CN107037302A - 故障检测系统和电路 - Google Patents

Abstract

一种故障检测系统和电路。公开了一种用于改善电力系统的安全性的设备、系统和方法。例如，可通过暂时启用对流过一个或多个导体的电流进行采样来利用至少一个传感器检测差动电流。此外，可暂时改变电流流动，以便采样系统中的电流。测量可本地和/或远程地处理，并且可采取适当的措施来增强系统的整体安全性。

Description

故障检测系统和电路

相关专利申请的交叉引用

本申请要求提交于2015年10月14日的标题为“Fault Detection System andCircuits(故障检测系统和电路)”的美国临时专利申请No.62/241,417的优先权。本段中所列出的专利和专利申请据此全文以引用方式并入。

背景技术

也可称为接地故障检测器断路器(GFDI)的电流设备诸如残余电流检测器(RCD)可不同地配置。在某些实施例中，电流设备可以是可用于通过检测状况和/或在检测到电路中的异常状况诸如泄漏(残余)电流时断开该电路来针对某些电气状况提供保护的电气安全设备。RCD可包括任意数量的部件和功能，但常常包括测量两条或多条线之间的差动电流的差动电流感测设备。如果这些线正在承载直流电流(DC)，则一条线可为通电(即“带电”)线，一条线可为回流线。在某些RCD中，能够检测是否有某个电流可能正从电路“泄漏”出，这可能是潜在安全隐患的指示。

常规RCD通常大且昂贵，并且一些使用笨重的互感器。常规地，电流越大，RCD就越大且越贵。此外，常规RCD不能在高电流应用中充分地检测DC泄漏电流并提供保护。例如在互感器中，在次级绕组中感应的电流通常与差动芯磁通成比例，而差动芯磁通对于DC电流可能为恒定的。

需要一种低成本的RCD，其既能够检测交流(AC)差动电流又能够检测直流(DC)差动电流，即使对于大电流也能够有成本效率地运行，能够快速运行以提高安全性，并能提供简单可靠的机制来提高整体安全性。在光伏(PV)系统中对差动DC电流检测的需求尤其强烈，光伏系统常常有以下特征：高DC电流、裸露的环境、住宅客户以及可能缺乏经验的用户。

发明内容

以下是为了进行示意性说明的目的对一些发明构思进行的简要概述，其并非意图限制或约束本发明和具体实施方式部分中的实例。本领域的技术人员根据具体实施方式部分将想到其他新颖的组合和特征。

本文的实施例可使用具有专门电流引导系统的RCD，所述专门电流引导系统使低成本的RCD能够检测AC和DC电流二者。

在示例性的RCD中，电路(例如切换电路)可用于降低成本以及提高系统可靠性。例如，如果需要确定两条线之间的差动电流，则一示例性电流引导系统可生成高频电流分量，该高频电流分量可被适当的电路部件诸如传感器检测到。在一些实施例中，能够检测高频电流的电流互感器的成本可显著低于用于检测低频电流的电流互感器的成本。在一些实施例中，RCD可包括合适的电路(例如开关，诸如MOSFET开关)。这些电路可在操作中不同地配置。在其中电路包括开关的示例性实施例中，所述开关可被切换，使得它们交错操作，从而开关(例如MOSFET开关)的接通和关断可以合适的频率(例如以比电网频率高的频率)进行并且可利用合适的定时来定时(例如，可暂时允许电流流过合适的电路诸如电流互感器的初级绕组和/或次级绕组)。在一些实施例中，可允许电流流过电流互感器，但电流感测可被启用一预先确定的时间段(例如一个短的时间，诸如短于0.5秒、或短于0.1秒、或甚至短于0.001秒)。在一个优选的实施例中，电流感测可被启用甚至更短的时间，例如10μ秒(即0.000001秒)。

在示例性RCD中，对于传感器测量的使用存在若干选项。在一些实施例中，在检测到差动电流时，安全继电器可断开，从而切断带电线。在其它实施例中，用户界面可被更新以反映当前操作状态。在一些实施例中，数据可被传输给计算系统，数据在那里被收集和处理以供进一步分析。

示例性RCD可应用于各种电气系统。例如，其可用于检测住宅、商用或高压AC系统中的差动电流。其也可用于检测DC系统诸如光伏系统或其他生成或消耗DC电力的系统中的差动电流。

在仍另外的实施例中，由于根据本文实施例的RCD的成本和尺寸可降低并且可靠性可提高，并且由于RCD可检测AC和DC两种泄漏电流和/或残余，所以多个RCD可分布遍及整个系统和/或嵌入在各种部件诸如优化器、逆变器、微型逆变器、太阳能面板、开关、AC电源盒、DC电源盒、汇流条和保险丝中，使得泄漏电流和其他潜在故障状况可在故障发生时被隔离、定位和检测，和/或被报告并进一步重新配置以使得系统能够出现可容许的性能下降，同时仍然允许实现高的安全等级。例如，如果检测到太阳能面板中的DC泄漏电流，则可将该太阳能面板关停和/或与系统的其余部分隔离，而系统的其余部分保持在运行等级。可向屋主和太阳能面板安装方报告回错误以用于纠正措施，和/或系统自身可实时地纠正问题，从而提高通常操作的整体安全性。

如上所述，发明内容部分仅仅是本文所述的一些特征的概述。其并非是穷举性的，并且并不作为对权利要求书的限制。

附图说明

从而提高通常操作的整体安全性。

参考下面的描述、权利要求书和附图将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点。附图以举例的方式图解本公开，但本公开并不受附图的限制。通过结合附图参阅以下描述可获得对本公开及其优点的更完整的理解，在附图中类似的附图标记指示类似的特征，并且：

