CN106716823B - 用于探测光伏设备中的电弧的方法和用于光伏设备中的电弧的探测设备以及光伏设备 - Google Patents

Abstract

用于在具有逆变器(2)和具有多个、通过汇流线(3，4)并联地连接到所述逆变器(2)的汇流单元(5)的光伏设备中——其中，通过串线路(8，9)，光伏模块(7)的多个串(6)并联地连接到每个汇流单元(5)——在每个串(6)的串线路(8，9)的至少一个上，和/或在每对预汇流线——多个串(6)并联地连接到所述每对预汇流线——的至少一个预汇流线上，和/或所述汇流单元(5)中的每个汇流单元(5)的汇流线(3，4)的至少一个上检测电参量测量值(18，19)，并且在每个汇流单元(5)的至少一个汇流线(3，4)上，和/或至少一个配属给所述逆变器(2)的汇流排(10，11)——在所述汇流排上每个所述汇流单元(5)的汇流线(3，4)连接——上检测声学参量测量值(25至28)。将电参量和声学参量测量值(18，19，25至28)用来分析在所述光伏设备(1)中的电弧(14)的迹象的存在；并且，如果所述电弧的存在迹象满足预给定的判据，产生电弧信号(20，30)。

Description

用于探测光伏设备中的电弧的方法和用于光伏设备中的电弧 的探测设备以及光伏设备

技术领域

本发明涉及一种用于探测光伏设备中的电弧的方法，所述光伏设备具有逆变器并且具有多个通过汇流线并联地连接到逆变器上的汇流单元，其中，在每个汇流单元上通过串线路并联地连接光伏模块的多个串(String)。另外，本发明还涉及用于所述光伏设备中的电弧的探测设备。

背景技术

光伏设备的在此称作逆变器的单元包括至少一个直流/交流转换器，所述直流/交流转换器将由光伏模块生成的直流转换为交流。典型地，所述逆变器除了所述直流/交流转换器之外包括汇流排，各个汇流线直接地或通过直流/直流转换器连接到所述汇流排上。也可以在所述汇流排上连接多个直流/交流转换器，例如对于交流电的每个相连接一个直流/交流转换器。经常也存在用于接入各个汇流单元的开关和/或用于将所述一个或多个直流/交流转换器接入到输出侧的交流电网上的开关等。

也将光伏设备的汇流单元称为组合器(Combiner)或组合器箱 (Combinerbox)。从汇流单元至逆变器走向的汇流线经常称为回家线 (Homeruns)。在汇流单元中，光伏模块的一些串或许多串也可以并联地连接。在汇流单元中，也经常设置用于防护反向电流的保险装置和/或二极管，有时也设置用于接入各个串的开关。

有时，但不在本说明书和附属的权利要求书中，通过汇流单元并联连接的串单个地也被称为子串，而通过汇流单元并联连接的子串的整体才被称为串。

对于在串与逆变器的直流/交流转换器之间没有连接直流/直流转换器的情况，在光伏设备中在串线路之间加载的电压恰好如在汇流线之间加载的电压那样大并且也如在逆变器的汇流排之间加载的电压那样大。但是，由于汇流单元中的和逆变器中的并联连接，电流强度增大。典型地，稳定的电压处在几百至少量几千伏的范围内，其中，较高的电压与以下优点关联：较小的电流强度和因此也较小的线路横截面足够用于传导同样的电功率。

由于每个串的串线路之间、每对汇流线中的汇流线之间和逆变器的汇流排之间以及所述线路和汇流排中的每一个与地或处于地电势的光伏设备部件之间的绝缘的绝缘故障，可能出现电弧。通常，将串线路、汇流线或逆变器的汇流排之间的或所述线路中的一个与地之间出现的电弧称为并联电弧。除了并联电弧之外，也可以在所提及的线路中的一个之内或在其与相同电势的另一线路的电连接处出现电弧，所述电弧则称为串联电弧。串联电弧的原因例如可以是线路的限于局部的损坏或在与线路的电连接处的增高的过渡电阻。故障的、例如不正确地断开的开关也可以通过其接通部引起电弧。两个类型的电弧也就是说并联电弧和串联电弧本身就是导致绝缘故障的附加的潜在危险。燃烧的电弧可以放大例如存在的绝缘故障，以及引起其他进一步的损害。包括引起光伏设备的火灾。因此，提前探测在光伏设备中出现的电弧是重要的，以便可以去除电弧并且消除其原因。

一种方法和一种探测设备是已知的，其中，在汇流单元中的每个串的串线路中的至少一个上检测电参量测量值，在光伏设备中的电弧的迹象存在方面分析所述电参量测量值，并且当电弧的存在迹象满足预给定的判据时，生成电弧信号，所述电弧信号表明光伏设备中存在电弧的迹象。以电弧信号激活电弧故障断路器(AFCI)。测量其测量值用于电弧探测的电参量例如是串线路之间的直流电压、各个串线路相对于地电势的直流电压、通过串线路的直流电流的直流电压或由电弧通过串线路发出的高频电干扰谱。在此，电参量测量值的检测经常在每个汇流单元中设置的终端电容的朝向串的一侧实现，所述终端电容通过所涉及的串线路对于电流的通过电弧所造成的高频调制提供低阻抗。

