计算机可读存储介质具有存储在其上的计算机程序，该计算机程序包括指令，当由计算机执行时，该指令使计算机：在被附接到光伏(PV)电力电路的信号发生器中生成源信号，以致从该信号发生器生成的源信号至少传递到该PV电力电路的电部件之间的电连接；使用被放置为接收源信号的信号检测器检测该源信号，并且使用该信号检测器检测次级信号，所述次级信号在所述电连接处生成并因在所述电连接处的电部件的松动连接而产生。
本公开的方法和装置的技术贡献是提供一种用于检测光伏(PV)系统中的松动电连接的计算机实施的装置和方法。
虽然已经仅结合有限数量的实施例详细地描述本发明，但是应容易理解，本发明不限于这些公开的实施例。相反，可修改本发明以包含在此以前未描述但与本发明的精神和范围相当的任意数量的变化、变更、替代或等效布置。另外，虽然已经描述本发明的各种实施例，但是应理解，本发明的各方面可只包括一些已描述的实施例。因此，不将本发明视为由前述说明所限制，而仅由所附权利要求的范围所限制。
Claims (24)
1.一种被配置为生成并分配直流电力的电力电路，所述电力电路包括：
光伏(PV)系统，所述PV系统包括：
PV组件阵列，其电耦接到汇流箱；以及
逆变器，其被放置为接收来自所述PV组件阵列的直流电力并输出交流电力；
信号发生器，其耦接到所述PV系统的第一部分；以及
信号检测器，其耦接到所述PV系统的第二部分，所述信号检测器被配置为检测在所述PV系统中的电接头的松动连接处生成的次级信号，其中所述次级信号因由所述信号发生器生成的信号而产生。
2.如权利要求1所述的电力电路，其中所述信号发生器是声发送器，所述声发送器被配置为作为以下项之一来生成声信号：
恒定频率声音；以及
声脉冲，所述声脉冲具有叠加在其中的可听声频谱。
3.如权利要求2所述的电力电路，还包括具有主汇流条的主汇流器，所述主汇流条电耦接到所述汇流箱，其中所述主汇流条包括所述PV系统的所述第一部分，并且其中所述PV系统的所述第二部分是在所述主汇流器内的部件。
4.如权利要求3所述的电力电路，其中所述汇流箱经由铜编织件电连接到所述主汇流器以致声信号不通过所述铜编织件传播。
5.如权利要求2所述的电力电路，其中：
所述汇流箱包括金属汇流条，所述PV组件阵列的单个PV组件串耦接到所述金属汇流条以形成具有所述松动连接的所述电接头；以及
所述第二部分是所述金属汇流条的第二表面，其中所述信号检测器声耦接到所述第二表面并被配置为检测经过所述金属汇流条的声信号。
6.如权利要求5所述的电力电路，其中所述第一部分是所述金属汇流条的第一表面，其中所述信号发生器是声信号发生器，所述声信号发生器声耦接到所述第一表面并被放置为生成经过所述汇流条的声信号，其中放置所述信号检测器以检测振动以作为在所述松动连接处生成的所述次级信号，并且所述信号检测器被配置为输出与检测的振动对应的电信号。
7.如权利要求6所述的电力电路，其中放置所述信号发生器和所述信号检测器以致由所述信号发生器生成并由所述声信号检测器检测的所述声信号不经过生成所述检测的振动所在的所述松动连接。
8.如权利要求1所述的电力电路，其中所述信号发生器是交流电力信号发生器、逆变器内的电力开关以及直流-直流变换器内的电力开关中的一个，其中放置所述信号检测器以检测：
电信号和声信号中的一个作为在所述松动连接处生成的所述次级信号；以及
从所述交流电力信号发生器生成的电信号。
9.如权利要求8所述的电力电路，其中：
所述PV系统的所述第一部分是所述逆变器的电连接器；以及
所述PV系统的所述第二部分是如下项中的一个：
所述PV组件阵列内的一串PV组件的远程保护器；以及
所述逆变器的另一个电连接器。
10.如权利要求9所述的电力电路，其中：
所述PV系统的所述第一部分是所述汇流箱内的主电力端子；以及
所述PV系统的所述第二部分是如下项中的一个：
所述汇流箱内的串保护器；以及
所述汇流箱内的另一个主电力端子。
11.如权利要求9所述的电力电路，其中：
所述PV系统的所述第一部分是在所述PV组件阵列的一个PV组件内的电部件；以及