图1、2A–2B是示例性实施例的部分示意图部分框图。

图2C是适用于本文所示和所述的实施例的示例性流程图。

图3是根据某些实施例的一些方面的示例性波形的屏幕截图。

图4A、4B和5–7是示例性实施例的部分示意图部分框图。

图8是包括本文所述实施例的一种集成电路的部分示意图部分框图。

图9和12是另一示例性实施例的部分示意图部分框图。

图10是具有多个部件的一种系统的部分示意图部分框图，这些部件中的一个或多个可包括本文所述的实施例。

图11示出用于与本文所述的实施例一起使用的一种示例性用户界面。

具体实施方式

在以下对各个例示性实施例的描述中参考附图，附图构成描述的一部分，并且在附图中以图解的方式示出本公开的方面可在其中实施的多个实施例。应当理解，可使用其他实施例，并且可进行结构和功能修改，而不脱离本公开的范围。参考图1，被保护元件2可被不同地配置。在一个实施例中，被保护元件2可包括残余电流设备1。残余电流设备1本身可被不同地配置。例如，残余电流设备1可包括分流器电路和/或切断器5和/或一个或多个传感器6(例如电流传感器)。残余电流设备1可包括、充当、或被称为接地故障检测器断路器(GFDI)。分流器电路和/或切断器5可被配置为一个或多个开关(例如MOSFET开关，和/或可耦接到一个或多个切断器也可不耦接到一个或多个切断器的一个或多个分流器)。分流器电路和/或切断器5可经由导体20和导体30在输入侧60上接收AC、DC或三相电流4。分流器电路和/或切断器5可经由导体21和导体31在输出侧50上输出AC、DC或三相电流40。根据本文多个实施例的多个残余电流设备1的实例在图2A、2B、2C、4–9、和12中示出。被保护元件2可任选地包括其他设备，诸如一个或多个光伏电池/阵列70、一个或多个逆变器16(例如微型逆变器)、一个或多个优化器17、一个或多个故障电路7(例如故障检测/故障指示器)、一个或多个故障报告电路8、和/或一个或多个控制器18。控制器18可被不同地配置。控制器可以是硬件、逻辑电路、处理器(例如微处理器、信号处理器、和/或微控制器)，并且/或者可经由软件实现。控制器可包括用于与传感器6对接和/或用于对被保护元件2中的多个导体和/或其他设备诸如PV电池/阵列、逆变器16和/或优化器17进行直接测量的一个或多个端口上的A/D转换器。控制器18也可以一个或多个专用集成电路(ASIC)的形式实现，并且也可包括集成到ASIC中的传感器6。控制器18还可与其他系统、电路、部件或设备诸如逆变器16、优化器17、故障电路7、故障报告电路8和/或切断器交互或协作。所述一个或多个控制器18和/或故障报告电路8可耦接到任意数量的其他设备和/或系统，诸如能量系统9(例如多个分立和/或互连设备，诸如切断器、PV电池/阵列、逆变器、微型逆变器、优化器、其他残余电流设备、计量器、断电器、AC干线、接线盒、相机等)、网络/内联网/互联网10、计算设备11、智能电话设备12、平板设备13、相机19、可包括数据库15a的一个或多个服务器14和/或工作站15。控制器18可被配置用于控制被保护元件2内的部件的操作和/或用于控制与耦接到被保护元件2的其他元件的交互。

再次参见图1，残余电流设备1可被不同地配置，以包括用于感测多个参数诸如电流和/或电压的任何合适的电路。例如，所述电路可感测稳态和/或瞬态电流和/或电压。如果传感器6是电流传感器，则所述电流传感器可被不同地配置以检测AC和/或DC(例如单相和/或多相)电流并生成所感测电流的模拟和/或数字指示。传感器6可被不同地配置并且可任选地包括多个多计量传感器，所述多计量传感器包括AC和/或DC电压测量、AC和/或DC电流、电容(例如寄生电容)测量、AC和/或DC电流和/或电压瞬态测量、和/或电阻测量。如果传感器6包括电流传感器，则所述电流传感器可以是感应式电流传感器、霍尔效应电流传感器、耦接到运算放大器电流传感器的电阻元件、跨电压传感器耦接的电阻元件、磁阻电流传感器、例如具有初级绕组和/或次级绕组的电流互感器、和/或测量元件诸如电阻器/电压传感器、罗氏线圈电流传感器、光纤电流传感器等。传感器6可由控制器18控制和/或利用控制器18进行采样。例如，控制器18可包括微控制器、微处理器、状态机、ASIC和/或数字信号处理器。在一种示例性算法或具体实施中，控制器18可操作分流器电路和/或切断器5来采样AC和/或DC电流、电压和/或电阻。控制器可启动并配置传感器和分流器和/或切断器来采样多个电气值，然后确定被保护元件2中存在的可能状况。用于操作这些电路的示例性算法在本文的多个位置处更详细地介绍，例如参见下文参考图2C，其适用于例如图2A、2B和4-9所示的电路。例如，通过控制分流器和/或切断器电路5内的多个电流分流电路(例如包括开关的电路)，控制器18可控制多个电流流动之间的重叠周期，可控制和/或隔离多种状况诸如某些线和/或部件(例如PV电池、逆变器、微型逆变器、优化器、单相或多相交流(AC)导体、DC输入线导体、DC输出线导体、DC输入回路导体、和DC输出回路导体)上的电流流动和/或电压。这些状况可利用由控制器18本地地和/或由一个或多个远程部件(例如能量系统9、计算机11、服务器14、智能电话12、和/或平板电脑13)进行的信号处理分析(例如参见图2C和图3)和判断/告警来捕捉。所述判断可根据被保护元件2的所测得状况来细化纠正措施和/或报告状况。导体20、21和导体30、31可构成传感器的一部分，也可不构成传感器的一部分。例如在某些实施例中，导体20和/或导体21和/或导体30和/或导体31自身可充当电流传感器的一部分，例如作为互感器的初级绕组和/或次级绕组。其他传感器可包括电阻传感器、寄生电容传感器、和/或电压传感器。这些传感器可被不同地使用，诸如在故障分类、故障检测、故障预测和/或故障定位中使用。它们也可被配置用于检测例如只在某些状况诸如某些天气和/或温度条件期间发生的瞬态故障。

被保护元件2可耦接到外部设备、电路和/或网络。例如在某些实施例中，被保护元件2可耦接到有线和/或无线网络/互联网/内联网10、和/或任意数量的最终用户设备诸如计算机11、智能电话12、平板电脑13和/或其他设备诸如可位于网络运行中心和/或发电监测中心的服务器14。这些设备可用于生成危险状况的警报、确定危险状况何时可能出现、检测危险状况的类型、检测当前或即将发生的电路故障和/或采取措施来降级或关断能量系统9的某些部分。这些警报可以是听觉的和/或视觉的。它们例如可以是哔哔声、乐音、汽笛声、LED和/或高流明LED。它们可位于家中、房顶上和/或能量系统9中。例如，警报可以是中控的，诸如在服务器14中，和/或被发布到最终用户设备(例如计算机11、智能电话12和/或平板电脑13)。警报可在耦接、附接和/或嵌入到能量系统9的多个部件(诸如切断器、PV电池/阵列、逆变器、微型逆变器、优化器、残余电流设备、计量器、断电器、电力干线、和/或接线盒)的显示器上显示。报警可不同地耦接到用户的/安装方的蜂窝电话和/或其他个人设备，以在用户和/或安装方接近处于危险状况的电路时向其提供警示。警报可耦接到GPS坐标和/或响应于设备(例如智能电话12和/或平板电脑13)在危险状况附近位置中移动而生成。传感器6的读数可本地分析和/或被发送给另一设备进行进一步分析、存储和查看。数据库15A可用于通过分析传感器数据、了解故障类型，并通过人工智能算法定位故障的最可能位置和故障的最可能模式(例如PV面板的短路)来了解系统特性和/或与系统相关联的实际/潜在故障。可随着时间推移来分析传感器读数，以确定可能影响整体安全性的状况改变，诸如线上逐渐劣化的绝缘，和/或指示可能感兴趣的其他状况，诸如泄漏电流增大。例如，可利用服务器14和/或数据库15a存储和分析读数。这可包括指示系统安全状态的读数(例如零读数)和指示系统潜在不安全状态的读数(例如非零读数)。例如，可询问残余电流设备1中每一者以确定在线丝级、在优化器/模块级、和/或在单个部件级(诸如功率优化器、微型逆变器和/或PV电池/阵列级)是否存在故障和/或潜在故障状况。残余电流设备1还可被配置为允许检查部件之间的线路和总线网络。残余电流设备1可被配置为检测接地故障、电容性放电和其他状况诸如AC和/或DC线缆、线丝、组合器盒和/或布线对各种设备诸如逆变器16、优化器17和/或PV电池/阵列70的电阻。一个或多个开关和/或切断器可用于当沿着线和/或在多个部件(诸如线/导体和地电势)之间以及在不同导体之间进行电阻测量时隔离一个或多个线和/或导体。例如，如果线和/或其他部件与地电势之间的电阻低于某个预定值，则可认为该线和/或部件发生故障。如果残余电流设备是分布式的，则它们可充当主要故障检测和定位设备，从而使整个系统对用户和/或安装方更加友好，并且更重要的是，使整个设备对于托管能量系统9的实体更安全。

