CN107078690A - 在dc系统中检测和定位故障的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明包含一种对包括多个串联连接的DC源的DC系统中的故障进行故障检测和定位的方法和系统。该方法包括将测试设备连接到DC系统的至少一个端子以及DC系统地线的动作。该方法包含以下各项的至少一次重复：将测试AC信号施加到DC系统的一个端子的动作、检测对单独的任意一个端子和/或DC系统地线上的测试AC信号的响应AC信号的动作，以及比较测试AC信号与响应AC信号以检测故障和该故障在DC系统中的位置的动作。该系统包括被配置成执行所公开的方法的故障检测和定位设备。
Description
技术领域
本发明包含一种对包括多个串联连接的DC源的DC系统中的故障进行故障检测和定位的方法和系统。
该方法可以包括将测试设备连接到DC系统的至少一个端子以及DC系统地线(GND)的动作。该方法包含下列各项的至少一次重复：将测试AC信号施加到DC系统的至少一个端子的动作、检测对单独的任意一个端子和/或DC系统GND上的测试AC信号的响应AC信号的动作，以及比较响应AC信号与测试AC信号以检测故障和该故障在DC系统中的位置的动作。
系统可以包括一种对包括多个串联连接的DC源的DC系统中的故障进行故障检测和定位的设备。这样的故障检测和定位设备或测试设备可以包括被配置成将设备连接到DC系统的至少一个端子以及DC系统GND的连接器；被配置成生成测试AC信号并被配置成将测试AC信号施加到连接器的AC源；被配置成检测对施加的测试AC信号的响应AC信号的检测器；被配置成通过阻抗频谱分析来比较测试AC信号和响应AC信号的比较器；负责存储和分析至少一个测量的结果并输出故障和DC系统中的故障位置的检测结果的中央处理单元。
背景技术
对带有多个DC源的DC系统中的故障的故障检测和定位是维护电源系统并最佳地操作这样的系统的重要技术。然而，在现实中，当被组装时以及在操作过程中，DC系统可能会变为复杂系统。故障探测的任务容易变得复杂，假定故障以及它们的在系统中的定位在发现并检测实际组件时可能结果发现不是故障或不在如期望的位置。同样，如果分别地测试每一源，那么如果不是现实不可行或甚至不可能的话，故障定位就可能非常费时。
具体而言，DC系统可能在安装过程中被安装得与计划的安装有偏差，并可能会产生故障。同样，DC系统可能会随着时间的推移，随着许多可能的故障组合在一起而损坏或退化。
DC系统可包括光伏(PV)系统、电池系统、燃料电池系统或其混合或具有多个串联地排列的源的类似的布局。
专利申请WO2012152284一般性地公开了用于诊断包括多个太阳能电池模块的太阳能电池系统内的故障的方法。WO2012152284的一部分还公开了用于进行故障定位并确定故障类型的方法。然而，故障定位过程要求使用额外的包括DC偏压的设置。此外，该方法还要求对在不同的域的测量的分析(时域反射测量技术)，这会增大过程的复杂性。
包括专利申请WO2012152284的现有技术还通过建议使用必须单独地配置或应用的系统或方法而在进一步的方面受限制。如此，虽然可以检测并定位单个故障，但是，必须连接、断开或重新配置不同的设备或方法以实现测量。如此，需要更加集成的设备或过程，从而能够通过实现组合的评估来简化检测和定位，甚至改善检测和定位。因此，需要单一设备或方法来捕捉多个不同的但是先验未知的但却是可检测的故障。
本发明的目的是克服现有技术的缺点。进一步的目的是公开在现实世界情况下重要的故障检测和定位的特征，其中电源系统可能具有复杂性并暴露于可被推导出的事后发现的故障，但是当未先验地知道时，在没有稳健的方法或合适的设备，包括对模型的选择时，很难发现。
虽然现有技术公开了在简单的实验室环境下为设计的故障使用阻抗测量，但是，需要切实可行的解决方案以在现场可操作并起运作。
现有技术可能专注于识别特定故障并为此提供方法和用于此方法的系统。然而，在实践中，故障检测和故障定位可以通过能提供至少足够区分多个故障的可靠的结果的方法和系统而改善。
发明内容
本发明的目的通过一种对包括多个串联连接的DC源的DC系统中的故障进行故障检测和定位的方法来实现。该方法可以包括将测试设备连接到DC系统的至少一个端子以及DC系统地线的动作。
该方法包含下列各项的至少一次重复：将测试AC信号施加到DC系统的至少一个端子的动作、检测对单独的一个端子和/或DC系统地线上的测试AC信号的响应AC信号的动作，以及比较响应AC信号与测试AC信号，以检测故障和故障在DC系统中的位置的动作。
由此，公开了稳健并且可靠的过程。
