CN106130059A - 光伏发电系统逆变器检测 - Google Patents

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Abstract

公开了光伏发电系统逆变器检测设备和方法。在PV面板隔离开关打开时，PV发电系统中的逆变器和PV面板隔离开关之间的电连续性被测试，其中PV面板隔离开关可切换地将一个或多个DC PV面板耦合到PV发电系统。在施加测试信号之后，所述电连续性的状态基于电参数的测量结果被确定。在确定没有电连续性时PV面板隔离开关被维持打开，并且在PV面板隔离开关和逆变器之间的电连续性存在时被闭合。实现逆变器检测的关断器件可以通过位于离PV面板阵列10英尺处和/或被调整将测试信号限制在最大30V和240VA而被定位或者被调整以满足安全条件。

Description

光伏发电系统逆变器检测
技术领域
本文的实施方式主要涉及光伏(PV)面板和PV发电系统，更具体地，涉及PV面板到PV发电系统中的逆变器的控制连接。
背景技术
PV太阳能面板是电力的重要来源。PV面板阵列大小上从几十面板到数千PV面板的范围越来越普遍。典型的PV面板被组织为单个PV电池的串联连接。常见的配置是每个面板72个PV电池。全照亮情况下典型的PV电池的工作电压大约为0.7V。具有72个直流(DC)PV电池的照亮的PV面板因此将具有大约50伏DC的输出电压。PV面板通常是串联连接以形成“面板串”。在DC PV面板系统中，面板串的输出可以连接到逆变器，该逆变器将PV面板的DC电源转换成适于电网的交流(AC)电源。通常情况下，在面板串中五到二十个PV面板之间产生几百伏的组合串电压。
每当PV面板被照亮，该PV面板产生电力。如上所述，在面板串的电压可能达到危险水平，并且即使当PV系统从电网断开时PV面板继续产生电压构成了安全危害。
发明内容
根据本公开的一个方面的设备，包括：PV面板隔离开关，可切换地将一个或多个DC PV面板耦合到PV发电系统；连续性测试电路，可操作地耦合到所述PV面板隔离开关和所述PV发电系统，以能够对PV面板隔离开关和PV发电系统的逆变器之间的电连续性进行测试；以及控制器，可操作地耦合到PV面板隔离开关和连接性测试电路，以控制PV面板隔离开关响应于断路状态的发生而打开，从而在PV面板隔离开关打开的情况下控制连续性测试电路来测试PV面板隔离开关和逆变器之间的电连续性，在确定没有电连续性时维持PV面板隔离开关打开，并且在确定PV面板隔离开关和逆变器之间的电连续性存在时控制PV面板隔离开关闭合。
在一实施方式中，PV面板隔离开关被耦合到PV面板阵列中的单个DCPV面板。在另一实施方式中，PV面板隔离开关被耦合到包括PV面板阵列中的多个串联连接的DC PV面板的面板串。在任一情况下，在实施方式中该设备位于距离PV面板阵列小于10英尺处。
控制器可以被耦合以控制所述连续性测试电路在最大30V和240VA内测试电连续性。
根据另一个方面，一种设备，该设备包括：PV面板隔离开关，可切换地将一个或多个DC PV面板耦合到PV发电系统；连续性测试电路，可操作地耦合到所述PV面板隔离开关和所述PV发电系统，以能够对PV面板隔离开关和PV发电系统的逆变器之间的电连续性进行测试，所述连续性测试电路包括测试信号源；以及控制器，可操作地耦合到PV面板隔离开关和连接性测试电路，以在PV面板断路开关打开的情况下控制连续性测试电路将来自测试信号源的测试信号施加到PV发电系统，并且基于在施加测试信号之后对连续性测试电路中的电参数的测量结果来确定PV面板隔离开关和逆变器之间的电连续性的状态。
在一实施方式中，控制器还可操作用于在确定没有电连续性时维持PV面板隔离开关打开，并且在确定PV面板隔离开关和逆变器之间的电连续性存在时控制所述PV面板隔离开关闭合。
在一实施方式中，所述设备包括将所述设备耦合到所述PV发电系统的输出端子，其中所述测试信号源包括DC测试信号源，且所述连续性测试电路包括：耦合跨接在所述输出端子上的输出电容、耦合跨接在所述输出端子上的第一电路路径中的充电开关和所述DC测试信号源、以及耦合在跨接在所述输出端子之间的第二电路路径中的放电开关和放电电阻。
所述连续性测试电路还包括耦合跨接在所述输出电容上的二极管。
在另一实施方式中，所述设备包括如上文所述的将所述设备耦合到所述PV发电系统的输出端子，其中所述测试信号源包括AC测试信号源，且所述连续性测试电路包括：耦合跨接在所述输出端子上的输出电容、耦合跨接在所述输出端子上的电路路径中的测试开关和所述AC测试信号源、以及耦合跨接在所述输出端子上的放电电阻。
所述电参数可以是电压和电流中的一者或两者。
在一实施方式中，所述测试信号的电压低于符合安全标准的预定最大电压。
在一实施方式中，所述测试信号在最大30V和240VA之内。
在所述隔离开关打开时，所述测试信号源由一个或多个DC PV面板供电。
根据权利要求5所述的设备，其中，所述PV面板隔离开关被耦合到PV面板阵列的单个DC PV面板，并且其中所述设备位于距离所述PV面板阵列小于10英尺处。
在一实施方式中，如上所述，所述PV面板隔离开关可以被耦合到PV面板阵列的单个DC PV面板或者被耦合到包括PV面板阵列中的多个串联连接的DC PV面板的面板串，所述设备位于距离所述PV面板阵列小于10英尺处。
所述控制器可操作用于基于在施加测试信号之后的各个不同时间对跨接在输出端子上的电压的测量结果来确定所述PV面板隔离开关和所述逆变器之间的电连续性的状态。
控制器也可以或替代地可操作用于在施加测试信号时基于从输出端子上的电压和输出端子之间的电路路径的电流所确定的阻抗来可操作地确定所述PV面板隔离开关和所述逆变器之间的电连续性的状态。