用于探测光伏设备中的电弧的已知方法和已知的装置已经基本上不适合用于检测在逆变器的汇流线或汇流排之间或逆变器的汇流线或汇流排与地之间出现的电弧，因为尤其当电弧在相应的终端电容的朝向逆变器的一侧上出现时，所述电弧不显著影响串线路上所测量的电参量。然而将电参量的测量转移到逆变器不能解决所述问题，因为在那里不仅通过在串线路区域中的电弧而且通过在汇流线的与逆变器远离的区域中的电弧所造成的相对于额定电压和额定电流的电压跳变和电流跳变可能保持很小。在探测电弧时，基于由其所发出的高频电干扰谱产生以下挑战：需要从经常非常大的直流中分离高频信号。为此，呈扼流圈和互感器形式的合适的退耦合器件在大直流电流时很快变得过大并且昂贵。附加地，通过这种退耦合器件造成不希望的电损耗。导致了，即使扼流阀和互感器形式的合适的退耦合器件在汇流线中流动直流电流的情况下还可以以合理的开销实现，所述电干扰频谱的待探测的高频信号在终端电容的面向逆变器的一侧基于汇流线的通常高的电感还是强烈地衰减。探测如此衰减的信号基于其低的信噪比仅可以艰难地实现并且后续高开销地待设计的分析处理电子器件仅具有不太可靠的说服力。

从DE 196 17 243 A1中已知用于测量电缆故障与中压电网中的变电站或测量站的间距的方法和设备，在所述电缆故障处有电弧燃烧。在此，在电弧的两侧的电缆区段中，测量由电弧产生的电信号和/或声学信号在电缆中的传播时间并且从中计算故障源到电缆区段的端部的距离。也就是说，充分利用由电弧自身产生的信号。在此，既涉及电脉冲又涉及具有纯随机的信号变化过程的固体声信号。以传感器测量由电弧产生的信号的变化过程并且在以快速模数转换器进行转换后作为数字信号存储在存储器中。通过以“快速傅里叶变换”和相关性分析进行的滤波可以实现，确定由电弧向传感器方向所发出的信号的准确到达时刻。为了检测作为电弧的标志的固体声，使用压电陶瓷声能转换器。

从EP 1 623 240 B1中已知，可以通过不同的方法，包括化学的、声学的和电的方法，证实在高压线的绝缘材料内的局部放电活动。具体教导了，使用传感器来探测电的路径上的探测局部放电，所述传感器构造为电容的、电感的或纵向电压传感器。

从DE 10 2010 026 815 A1中已知用于定位电缆中的故障的方法和设备，所述电缆尤其用于传输和分配电能并且铺设在地下。使用在电缆故障位置上所产生的声学信号，所述声学信号尤其是通过电脉冲引发的飞弧噪声或放电噪声。为了在此减小使声学信号的识别并因此也使故障位置的定位变得困难的叠加的干扰噪声的影响，将包含故障位置上产生的声学信号的接收信号与所存储的由故障位置上产生的声学信号的信号模型或特征或特征组进行比较，以便在与所述信号模型或特征或特征组的一致性或预确定的相似性方面辨识所述信号。

发明内容

本发明所基于的任务是，阐明一种用于探测光伏设备中的电弧的方法和一种探测设备，以所述方法和设备，以合理的开销实现在电弧出现方面对光伏设备的直流范围的完整监控。

根据本发明的方法用于探测光伏设备中的电弧，所述光伏设备具有逆变器且具有多个通过汇流线并联地连接到逆变器上的汇流单元，其中，在每个汇流单元上通过串线路并联地连接光伏模块的多个串，该方法具有(i) 在每个串的串线路中的至少一个上和/或(ii)在每对预汇流线中的至少一个预汇流线上，其中，在所述每对预汇流线上并联地连接多个串，和/或(iii) 在汇流单元中的每个汇流单元的汇流线中的至少一个上检测电参量测量值；(iv)在每个汇流单元的至少一个汇流线上和/或(v)在配属给逆变器的至少一个汇流排上检测声学参量测量值，其中，每个汇流单元的汇流线连接到所述汇流排上；在光伏设备中的电弧的迹象存在方面既分析电参量测量值又分析声学参量测量值；并且当电弧的存在迹象满足预给定的判据时生成电弧信号，所述电弧信号表明光伏设备中存在电弧。