如果没有地线故障，则现有技术的LCR表能够安全地连接到阳极或阴极和地线端子。然而，这种假设和消除地线故障会使故障检测复杂化，并干扰故障检测。这是相关的，因为大多数DUT(被测器件)在进行诊断或维护操作之前会表现出了某些故障行为。通过应用所公开的过程，地线故障被系统地解决，并且在现场的情况下可靠地定期检测和定位实际故障。
如果存在地线故障，一般而言，根据现有技术类型的测试设备以及其使用可能存在产生模棱两可结果的风险、存在被损坏的风险，甚至使操作人员处于危险之中的风险。
虽然此过程可能显得简单，但是，需要在所有动作中频繁的使用，以通过提供可靠的或至少好于以前已知的方法的关于故障以及它们的位置的结果，充分地消除错误以及误报。
如此，应用所公开的方法会产生一般而言能够区别多个故障并确定它们的位置的结果。
需要记住，替代方案是分别地检测每一DC源或获得误报或直接是不清楚的结果。在DC系统中，比方说PV阵列或PV列，可能会有几百个或者甚至好几千单个太阳能PV电池源。将任务缩小到也许数十个源并获得可靠的结果是主要的成就。所属技术领域的专业人员将理解，所概述的方法是可扩展的，并可以应用于作为DUT的待测试的DC系统的部件、子部件等等。
通过这样做，表明过程会产生对故障的可靠的检测和定位。表明对故障的检测和定位比其他的更准确并且更加容易执行。
根据该方法的一个方面，比较动作包含使用阻抗频谱分析。
为执行阻抗频谱分析，检测动作包含执行适合于阻抗频谱分析的测量。这样的测量可以被称为阻抗测量，可以通过使用足够快的模拟到数字采样器来执行。
这可以通过负责存储和分析至少一个测量的结果的诸如中央处理单元(CPU)之类的处理器来执行。
在实践中，故障检测和定位可以包含一个以上的测量配置。
阻抗频谱分析被理解为包含信号处理、数据分析和数学建模动作，阻抗频谱分析可以如在WO2012152284中所公开的那样执行，该专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
该方法可以包含在一个或多个配置中执行一次或多次测量的重复的动作。这样的方法可以包含在多个配置中的多次测量。
所公开的方法可以包含对完整阻抗频谱的测量，即，不只是以单频率的阻抗测量。
如果在测量时记录了完整频谱，那么，由于对阻抗的更准确的或可靠的确定(较少受人为因素的影响和系统的影响)，比较或分析变得更准确。
这使得已记录的数据可被验证，由此，提高测量的精确度。如果某种东西系统地影响阻抗，当进行需要的测量时，定位的精度可能会受到负面的影响。定位精度是系统的基本特征，如此，方法提供确保这一点的非平凡的方式。
当记录了AC频率的完整频谱时，可以应用克喇末-克罗尼格关系来研究阻抗测量是否受诸如仪器人为因素、噪声或与时间有关的现象之类的错误的影响。克喇末-克罗尼格数学关系对于只以单一频率分析测量值没有意义。
根据该方法的一个方面，连接动作包含向DC系统施加负载。
根据该方法的一个方面，负载是弱负载。
弱负载可以具有上限，以便导致“非破坏性的负载”，并可以作为特性化DC系统(接受测试的)的结果获得。
虽然不仅限于此，但为示范具有负载或弱负载的优点，有在PV列中使用阻抗频谱分析来检测旁路二极管(BPD)的正确的功能的情况。在这样的局部遮蔽是故障的情况下，从PV列的端子吸收小的DC电流是重要的。此电流应该足够大以完全接通保护正在被遮蔽的PV电池的BPD。通常，使用10mA-100mA范围之内的电流。此电流还应该足够大，以致于在被遮蔽的PV电池上产生足够的DC电压降，以便接通BPD。
对于，例如，PV系统，范围10mA-100mA是非排他性的范围，标准测试设备可以反映由弱负载产生的电流。
这里，处于暗处的单个PV电池的阻抗变为一个重要参数。对于健康的电池，此阻抗大于几十欧姆，但是，这是一个会随着时间的推移而降低(例如，由于电势或热产生的退化(分别是PID和TID))并且还取决于电池温度的值。
因此，确定由弱负载吸收的DC电流是否足够大以确保跨任何被遮蔽的电池列的电压足够大以接通其相关联的BPD是有利的。这可以通过在日光照射，并且，PV电池板中的已知数量的PV电池被完全遮蔽的情况下，测量PV列的无载的阻抗来完成。这里，还需要注意的是，在几年内会老化的系统中，电池与电池可能会有大的变化。这里，常常看到，某些电池中的半导体势垒可能会被完全损坏，基本上充当了短路，不管照射强度如何。因此，当估计被遮蔽的电池的阻抗时，遮蔽大量的电池(在比方说100-1000电池系统中，比方说20-50个电池或更多)，以便所产生的每个电池的测量到的阻抗表示整个模块列中的平均电池阻抗是有利的。
如此，发现具有负载或在足以完全接通旁路二极管的负载的意义上的弱负载以允许对有故障的BPD的可靠检测。
这可以一般化为适用于任何类似的半导体或带有类似的特征的分离的组件。