根据进一步的方面的方法，该方法包括：施加来自测试信号源的测试信号以对打开的且将一个或多个DC PV面板与PV发电系统断开的PV面板隔离开关和所述PV发电系统之间的电连续性进行测试；在施加测试信号之后，在关断器件处获取电参数的测量结果，所述关断器件包括所述PV面板隔离开关；以及基于所述测量结果确定所述PV面板隔离开关和所述逆变器之间的电连续性的状态。
所述施加包括施加DC信号作为所述测试信号，其中所述获取包括在施加所述测试信号之后的各个不同时间，获取输出端子之间的电压的测量结果，所述关断器件在所述输出端子处被耦合到所述PV发电系统。
在一实施方式中，所述施加包括施加AC信号作为所述测试信号，且所述获取包括在施加所述测试信号时，获取输出端子之间的电压和输出端子之间的电路路径中的电流中的一者或两者的测量结果，所述关断器件在所述输出端子处被耦合到所述PV发电系统，以及所述确定包括基于从所述电压和所述电流确定的阻抗来确定所述PV面板隔离开关和所述逆变器之间的电连续性的状态。
附图说明
图1是连结到电网的PV装置(installation)的示例的框图；
图2A是连结到电网的PV装置的另一示例的框图；
图2B是连结到电网的PV装置的又一示例的框图；
图3A是快速关断器件(RSD)的一个实施方式的示意图；
图3B是RSD的再一个实施方式的示意图；
图4是RSD的另一个实施方式的示意图；
图5是示出根据此处的一实施方式的方法的流程图；
图6是根据另一实施方式的方法的流程图；
图7是RSD控制器的一个实施方式的框图。
具体实施方式
图1是连结到电网的PV装置100的示例的框图。PV装置100包括面板串160，DC隔离开关142，逆变器120和电网隔离开关140。面板串160包括DC PV面板1111，...111N，其串联耦合在一起。面板串160通过DC隔离开关142可操作地连接到逆变器120的输入。逆变器120的AC输出通过电网隔离开关140可操作到电网150。电网150尺寸范围可以从较大全国性的实用电网到诸如用于类似采矿营地的远程位置的小规模的微电网。逆变器120将面板串160的DC电源转换成AC电源。图1仅是示例，根据本文实施方式，其它布置是可能的。例如可以有通过单独的DC隔离开关连接到逆变器120且并联布置的多个面板串。多个并联的面板串也可以或替代地通过公共DC隔离开关连接到逆变器120。
如上所述，PV面板1111，...111N中的每一者可以包括多个PV电池。连接所述PV面板1111，...111N以形成PV串160的电力导体，可以包括电缆和连接器，例如，额定的(rated)处理预期的串电流和电压。任何的各种类型的功率开关或断路器例如可以用来实现DC隔离开关142和电网隔离开关140。同样，任何各种的拓扑的DC-AC转换器可用于实现逆变器120。
在照亮下的面板串产生的电力可能代表潜在的安全隐患。期望对于PV装置中的PV串，在串断开状况发生时将其从其逆变器隔离。
例如当PV装置从电网断开时，可能发生串断开状况。PV装置可能因为若干原因中的任何原因而从电网断开。这些例如包括：用于维修或维护故意断开；在一个PV装置组件(例如逆变器)故障的情况下自动断开；由于电网的电气故障而自动断开。PV装置也可以在其试运行之前从电网断开。在建筑物安装PV装置(其中PV面板被安装在建筑物上)或者建筑物集成PV(BIPV)装置(其中PV面板被集成到例如建筑物天花板或墙壁)的情况下，PV装置可以在诸如在建筑物内的火灾之类的紧急的事件下从电网被故意断开。
串断开状况也可能例如在面板串本身的开路或高电阻状态的情况下发生。这可能由下列原因造成，例如：在面板串中的物理中断；从面板串中去除一个或多个PV面板以用于维护、修理或更换；PV面板被盗、通过打开隔离开关而从逆变器断开面板串以用于逆变器修理或更换；和/或在所有PV面板被装配到面板串之前在初始PV面板安装期间。
串断开状况也可能在逆变器故障、失灵或关断的情况下发生。
串断开状况也可能来自PV面板的电力生产具有损失的情况下发生。电力生产可能会由于损坏面板或缺失照明而损失。
串断开可能是在某些电气安全规范下强制性的。例如，在2014年美国国家电气规范(NEC 2014)规定与PV系统相关联的导体，无论是AC还是DC，能够根据需要断电，以便保持通电的导体的任何部分从PV阵列延伸不超过10英尺或者在建筑物内不超过5英尺。在NEC 2014手册中解释到：“服务断路打开后第一反应者必须与保持通电的PV系统的组件抗争。这种快速关断的要求提供了一个区域，在该区域之外电击事故的潜在危险已经缓解。建筑物内超过1.5英尺或离阵列超过10英尺的导体将在关断的10秒之内被限制到最大30V和240VA”。
图2A是装有快速关断器件的连结电网的PV装置200的另一示例的框图。PV装置200包括面板串260，快速关断器件(RSD)202，DC隔离开关204，逆变器220，电网隔离开关240。面板串260包括DC PV面板2111，...211N。
在图2A中的PV装置200类似于图1中的PV装置100，在PV装置200中类似标记的部件可以与PV装置100中相同或相似的方式实现。然而，在PV装置200中，面板串260通过RSD 202和DC隔离开关204而不是仅通过PV装置100中的DC隔离开关142而可操作地耦合至逆变器220。
在PV系统200的一个实施方式中，RSD 202共同位于且离PV面板2111...211N小于10英尺，而DC隔离开关204、逆变器220和电网隔离开关240被远离并且位于离PV面板2111...211N超过10英尺的更大的距离处。例如，PV面板2111...211N和RSD 202可以安装在建筑物屋顶而DC隔离开关204、逆变器220和电网隔离开关240位于建筑物相邻的地面平面。在这种实施方式中，RSD 202可以通过在发生串断开状况时从逆变器220断开面板串260来满足NEC 2014的迅速关断要求。