残余电流设备1可以能被配置为是内部的和/或外部的、类型A的和/或类型B的。例如，残余电流设备1可基于当地电气规范被配置为是内部的、外部的、类型A的或者类型B的。如果残余电流设备1是可配置的，则安装方可基于配置参数来配置该设备以符合设备安装地的当地电气规范。例如，实施例可改变跳闸电流阈值，可为泄漏快速变化和泄漏缓慢变化设置不同的阈值，可为单相和多相设置不同阈值，确定复位特性(手动和/或自动)，可设置优先中断来在间歇性故障消失之前对该故障进行故障诊断(例如在天气情况下)，和/或可配置如何处理电流浪涌。例如，跳闸电流阈值可被设置为低到1mA或5mA、或30mA，或者可被设置为高到100mA或500mA，具体取决于安装方所设定的风险等级和/或潜在的危险状况。如果实施例包括安装方重新配置跳闸阈值，则可响应于虚假警报而提高跳闸阈值，或者在对风险的容忍度降低的情况下降低跳闸阈值。在一个优选的实施例中，该阈值可被设置到被设计用于防止人类触电危险的水平，例如30mA。在另一个实施例中，该阈值可被设置到被设计用于防止火灾的水平，例如几百mA。如果实施例经由分流器电路和/或切断器6诸如开关对电流进行采样，则设备可在成本方面显著降低和/或被一体集成。这允许设备能够容易地由操作者利用任何合适的配置设备诸如具有合适安装方应用程序的智能电话12来进行配置。

参见图2A，残余电流设备1可被不同地配置和布置。例如，在某些实施例中，残余电流设备1可被放置为使得其测量导体20与导体30之间的差动电流。在这些实施例中，传感器处的各种电流测量结果可本地和/或远程地使用。例如，测量结果可经由控制器18传输给一个或多个其他设备，诸如能量系统9、网络/互联网/内联网10中的设备，和/或最终用户设备诸如计算机11、智能电话12、平板电脑13和/或服务器14。在该实施例中，可选的安全继电器110c可串联连接在导体20和导体21之间以及导体30和导体31之间。在具体实施时，安全继电器110c可本地地经由控制器18，和/或远程地由位于能量系统9中其他位置和/或连接到网络/互联网/内联网10的控制器诸如服务器14和/或智能电话12来不同地控制。安全继电器可在故障和/或检测到其他异常状况的情况下断开。控制器18可不同地配置，但在一些实施例中可经由直接链路或无线连接向例如安全继电器110c发布命令并且可响应于某种状况(例如传感器6感测到非零的差动电流)而激活继电器110c(例如使其断开)。在一些实施例中，传感器6与控制器18之间、以及控制器18与安全继电器110c之间的通信可通过线来执行。在另选的实施例中，通信介质可以是无线的、光纤缆线和/或其他合适的通信机制。通信可包括命令、状态信息、或者命令和状态信息。可为用户和/或系统操作方给予用于应对各种状况的多个选项。可发起服务呼叫，和/或可将系统置于安全模式直到服务呼叫。另外，消息诸如电子邮件、SMS消息、Snapchat^TM、提示、和/或其他消息可被发送给多个实体，诸如服务人员、家居安防系统、安装方、安全人员、电力公司雇员、屋主、电视、和/或其他家庭成员，以警告异常状况和/或提供一个或多个建议的动作。

参见图2A，残余电流设备1的一个实施例可包括分流器电路和/或切断器电路5和传感器6。在该实例中，分流器和/或切断器电路5可被配置为包括例如由可使导体20和21以及导体30和31能够对传感器6进行旁路的四个开关(例如MOSFET)110a、110b、111a、和111b实现的分流器。在该实施例中，导体20可耦接到两个导体路径117a和117b，其中117b可行进通过传感器6并且可包括采样开关111a。路径117a和117b可在传感器的另一侧耦接到导体21。导体31可耦接到两个分开的路径116a和116b，其中116b可行进通过传感器6并且可包括采样开关111b。路径116a和116b可在传感器的第一侧耦接到导体30。旁路开关110a可以是路径117a的一部分，旁路开关110b可以是路径116a的一部分。控制器18可经由一个或多个通信路径112b对旁路和采样开关110a、111a、110b、和111b进行开关。传感器6可经由通信路径112a向控制器18传输各种所感测信息，诸如电流测量、电压测量、电阻测量、电容性放电测量和/或其他测量参数。在一另选实施例中，控制器18可以不处理所采样数据。在这个另选实施例中，数据可被传输给能量系统9中的其他设备，传输给计算机设备11、智能电话12、平板电脑13、服务器14和/或其他网络/互联网/内联网10。在一个实施方案中，所传输的数据可包括设备标识符，例如与残余电流设备1和/或包括残余电流设备1的电气设备(例如太阳能逆变器)相关联的标识名称、数或标签。

以下介绍图2A所示实施例的分流器电路和/或切断器5的一个示例性操作。旁路开关110a和110b可被切换机构和/或设备(例如控制器18)保持为“常接通”，采样开关111a和111b可被同一切换机构和/或设备(例如控制器18)和/或经由另一切换机构和/或设备保持为“常关断”。在该实例中，可通过利用MOSFET晶体管实施这些开关中的全部或一部分、并对旁路开关110a和110b和采样开关111a和111b的栅极端施加互补信号来实现所述切换。在其它实施例中，可使用其他开关，和/或可使用其他电流采样技术和/或分流技术。在该实施例中，通过限制开-关切换的持续时间和/或循环时间，可限制或减小被引导通过传感器的电流、峰电流和/或平均电流。限制或减小被引导通过传感器的电流可降低残余电流设备1的成本、尺寸、采样过程所消耗的功率、和/或复杂性，从而允许更准确和/或更低成本的测量，和/或能够将残余电流设备1分布遍及整个系统。在这个示例性模式中，电流可经由利用导体路径116b(其可包括采样开关111b)的采样电路流过传感器，并且可流过导体路径117b(其可包括开关111a)。

现在参见图2B，其示出处于以下状态中的一种可能的残余电流设备1：采样开关111a和111b接通，旁路开关110a和110b关断。在这种状态下，残余电流设备1可以是起作用的，并且可向控制器18和/或其他设备(诸如能量系统9中、网络/互联网/内联网10上的任何设备和/或耦接到其的设备)传输从传感器6所感测的信息诸如电流采样。参见图2B，在另一模式诸如旁路模式中，导体路径116b和117b以及采样开关111a和111b可经由包括导体117a和开关110a的导体路径以及通过包括导体116a和开关110b的导体路径被旁路。在旁路操作期间，传感器可以是起作用的，也可以是不起作用的。例如，根据所期望的读数的类型，传感器6在旁路操作期间可以是起作用的或被激活，也可以是不起作用的或不被激活。