根据进一步的方面，该方法包括特性化DC系统并基于特性化DC系统的结果来确定负载的动作，该确定的负载在使用时是非破坏性的。
由此，确定足够大以产生所需的效果并同时足够小以不会在测量中产生错误(包括人为因素)的合适的负载的动作。
根据再一个方面，该方法包括中断串联连接的DC源中的至少一个的动作。
已经表明，考虑的过程和方法能够提供定位故障的有效的方式。
在一个实施例中，动作可以是调整该过程，直到在执行中断一个源的重复之前某一已知故障是可检测的或可区别的。
中断可以以分而治之方式执行，以便可以诊断系统的某些部分。
“分而治之”方式理解为通过“递归地”细分列/子列，分解带有N个元件的列的过程或算法。这样的方法要求Log(N)个步骤，降低了执行对故障的定位的复杂性，比可能要花N个步骤的“线性”搜索更有效率。
根据再一个方面，连接的动作包含在测试设备和DC系统之间使用电容耦合。
已经发现，为了求出DC系统的阻抗，必须理解，考虑或者甚至消除耦合或接口对测量到的阻抗的贡献。
根据再一个方面，测试AC信号具有从几赫兹到几兆赫的频率范围。根据再一个方面，测试AC信号是扫频。
根据进一步的方面，重复是由测试设备以周期性的时隙或以同步的时隙自动地执行的。
这使得测试由一个人执行。在一个实施例中，时隙可以由检查员进行遥控器。在另一个实施例中，时隙是预定的并且被制成表，并使其对操作员可用。可另选地，测试是通过触发器布局执行的。
根据再一个方面，DC系统是PV系统，DC源是PV单元，其中，中断单一PV单元的动作包括遮蔽到PV单元的光的动作。
在一个实施例中，串联连接的源是太阳能电池板。这里，阻止电力生产可以通过一个一个地在太阳能电池板上放置遮光板来执行。每一次都执行新的阻抗测量。在例如二极管有缺陷的模块上放置了遮光板将在阻抗频谱分析结果中非常清楚地指出。因此，对于每一个电池板，可以在电池板上放置遮光板，执行阻抗测试并对下一电池板继续。如此，可以快速地测试相当大的系统，可能包括几列串联连接的太阳能电池板。遮光板可以是具有1-5kg的低重量的平板。遮光板可以以伸缩的结构放置，如此，可以通过遮光板从地面一个一个地覆盖置于屋顶的太阳能电池板。
通过使用所公开的方法，实现其中对故障的检测和定位是半导体故障的特定的目的。有故障的半导体可以是有故障的二极管，该有故障的二极管可以是BPD类型。
BPD是PV系统中的基本的安全配置。如果BPD无效，则电池板中的单个电池可能开始耗散电能。这会在颠倒跨电池的电压时发生，这会通过遮光或其他现象来导致。通过跟踪有故障的BPD，可以防止生产损失和火灾风险。
通过使用所公开的方法，实现其中对故障的检测和定位是连接故障的特定的目的。连接故障可以是断开连接或开关故障。连接故障可能是由于连接器或接线盒组件被腐蚀。
发现断开连接故障有重大意义，因为这样的故障将会使生产完全地中断。如此，明显的断开连接是相对于保养和维护具有最高可能的优先级的一种故障。对断开连接的定位对加速保养过程是必不可少的，如此，支持了系统经济性。
通过使用所公开的方法，实现其中对故障的检测和定位是地线故障的特定的目的。
地线故障是PV系统中的基本危险性源，必须避免它们。电路断流器常常将在接地故障的情况下被激活，这意味着，生产被中断，直到故障被纠正。接地故障本质上难以定位，当可接近电池板时，很少能用肉眼看到它们。
通过使用连接用于跨DC系统的所有连接的端子执行并组合电压测量(V+,V-，VG)的端子的动作并通过阻抗频谱分析测量的动作来比较测量值，实现特定的目的。
由此，可以评估给定系统中的接地漏泄的分布式本质，该系统可以是PV系统。进一步可以建立判断泄漏是否由一个或单一泄漏信道支配的函数或度量。所属技术领域的专业人员将能够建立这样的函数或度量来区别泄漏的更单一或更分布式的本质。
还可以通过使用执行电压测量(V+，V-，VG)的动作(使用置于正端子和负端子之间的可分别地配置的电阻器，比方说R1和R2，以及两者之间有到仪器地线的测试电阻器，比方说，RTEST)，进一步实现特定的目的。
可配置的电阻器R1，R2甚至可以自动地变化。
如此，通过使用所公开的方法，在对故障的检测和定位包括连接多个单个DC源上的端子以及组合单个电压测量值(V+，V-，VG)的动作的情况下，可以确定故障的位置。
本发明的目的通过一种被配置成用于对包括多个串联连接的DC源的DC系统中的故障进行检测的故障检测和定位设备来实现。这样的故障检测和定位设备或测试设备可以包括被配置成将设备连接到DC系统的至少一个端子以及DC系统地线的连接器；被配置成生成测试AC信号并被配置成将测试AC信号施加到连接器的AC源；被配置成检测对施加的测试AC信号的响应AC信号的检测器；被配置成通过阻抗频谱分析来比较测试AC信号和响应AC信号并输出故障和DC系统中的故障的位置的检测的结果的比较器。