在配属给逆变器的至少一个汇流排上和/或在每个汇流单元的汇流线中的一个上检测声学参量测量值可以在中心地在逆变器的位置上、尤其在逆变器的壳体中实现。然而也可以是，在每个汇流单元的至少一个汇流线处，尤其在汇流单元的壳体内，执行声学参量测量值的检测。当在逆变器中的或附近的每个汇流单元的至少一个汇流线上进行声学参量测量值的检测时，经常可以省去在配属给逆变器的至少一个汇流排上声学参量测量值的附加检测，因为在连接到所述汇流排上的汇流线上也以足够的强度检测例如在所述汇流排中产生的声学信号。自然也可以——并且尤其在对电弧在光伏设备内尽可能准确的定位方面也有利地——既在配属给逆变器的汇流排中的每个中、又在每个汇流单元的所有汇流线中检测声学参量测量值。

即除了在串线路上或在仅可以选择性地在串线路与汇流线之间存在的预汇流线——多个串并联地连接到所述预汇流线上——上或在汇流单元中的汇流线上检测电参量测量值之外，附加地检测声学参量的、也就是说其他参量的测量值。当在逆变器中检测声学参量时，附加地在与检测电参量不同的部位上检测所述其他参量。在逆变器中，声学参量——通过所述声学参量可以执行对电弧的监控——鉴于在那里流过的大电流而相比于电参量更容易检测，并且尤其不受流过的大电流的影响且与所述电流的当前电流强度无关。但是，在流过大电流的情况下，检测声学参量测量值不仅比检测电参量测量值更简单，而且在光伏设备中的电弧的迹象存在方面分析声学参量测量值也更简单，因为声学参量测量值不如电参量测量值那样被非常高的没有说服力的直流分量叠加。因此，本发明从以下知识出发，尤其对于其中流过高直流电流的线路，可以通过检测通过电弧产生的声学参量比通过检测其电参量更有效地且更简单地执行电弧监控。然而这不排除存在如下线路：在所述线路中，为了电弧监控，既检测声学参量又检测电参量是符合目的的并且也是开销合理的。然而发展趋势表明，随着线路内电流强度增大，相对于基于检测由电弧产生的电参量，基于检测由电弧产生的声学参量来实现在线路上的电弧监控更有利。

其测量值被检测的声学参量涉及声振动的频率和/或幅度。电弧以特征性的方式激发这种噪声振动。该声(Schall)尤其可以涉及固体声，但原则上也涉及空气声。当在逆变器或在汇流单元中测量空气噪声时，这优选这样进行，使得不仅检测在逆变器或汇流单元自身中的空气噪声，而且检测从周围环境中进入到逆变器或汇流单元中的空气噪声。

此外表明，至少当声学参量包括固体声振动——所述固体声振动从汇流线出发，所述汇流线也可以在更长的路段上延伸，在所述更长的路段上，所述汇流线可以在对应的汇流单元与逆变器之间延伸——的频率和/或幅度时，可以可靠地在电弧的出现方面监控声学参量测量值。通常的汇流线对于固体声具有足够高的传导能力，而对于电参量的相关信息例如基于其线路电感经常显出高的衰减。

具体地，在根据本发明的方法中，其测量值在汇流线上和/或在一个或多个汇流排上被检测的声学参量可以包括对应的汇流线或汇流排的固体声的频率和/或幅度。

原则上可以检测所有汇流线和两个汇流排的固体声振动。在检测汇流排的固体声振动时，在存在机械耦合的情况下，也检测连接到汇流排上的汇流线的固体声振动。当仅检测汇流排的固体声振动时，检测开销总体上保持非常小。而借助检测汇流线的固体声振动，可以实现将所探测的电弧定位到确定的汇流单元的汇流线上，并且在此，由于机械耦合，也检测汇流排的固体声振动。为了设置在电弧出现方面的冗余探测，可以既在所有汇流线上又在两个汇流排上检测相应的固体声振动。

其测量值在根据本发明的方法中在汇流单元中被检测的电参量可以包括通过对应的串线路或预汇流线或汇流线的电流的频率和/或幅度，和/或包括对应的串线路或预汇流线或汇流线之间的电压的频率和/或幅度，和/或包括对应的串线路、预汇流线或汇流线中的一个与地之间的电压的频率和/或幅度。在此，判据可以是在电流或电压的直流分量中出现跳变或在电流或电压中的高频交流分量。

优选在一在串线路之间起作用的终端电容的朝向串的一侧上检测电参量测量值。终端电容对于电弧的高频干扰信号呈现所定义的低阻抗，所述电弧在串的其中一个中或在所述串的串线路的区域中燃烧。在此，终端电容可以包括在每个串的串线路之间和/或在每对预汇流线之间连接的电容器，和/或一个或多个在串线路之间连接的电容器。在以一个或多个在汇流线之间的电容器提供终端电容的情况下，仅在汇流线上检测相应的汇流单元中的电参量测量值是足够的。高频干扰信号的串式的(stringweise)退耦合也是可能的并且在电弧的更好定位方面也是有利的，但与更大的开销和相应更高的成本关联。