通过改变采样事件之间的占空比以及采样的持续时间，可实现多种有利结果。例如，可改善残余电流设备的成本、尺寸和效率。对于短的暂时的时间段(例如1ms或0.1ms或甚0.01ms的周期中的10μs或1μs)，到旁路和采样开关的信号可反向，这可导致电流流过路径116b和117b、流过开关111a和111b、以及流过传感器6。如果导体117b和116b之间存在差动电流，则这可使传感器6采样可能包含高频谐波的电流信号(例如方波电流信号)，占空比可例如为1％或10％或更低，频率例如为120Hz、500Hz、1kHz或10kHz。如上所述，这个示例性频率(与例如为50Hz或60Hz的电网频率相比)可降低所需传感器的成本。此外，示例性占空比(例如低占空比)例如在电阻器是传感器6具体实施的一部分时可对于传感器6提供低的功率耗散，这就能显著地提高残余电流设备1的整体效率。

在另一个实施例中，采样开关111a和111b可在旁路开关110a和110b被关断之前以多种定时关系被接通(即先合后断)。先合后断是指具有两个开关的电路并且第二开关在第一开关断开之前闭合。这允许电路在整个开关过程中保持完整。通过改变接通和关断之间的保护带和/或通过允许增大采样开关111a和111b与旁路开关110a和110b的接通和关断之间的重叠量，可实现多种有利结果。例如，通过在关断旁路开管110a和110b之前不久接通采样开关111a和111b，可降低与切换设备(例如MOSFET)的控制信号定时同步相关的灵敏度。在这种情况下，在所有开关接通的时间段期间的电流采样可被适当分析，诸如被忽略和/或作为瞬态采样来处理。在一些具体实施中，所述定时可具有保护带、基本上同时切换和/或在一个或多个导体上的重叠切换。改变定时就可允许传感器6甚至在瞬态切换事件期间进行其它测量，以提供关于任何失效和/或潜在失效状况的本质的附加信息。

现在参见图2C，其示出控制器18与被保护元件2的其他部分(诸如残余电流设备1)、与能量系统9的其他方面、和/或与网络/互联网/内联网10和/或耦接到其的设备(诸如智能电话12、平板电脑13、计算机11、工作站15和/或服务器14)进行交互的一种方法或算法的一个实例。例如，图2C示出用于处理故障状况和/或被保护元件2的切断的一种算法的一个实例。在该实施例中，该算法开始于步骤100。在一种具体实施中，在步骤100，旁路开关100a和110b和/或传感器开关111a和111b和/或安全继电器110c断开。

在步骤101，网络/互联网/内联网10可用于将命令中继给控制器18以便激活被保护元件2。例如，连接到网络10的设备(诸如智能电话12、平板电脑13、计算机11、工作站15和/或服务器14)可经由网络10向控制器传输命令。在步骤101，可在控制器18中(例如在非易失性存储器位置中)设置被保护元件激活值，以指示已经接收到激活命令。在该实施例中，在激活命令曾经已经被接收时和/或直到事件(例如故障事件)使被保护元件切断(例如由于本地和/或远程命令和/或故障事件而断开一个或多个开关)并(例如在非易失性存储器位置中)重置对应于切断被保护元件的被保护元件激活值，方法从步骤101前进到步骤103。步骤102描述了没有用于激活被保护元件2的命令的情况，因此在该实施例中，旁路开关110a和110b以及传感器开关111a和111b保持断开。可在多种状况下(诸如在检测到来自网络/互联网/内联网10的信号时)进入步骤103。例如，智能电话12、平板电话13、计算机11、工作站15、服务器14或其他所连接设备可向控制器18传输信号以便激活系统。当控制器18检测到该信号时，旁路开关110a和110b可闭合，和/或传感器开关111a和111b可保持断开。在系统的稳态操作期间也可进入步骤103。在这种情况下，旁路开关110a和110b可已经闭合，传感器开关111a和111b可保持断开。在该示例性实施例中，残余电流设备1可包括传感器6，用于采样多个参数，诸如导体20和/或导体30的电流。传感器6可被编程为在指定间隔(例如瞬态间隔)结束时激活和/或开始采集数据和/或保持起作用直到其所采集的数据被报告给控制器18。步骤104可确定供传感器6收集数据的采样时间间隔是否完成。换句话讲，残余电流设备1可在旁路模式下正常工作，在旁路模式中传感器被旁路。发生其中传感器不起作用的周期性和/或非周期性的间隔。一旦采样时间间隔完成，就激活传感器来取下一采样。在该实例中，在传感器在步骤105被激活时，旁路开关110a和110b保持闭合，传感器开关111a和111b闭合。在旁路开关110a和110b闭合并且传感器开关111a和111b闭合的这种情况下，将发生瞬态事件，这例如在图3中参照和示出。在步骤106，采样被延迟直到瞬态事件完成。采样延迟可以是预先确定的延迟和/或可以是传感器6确定的动态延迟。例如，传感器6可被配置为通过进行测量并确定瞬态事件何时结束来检测瞬态事件。一旦传感器6已经检测到瞬态事件已经结束，则该过程可前进到步骤107，在步骤107中，旁路开关110a和110b可断开，并且传感器开关111a和111b可保持闭合。可实施步骤108，其中传感器6采样多个参数，诸如导体20和导体30之间的电流。在步骤109中，所检索的数据被控制器18分析，并且如果超过一个或多个预先确定的和/或动态的阈值，则该方法可前进到步骤114。在步骤114中，可采取纠正措施，诸如切断导体20以隔离被保护元件2。例如，可通过断开旁路开关110a和110b、传感器开关111a和111b、和/或安全继电器110c、110d来进行纠正措施。可选地，然后可进行步骤115，其中控制器18向多个设备诸如网络/互联网/内联网10、智能电话12、平板电脑13、计算机11、工作站15和/或服务器14报告多个状态信息。如果没有超过阈值，则可启用步骤110和111，其中旁路开关110a和110b闭合并且传感器开关111a和111b断开。然后在步骤112中，传感器6可被停用，之后是步骤113，在步骤113中，传感器6所收集的数据可被发送给控制器18，和/或发送给网络/互联网/内联网10、智能电话12、平板电脑13、计算机11、工作站15和/或服务器14中的一者或多者。在一个示例性实施例中，系统可返回到步骤104并确定传感器间隔是否完成。在另一个实施例中，系统可返回到步骤101并确定是否已经接收到命令要继续或重新开始系统激活。

在从传感器6收集数据之后，可基于数据针对被保护元件2的状态进行判断。例如，如果传感器6检测到细微的异常，如步骤109中所示，但由于还未越过阈值所以被保护元件2未被停用，则控制器和/或其他远程设备和/或用户/安装方可经由智能电话12、平板电脑13、计算机11、工作站15和/或服务器14决定使相应被保护元件2脱离。如果用户/安装方认为对于使用是安全的，则用户/安装方也可选择重新接合被保护元件2。例如，被保护元件2可经由合适的覆盖来重新接合，其可利用接入码来接合。图2C所述的方法可允许安全且快速地使危险的被保护元件2脱离和/或降级操作，其中所述被保护元件2中的一者或二者与系统的其余部分隔离。