PV系统200通过电网隔离开关240可操作地耦合到电网250。如以上在权利要求1的上下文中指出的，电网250尺寸范围可以从较大全国性的实用电网到诸如用于类似采矿营地的远程位置的小规模的微电网。图2A仅是示例，根据本文实施方式，其它布置是可能的。例如可以有通过单独的RSD和也可能通过单独的DC隔离开关连接到逆变器220且并联布置的多个面板串。多个并联的面板串也可以或替代地通过公共RSD和公共DC隔离开关连接到逆变器220。
RSD 202可以执行断开功能并且在串断开状况发生时从逆变器220断开面板串260。为了符合NEC 2014，RSD 202和面板串260之间的距离可能会小于10英尺。
在一个实施方式中，RSD 202监视面板串260中的电流并且在面板串电流降至预定门限值以下时断开面板串260。在一个实施方式中，用于单个面板串的预定门限值为10mA。
在RSD 202由于串断开状况已经断开面板串260之后，它可以检查以确定该串断开状况是否已解决，以及面板串是否可以安全地重新连接到逆变器220。RSD 202可以检查其输出和逆变器220的输入之间的电连续性，如果没有到逆变器220的输入的电连续性，则这可能表明，DC隔离开关204是打开的，也可以或替代地表明诸如以下的许多不同的不安全状况之一：逆变器220故障或失灵；故意关断逆变器以进行检修、维修或更换；未授权的安装；或紧急情况，如失火。缺乏电连续性也可能表示在RSD 202和逆变器220之间的电缆的开路。在可能是不安全的或不期望的以上情形中，RSD 202试图将PV串260连接到逆变器220。如果有到逆变器220的电连续性，则这可能表明DC隔离开关204是闭合的，并且对于RSD 202将面板串260连接到逆变器220是安全的。
图2B是装有RSD的连结到电网的PV装置的另一示例的框图。PV装置201包括面板串261、DC隔离开关204、逆变器220、电网隔离开关240。面板串260包括DC PV面板2111，...211N和RSD 2121...RSD 212N。
在图2B中的PV装置201类似于图1和图2中的PV装置100、200，在PV装置201中类似标记的部件可以与PV装置100或200中相同或相似的方式实现。然而，在PV装置201中，PV面板2111，...211N通过各个RSD2121...212N和DC隔离开关204可操作地耦合至逆变器220。
在PV系统201的一个实施方式中，RSD 2121...RSD 212N都共同位于和距离其各个PV面板2111...211N小于10英尺，而DC隔离开关204、逆变器220和电网隔离开关240被远离并且位于离PV面板2111...211N超过10英尺更大的距离处。例如，PV面板2111...211N和RSD 2121...RSD 212N可以安装在建筑物屋顶，而DC隔离开关204、逆变器220和电网隔离开关240位于建筑物相邻的地面平面。在这种实施方式中，RSD2121...RSD 212N可以通过在发生串断开状况时从面板串261断开PV面板2111...211N来满足NEC 2014的快速关断要求。
每个RSD 2121...212N可以与图2A中大致相同的方式进行操作以对于各个PV面板2111...211N，而不是整个面板串261来执行断开、电连续性检查和重新连接的功能。在一个实施方式中，每个RSD 2121...212N监视面板串261的电流并且在串电流降至预定门限值以下时将其PV面板2111...211N面板串260，在一个实施例方式，预定门限值示例性地为10mA。每个RSD2121...212N在将其PV面板2111...211N从面板串261断开后，可以通过检查其输出和逆变器220的输入之间的电连续性，来检查以确定串断开状态是否已经解决，以及其PV面板是否可以安全地重新连接到面板串261。如果没有到逆变器220的输入的电连续性，则这可能表明，DC隔离开关204是打开的或者在RSD 2121...212N和逆变器220之间的电缆上存在开路，也可以或替代地表明许多不同的不安全状况之一，不安全状况的示例上文中以参考图2A进行了解释。在没有到逆变器220的电连续性的情况下，RSD 2121...212N可以将其PV面板2111...211N维持在断开状态，并且仅在存在到逆变器的电连续性时重新连接其PV面板。
因此，RSD可以包括PV面板隔离开关、连续性测试电路和控制器。
PV面板隔离开关可切换地将一个或多个PV面板耦合到PV发电系统。在图2A中，在RSD 202中的PV面板隔离开关可切换地将多个PV面板2111...211N耦合到PV发电系统，而在图2B中，每个RSD 2121...RSD 212N中的面板隔离开关可切换地将一个PV面板2111...211N耦合到PV发电系统。
RSD连续性测试电路可操作地耦合到PV面板隔离开关和PV发电系统，以能够对PV面板隔离开关和在PV发电系统中的逆变器之间的电连续性进行测试。RSD控制器可操作地耦合到PV面板隔离开关和连接性测试电路，以控制PV面板隔离开关响应于断路状况的发生而打开，从而在PV面板隔离开关打开的情况下控制连续性测试电路来测试PV面板隔离开关和逆变器之间的电连续性，在确定没有电连续性时维持PV面板隔离开关打开，并且在确定PV面板隔离开关和逆变器之间的电连续性存在时控制PV面板隔离开关闭合。本文中公开了断开状况和电气连续性测试的示例。
在一实施方式中，PV面板隔离开关被耦合到例如在图2A中的PV面板阵列中的多个串联连接的DC PV面板或者例如在图2B中PV面板阵列中的单个DC PV面板，RSD可位于离PV面板阵列小于10英尺。例如，对于RSD相对于面板阵列的位置的这种限制意在满足例如安全条件或限制。
另一个安全条件或限制也或替代地通过配置控制器以控制连续性测试电路在最大30V和240VA内测试电连续性来解决。
RSD的详细示例示于图3A，3B和4，并描述如下。