在根据本发明的方法中，用来与电弧的存在迹象进行比较的预给定判据包括在电参量测量值情况下和声学参量测量值情况下的电弧的迹象组合。也就是说，不仅可以通过以下方式探测电弧：在电参量测量值情况下的迹象或在声学参量测量值情况下的迹象满足预给定的判据。也可以通过以下方式探测电弧：在电参量测量值和声学参量测量值情况下的迹象分别仅满足较弱并因此不充分的判据时，但它们的总和应被视为对于电弧的存在是充分的。在此，有利的是：例如通过相应测量值的时间戳制造电参量测量值与声学参量测量值之间的时间关联性。所述时间戳说明检测相应测量值的时刻。电弧自其出现的瞬间既发出电参量或电信号又发出声学参量或声学信号。由于其高的传播速度，电信号在相应的电传感器——尤其电流传感器和/或电压传感器——的位置上实际上与其可能在另一位置上的产生同时地被感知。对于声学信号，因为其低很多的传播速度而不是这种情况，即使固体声的传播速度通常明显地比空气声的传播速度更高。因此，声学参量测量值的检测在原理上在其产生之后带有显著时间偏移量地才实现，该时间偏移量与电弧的位置和声学传感器的位置有关。如果现在既给声学参量测量值又给电参量测量值配备时间戳，则电参量测量值与声学参量测量值的比较不仅能够实现附加的电弧可信度检验，而且能够实现将电弧更准确地定位直至所涉及的线路的确定区段上。

根据本发明的用于光伏设备中的电弧的探测设备，所述光伏设备具有逆变器且具有多个通过汇流线并联地连接到逆变器上的汇流单元，其中，在每个汇流单元上通过串线路并联地连接光伏模块的多个串，所述探测设备在每个汇流单元中具有至少一个电传感器、至少一个声学传感器和至少一个分析装置，所述电传感器在每个串的串线路中的至少一个上和/或在每对预汇流线中的至少一个预汇流线上和/或在每个汇流单元的汇流线中的至少一个上检测电参量测量值，其中，在所述每对预汇流线上并联地连接多个串；所述声学传感器在每个汇流单元的至少一个汇流线上和/或在配属给逆变器的至少一个汇流排上检测声学参量测量值，其中，每个汇流单元的汇流线连接到所述汇流排上；至少所有在汇流单元中存在的传感器连接到所述分析装置上。所有电传感器和声学传感器可以连接到所述至少一个分析装置上，并且所述分析装置可以构造用于在光伏设备中的电弧的迹象存在方面分析电参量测量值和声学参量测量值，并且当电弧的存在迹象满足预给定的判据时生成电弧信号，所述电弧信号表明光伏设备中存在电弧。

也可以设置多个分离的分析装置，其中，电传感器连接到每个汇流单元中的一个分析装置上并且所述至少一个声学传感器连接到另一分析装置上。相应地，每个汇流单元中的分析装置则在电弧的迹象存在方面仅仅分析从每个汇流单元中来的电参量测量值，而例如在逆变器中布置的另一分析装置分析声学参量测量值。当电弧的存在迹象满足预给定的判据时，由分析装置中的每个生成一个电弧信号，所述电弧信号表明光伏设备中存在电弧。

然而当一个共同的分析装置设置用于分析电参量测量值和声学参量测量值时，分析装置也可以构造用于，当电弧的存在迹象满足预给定的判据时生成电弧信号，所述判据包括在电参量测量值情况下和声学参量测量值情况下的电弧的迹象组合。尤其当声学参量测量值和/或电参量测量值由检测其的传感器配备时间戳，所述时间戳说明检测声学参量测量值和/或电参量测量值的时刻，并且除了真正的声学参量测量值和真正的电参量测量值外附加地——例如在附加的电弧可信度检验方面或电弧的位置准确的定位方面——分析所述时间戳时，一个共同的分析装置则是有利的。

在根据本发明的探测设备中，所述至少一个声学传感器尤其是固体声传感器。当实际上仅设置有唯一的声学传感器时，该声学传感器检测汇流排——逆变器中的每个汇流单元的一个汇流线连接到所述汇流排上——的固体声振动的频率和/或幅度。替代地或附加地，声学传感器可以以固体声传感器的形式在根据本发明的装置中检测每个汇流单元的至少一个汇流线的固体声振动的频率和/或幅度。固体声传感器典型地涉及加速度传感器，通过所述加速度传感器直接在待探测的固体上检测固体声振动——例如相应固体的振动——的频率和/或幅度。在此，固体声传感器有利地直接与待探测的固体连接。但替代地或累加地，也可以设想使用麦克风作为声学传感器。麦克风典型地间接地通过传输介质——例如空气——测量固体声振动。在此，待探测的固体的固体声振动激发传输介质中的声学声波，所述声学声波由传输介质向麦克风传导并且由麦克风检测。因此，为了探测固体声振动，麦克风不必须直接与待探测的结构连接。而是麦克风仅仅安装在待探测的结构的附近就足以在没有由距离引起的显著衰减的情况下检测传输介质的声学声波。