检测器可包括用于测量阻抗的装置，该装置可以是足够快的模-数采样器。
系统可以包括诸如负责存储和分析至少一个测量的结果的中央处理单元之类的处理器。
系统还可以被配置成执行包含一个以上的测量配置的故障检测和定位。
系统可以被配置成执行阻抗频谱分析，该阻抗频谱分析被理解包含被配置成用于进行信号处理、数据分析和数学建模的装置。
阻抗频谱分析可被如在WO2012152284中所公开的那样配置，该专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
根据一个方面，故障检测和定位设备还可以进一步被配置有负载。负载可以是弱负载。负载可以是作为特性化DC系统的结果获得的非破坏性的负载。
根据一个方面，故障检测和定位设备还可以进一步被配置有带有配置成多路复用器的至少一个开关的电子接口，以施加测试AC信号并接收响应AC信号。
根据一个方面，故障检测和定位设备还可以进一步被配置有被配置成断开所有端子的开关，设备被配置成自测试测试AC信号的源、检测器和/或自测试比较器。
根据一个方面，故障检测和定位设备还可以进一步被配置有连接器，连接器包括耦合电容器，耦合电容器提供端子的到DC系统的电容耦合类型的耦合。
所属技术领域的专业人员将理解故障检测和定位设备的就由所公开的方法需要的功能而言的要求，并由此相应地配置故障检测和定位设备。
此外，在一个实施例中，设备可以是用电池供电的移动阻抗测量设备，或可以使用这样的移动设备来执行方法。
如果在设备和电网之间交换能量，阻抗测试可能会在会被来自电压电网的噪声干扰的频率窗口(例如，50Hz和50Hz的谐波)执行。
因此，设备可以有利地由电池电压电源或燃料电池来供电。这会减少或者甚至解决与电网噪声相关的所有问题，同时还使设备是移动的。这具有高度的实际意义，因为DC发电机倾向于被高度分散地放置，例如，被放置在屋顶上以及农村地区。如此，用电池供电的阻抗测量设备变得高度实用，因为由于只需一个人就能够携带，它可以允许在现场进行无噪声的测量。
在一个实施例中，设备可以被配置有基于通过遥控器单元的无线通信的人机接口，“MMI”，遥控器可以集成有大量的存储器，以便可以存储，重新传输以及应用数据，以优化设备的性能。
设备可以适用于连接到诸如局域网或因特网之类的网络。设备还可以进一步适用于通过网络传输数据并通过服务器分发数据。设备可以适用于通过遥控器来操作，遥控器要么作为专用的控制器，要么作为诸如智能电话、平板或者便携式计算设备之类的手持式设备上的小程序(应用)。
目的可以通过一种用于对包括多个串联连接的DC源的DC系统中的故障进行检测和定位的故障检测和定位设备来实现，该故障检测和定位设备包括：
-连接器，所述连接器被配置成将所述设备连接到所述DC系统的至少一个正端子和一个负端子和DC系统地线；
-被配置成生成AC测试信号并被配置成将AC测试信号施加到连接器的AC源；
-被配置成检测对施加的测试信号的响应AC测试信号的检测器；
-比较器，所述比较器被配置成比较所述响应测试信号和所述测试信号，并输出故障的检测的结果和所述故障在所述DC系统中的位置的所述检测的结果，
-电子接口，所述电子接口带有配置成多路复用器的至少一个开关，以施加测试信号并从所述端子中的至少两个的所有排列序列接收响应AC测试信号。
由此，设备能够作为单一设备来执行大量的故障检测和定位，因为电子接口提供非平凡的解决方案，现实世界故障检测和特性化。设备将能够轻易地在捕捉大量的不同的但是先验未知的但是可检测的故障所需的测试方法之间切换。故障可能要求配置，不同的分析方法或过程，但是，接口允许那些配置、方法或过程被正确地或更有效地应用。
接口可以是单独的单元或与连接集成。
具体而言，可以有三个用于连接在仪器和被测设备(DUT)的正端子(DUT+)和负端子(DUT-)端子以及其接地参考(DUT_GND)之间的连接端子。可以有多个以多路复用器配置安置的电子或机械开关，以在DUT的三个连接的端子中的两个之间实现一系列阻抗测量，无需人工辅助。这可以允许下列三个测量排列序列应该通过多路复用电子器件而可用：第一，在DUT+和DUT-之间；第二，在DUT+和DUT_GND之间；第三，在DUT-和DUT_GND之间。
进一步地，多路复用器可以允许测量电子器件从DUT端子完全地断开连接，以允许执行自测试过程，以便确认正确的仪器HW和SW。
进一步地，AC耦合电容器及其他组件确保就从阻抗频谱分析电路施加的AC信号而言的小耦合阻抗，并屏蔽相同电路免遭+/-1000V的范围之内的一般高的DUT端子电压以及对耦合电容器进行充电和放电的瞬时电流。
可以有可独立地配置的电阻器，电阻器可以是可配置的，并在范围100kOhm-10MOhm内或约为几个MOhm，并安置在DUT端子和仪器地线以及用于测量这些电阻器上的DC电压的电路之间。