图3A是快速关断器件301的一个实施方式的示意图。RSD 301包括控制器310、DC测试源311、充电开关320、二极管321、隔离开关330、电流传感器340、电压传感器342、放电开关350、放电电阻354、输出电容356，输出端子对382，384和输入端子对386，388。在一个实施方式中，输出电容356具有10nF的值，放电电阻354具有120kOhm的值。输入端子对386,388可操作地将RSD 301连接到PV面板串390。输出端子对382,384可操作地将RSD 301连接到DC隔离开关304的一侧。DC隔离开关304的另一侧连接到逆变器(未示出，诸如图2A中的逆变器220)的输入。电容394表示逆变器的输入电容，并且被耦合到DC隔离开关304的另一侧。电容394具有在50μF至5mF范围内的值。放电开关350将放电电阻354跨接耦合在输出电容356上。
开关320、330、350可以使用任何的各种手段来实现，包括但不限于：例如功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、晶闸管、和/或继电器。控制器310控制开关320、330、350的操作。控制器310分别从电流传感器340和电压传感器342接收电流和电压的测量结果。控制器310可以是单个集成电路或部件的集合。控制器310可以例如是微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)或特定用途集成电路(ASIC)。在一个实施方式中控制器310从PV面板串390供电。
电流传感器340感测电流，并可以例如使用电流表来实现。电压传感器342感测RSD 301的输出电压，并且可以例如使用电压表来实现。虽然示出为独立于控制器310，在一些实施例中电流传感器340和/或电压传感器342，或电流/电压感测功能，可以纳入控制器310。
DC测试源311通过充电开关320和二极管321将测试信号提供到逆变器(由电容394表示)的输入。在一个实施方式中，RSD 301被耦合到390处的面板串，DC测试源311提供具有电压明显低于串电压的测试信号。低测试电压可以显著提高RSD的操作安全性。测试电压可被选择为符合如NEC 2014的电气安全法规。在一个实施方式中，测试电压低于30伏，DC测试源311为电流限制源以用于限制充电电流。在一个实施方式中，DC测试源311从PV面板串390接收电力，但限制测试电压和电流。虽然DC测试源311可以通过PV面板串390供电，PV面板串通过将隔离开关330维持在打开位置而在连续性测试期间保持从输出端子382，384断开。DC测试源311替代地可以是或包括独立的电源。
二极管321提供了电压阻隔功能和从测试源311阻隔来自PV面板串390的电压。二极管321不是严格必需的，因为阻隔功能可以通过充电开关320提供。然而，串电压可能是数百伏，并且二极管321可能允许使用额定电压小于PV面板串电压的低功耗的充电开关320。因此，在一些实施方式中，二极管321可以是不存在的。
隔离开关330使RSD 301从逆变器(其在图3A中以394所代表)断开PV面板串390。在正常操作中，隔离开关330闭合，开关320，350打开，且PV面板串390提供DC电源至394所代表的逆变器，该逆变器提供功率到AC电网(未示出)。
RSD 301仅是一个示例，并且其他实施方式是可能的。例如，在其他实施例中可能有多个串隔离开关，例如包括隔离开关330和耦合到终端386且也由控制器310控制的另一隔离开关。
图3B是RSD的另一实施方式的示意图。RSD 302包括控制器310、DC测试源311、充电开关320、二极管321、隔离开关330、电流传感器340、电压传感器342、放电开关350、放电电阻354、输出电容356、输出端子对382，384、输入端子对386，388和旁路二极管351。RSD 302与RSD 301(图3A)相同，除了RSD 302中的旁路二极管351。RSD 302的其它组件的示例实现上文中参考图3A提供。
在操作中，RSD 302可以支持面板水平快速关断功能，例如，具有RSD2121...212N的PV装置。在本实施方式中，输入端子对386、388可以将RSD302连接到单个PV面板391，输出端子对382、384可以将RSD 302连接到图2B中的PV面板串。二极管351允许RSD 302和PV面板390被绕过。例如，参考图2B，在PV面板2111...211N中的一者不匹配面板串261的串电流的情况下，串电流可以流过旁路二极管并且防止危险的反向偏压发生。旁路二极管351也可以允许RSD 2121...212N中的任一项可操作地耦合到DC隔离开关204和确定DC隔离开关204的状态，或至少电连续性到394所代表的逆变器，即使任何RSD 2121...212N从串260断开其面板。
虽然图3A中的示例RSD 301可以潜在地在图2B中示出的PV面板级处使用，但是在实施方式中，图3B中的旁路二极管351对于面板级RSD特别有用，其中例如所述输出电容356比394处的逆变器的输入电容小很多。在这种情况下，在没有旁路二极管351的情况下，来自测试源311的测试电压可能不显著给394处较大的逆变器输入电容充电。对于图3B示出的面板级RSD，这个问题可以被解决，因为将有多个RSD，每个都有其自己的输出电容，串联在试图测试连续性的任何RSD和394处的逆变器输入电容之间。
图4是RSD的另一个实施方式的示意图。RSD 401包括控制器410、AC测试源411、测试开关420、隔离开关430、电流传感器440、电压传感器442、输出电容456、泄放电阻457、输出端子对482，484、和输入端子对486，488。在一个实施方式中，输出电容456具有10nF的值，并泄放电阻457具有10Mohm的值。输入端子对486、488可操作地将RSD 401连接至面板串490。输出端子对482、484可操作地将RSD 401连接至DC隔离开关404的一侧。在另一个实施方式中，输入端子对486、488可以将RSD 401连接到单个PV面板，输出端子对482、484可以将RSD 401连接到图2B所示的面板串，并且由此490可以如所示为单个PV面板或面板串。面板级RSD还可以包括旁路二极管，如图3B中351所示。