根据本发明的探测设备的至少一个电传感器可以包括电流传感器和/ 或电压传感器，所述电流传感器检测通过对应的串线路或预汇流线或汇流线的电流的频率和/或幅度，所述电压传感器检测对应的串线路或预汇流线或汇流线之间的电压的频率和/或幅度和/或对应的串线路、预汇流线、或汇流线中的一个与地之间的电压的频率和/或幅度。同样可以的是，所述至少一个电压传感器检测串线路、预汇流线或汇流线与地之间的电压的频率和/ 或幅度。

根据本发明的光伏设备具有逆变器，具有多个通过汇流线并联地连接到逆变器上的汇流单元，其中，在每个汇流单元上通过串线路并联地连接光伏模块的多个串，该光伏设备还具有根据本发明的探测设备。

本发明的有利的扩展方案从权利要求书、说明书和附图中得出。在说明书中所提及的特征的优点和多个特征的组合的优点仅仅是示例性的并且可以替代地或累加地生效，而不必须强制地从根据本发明的实施方式获得优点。在不由此改变从属权利要求的主题的情况下，在原始申请文件和专利的公开内容方面以下是适用的：其他特征从附图——尤其多个组成部分的所示出的相对的布置和有效连接——获知。本发明的不同实施方式的特征的组合或不同权利要求的特征的组合同样可以与权利要求的所选择的引用关系不同地实现并且以此启发。这也涉及这种在分开的标记中示出的或在说明书中所提及的特征。也可以将所述特征与不同权利要求的特征组合。在权利要求中所列举的特征可以对于本发明的其他实施方式缺失。

在权利要求书和说明书中所提及的特征在其数量方面应这样理解，使得存在恰好所述数量或比所提及的数量更多的数量，而不需要明确地使用副词“至少”。即当例如说到一个元素时，其应这样理解，存在恰好一个元素、两个元素或多个元素。所述特征可以通过其他特征补充或是唯一特征，由所述特征构成相应的方法、相应的探测设备或光伏设备。

在权利要求中包含的附图标记不示出对通过权利要求所保护的主题的范围的限制。所述附图标记仅仅用于使权利要求更容易理解的目的。

附图说明

以下根据在附图中所示出的优选实施例进一步阐述和描述本发明。

图1示意性地示出根据本发明的光伏设备，其具有根据本发明的用于光伏设备中的电弧的探测设备。

具体实施方式

在图1中示意性示出的光伏设备1中，光伏设备的很多对本领域人员来说常见的但对本发明不特别重要的细节未示出。属于此的例如有通常存在的开关和保险装置。另外，光伏设备的多次以类似的或甚至相同的形式存在的组成部分仅以“多个”表示。尤其地，光伏设备1的多重存在的元件的数量从附图中不能获知。如此，在这不能从附图中看出的情况下，在图1中所表示的多个一种元件可以相比于所表示的多个另一元件在数量上更多。

根据图1的光伏设备1具有逆变器2。多个汇流单元5通过分别一对汇流线3、4并联地连接到逆变器2上。在每个汇流单元5上通过串线路8和 9并联地连接具有连接成一排的光伏模块7的多个串6。在汇流单元5中，对应的串线路8与对应的汇流线3连接并且对应的串线路9与对应的汇流线4连接。在此，在此未示出的开关可以设置用于将串线路8、9例如成对地接入汇流线3、4。在逆变器2中，以相应的方式，各个汇流单元5的汇流线3与汇流排10连接并且汇流单元5的汇流线4与汇流排11连接。直流/交流转换器12连接到汇流排10和11上，所述直流/交流转换器将由光伏模块7生成的直流转换为交流，所述直流/交流转换器将所述交流馈入到例如交流电网13中。代替仅一个直流/交流转换器，也可以将多个直流/交流转换器并联地连接到交流汇流排10和11上，例如为馈入到交流电网13 中的三相交流电的每个相上邻接一个直流/交流转换器。汇流单元5的数量例如小于每个汇流单元5的串6的数量。但这不是必须的。所述数量也可以是一样的，或者，也可以设置比每个汇流单元5的串6更多的汇流单元5。

在图1中示例性示出的光伏设备1中，在串6与直流/交流转换器12 之间不存在直流/直流转换器。因此，在每对串线路8与9、每对汇流线3 与4以及汇流排10与11之间出现基本上相同的电压。但是，电流强度随着串6和汇流单元5的每个并联连接而增大。通过到处一样大和典型地几百至少量几千伏特的电压，到处得出在导线(Leitern)之间绝缘故障或相对于地绝缘故障的情况下在光伏设备1中出现电弧14的风险。除了上述和图1中具体示出的也称作并联电弧的电弧14，也存在导线内——例如在串线路8、9或汇流线3、4内——的(图1中未示出的)串联电弧的风险。借助至少一个电传感器探测每对串线路8和9的区域内的所有电弧14，也就是说并联电弧和串联电弧，在此设置用于每个串6的串线路8和9的电流传感器15和电压传感器16。然而，对于多对选择性的(且在图1中未示出的)预汇流线——多个串6分别连接到所述预汇流线上并且所述预汇流线并联地连接到汇流线3、4上——中的每对，一个电流传感器15和/或一个电压传感器16也足够，或者，甚至对于每个汇流单元5的汇流线3、4，一个电流传感器15和/或一个电压传感器16也足够。在每种情况下，所有电流传感器15和电压传感器15布置在相应的汇流单元5中的终端电容31 的朝向串的一侧，所述终端电容通过在汇流线4与5之间连接的电容器构造并且所述终端电容在串6和串线路8和9的区域内为电弧14提供低阻抗。电流传感器15和电压传感器16可以给其所检测的电参量测量值配备时间戳，所述时间戳说明检测到了各个测量值的时刻。