现在参见图3。在该示例性实施例中，以图2A和2B所示的示例性电路的操作的示例性结果示出了电路分析器输出，具体是在导体117和导体116之间存在差动电流时与传感器设备(6)(在这个实例中是电流传感器)相关联的信号。如上所述地执行切换方法，其中在旁路开关110a和110b被关断之前，采样开关111a和111b被接通。在图示的输出中可看见瞬态事件，如在旁路开关110a和110b关断且采样开关111a和111b接通的时间段期间测量到20mV那样。

现在重新参照图2A和2B，可选地，可包括安全继电器110c和/或110d来提供电路切断，用于将被保护元件2与系统的其他部分隔离。例如，如果控制器18检测到可能有问题的状况，则安全继电器110c和/或110d可被激活。安全继电器110c可耦接到导体20和/或导体21。安全继电器110d可耦接到导体30和/或导体31。在一个实施例中，安全继电器110c耦接到导体20，安全继电器110d耦接到导体30。在该实施例中，用户/安装方可通过向控制器18发送命令断开安全继电器110c和/或110d来远程地停用被保护元件2。如果安全继电器110c和/或110d并非正在正确地工作并且并未断开，则开关110a、110b、111a、和111b可仍然断开以防止对被保护元件2造成损害。在安全继电器110c和110d分别耦接到导体21和31的单独实施例中，如果开关110a、110b、111a、和111b未断开，则安全继电器110c和/或110d充当辅助安全措施。在某些实施例中，可以不需要安全继电器，因为控制器18可简单地断开开关110a、111a、111b、和110b来将被保护元件2与系统的其余部分切断，因此避免增加安全继电器的成本并使切换部件减少两个。在这些情况下，可能有利的是具有被配置为常断开的开关110a、110b、111a、和111b。这样，如果存在电力失效或控制器失效，则被保护元件2将与能量系统9的其余部分切断。

控制器18可被不同地配置。在一种具体实施中，控制器18可包含连接到本文所述的多个传感器和开关的反相时钟电路。在更复杂的实施例中，它们可包括一个或多个控制器。例如，一个或多个控制器18可配置传感器6，对传感器6进行采样，并解释来自传感器6的数据。在一个实施例中，传感器6可以是电流传感器。在其他实施例中，传感器6可以是多计量传感器。另外，一个或多个控制器可例如通过如上所述按适当的定时间隔对开关5a(例如开关110a、110b、111a、和111b)进行开关来操作分流器电路。此外，一个或多个控制器18可操作可充当例如安全继电器110c和110d的一个或多个开关5b。另外，控制器可与被保护元件2的其他部件诸如PV电池/阵列70、逆变器(例如微型逆变器16、优化器17)、故障电路(例如故障检测/故障指示器电路)7、故障报告电路8、能量系统部件9(例如互连的切断器、PV电池/阵列、逆变器、微型逆变器、优化器、残余电流设备、计量器、断电器、AC干线、接线盒)、网络/互联网/内联网10、计算机11、智能电话12、平板电脑13和/或服务器14通信。一个或多个控制器和/或在控制器内操作的一个或多个软件通信堆栈(例如TCP/IP堆栈)可处理与所连接的其他设备的通信。

现在描述另一实施例，其中由控制器18向用户和/或服务提供方通知妨碍被保护元件2的有效性的事件。在该实施例中，能量系统和/或被保护元件2可包括一个或多个环境传感器，诸如相机19、温度传感器、雨滴传感器和/或其他环境传感器设备。如果使用一个或多个相机19，则它们可被定位为使得具有可包括一个或多个PV电池/阵列70的视场。如果使用一个或多个相机19，则所述相机或其他环境传感器可被设置在住宅屋顶上，例如远眺被保护元件2，和/或在PV电池/阵列上并且具有涵盖PV电池/阵列的视场。相机19可耦接到控制器18，如图1所示。相机19可被编程为连续地和/或在指定事件(诸如怀疑阴影事件、怀疑故障事件)期间和/或在用户、安装方、和/或服务提供方使能的预定和/或请求的时间记录视频。视频和/或图片可经由网络/互联网/内联网10被发送并存储在数据库15a中，直到经过了预定时间量和/或其被后续视频和/或图片覆写。在一种具体实施中，相机19可以只要经由残余电流设备1内的传感器6检测到异常就记录视频。例如，当传感器6检测到异常并将其报告给控制器18时，来自控制器18的命令可被发送给相机19来记录视频和/或图片。在该实例中，当传感器6检测到异常时，控制器18可向环境传感器传输命令来记录与该事件有关的多个环境状况。某些瞬态事件可只在存在严重的暴雨的情况下、只在湿度高的情况下、只在温度超过102度的情况下、和/或只在风力大于40mph的情况下发生。控制器18可记录从网络/互联网/内联网10和/或从家居安防系统获得的天气数据。用户、安装方、和/或系统操作方可还具有对正常诊断工具的这些视频部件的访问权限和/或作为被配置为分析数据的人工智能系统的一部分。

本文所述的设备可例如用于保护设备安装方免于事故责任。例如，通过使用本文所述的设备，可在某些情况下防止损伤，诸如在屋主使用梯子而梯子切断布线并导致异常时。此外，当被提供有关于故障时环境状况的附加信息时，安装方可被更好地装备来对状况进行故障诊断。例如，如果树倒在房屋上，则人工智能系统能自动地检测到该状况并切断电力，从而允许抢险人员响应并处理这种情形。此外，环境状况可与家居安防系统共享，和/或经由网络/互联网/内联网10被发送给多个设备诸如移动设备12、平板电脑13和/或计算机11。相机19可能有用的另一情形是，其中多个被保护元件2被树或相邻结构遮蔽。例如，如果邻居在其房屋上构建的附加物遮蔽了一个或多个电池70，则这个信息可在对控制器18和/或一个或多个远程系统诸如服务器14检测到的问题进行故障诊断中是有用的。覆盖光伏电池70的阴影会降低其效率或产量。如果用户、安装方、和/或服务提供方知道哪个(哪些)被保护元件2被遮蔽，则可以能够采取措施以便消除阴影，诸如对树进行修剪、移动被保护元件2、和/或添加附加的被保护元件。利用这个信息，用户和/或服务提供方知道影响被保护元件2的环境状况，并且可采取适当的措施来缓解问题并提高其有效性。

在一个具体实施中，可监测相机19来检测物件正阻碍太阳能阵列的元件。例如，可分析来自相机19的数据以自动报告树枝已经落在太阳能阵列的元件上。

在另一个实施例中，控制器18可评估天气数据并使用网络/互联网/内联网10来向用户和服务提供方警告可能影响被保护元件2的潜在天气事件。网络10可经由数据库15a和/或计算机11接收天气更新，并将所述更新转发给用户。利用这个信息，用户可预先经由其计算机11、智能电话12和/或平板电脑13关闭被保护元件2。例如，如果相机19检测到闪电事件，则被保护元件可被暂时关停和/或与电力网的其余部分断开。