RSD 401类似于RSD 301(图3A)，但是包括AC测试源411，而不是DC测试源311和二极管321，并且RSD 401还包括泄放电阻457而不是利用开关350进行通断的放电电阻354。另外，在图4中所示的组件可以以与图3A中类似标记的组件相同或类似的方式来实现。还应当指出的是，如果在隔离开关430闭合的正常操作期间泄放电阻上的功耗是令人关注的，泄放电阻457可以改为如图3A所示被通断。
当隔离开关430和DC隔离开关404打开时，泄放电阻457对输出电容456进行放电，并且当开关420闭合时，泄放电阻457可以防止对AC测试源411的伤害。
DC隔离开关404连接到诸如图2A或图2B的逆变器220之类的逆变器(未示出)的输入。电容494表示逆变器的输入电容，并且耦合到DC隔离开关402的另一侧。在一个实施方式中，电容494具有范围从50μF至5mF的值。
AC测试源411通过测试开关420提供AC测试信号到逆变器(通过电容494表示)的输入。在一个实施方式中，RSD 401耦合到490处的面板串，并且AC测试源411提供电压比串电压显著低的电压。低测试电压可以大大提高RSD 401的操作安全。测试电压可以选择符合电气安全规范，如NEC2014。在一个实施方式中，测试电压低于30伏，AC测试源411功率小于240VA。在一个实施方式中，AC测试源411接收到来自面板串490的功率，但限制测试电压和电流。虽然AC测试源411可以由PV面板或面板串490供电，但PV面板或面板串通过将隔离开关330维持在打开位置而在连续性测试期间从输出端子482、484保持断开。AC测试源411也可以是或包括独立的电源。在一个实施方式中，AC测试源411是电压源。在一个实施方式中，AC测试源411是电流源。
图3A、3B和4示出了RSD的详细例子。在更一般的意义上说，根据本公开的一个方面的设备包括：PV面板隔离开关330、430，可切换地将一个或多个DC PV面板390、391、490耦合到PV发电系统，连续性测试电路，可操作地耦合到PV面板隔离开关和PV发电系统，以及控制器310、410，可操作地耦合到PV面板隔离开关和连接性测试电路。
连续性测试电路能够对PV面板隔离开关和PV发电系统的逆变器之间的电连续性进行测试，并且包括测试信号源311、411。测试信号源311在图3A和3B中是DC测试信号源，在图4中是AC测试信号源411。连续性测试电路还包括耦合跨接在输出端子382/384、482/484上的输出电容356、456，和与跨接输出端子的第一电路路径中的测试信号源311、411耦合的充电开关320、420。在图3A和3B的示例RSD 301，302中，放电电阻354和放电开关350被耦合在连续性测试电路的跨接输出端子382、384的第二电路路径中。在图4中，连续性测试电路中的放电电阻457被耦合跨接在输出端子482、484上。图3B中的示例RSD 302中的连续性测试电路还包括耦合跨接在输出电容356上的二极管351。
控制器310、410被配置成在PV面板隔离开关330、430打开的情况下，控制连续性测试电路将来自测试信号源311、411的测试信号施加到PV发电系统，并且基于在施加测试信号之后对连续性测试电路中的电参数的测量结果来确定PV面板隔离开关和394，494处的逆变器之间的电连续性的状态。电参数可以包括电压和电流中的一者或两者。
控制器310、410还可操作地用于在确定没有电连续性时维持PV面板隔离开关330、430打开，并且在确定PV面板隔离开关和在394，494处的逆变器之间的电连续性存在时控制所述PV面板隔离开关闭合。
在一实施方式中，测试信号的电压低于符合安全标准的预定最大电压，诸如最大电压为30V。测试信号还可以或者替代地被限制在最大240VA。
如所示的测试信号源311、411不单独耦合到PV面板或面板串390、391、490。然而，在一个实施方式中，在隔离开关330、430打开时，测试信号源由一个或多个DC PV面板390、391、490供电。因此，即使在隔离开关330、430打开时一个或多个DC PV面板390、391、490将从PV发电系统中断开，但提供了有限的测试信号的测试信号源仍然可以由一个或多个面板供电。
如上所述，面板隔离开关可以耦合到单个DC PV面板或者PV面板阵列中的多个DC PV面板，并且合并面板隔离开关的诸如RSD的设备位于离所述PV面板阵列小于10英尺处。
PV面板隔离开关和逆变器之间的电连续性的状态可以由控制器310、410以任何多种方法来确定。例如，这一确定可以基于在施加测试信号之后在各个不同时间跨接输出端子382/384、482/484的电压的测量结果。在另一实施方式中，控制器310、410被配置成在施加测试信号时基于从输出端子两端的电压和输出端子之间的电路路径的电流所确定的阻抗来确定电连续性的状态。电压和电流中的一者或两者可以使用传感器340/342、440/442来测量。如上所述，电压值或电流值可以以其他方式确定，例如其中测试信号源311、411具有已知的电压值或已知的电流值。
断开操作
在断开状况发生的情况下，RSD 301、302、401通过打开串隔离开关330、430从面板或面板串390、391、490断开。断开状况可能会导致完全丧失或实质减少串电流。串电流的丧失或减少可以由控制器310、410使用电流传感器340、440来检测，并且通过打开隔离开关330、430触发PV面板或者面板串390、391、490从RSD 301、302、401断开。在一个实施方式中，小于10毫安的串电流触发PV面板或面板串断开。
重新连接操作