跨DUT+和DUT-端子可以有可配置的电阻性负载，并且，电阻器可以是在范围0.1Ohm到1MOhm内可配置。然后，设备可以被配置成用于对附接到仪器的三端口设备的任何两个端子之间的阻抗的自动测量。在这样的对附接到仪器的三端口设备的任何两个端子之间的阻抗的自动测量中，跨相同端子的DC电压可以在范围+/-1000V内。
设备还可以允许利用附接到端子的仪器内部的可配置的DC负载，测量DUT+和DUT-端子之间的阻抗。
设备还可以允许测量所有DUT端子上的对仪器地线的DC电压。
设备还可以允许测量所有DUT端子上的对仪器地线的DC电压，其中，测量是跨在仪器端子和仪器地线之间放置的可独立地配置的电阻性负载执行的。
设备还可以允许测量对仪器地线的所有DUT端子的DC电压，其中，测量是跨在仪器端子和仪器地线之间放置的可独立地配置的电阻性负载执行的，其中，收集相同电阻性负载的至少两个不同的配置的测量值，然后，分析这些测量值，以发现DUT端子之间的电阻泄漏。
设备还可以允许测量对仪器地线的所有DUT端子的DC电压，其中，测量是跨在仪器端子和仪器地线之间放置的可独立地配置的电阻性负载执行的，其中，收集相同电阻性负载的至少两个不同的配置的测量值，然后，分析这些测量值，以发现DUT端子之间的电阻泄漏。具体而言，当DUT是PV系统并且所考虑的泄漏电阻是对系统地线的绝缘电阻时。
设备还可以允许测量对仪器地线的所有DUT端子的DC电压，其中，测量是跨在仪器端子和仪器地线之间放置的可独立地配置的电阻性负载执行的，其中，收集相同电阻性负载的至少两个不同的配置的测量值，然后，分析这些测量值，以发现DUT端子之间的电阻泄漏。具体而言，当DUT是PV系统并且泄漏电阻是绝缘电阻时。当发现绝缘电阻太低(通常<1MOhm)，并且在执行分析以将泄漏定位到PV系统中的单一位置的情况下。
设备还可以允许测量对仪器地线的所有DUT端子的DC电压，其中，测量是跨在仪器端子和仪器地线之间放置的可独立地配置的电阻性负载执行的，并利用附接在DUT+和DUT-端子之间的仪器内部的可配置的DC负载。
设备还可以允许测量对仪器地线的所有DUT端子的DC电压，其中，测量是跨在仪器端子和仪器地线之间放置的可独立地配置的电阻性负载执行的，并利用附接在DUT+和DUT-端子之间的仪器内部的可配置的DC负载，并带有收集DUT的IV曲线上的多个点的目的。
设备还可以允许对DUT+和DUT-端子之间的阻抗以及所有DUT端子上的DC电压的组合的测量，并利用附接在DUT+和DUT-端子之间的仪器内部的可配置的DC负载，其中，负载被视为“弱的”，可以在正在被吸收的电流的0-100mA的范围之内。
设备还可以对DUT+和DUT-端子之间的阻抗以及所有DUT端子上的DC电压进行组合的测量，并利用附接在DUT+和DUT-端子之间的仪器内部的可配置的DC负载，其中，负载被视为“弱的”，可以在正在被吸收的电流的0-100mA的范围之内，其中，目的是检查PV模块的正确的功能。
如此，设备可以用于大量的测量，测量值分别地或组合地用于进行故障检测和定位。
在一个方面，故障检测和定位设备包括被配置成生成DC测试信号并被配置成向连接器施加DC测试信号的DC源。
此DC源可以是设备的整体组成部分或设备内的单元，可以被配置成向DUT提供DC测试信号，DUT可以是串联连接的DC源。
即使在在DUT上没有电压可用或电压不够的情况下，这也可以进行检测。
在一个方面，检测和定位设备电子接口(212)被配置成能够断开所有端子，设备可以被配置成自测试AC源，DC源或测试信号、检测器两者，和/或自测试比较器。
在检测和定位的一个方面，设备进一步包括提供端子(14+，14-，16)的到DC系统的电容耦合40类型的耦合的耦合电容器。
在检测和定位的一个方面，电子接口包括分别位于仪器地线和正端子和负端子之间的可分别地配置的电阻器(R1，R2)。进一步地，在仪器地线和系统地线端子之间放置了测试电阻器(RTEST)。
此特定配置可以评估泄漏的分布式特征，并可以被用来引导定位和合适的可以允许更局部的检测的进一步的评估或挑出故障以及其定位。
在检测和定位设备的一个方面，至少可配置的电阻器(R1，R2)是可变的，并且可任选地，可自动地变化。
这会进一步简化检测，并可以细化检测或允许基于DUT的特定配置，重复使用以前的评估。
在检测和定位设备的一个方面，比较器被配置成通过阻抗频谱分析(142)，来比较响应信号(24)和测试信号(22)。
这可以提供基于在WO2012152284(该专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中)中或者在本文中所公开的阻抗频谱分析的使用的检测或定位的优点。