所述PV系统的所述第二部分是在所述PV组件阵列的另一个PV组件内的另一个电部件。
12.一种制造光伏(PV)电路中的松动连接检测系统的方法，所述方法包括：
将信号发生器附接到所述PV电路以致从所述信号发生器生成的信号传递到被附接到所述PV电路的信号检测器；以及
将所述信号检测器附接到所述PV电路以检测次级信号，所述次级信号在所述PV电路内的松动连接处生成并因由所述信号发生器生成的信号而产生。
13.如权利要求12所述的方法，包括：
配置控制器以监视所述信号检测器以便：
基于在所述信号检测器处检测的信号确定电连接的状态；以及
作为无故障、故障以及可能故障警告中的一个向用户指示所述电连接的状态。
14.如权利要求12所述的方法，其中：
将所述信号发生器配置为生成声振动作为以下项之一：恒定频率声音；以及声脉冲，所述声脉冲具有叠加在其中的可听频率成分谱；以及
所述信号检测器是声信号检测器。
15.如权利要求14所述的方法，其中放置所述信号发生器和所述信号检测器以致由所述信号发生器生成并由所述声信号检测器检测的所述声振动不经过所述松动连接，但经过生成检测的振动所在的松动连接附近。
16.如权利要求12所述的方法，其中：
将所述信号发生器配置为生成电信号；以及
将所述信号检测器配置为检测作为在所述松动连接处的所述次级信号而生成的电信号。
17.如权利要求16所述的方法，其中：
所述PV系统的所述第一部分是如下项中的一个：
逆变器的电连接器；
汇流箱内的主电力端子；以及
PV组件阵列的PV组件内的电部件；以及
所述PV系统的所述第二部分是如下项中的一个：
所述PV组件阵列内的一串PV组件的远程保护器；
所述逆变器的另一个电连接器；
所述汇流箱内的串保护器；
所述汇流箱内的另一个主电力端子；以及
所述PV组件阵列的另一个PV组件内的另一个电部件。
18.如权利要求12所述的方法，其中所述PV电路包括：
多个太阳能组件，其串联连接以形成一串；
汇流箱，其具有一串太阳能组件，所述一串太阳能组件与至少其他一串串联连接的太阳能组件并联连接；
主汇流器，其具有汇流箱，所述汇流箱与至少一个其他汇流箱并联连接；以及
功率逆变器，其被配置为接收来自所述主汇流器的直流电力并输出交流电流；
其中在所述串、所述汇流箱、所述主汇流器以及所述功率逆变器中的一个的部件之中或之间形成电连接。
19.一种计算机可读存储介质，其上存储有包括指令的计算机程序，当由计算机执行时，所述指令使计算机：
在附接到光伏(PV)电力电路的信号发生器中生成源信号，以致从所述信号发生器生成的所述源信号至少传递到在所述PV电力电路的电部件之间的电连接；
使用被放置为接收所述源信号的信号检测器检测所述源信号；并且
使用所述信号检测器检测次级信号，所述次级信号在所述电连接处生成并因在所述电连接处的电部件的松动连接而产生。
20.如权利要求19所述的计算机可读存储介质，其中所述计算机还被促使生成所述源信号作为以下项中的一个：
声信号，其具有以下项之一：
恒定频率；以及
声脉冲，其具有叠加在其中的可听频率成分谱；以及
交流电信号。
21.如权利要求20所述的计算机可读存储介质，其中当所述源信号是声信号时，所述信号检测器被放置为检测振动作为在所述松动连接处生成但不经过所述松动连接的次级信号，并被配置为输出与检测的振动对应的电信号。
22.如权利要求20所述的计算机可读存储介质，其中，当所述源信号是交流电信号时，放置所述信号检测器以检测：
电信号作为在所述松动连接处生成的所述次级信号；以及
从交流电信号发生器生成的电信号。
23.如权利要求19所述的计算机可读存储介质，其中所述计算机还被促使向用户指示所述电连接的状态，所述指示是无故障、故障和可能故障警告中的一个并基于检测的合成振动。
24.如权利要求23所述的计算机可读存储介质，其中所述计算机还被促使以音频信号和光指示器中的一个来指示所述故障。
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