在一种具体实施中，被保护元件2可在没有任何来自用户或服务提供方的输入的情况下被自动关停。例如，可在控制器18中实施算法，该算法将天气事件与被保护元件2内异常的频率相关。通过利用这个相关性，可对天气事件将导致对被保护元件2的损害的可能性进行预测。响应于这个预测，控制器18可预先停用被保护元件2。例如，该算法可确定对于被保护元件2的风险。在该实例中，该算法然后可将所确定的风险与预设或预定的阈值风险进行比较，并在所确定的风险高于预设阈值风险的情况下自动关停被保护元件2。

被配置为关停被保护元件2的算法可开始于对每种类型的天气事件进行分类以及为每种类型的天气事件指定阈值。于是，为了自动关停被保护元件2，必须超过所指定的阈值。例如，可为暴风雨初始指定第一相关值。每次在该地区中，天气服务报告暴风雨和/或环境传感器检测到暴风雨，并且在所述住宅处至少一个所述被保护元件2内发生异常时，控制器18可知道在该环境事件期间预先动作是必需的。因此，那个量级的每个后续环境事件(例如龙卷风)将使被保护元件2关停。此外，不影响被保护元件2的更低量级的未来暴风雨和/或环境事件将导致调节与停用被保护元件相关联的阈值，直到确定适当的阈值。随时间推移，可使用每种类型的天气发生率结合其相应的相关值来预测哪种类型的天气最可能导致被保护元件2的毁坏。随时间推移，关于天气事件及其损害评估的数据可用于改善被保护元件2及其相关设备中的响应。此外，在规定量的时间诸如一年或六个月之后，可重新评估每个天气事件的阈值并基于所采集的数据重新设置其相应的相关值。在一种具体实施中，可针对一个家庭或系统采集数据，并且可基于对应于这个家庭或系统的数据来“训练”算法。在另一具体实施中，可从多个家庭或系统采集数据，并且可基于对应于这多个家庭或系统的数据来“训练”算法。例如，可基于从周围位置采集的数据为特定位置生成算法或算法的部分，诸如变量或参数。

天气状况诸如闪电或冰暴可导致独特的问题。如果天气服务已经预测到闪电或风暴，并且在相机19检测到闪电或风暴时发生瞬态事件，则描述瞬态事件和天气状况的数据可被发送给用户和服务提供方。然后可基于检测到瞬态事件或天气状况来在每个被保护元件2上经由其相应的传感器6执行附加诊断扫描，以评估闪电或风暴导致的损害。这个示例性实施例可向用户和服务提供方警告危险天气事件，并且还可在环境事件之后关停被保护元件2和/或进行适当的诊断。例如，被保护元件2可在没有任何附加用户输入的情况下被自动关停。

耦接到被保护元件2的多个设备(例如服务器14)可分析实时地和/或在一段时间上所收集的数据，并且报告回任何检测到的异常。此外，服务器14可相对于其他系统(诸如位于类似地理区域中的系统)的特征性能监测该系统，并定位和/或预测各种电路问题。

分流器电路和/或切断器5可不同地配置。如果分流器和/或切断器5包括开关，则所述开关可为任何合适的开关。例如，所述开关可包括机械开关和/或电子开关。MOSFET开关在某些应用中可能是有利的。虽然某些MOSFET开关可在电压高于500V以及切换频率高于几百kHz的情况下使用，但这些开关可能更昂贵。在其它实施例中，如果被切换的电压低于约500V并且切换频率低于约几百kHz，则MOSFET开关可能性价比更高。在某些实施例中，诸如在图2A所示的实施例中，每对互补的开关(例如110a和111a、110b和111b)可利用先合后断切换方案来进行切换，这可导致开关上非常低的电压应力。在这些实施例中，诸如在上文所述的那些实施例和用于生成图3所示信号的那些实施例中，在选择适当的开关时可实现显著的节省。如果MOSFET开关被集成到半导体设备中，则所述MOSFET开关可以分布在半导体设备上多个位置的多个MOSFET开关的形式实现。例如，所述MOSFET开关可分开，以更好地散热。其他开关也适用于多种应用，诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关、双极结型晶体管(BJT)开关和/或其他有源开关诸如晶闸管电路(例如栅极截止晶闸管和/或MOS受控晶闸管)。开关本身可不同地配置，诸如例如单刀单掷(SPST)、单刀双掷(SPDT)、双刀双掷(DPDT)、双刀单掷和/或其他矩阵切换结构。开关还可包括一个或多个有源元件诸如二极管(例如肖特基二极管)和/或其他电路元件。在为应用选择开关时可考虑的众多典型因素中包括：击穿电压、导通电阻、切换频率、切换延迟、泄漏、杂散电感、设备容量、热耗散、封装、渡越时间、振铃振荡和/或切换损耗因素。

现在参见图4A，在某些情况下可能有利的是共享被保护元件2内的部件。例如在图4A所示的实施例中，优化器17可包括降压DA-DC转换器。导体401可耦接到DC输入功率，导体402可耦接到输入地电势。开关(例如MOSFET)Q1可按适当的频率(例如10kHz)和占空比(例如50％)来切换，以调控输出DC电压。Q2对于DC-DC转换功能可能不是严格必需的。通过与导体402串联地包括Q2并与Q1同步地切换Q2(即同时将Q1和Q2接通并且同时将Q1和Q2关断)，Q1上的电压应力可降低，这可降低成本。此外，由于流过导体401和402的电流可能包含高频谐波，所以传感器6可耦接到导体401和402并且可感测这些导体之间差动电流的某些高频部分。传感器6可耦接到控制器18，并且可监测各种状况(例如与优化器相关联的那些状况)，如本文所述。

现在参见图4B，其示出了共享被保护元件2内某些部件的另一示例性实施例。在该实施例中，优化器17包括降压DC-DC转换器。导体401可耦接到DC输入功率，导体402可耦接到输入地电势。开关(例如MOSFET)Q1A和Q2A可按适当的频率(例如10kHz)和占空比(例如0.5)来切换，以调控输出DC电压。Q2A对于DC-DC转换功能可能不是严格必需的。通过与导体402串联地包括Q2A并与Q1A同步地切换Q2A(即同时将Q1A和Q2A接通并且同时将Q1A和Q2A关断)，Q1A上的电压应力可降低，这可降低成本。通过进一步与Q1A并联地包括开关Q1B并且与Q2A并联地包括Q2B并且按本文所述适当的方式对它们进行切换，流过导体401和402的电流的小部分可暂时被转移成流过传感器6，传感器6可感测这些导体之间差动电流的某些高频部分。传感器6可耦接到控制器18，其可监测各种状况(例如与优化器相关联的那些状况)，如本文所述。传感器6可只在特定时间(诸如当开关Q1B和Q2B接通时)被启用进行电流感测。