在检测和定位的一个方面，设备被配置成执行：
-首先，对到地线的泄漏的分布式本质的评估，通过使用至少两组可配置的电阻器(R1，R2)和测试电阻器(RTEST)的值，确定到地线的总泄漏，RISO，的估值，以便用函数式估计地线故障(RISO1，RISO2，...RISON+1)的分布式本质，并有条件地执行：
-其次，对分割串联连接的DC源(12)的第一电压(V1)和第二电压(V2)的第二评估，以便挑出支配性地线故障(RISO)的位置。
所属技术领域的专业人员将能够实现所需的功能并被引导完成评估过程。
首先，评估可以是诸如包括许多串联连接的单个DC源的DC系统源之类的DUT的正极和负极以及DC系统接地参考的正极和负极上的仪器/设备地电势引用的电压的测量。
可以跨可变电阻器R1/R2和RTEST的至少两个不同的配置测量这些电压，并将它们用于首先计算DC系统源的总的地线绝缘电阻(RISO)并有条件地执行第二评估。
如此，首先，评估可能会导致对总的RISO的估计。如果此估计值低于某一值，则在此条件下，执行第二评估可能有意义。对于典型的PV安装，小于1MOhm的RISO值可以是执行第二评估的条件。
其次，评估可以是对这些电压的分析，用于对跨许多DC源的第一电压(V1)和跨许多串联连接的DC源(12)的其余DC源的第二电压(V2)的计算，如此，挑出支配性地线故障(RISO)的位置。
故障的分布可以是同等关键的故障的“平的”分布，或分布可以是“峰值”以表示更局部的分布。
同样，所属技术领域的专业人员将能够实现启动第二评估所需的条件。
目的还可以通过一种对包括多个串联连接的DC源的DC系统中的故障进行故障检测和定位的方法来实现，该方法包括下列动作：
a)将测试设备连接到DC系统的至少一个正端子和一个负端子和DC系统地线，以及以下各项的至少一次重复：
b)向DC系统的至少一个正端子或负端子施加测试AC信号，
c)检测对单独的一个正端子或负端子或者两者和/或DC系统地线上的测试AC信号的响应AC信号；
d)比较响应AC信号与测试AC信号，以检测故障以及DC系统中的故障的位置。
在故障检测和定位的方法的特定方面，使用配置成多路复用器的至少一个开关以连接至少两个端子，以施加测试信号以及从端子中的至少两个的所有排列序列接收响应测试信号。
故障检测和定位的方法可以包括估计所述总泄漏Riso的动作，通过使用电子接口，所述电子接口包括位于仪器地线和正端子和负端子之间的可分别地配置的电阻器(R1，R2)，测试电阻器(RTEST)放置在仪器地线和系统地线端子之间。
具体而言，可以有执行下列各项的动作
-首先，对到地线的泄漏的分布式本质的评估，通过使用至少两组可配置的电阻器(R1，R2)和测试电阻器(RTEST)的值，确定到地线的总泄漏，RISO，的估值，以便用函数式估计地线故障(RISO1，RISO2，...RISON+1)的分布式本质，以及有条件地执行以下的动作：
-其次，对分割串联连接的DC源的第一电压(V1)和第二电压(V2)的评估，以便挑出支配性地线故障(RISO)的位置。
如此，方法或设备可以一般性地能够评估到地线的泄漏是否正常，并“同等地”或“均匀地”分布。这是通过利用R1，R2和RTEST的不同的值来执行两组测量获得的，该两组测量，通过所属技术领域的专业人员知道的代数方程组，导致总的RISO的估计。如果此估计的总的RISO是“正常的”或由于始终存在的微小的泄漏如预期的那样，那么，评估可以中断并指出没有支配性泄漏。
如果总的RISO比期望的“小”，那么，泄漏可能是由于支配性泄漏或地线故障。由于用于估计总的RISO的相同方法还产生第一电压V1和第二电压V2，并且作为支配性泄漏或地线故障是真实的的条件，V1和V2分割列，如此，可以发现泄漏的位置。例如，如果V1等于V2，如果第一评估表示同构泄漏，那么，故障位于列的中间。所属技术领域的专业人员可以至少能够估计或改善地线故障的位置，并将理解差异或微小的不均匀的泄漏，并进行校正。
附图说明
仅通过示例并参考附图描述本发明，其中：
图1示出了带有多个DC源的DC系统的故障检测和定位的动作；
图2示出了中断DC源的进一步的动作。
图3示出了用于故障检测和定位的设备和方法即将被应用的示例情况；
图4示出了用于故障检测和定位的设备和方法即将被应用的示例情况，单个地中断PV模块以检测并定位BPD故障；
图5示出了用于故障检测和定位的设备和方法即将被应用以检测并定位连接故障的示例情况；
图6示出了用于故障检测和定位的设备和方法即将被应用以检测并定位地线故障的示例情况；
图7-9示出了如所公开的方法和系统的示例性使用；
图10示出了带有若干评估故障分布的电压测量值的地线故障定位方法和设备设置；以及