在RSD由于串断开状况而已经断开PV面板或面板串之后，它可以检查以确定该串断开状况是否已解决，以及面板串是否可以安全地重新连接到逆变器。例如，参考图2A，在RSD 202已经断开面板串260并且从串隔离逆变器220的输入之后，RSD 202可以检查其输出端子(例如图3A或图3B中的382、384，或者图4中的482、484)和逆变器220的输入之间的电连续性。如果没有到逆变器220的输入的电连续性，则这可能表明，隔离开关204是故意被打开的，也可以或替代地表明诸如以下的许多不同的不安全状况之一：逆变器故障或失灵；故意关断逆变器进行维护、维修或更换；未授权的安装；或紧急情况，如失火。缺乏电连续性也可能或替代的表明在RSD202和逆变器220之间的电缆的开路。在以上情形中，RSD 202试图将PV串260连接到逆变器220可能是不安全。例如，参考图3A、图3B和图4，关闭串隔离开关330，430是不安全的。
在某些情况下，检测到逆变器的电连续性是不容易的。例如，在串逆变器已经停止变换功率之后的一些情况中，即使突然发生功率变换停止的状况不再存在，其不能立即恢复变换功率。例如，在逆变器能够开始功率变换和提取DC功率作为其输入前逆变器的电网连接已经恢复或者逆变器的输入电压已经返回到有效操作范围内之后，可以有强制性的等待时间或启动时间段。在这一启动时间段期满之前，串逆变器可能无法启动操作及提取DC功率。启动时间段可以是五分钟的量级。由此，即使诸如电网故障，逆变器故障，隔离开关打开，面板照明缺少或串中的开路之类的串断开状况已经被解决，在逆变器的启动时间段已经期满之前，逆变器可能无法提取显著的DC电流。由此，缺乏串电流其自身不是电连续性的可靠指示符。在这一情况中，如果RSD将PV面板或者面板串重新连接到逆变器输入，在逆变器的启动时间段期满之前，则没有显著的串电流。此外，许多逆变器在其将启动操作之前其输入需要最小的电压值。这由此对于RSD 202来说，即使没有串电流给逆变器足够高的输入电压来启动，例如将面板串260重新连接到逆变器220以及使其保持连接是有利的。
因此，本文的实施方式可提供验证到逆变器的电连续性的技术，其可以提高PV装置的安全性。
图5是根据一个实施方式的方法的流程图，以及涉及可以由诸如图3A中的RSD 301和/或图3B中的RSD 302之类的RSD执行的电连续性验证方法。
在502，RSD的隔离开关(例如图3A和3B的开关330)打开，并且PV面板或面板串390从PV发电系统的其余部分断开。充电开关320和放电开关350也打开。
在504，充电开关320被闭合，DC测试源311通过二极管321耦合到DC隔离开关304的一侧。如果DC隔离开关304闭合，则输出电容356和逆变器电容394都充电到由DC测试源311施加的测试电压VTEST。如果DC隔离开关304打开，则只有输出电容356被充电。
在506，电压传感器342在等待TCHAR的充电时间之后测量第一电压V1。TCHAR足够长以允许电容356、394充电到VTEST，并且在一个实施方式中是100mS。电容356、394不需要总是充电到VTEST，并且在一些实施方式中TCHAR可以设置为一个较低的值。在一般情况下，VTEST和/或TCHAR的值可基于电容359、394的值和电容将被充电到的电压来设置。
在508，充电开关320被打开并且放电开关350被控制器310闭合。如果DC隔离开关304闭合并且在PV发电系统有另外的电连续性，则电容394和356将都被充电，并且均通过放电电阻354放电。如果DC隔离开关304是打开的，则只有电容356被充电，且只有电容356放电。
在510，电压传感器342在等待放电时间TDIS之后，测量第二电压V2。在一个实施方式中，TDIS为50ms。V2的值取决于DC隔离开关304的状态。如果DC隔离开关304打开，则V2的值由以下公式给出：
V 2 = V 1 e - T D I S / R D I S C O U T
其中RDIS是放电电阻354的阻值，COUT是输出电容356的电容值。如果DC隔离开关304闭合且存在电连续性，则V2由以下公式给出：
V 2 = V 1 e - T D I S / R D I S ( C O U T + C I N V )
其中CINV是逆变器电容394的电容值。比较针对V2的以上公式，TDIS后存在到CINV的电连续性的情况比不存在到CINV的电连续性的情况下V2更高。换言之，到394处的逆变器的电连续性导致的较高电容比仅COUT花费更长(时间)来放电。
在512，第二电压的值与最小电压“VMIN”进行比较。VMIN是被确定为隔离开关304的状态或者更一般地为RSD 301、302和394处的逆变器之间的电连续性的可靠指示符的值。在一种实施方式中，VMIN为6V。通常，基于在没有到394处的逆变器的电连续性并且由此仅COUT被放电的情况下，比在TDIS期间COUT被期望放电到的电压更高的电压来确定VMIN。在一实施方式中，可以基于V1动态地确定VMIN。
如果V2大于VMIN(在512处是)，则在514，RSD将其输入连接到PV面板391或者面板串390。例如，在图3A的RSD 301中，隔离开关330由控制器310闭合。如果V2不大于VMIN(在512处否)，则放电开关350打开，并且在502所有开关保持打开。
图6是根据另一实施方式的方法，并且涉及另一电连续性验证方法，其可以由诸如图4的RSD 401之类的RSD来执行。
在602，RSD的隔离开关和测试开关(例如图4的开关430、420)打开，并且PV面板或面板串409从RSD断开。在604，RSD等待一段等待时间段TWAIT，并且随后测量RSD输出电压VOUT(例如图4的跨接端子482、484上的电压)。在一个实施方式中，TWAIT是串逆变器的输入处的电压被指定降低到实质为零或者一些其它预定水平所经过的时间。在一个实施方式中，TWAIT为1分钟。在606，确定VOUT是否低于安全电压VSAFE，其中VSAFE是可以被安全施加到测试电压源而不损坏它的剩余DC逆变器输入电压。在这一实施方式中，如果VOUT大于VSAFE(在606处是)，则RSD将在604处再次等待TWAIT，尽管不同等待时间可以被潜在用于后续等待环。