现在参见图5，其示出了可被配置为包括例如分流器电路和/或切断器电路5和传感器6的残余电流设备1的一个实施例。在该实例中，分流器和/或切断器电路5可被配置为包括例如由可使导体20和21以及导体30和31能够对传感器6进行旁路的两个开关(例如MOSFET)110a和110b实现的分流器。在该实施例中，导体20可耦接到两个导体路径117a和117b，其中117b可行进通过传感器6并且可包括电阻器R2。路径117a和117b可在传感器的第二侧耦接到导体21。导体31可耦接到两个路径：116a和116b，其中116b可行进通过传感器6并且可包括电阻器R3。路径116a和116b可在传感器的第一侧耦接到导体30。旁路开关110a可以是路径117a的一部分，电阻器R1可与开关110a并联耦接。旁路开关110b可以是路径116a的一部分，电阻器R4可与开关110b并联耦接。控制器18可经由一个或多个通信路径对旁路开关110a和110a进行开关。电阻器R1和R2在旁路开关110a断开时作为分流器电路工作，从而限制流过传感器6的电流。这种配置(其中电阻器R1和R2作为分流器电路工作)可降低传感器6的成本，并且还可允许传感器6缩减尺寸以允许传感器6被集成到集成电路上并且在电力操作诸如光伏电力阵列操作中使用。类似地，电阻器R3和R4在旁路开关110b断开时作为分流器电路工作，从而限制流过传感器6的电流。这种配置可减小传感器6的成本和尺寸。这种配置还可允许传感器6缩减尺寸以允许当在电力操作诸如光伏电力阵列操作中使用时集成到集成电路中。

在一个实例中，图5中的电阻器R1和R4可具有大约1mΩ、10mΩ、或100mΩ的电阻。在另一实例中，电阻器R2和R3可具有0.001Ω、0.01Ω、0.1Ω、1Ω或10Ω的电阻。当开关110a和110b接通或闭合时，电流可绕过路径116b和117b，因为这些路径相比于路径116a和117a是高阻的，并且电流可经由低阻路径117a和116a绕过传感器6。当开关110a和110b关断或断开时，旁路路径116a和117a相比于路径116b和117b可为低阻(例如倍数为10、100、或甚至1000或更高)，流过路径117b和116b的电流可为相对低幅值的分流，并且因此传感器可缩减尺寸。如果在导体117b和116b之间存在差动AC或DC电流，则传感器6可检测所述差动电流的分量，其中一些可以是高频分量。切换的占空比和频率可与其他实施例中使用的占空比和频率类似。

参见图6，多个电流可通过开关5a(例如MOSFET)的交错操作而从一个路径转移到另一路径。当开关119a接通而开关119b关断时，导体20、21中流动的电流可被引导通过路径117a。当开关118a接通或闭合而开关118b关断或断开时，导体30、31中流动的电流可被引导通过路径116a。类似地，当开关119b接通或闭合而开关119a关断或断开时，导体20、21中流动的电流可被引导通过路径117b。类似地，当开关118b接通或闭合而开关118a关断或断开时，导体30、31中流动的电流可被引导通过路径116b。传感器6可以任何合适的方式来实现，诸如通过使用包括互感器、芯、次级绕组和电阻器的设备来实现。开关118a和119a可被切换为使得它们同时接通并且同时关断。开关118b和119b可被切换为使得它们同时接通，例如在118a和119a关断时接通，并且同时关断，例如在118a和119a接通时关断。可使用“先合后断”方法执行切换，这可使开关上的电压应力非常低并且可降低选择适当开关的成本。如果如上所述执行切换，在开关118a和119a从接通切换到关断并且开关118b和119b从关断切换到接通(不管是具有还是不具有先合后断)时，并且在导体20和导体30之间存在差动AC或DC电流的情况下，所述差动电流的极性可从正变为负，反之亦然。在这种情况下，流过传感器6(例如流过电流传感器的磁芯)的磁通的极性也可改变，并且传感器可检测所述差动电流的分量，其中一些分量可以是高频分量。交错切换可按适当的频率(诸如120Hz、1kHz或10kHz)并且按任何占空比。

现在参见图7，其示出残余电流设备1可用于检测多个导体之间的差动电流的实施例。在正常操作状况下，在这多个导体中流动的电流可加和为零，并且大于或小于零的加和电流可指示差动电流。在一个实施例中，三相AC系统的三个载流导体通过传感器6，诸如磁电流设备114。在另一个实施例中，单相AC或DC系统的两个导体可通过磁电流设备114。在又另一个实施例中，属于更高阶多相系统的不止三个导体可通过电流设备114。在这些实施例中，电流设备114可检测流过电流设备114的所有电流之和不为零或不近似为零的情形。与前文所述的实施例类似，每个导体可耦接到两个路径，一个绕过电流设备114，一个行进通过电流设备114。将电流从一个路径引导到另一路径可由本文所述的多个开关(例如MOSFET)来控制。例如，在图7所示的四导体配置中，当采样开关70a、71a、72a和73a接通并且旁路开关70b、71b、72b和73b关断时，所有路径中的电流都被引到通过电流设备114，并且可检测到差动电流。当采样开关70a、71a、72a和73a关断并且旁路开关70b、71b、72b和73b接通时，电流绕过电流设备，并且不会检测到差动电流。可添加附加的导体和开关(例如74a、74b、75a、75b等)，并且电流传感器可被配置为在所有导体中的电流之和不加和为零的情况下感测到差动电流。

根据本文实施例的残余电流设备可被集成到集成电路上。例如，传感器6可直接形成在集成电路上，并且任何感应式电流传感器6a、6b可形成为在集成电路中的结构内水平和/或竖直取向的线圈。此外，导体20和导体30可被配置为通过集成电路内和/或与集成电路相邻的电流传感器6a、6b。另外，分流器电路和/或切断器5(例如MOSFET)可设置在集成电路中。如果分流器电路和/或切断器5由MOSFET开关构成，则MOSFET开关可包括沿集成电路的平面分散的多个MOSFET晶体管，以用于功率耗散。

参见图8，被保护元件2可任选地包括除残余电流设备1之外的一个或多个其他部件。例如，图8的集成电路可任选地包括优化器电路诸如DC-DC转换器，其可包括也可不包括最大功率点跟踪和/或升压和/或降压转换器。此外，集成电路可包括逆变器16，诸如微型逆变器。另外，集成电路可任选地包括被保护元件2的其他部件。另外，集成电路可安装在光伏电池/阵列70上或内，并且使用阵列的外壳作为散热器。另外，操作方显示器7b可被包括来作为被保护元件2的一部分，其允许进行内部设定、功率控制、故障报警、报告、设备设置和控制。例如，光伏电池/阵列(例如太阳能面板)70是可配置的，使得其可充当残余电流设备、优化器和/或逆变器。这样可简化太阳能面板的安装，使得安装方可简单地将太阳能面板插入在太阳能面板之间行进的总线中。另选地，太阳能面板可直接插入彼此中，这可充当电力总线并且因此节省时间和布线成本。在一种具体实施中，太阳能面板可充当其自己的总线、优化器、逆变器、RCD和控制器，在它们之间以及与其他能量系统部件进行通信。