图11示出了带有若干电压测量值以挑出一个故障的地线故障定位方法和设备设置。
在下列文本中，将一个一个地描述附图，在附图中看到的相同部件和位置将在不同的附图中用相同数字标记。在特定的附图中表示的所有的部件和位置不一定与该附图一起讨论。
具体实施方式
图1示出了对包括多个串联连接的DC源的DC系统中的故障进行故障检测和定位100的动作。公开了将测试设备连接110到DC系统的至少一个端子以及DC系统地线的动作。
之后，是将测试AC信号施加120到DC系统的至少一个端子的动作、检测130对单独的一个端子和/或DC系统地线上的测试AC信号的响应AC信号24的动作，以及比较140测试AC信号与响应AC信号以检测故障和故障在DC系统中的位置的动作。
在下列附图中例示了所提及的特征。
图2继续示出了中断150至少一个串联连接的DC源的进一步的动作。中断150将被理解为会中断单一的源或单元工作的阻断、断开、切断或任何其他类似的动作。
图3示出了一种示例情况，其中可以使用故障检测和定位的方法100，并示出了可以使用的测试设备10或故障检测和定位设备200的可能的实施例。
用于对包括多个串联连接的DC源12的DC系统10中的故障进行检测和定位的故障检测和定位设备200。这里被示为12i，...，12iv。
故障检测和定位设备200包括连接器210，连接器210被配置成将设备200连接到DC系统10的至少一个端子14以及DC系统地线16。
连接器210或连接可以是电容耦合40类型的耦合。
设备200包括AC源220，AC源220被配置成生成测试AC信号22并被配置成向连接器210施加测试AC信号22。设备包括检测器230，检测器230被配置成检测对施加的测试AC信号22的响应AC信号24。这可以通过阻抗测量132来执行，阻抗测量132提供了适合于阻抗频谱分析142的测量值的。
设备包括比较器240，该比较器240被配置成通过阻抗频谱分析142来比较测试AC信号22和响应AC信号24，并输出对故障5以及故障在DC系统10中的位置6的检测结果。
此特定示例示出了DC源12的健康且无故障的DC系统10。每一DC源12都利用BPD 51以及连到系统地线的电容来保护，假定不同的DC源12上的电容的大小区别极小。
如果是典型的PV模块的工业PV系统13(每一个产生～250Wp)，此电容约为0.1-1nF。
系统使其端子以及地线连接到故障检测和定位设备200。
如果是在一列PV电池板上进行测量，设备200通常连接到DC-AC反相器通常联接的端子。
在这样的系统中，通常有可能会遇到电缆故障58的几米电缆57，图中示意为故障58可能存在或可能不存在。电缆57常常被埋设在地下，从变流器到一列PV模块的安装地点。
电缆57还具有对地的电容，通常必须以10-100pF/米考虑到计算中去到。
BPD 51i起作用以保护不产生电能的DC源12，例如，被部分地遮光的一列PV电池板。
图4继续之前的附图并根据需要引用必要编号，示出了负载30或弱负载32被放置在一列DC源12的端子14上，以确保，比方说，在范围10mA-100mA内的小的直流电流流过系统。
负载30或弱负载32可以是系统的整体组成部分。可另选地，负载30或弱负载32可以作为一个或更多个插件被提供。
结果，可以通过按顺序一次中断150、断开或遮蔽一个DC源12，并监测在串联连接的DC源12i，...12iv的系统的端子14上测量到的阻抗132的变化来检查BPD 51的功能。
如果阻抗变化很小或没有变化，则DC源12iv中的电流已经中断并必须流过相关联的BPD 51iv，从而将BPD 51iv接通，并在中断的150DC源12iv(在此情况下是PV单元13iv)周围产生低阻抗通道。
在DC系统10包括多个PV单元13或电池板13的情况下，中断150单一DC源12i的动作可以通过遮蔽与正在被测试的单一BPD 51i相关联的电池板或电池板的某些部分来完成。
在一种配置中，每一电池板都将其电池分成3个子列，每一子列都通过它们自己的BPD来保护。如此，图示示出了这样的子列，而不是整个电池板。
图5延续图3，示出了DC源12的列中的列行断开连接53。在此连接中，断开连接53是在DC源12ii和12iii之间。
为了定位6断开连接53，执行两次测量：首先，从正端子14+到地线16的阻抗测量132，以及求出到地线16或GND 16的电容(C+)。
其次，求出从负端子14以及到地线16的阻抗，并类似地计算C-。
假设n1和n2分别是附图中的断开连接的上面和下面的模块或源12的数量，或分别是正端子14+和断开连接53之间的模块12的数量和负端子14-和断开连接之间的模块12的数量。假设N是模块的总数。C是从单一源12(例如，PV电池板)到GND的电容，Cc是来自通向仪器的电缆的电容。