在出现电弧14的情况下，导致串线路8与9之间的电流和电压的显著的跳变和/或导致电流或电压的高频振动，以相应的电流传感器15或电压传感器16检测所述高频振动。在分析装置17中在电弧14的迹象存在方面分析电传感器的必要时配备时间戳的测量值18和19。当所述迹象满足预给定的判据时，由分析装置17输出电弧信号20。所述电弧信号20引发用于去除电弧的措施和/或向光伏设备1的操作人员给出警告提示。

然而，以电传感器和分析装置17，不能可靠地探测汇流线3和4的和汇流排10和11的处在终端电容31后面的区域中的电弧14。在此，尽管可以原则上测量电参量，以便探测可能出现的电弧14。但这由于在此越来越大的电流强度而开销越来越高，因为在电参量测量值的情况下的电弧存在迹象在此被相对更高的直流电平叠加。此外，汇流线3、4的有时高的线路电感很强地削弱由电弧出发的高频电信号。因此，为了探测可能出现的电弧14，固体声传感器21和22设置在汇流线3和4上并且固体声传感器23 和24设置在汇流排10和11上。固体声传感器21至24作为根据本发明的声学传感器的特别的实施方式，在图1中示出的实施方式中都布置在逆变器2中。然而，至少固体声传感器21和22可以有利地也布置在汇流单元5 中，因为在那里与逆变器2内部相比由于更少的干扰噪声通常更安静。固体声传感器21至24可以给由其检测的声学参量测量值配备时间戳，所述时间戳说明检测到了各个测量值的时刻。

固体声传感器21和22直接检测汇流线3和4的固体声振动并且输出关于所述固体声振动的频率和幅度的测量值25和26，所述测量值必要时配备有时间戳。固体声传感器23和24检测汇流排10和11的固体声振动并且因此也间接检测汇流线3和4的固体声振动并且输出测量值27和28，所述测量值示出汇流排10和11的固体声振动的频率和幅度。由分析装置29 分析测量值25至28，当电弧14的迹象满足预给定的判据时，所述分析装置输出电弧信号30。因此，用于光伏设备1中的电弧的探测设备包括电传感器——例如电流传感器15和电压传感器16——和各个汇流单元5中的分析装置17以及固体声传感器21至24和分析装置29。在图1中示出的实施方式中，固体声传感器21至24和分析装置29处在逆变器2中。然而在原理上，固体声传感器21至24的以及分析装置17和29的所示出的空间配属仅是示例性的并且不应局限地理解。例如，用于汇流线3、4的固体声传感器21、22中的个别的或所有的都可以布置在相应的汇流单元5中。在图 1中所示出的实施方式中，不仅仅根据其位置，而且根据参量——传感器针对所述参量检测测量值——区分各个传感器。

当仅涉及汇流线3与4之间的电弧14并且可以排除各个汇流线3和4 相对于地的电弧以及汇流线3、4和汇流排10、11内的串联电弧时，在固体声传感器21至24中仅须设置固体声传感器23和24中的一个，并且仅固体声传感器21或固体声传感器22就足够了。然而当应该也探测相对于地的电弧以及汇流线3、4内的和汇流排10、11内的(串联)电弧时，必须至少在两个汇流排10、11上或在所有连接到所述汇流排上的汇流线3、4 上设置固体声传感器23、24。

表明有利的是，固体声传感器21至24由于其与电参量无关的测量原理而可以对于完全不同规格的逆变器2一致地构造。换句话说，将固体声传感器设计用于为更高功率所设计的逆变器2与将固体声传感器设计用于为更低功率所设计的逆变器相比没有不同。另外表明：由固体声传感器21 至24提供的测量值25至28适合于既安全地探测串联电弧又安全地探测并联电弧14，并且这也适合于在非常长的汇流线3和4的情况下检测电弧。因此，以其整体来说，用于根据图1的光伏设备1的电弧14的探测设备适合于在光伏设备1的任意部位上安全地探测出现的电弧14。在此，分析装置17和29也可以联合或合作，以便既通过电传感器——例如电流传感器 15和电压传感器16——的测量值18和19中的迹象又通过固体声传感器21 至24的测量值25至28中的迹象识别电弧14。在这种情况中，通过在分析装置17与29之间或汇流单元5与逆变器2之间的未进一步示出的通信装置——例如通过无线电——传输电参量测量值18、19，声学参量测量值25 至28和/或电弧信号20、30。