现在参见图9，其示出了共享被保护元件2内某些部件的另一示例性实施例。设置在逆变器16和/或优化器17内的开关可与设置在分流器电路和/或切断器5内的开关共享。例如，旁路开关可以是逆变器16和/或优化器17内的开关(例如MOSFET开关)。在一个示例性实施例中，图9涉及逆变器电路，诸如提交于2014年9月13日的标题为“Multi-levelInverter(多级逆变器)”的美国专利申请序列号14/485,682中所示的那些，该美国专利申请全文以引用方式并入本文(在下文中称为多级逆变器专利申请)。图9是一个或多个开关的图示，诸如多级逆变器专利申请中所示的实施例中的开关(例如开关S1B、S1A、S1C和/或S1D)，其可与残余电流设备1的一个或多个开关(例如传感器开关111a、111b，图2，和/或S1A1、S1D1，图9)并联连接，因此残余电流设备1可与图9所示的逆变器16共享一个或多个开关。图9示出了逆变器16中使用的残余电流设备1的一种示例性应用。残余电流设备1的第一开关S1A1可置于进入的DC功率与开关S1A1处逆变器之间。残余电流设备1的第二开关S1D1可置于接地线与开关S1D1处逆变器之间。这些开关中的每一者可具有与传感器开关S1A1和/或S1D1串联设置的相同或不同传感器6(例如电流传感器)。与残余电流设备1相关的传感器开关S1A1和/或S1D1的放置可使得旁路开关S1D和/或S1A是逆变器的一部分。因此，残余电流设备可节省开关成本(例如用于旁路的MOSFET开关可能已经存在于逆变器中)。在这个实施例中以及在类似实施例中，逆变器开关S1A和S1D的初始接通时间可在开关S1A和S1A1、以及S1D和S1DA之间分担。例如，如果逆变器电压控制逻辑要求开关S1A接通0.1ms，则当与被保护元件2耦接时，开关S1A可接通0.09ms，而开关S1A1可接通0.01ms。这样，包含S1A和S1A1的路径的有效导通时间为0.1ms，如逆变器逻辑所要求的，并且电流传感器6可在0.01ms窗口期间对电流进行采样。这两个开关S1A和S1A1也可同时接通一个短的时间段(先合后断)，在这种情况下，每个开关会接通相应更长的时间段。耦接到控制器18的传感器6监测多种状况(例如与逆变器相关联的那些状况)，如本文所述。如先前实施例中所述，每个残余电流设备1可包括一个或多个控制器18。这些控制器18于是可向网络/互联网/内联网10上的多个设备报告经由传感器6采集的数据。

参见图10，通过将残余电流设备1、逆变器16和/或优化器集成在单个半导体上，可实现显著的成本节省，并且被保护元件2电路可分布遍及整个电力系统。例如，被保护元件2电路(例如集成电路)可构成可集成到PV阵列211、212、213中、可集成到接合点、切断器、逆变器和/或优化器214中、可集成到干线断电器215中、可集成到电器216、计量器217中、和/或可作为独立设备2h定位的可选能量设备2a-2h的一部分。通过集成残余电流设备1并如本文所述使其小型化，将其分布遍及整个能量系统9就变得可实现，因此显著地提高了整体安全性，减少了维护，并且即使在部分系统失效之后也允许进行降级的安全操作。因此，中央监测站、安装方、能量系统和/或屋主可采取纠正措施来隔离失效的系统并仍然保持运行能力。

参见图11，示出了在智能电话12、平板电脑13、计算机11、工作站15和/或服务器14上运行的一种示例性应用程序。该应用程序可对能量系统内潜在故障位置提供定位警示和故障诊断。例如，光伏系统的物理布局可在该应用程序上相对于其在房屋上和/或内的安装位置来显示。控制器18可检测潜在故障的位置、潜在故障的类型以及故障是恒定的还是间歇的。控制器18可指示进行立即动作(例如将设备与系统隔离)和/或操作方对于接下来的动作具有某种控制。例如，屋主可为维护安排计划，和/或可通知操作方联系屋主提示其需要维护。安全监测和纠正措施可作为附加服务出售给屋主。如果出现安全状况，例如树落在屋主房屋上，则可由能量系统自动采取纠正措施，并且向相关方通知如何进行。此外，可通知屋主受影响的系统已经被关停。另外，可检测还不严重的状况诸如电容性泄漏，并且可在这些状况变得严重之前采取纠正措施。

图12示出残余电流设备监测多个被保护元件2的一个示例性实施例。所示残余电流设备1对于每个被保护元件2均具有一个传感器6，但是可使用其它配置。通过将残余电流设备1置于被保护元件2之外，并允许电流通过残余电流设备1，多个被保护元件2可连接到一个残余电流设备1。位于残余电流设备1内的控制器18可按预先确定的时间间隔与这些传感器6中每一者通信。在所设定的时间，指定的传感器6可被激活以监测相应的被保护元件2。传感器6所采集的数据然后可被传输给控制器18用于进行处理。图12所示的实施例可允许有效地监测多个被保护元件2，并且还可以能够关停多个被保护元件2。例如，被保护元件2可同时或在不同时间被关停。在一种具体实施中，如果控制器18经由传感器6检测到一个被保护元件中的异常，则可向用户给出选项来停用这单个被保护元件2、连接到共享残余电流设备1的特定被保护元件2、或连接到共享残余电流设备1的所有被保护元件2。

需注意，在本文元件之间设置有多个连接。这些连接被一般性地描述，并且除非另有指明，否则可以是直接的也可以是间接的；本说明书并非旨在在这个方面进行限制。此外，虽然本文的元素是按硬件或软件来进行描述，但是它们可以硬件和/或软件来实现。另外，一个实施例的元素可以适当的组合或子组合与其他实施例的元素组合。例如，一个实施例的传感器和电流路径改变元素可与其他实施例的传感器和电流路径交替元件互换。

Claims (10)

1.一种方法，其包括：

从第一电流路径暂时转移至少一个电流流动到包括电流传感器的第二电路路径；

确定在流过所述第二电流路径的电流与流过第三电流路径的电流之间是否存在差动电流；以及

响应于确定所述差动电流低于阈值，使所述至少一个电流流动从所述第二电流路径返回到所述第一电流路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其中暂时转移所述至少一个电流流动包括利用至少一对互补的单刀单掷开关或者至少一个单刀双掷开关引导所述至少一个电流流动。

3.根据权利要求1所述的方法，其中暂时转移所述至少一个电流流动包括利用用多个金属氧化物半导体场效应晶体管实施的单刀单掷或双刀双掷开关引导所述至少一个电流流动。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述暂时转移所述至少一个电流流动是以100Hz或更高的循环时间发生的。

5.根据权利要求1所述的方法，其中确定是否存在差动电流包括利用一个或多个电流互感器感测电流。

6.根据权利要求1所述的方法，其中暂时转移所述至少一个电流流动通过电流传感器包括在断开第一开关之前闭合第二开关。

7.根据权利要求1所述的方法，其中确定是否存在差动电流包括向远程设备传输数据，所述数据指示所述差动电流。

8.根据权利要求7所述的方法，其中向远程设备传输所述数据包括传输电流测量和设备标识符中至少一者。

9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括响应于检测到所述差动电流而断开一个或多个安全开关。

10.根据权利要求1所述的方法，其中确定是否存在差动电流包括检测高频电流分量。