如果VOUT不大于VSAFE(在606处否)，则在608确定在RSD的输出的阻抗。例如，参考图4，测试开关420可以闭合，以将AC测试源411连接到输出端子482，484，并且控制器410可以使用传感器442和/或电流传感器440获取电压和/或电流的测量结果并且计算阻抗。尽管电压和电流两者可以被测量并且被用于计算阻抗，但是AC测试源411可以是具有已知电压值的电压源或具有已知电流值的电流源，在这种情况中，仅一个测量(电流或电压)被执行并且被用于与已知值(电压或电流)结合来进行阻抗计算。
阻抗的低值可表明：逆变器输入电容(例如图4的电容494)的存在、DC隔离开关404是闭合的、没有电连续性并且将PV面板或面板串409连接到PV发电系统是安全的。相反，阻抗值的高值，这可能表明DC隔离开关404是打开的并且连接PV面板或面板串409并不安全。在610处，计算出的阻抗(ZOUT)与最小值(ZMIN)进行比较。如果阻抗小于最小值(在610处是)，则逆变器被确定为存在和连接，并且在612处RSD连接PV面板或面板串。如果阻抗不小于最小值(在610处否)，则处理在602再次开始。
ZMIN的值可以由AC测试源411的频率(f)和输出电容456的值来确定。在一个实施方式中，“f”为1kHZ，ZMIN为30Ohm。图6的方法仅是示例性的，其他方法是可能的。例如，RSD可以基于最小电流或者最小电压而不是最小阻抗来确定逆变器的存在。
更精细的串连续性监测方法也是可能的。例如，如果最小数目的连续测量结果均指示了电连续性，则对于RSD执行最小数目的电连续性测量和仅将PV面板或面板串耦合到PV发电系统的剩余部分是有益的。这可以防止单个差错测量引起PV面板或面板串被连接。
在更一般的情形中，根据一实施方式的方法包括：施加来自测试信号源的测试信号以对打开的且将一个或多个DC PV面板从PV发电系统断开的PV面板隔离开关和所述PV发电系统中的逆变器之间的电连续性进行测试。这示于图5中的504并且如上文所述作为图6中为608的一部分。对包括PV面板隔离开关的关断器件处的电参数的测量结果在施加测量信号之后被获取，如以上图5中506、510所示，为图6中608的一部分。PV面板隔离开关和逆变器之间的电连续性的状态基于测量结果被确定。
在图5中，在504的施加包括施加DC信号作为测试信号，在506，510的获取包括获取输出端子两端的电压的测量结果，在施加测试信号的各个不同时间，在输出端子处，关断器件被耦合到PV发电系统。在图5的512中连续性状态确定是基于电压测量结果。
在图6的608中的施加包括施加AC信号作为测试信号。在图6的608中的获取包括在施加所述测试信号时，获取跨接输出端子(在输出端子处，关断器件被耦合到PV发电系统)的电压和输出端子之间的电路路径中的电流中的一者或两者的测量结果。如上所述，电压或电流被另外获取，诸如其中测试信号由具有已知电压值或已知电流值的测试信号源提供。状态确定在图6中610处示出，并且包括基于在608从电压和电流确定的阻抗来确定电连续性的状态。
图7是RSD控制器700的一个实施方式的框图。根据本文中的实施方式，控制器700可被用于控制器310、410。控制器700包括开关驱动器710、存储器720、时钟730、电压调节器740、中央处理单元(CPU)750、用户界面(UI)760、以及控制和数据总线770。在实施方式中，电压调节器740将PV面板或面板串输出电压转换到恒定控制器电源电压。开关驱动器710提供开关驱动信号到开关330、320、350、430、420以控制其各自的开闭。用于控制器700的操作的固件被存储在存储器720中。在一个实施方式中，存储器720包括非易失性存储器，诸如闪存、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、EPROM、ROM等。固件在CPU750上执行。时钟730控制控制器700的操作的内部定时。UI 760可以包括诸如将RSD的状态指示给用户之类的提供输出到用户和/或接受来自用户的输入的一个或多个装置。在本文一个实施方式中，如所示，控制和数据总线770将控制器700的这些组件彼此连接到一起。
已经描述的内容仅仅是对本公开的实施方式的原理的应用的示例说明。其它布置和方法可由本领域的技术人员来实现。
在附图的功能的任何划分不意在进行限制或穷尽。其他实施方式可以包括比示出的附加的、更少的和/或不同的组件。类似地，其他方法实施方式可包括以类似于或不同于附图中所示和上面描述的顺序的顺序而执行的附加的、更少的和/或不同的操作。
例如，图3A、3B和4中的RSD 301、302、401仅仅是示例并且RSD的其他实施方式也是可能的。例如在RSD 301,302的另一个实施方式中，当充电开关320闭合且逆变器电容394正在充电时，电阻器被连接在具有DC测试源311的电路路径中以限制充电电流。在一个实施方式中该电阻值是100Ohm。
在限制充电电流的另一个实施方式中，充电电流通过逐渐增加充电开关320的占空比而被限制。例如充电开关320可以被切换为重复闭合和打开，周期为TSW，开关接通时间为TPULSE，占空比为D。占空比为TPULSE/TSW的比值。占空比可以随后被逐渐增加以通过充电开关320控制电流。在一个示例实施方式中，占空比通过50毫秒从0提高到100％。
虽然主要在方法和设备的上下文中进行了描述，其它的实施方式也被涵盖，例如指令存储在非易失性计算机可读介质。

Claims (20)

1.一种设备，该设备包括：
光伏(PV)面板隔离开关，可切换地将一个或多个直流(DC)PV面板耦合到PV发电系统；
连续性测试电路，可操作地耦合到所述PV面板隔离开关和所述PV发电系统，以能够对所述PV面板隔离开关和所述PV发电系统的逆变器之间的电连续性进行测试；