根据图1，以光伏设备1为阐述了光伏设备例中的用于电弧的本发明的探测装置，所述光伏设备在串6与直流/交流转换器12之间不具有直流/直流转换器，并且因此在所述光伏设备中在每对串线路8与9、每对汇流线3 与4以及汇流排10与11之间出现原则上一样的电压。然而，根据本发明的探测设备以及根据本发明的方法不限于这种光伏设备，而是也可以在这样的光伏设备中使用：所述光伏设备在串6与直流/交流转换器12之间具有一个或多个直流/直流转换器。在所述光伏设备中，在串线路8与9、汇流线3与4或汇流单元10与11之间自然可以存在不同的电压。

附图标记列表

1 光伏设备

2 逆变器

3 汇流线

4 汇流线

5 汇流单元

6 串

7 光伏模块

8 串线路

9 串线路

10 汇流排

11 汇流排

12 直流/交流转换器

13 交流电网

14 电弧

15 电流传感器

16 电压传感器

17 分析装置

18 测量值

19 测量值

20 电弧信号

21 固体声传感器

22 固体声传感器

23 固体声传感器

24 固体声传感器

25 测量值

26 测量值

27 测量值

28 测量值

29 分析装置

30 电弧信号

31 终端电容

Claims (15)

1.一种用于探测光伏设备(1)中的电弧(14)的方法，所述光伏设备具有逆变器(2)且具有多个通过汇流线(3，4)并联地连接到所述逆变器(2)上的汇流单元(5)，其中，在每个汇流单元(5)上通过串线路(8，9)并联地连接光伏模块(7)的多个串(6)，

其中，所述方法具有：

-在每个串(6)的串线路(8，9)中的至少一个上和/或

-在每对预汇流线中的至少一个预汇流线上，其中，在所述每对预汇流线上并联地连接多个串(6)，和/或

-在所述汇流单元(5)中的每个汇流单元(5)的汇流线(3，4)中的至少一个上

检测电参量测量值(18，19)；

在存在所述光伏设备(1)中的电弧(14)的迹象方面分析所述电参量测量值(18，19)；

当所述电弧(14)的存在迹象满足预给定的判据时，生成电弧信号(20)，所述电弧信号表明所述光伏设备(1)中存在电弧(14)，

其特征在于，所述方法还具有：

-在每个汇流单元(5)的至少一个汇流线(3，4)上和/或

-在配属给所述逆变器(2)的至少一个汇流排(10，11)上，其中，每个汇流单元(5)的一个汇流线(3，4)连接到所述汇流排上，

检测声学参量测量值(25至28)；

在存在所述光伏设备(1)中的电弧(14)的迹象方面分析所述声学参量测量值(25至28)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述声学参量包括对应的汇流线(3，4)的或汇流排(10，11)的固体声振动的频率和/或幅度。

3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电参量测量值(18，19)在所述汇流单元(5)中被检测的所述电参量包括：

通过对应的串线路(8，9)或预汇流线或汇流线(3，4)的电流的频率和/或幅度和/或

所述对应的串线路(8，9)或预汇流线或汇流线(3，4)之间的电压的频率和/或幅度和/或

所述对应的串线路(8，9)、预汇流线或汇流线(3，4)中的一个与地之间的电压的频率和/或幅度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在一在所述串线路(8，9)之间起作用的终端电容(31)的朝向所述串(6)的一侧检测所述电参量测量值。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，给所述电参量测量值(18，19)和/或所述声学参量测量值(25至28)配备时间戳，所述时间戳说明检测所述电参量测量值的和/或所述声学参量测量值的时刻。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述预给定的判据包括在所述电参量测量值(18，19)情况下和所述声学参量测量值(25至28)情况下的所述电弧(14)的迹象的组合。

7.一种用于光伏设备(1)中的电弧(14)的探测设备，所述探测设备具有逆变器(2)且具有多个通过汇流线(3，4)并联地连接到所述逆变器(2)上的汇流单元(5)，其中，在每个汇流单元(5)上通过串线路(8，9)并联地连接光伏模块(7)的多个串(6)，

其中，所述探测设备具有：

每个汇流单元(5)中的至少一个电传感器，所述电传感器

-在每个串(6)的所述串线路(8，9)中的至少一个上和/或

-在每对预汇流线中的至少一个预汇流线上，其中，在所述每对预汇流线上并联地连接多个串(6)，和/或

-在每个汇流单元(5)的所述汇流线(3，4)中的至少一个上

检测电参量测量值(18，19)；

至少一个分析装置(17)，至少所有在汇流单元(5)中存在的电传感器连接到所述分析装置上，并且所述分析装置构造用于，在存在所述光学设备(1)中的电弧(14)的迹象方面分析所述电参量测量值(18，19)并且当所述电弧(14)的所述存在迹象满足预给定的判据时生成电弧信号(20)，所述电弧信号表明所述光伏设备(1)中存在电弧(14)，

其特征在于，

所述探测设备还具有至少一个声学传感器，所述声学传感器

-在每个汇流单元(5)的至少一个汇流线(3，4)上和/或

-在配属给所述逆变器(2)的至少一个汇流排(10，11)上，其中，每个汇流单元(5)的一个汇流线(3，4)连接到所述汇流排上，

检测声学参量测量值(25至28)，

其中，所述至少一个声学传感器连接到另一分析装置(29)上，其中，所述另一分析装置(29)构造用于在存在所述光伏设备(1)中的电弧(14)的迹象方面分析所述声学参量测量值(25至28)并且当所述电弧(14)的存在迹象满足预给定的判据时生成电弧信号(30)，所述电弧信号表明所述光伏设备(1)中存在电弧(14)。

8.一种用于光伏设备(1)中的电弧(14)的探测设备，所述探测设备具有逆变器(2)且具有多个通过汇流线(3，4)并联地连接到所述逆变器(2)上的汇流单元(5)，其中，在每个汇流单元(5)上通过串线路(8，9)并联地连接光伏模块(7)的多个串(6)，

其中，所述探测设备具有：

每个汇流单元(5)中的至少一个电传感器，所述电传感器

-在每个串(6)的所述串线路(8，9)中的至少一个上和/或

-在每对预汇流线中的至少一个预汇流线上，其中，在所述每对预汇流线上并联地连接多个串(6)，和/或

-在每个汇流单元(5)的汇流线(3，4)中的至少一个上

检测电参量测量值(18，19)；

分析装置(17)，所有电传感器连接到所述分析装置上，并且所述分析装置构造用于，在存在所述光伏设备(1)中的电弧(14)的迹象方面分析所述电参量测量值(18，19)并且当所述电弧(14)的存在迹象满足预给定的判据时生成电弧信号(20)，所述电弧信号表明所述光伏设备(1)中存在电弧(14)，

其特征在于，

所述探测设备还具有至少一个声学传感器，所述声学传感器

-在每个汇流单元(5)的至少一汇流线(3，4)上和/或

-在配属给所述逆变器(2)的至少一个汇流排(10，11)上，其中，每个汇流单元(5)的一个汇流线(3，4)连接到所述汇流排上

检测声学参量测量值(25至28)，

其中，所述声学传感器连接到所述分析装置(17)上，其中，所述分析装置(17)构造用于，在存在所述光伏设备(1)中的电弧(14)的迹象方面也分析所述声学参量测量值(25至28)。

9.根据权利要求8所述的探测设备，其特征在于，所述分析装置(17)构造用于，当所述电弧(14)的存在迹象满足预给定的判据时，生成所述电弧信号(20)，所述预给定的判据包括在所述电参量测量值(18，19)情况下和所述声学参量测量值(25至28)情况下的所述电弧(14)的迹象的组合。

10.根据权利要求9所述的探测设备，其特征在于，所述至少一个电传感器给所述电参量测量值(18，19)配备时间戳和/或所述至少一个声学传感器给所述声学参量测量值(25至28)配备时间戳，所述时间戳说明检测所述电参量测量值或所述声学参量测量值的时刻。

11.根据权利要求10所述的探测设备，其特征在于，所述分析装置(17)在组合所述电弧(14)的迹象时考虑所述电参量测量值(18，19)的和/或所述声学参量测量值(25至28)的时间戳。

12.根据权利要求7或8所述的探测设备，其特征在于，所述至少一个声学传感器是固体声传感器(21至24)和/或麦克风，借助所述声学传感器检测对应的汇流线(3，4)或汇流排(10，11)的固体声振动的频率和/或幅度。

13.根据权利要求7或8所述的探测设备，其特征在于，所述至少一个电传感器包括电流传感器(15)，所述电流传感器检测通过对应的串线路(8，9)或预汇流线或汇流线(3，4)的电流的频率和/或幅度，和/或，所述至少一个电传感器包括电压传感器(16)，所述电压传感器检测

所述对应的串线路(8，9)或预汇流线或汇流线(3，4)之间的电压的频率和/或幅度和/或

所述对应的串线路(8，9)或预汇流线或汇流线(3，4)中的一个与地之间的电压的频率和/或幅度。

14.根据权利要求7或8所述的探测设备，其特征在于，每个汇流单元(5)具有一在所述串线路(8，9)之间起作用的终端电容(31)，并且所述至少一个电传感器在所述终端电容(31)的朝向所述串(6)的一侧检测所述电参量测量值。

15.一种光伏设备(1)，其具有逆变器(2)，具有多个通过汇流线(3，4)并联地连接到所述逆变器(2)上的汇流单元(5)，并且具有根据权利要求7至14中任一项所述的探测设备，其中，在每个汇流单元(5)上通过串线路(8，9)并联地连接光伏模块(7)的多个串(6)。