控制器，可操作地耦合到所述PV面板隔离开关和所述连接性测试电路，以控制所述PV面板隔离开关响应于断路状况的发生而打开，从而在所述PV面板隔离开关打开的情况下控制所述连续性测试电路来测试所述PV面板隔离开关和所述逆变器之间的电连续性，在确定没有电连续性时维持所述PV面板隔离开关打开，并且在确定所述PV面板隔离开关和所述逆变器之间的电连续性存在时控制所述PV面板隔离开关闭合。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述PV面板隔离开关被耦合到PV面板阵列中的单个DC PV面板，并且其中所述设备位于离所述PV面板阵列小于10英尺处。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述PV面板隔离开关被耦合到包括PV面板阵列中的多个串联连接的DC PV面板的面板串，并且其中所述设备位于离所述PV面板阵列小于10英尺处。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被耦合以控制所述连续性测试电路在最大30V和240VA内测试电连续性。
5.一种设备，该设备包括：
光伏(PV)面板隔离开关，可切换地将一个或多个直流(DC)PV面板耦合到PV发电系统；
连续性测试电路，可操作地耦合到所述PV面板隔离开关和所述PV发电系统，以能够对所述PV面板隔离开关和所述PV发电系统的逆变器之间的电连续性进行测试，所述连续性测试电路包括测试信号源；
控制器，可操作地耦合到所述PV面板隔离开关和所述连接性测试电路，以在所述PV面板隔离开关打开的情况下控制所述连续性测试电路将来自所述测试信号源的测试信号施加到所述PV发电系统，并且基于在施加所述测试信号之后对所述连续性测试电路中的电参数的测量结果来确定所述PV面板隔离开关和所述逆变器之间的电连续性的状态。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述控制器还可操作用于在确定没有电连续性时维持所述PV面板隔离开关打开，并且在确定所述PV面板隔离开关和所述逆变器之间的电连续性存在时控制所述PV面板隔离开关闭合。
7.根据权利要求5所述的设备，其中所述设备包括输出端子，用于将所述设备耦合到所述PV发电系统，其中所述测试信号源包括DC测试信号源，其中所述连续性测试电路包括：耦合跨接在所述输出端子上的输出电容、耦合跨接在所述输出端子上的第一电路路径中的充电开关和所述DC测试信号源、以及耦合跨接在所述输出端子上的第二电路路径中的放电开关和放电电阻。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述连续性测试电路还包括耦合跨接在所述输出电容上的二极管。
9.根据权利要求5所述的设备，其中所述设备包括输出端子，用于将所述设备耦合到所述PV发电系统，其中所述测试信号源包括交流(AC)测试信号源，其中所述连续性测试电路包括：耦合跨接在所述输出端子上的输出电容、耦合跨接在所述输出端子上的电路路径中的充电开关和所述AC测试信号源、以及耦合跨接在所述输出端子上的放电电阻。
10.根据权利要求5所述的设备，其中所述电参数包括电压和电流中的一者或两者。
11.根据权利要求5所述的设备，其中所述测试信号的电压低于符合安全标准的预定最大电压。
12.根据权利要求5所述的设备，其中所述测试信号在最大30V和240VA之内。
13.根据权利要求5所述的设备，其中在所述隔离开关打开时，所述测试信号源由所述一个或多个DC PV面板供电。
14.根据权利要求5所述的设备，其中所述PV面板隔离开关被耦合到PV面板阵列的单个DC PV面板，并且其中所述设备位于离所述PV面板阵列小于10英尺处。
15.根据权利要求5所述的设备，其中所述PV面板隔离开关被耦合到包括PV面板阵列中的多个串联连接的DC PV面板的面板串，并且其中所述设备位于离所述PV面板阵列小于10英尺处。
16.根据权利要求7所述的设备，其中所述控制器可操作用于基于在施加所述测试信号之后的各个不同时间对跨接在所述输出端子的电压的测量结果来确定所述PV面板隔离开关和所述逆变器之间的所述电连续性的状态。
17.根据权利要求9所述的设备，其中所述控制器可操作用于基于在施加所述测试信号时跨接所述输出端子的电压和输出端子之间的电路路径的电流所确定的阻抗来确定所述PV面板隔离开关和所述逆变器之间的所述电连续性的状态。
18.一种方法，该方法包括：
施加来自测试信号源的测试信号以对打开的且将一个或多个直流(DC)PV面板从PV发电系统断开的PV面板隔离开关和所述PV发电系统中的逆变器之间的电连续性进行测试；
在施加所述测试信号之后，在关断器件处获取电参数的测量结果，所述关断器件包括所述PV面板隔离开关；
基于所述测量结果确定所述PV面板隔离开关和所述逆变器之间的电连续性的状态。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述施加包括施加DC信号作为所述测试信号，其中所述获取包括在施加所述测试信号之后，在各个不同时间获取输出端子两端的电压的测量结果，所述关断器件在所述输出端子处被耦合到所述PV发电系统。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述施加包括施加交流(AC)信号作为所述测试信号，其中所述获取包括在施加所述测试信号时，获取输出端子两端的电压和所述输出端子之间的电路路径中的电流中的一者或两者的测量结果，所述关断器件在所述输出端子处被耦合到所述PV发电系统，其中所述确定包括基于从所述电压和所述电流确定的阻抗来确定所述PV面板隔离开关和所述逆变器之间的所述电连续性的状态。
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