通过使用此电路模型，可以形成下列三个方程式：
N＝n1+n2
C+＝n1x C+Cc
C-＝n2x C+Cc
假设检测130来自电缆的电容(Cc)并确认C+和C-两者都大于Cc，从而断开连接53不在DC源12的列和测试设备200之间的电缆中的某处，现在可以求出n1：
n1＝N x(C+-Cc)/(C-+C+-2x Cc)
由此得出故障5的位置或定位6是断开连接53。
图6也以图3的视角示出了故障5是具有Ziso的阻抗的绝缘故障54，并位于6DC源12的列中的某处。这样的连接故障54存在，并可以通过使用所公开的测试设备200和方法100来定位。通过从系统200的端子14两者对地线16的多次重复的115阻抗测量142，而同时一次中断150一个DC源12i来执行检测。
在此情况下，DC系统10是PV系统11，其中中断150DC源12是通过遮蔽PV电池板13中的一个来执行的。通过使用此电路模型，从正端子14+并对地线16测量132的阻抗是Z+：
Z+＝Ziso+Zsm
即，绝缘阻抗(Ziso)和被遮光的PV模块13ii的阻抗(Zsm)的总和。此处，被照射的PV模块的阻抗比被遮光的PV模块的阻抗小得多，并被忽略。
根据此电路模型，从负端子14-对地线16测量到的阻抗是：
Z-＝Ziso
本发明不限于此处所描述的实施例，并且在不偏离如下面专利权利要求所描述的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和配置。
图7到9示出了如所公开的系统或方法的使用的示例。
在附图中，Z100是指申请人(EmaZys Technologies ApS)提供的故障检测和定位设备或阻抗计。Z100是低电压电子仪器，而向给定被测设备(DUT)施加以便执行阻抗测量的AC测试信号的电压小，例如，1V的峰峰值。在具有高电压(例如，1000VDC)的DUT上去耦这些小信号不是一个无足轻重的任务。
然而，使用如所公开的方法或系统，其中到DUT的耦合利用了电容器，使得能够去耦小信号。电容耦合将屏蔽低电压电子器件以防来自DUT的低频率AC电流和大的DC电流。在将Z100仪器与DUT连接过程中，有进一步的针对在电容器中流动的瞬时并且潜在地破坏性的电流的保护(通过齐纳二极管和功率电阻器)。
与现有的作为，例如，DC-IV曲线的记录的DC方法相比，AC耦合到DUT的事实是一个优势。例如，我们可以在，例如，BPD未被接通的断开电路(OC)情况下求得PV电池板的阻抗。利用目前使用的用于检测PV线路中的健康状态的DC方法，对于，例如，被遮光的PV电池板，当执行IV特征化时，BPD将立即被接通，由此降低，例如，灰尘在PV电池板上的印痕。
由于吸收小DC电流的可能性，Z100设备提供了区别PV线路中的不同类型的故障的选项。例如，只通过在OC情况下执行阻抗测量，然后，与在吸收小DC电流的情况下执行的测量进行比较，可以区别，例如，作为电缆连接器中的腐蚀产生的电阻故障和作为PV电池板内部的腐蚀产生的电阻故障。
图7示出了多个PV电池板的测量配置，其中每个PV电池板都带有BPD，并示出中心BPD有故障的状况。故障检测和定位通过反复地遮蔽PV电池板来执行，对于每一次遮蔽，执行如概述的阻抗测量，并由此检测BPD故障以及其位置。
BPD位于单个PV电池板中，如果电池板未被照射，保护电池板防止PV系统的其余部分强制电流流过其太阳能电池。在该情况下，电流将“绕过”太阳能电池，而流过这些BPD。
然而，PV系统中频繁发生的故障是BPD被烧毁，而不再能保护电池板。这可能会导致PV系统的电力生产减少以及受影响的模块中的热点、剥离以及玻璃断裂。这些故障会进一步导致电弧，由此给安装设备以及安装地点附近的人，例如，在屋顶上安装了PV系统的住房的居民，带来火灾风险。
开发了可以检测在PV列中的一个点中是否存在烧毁的二极管的技术。这是在夜里，通过施加DC偏压并作为施加的电压的函数，测量流过BPD的所产生的电流来完成的。还开发了一种用于定位带有烧毁的BPD的模块的技术。只需要花费几秒钟在PV线路中的电池板与电池板之间移动遮光板，类似地，利用Z100，需要花费大约1秒钟来测量阻抗频谱。可以在大约1分钟内检查整个线路，与隔离线路中的每一单一电池板并在BPD的通路的方向对于每一个电池板执行DC测量相比，这是大大的改善。此任务将取决于安装类型，每个电池板花费5-20分钟，进一步要求人亲自在电池板上。如果，例如，电池板安装在斜面屋顶上，这有时本身就是一项工作。本方法只要求应用遮光板，遮光板，例如，通过使用安装在伸缩的杆上的遮光板，从地面进行遮光。
图8A、B和C涉及有地线故障的PV系统。故障检测和定位通过反复地遮蔽PV电池板来执行，对于每一次遮蔽，执行如概述的阻抗测量。
PV系统，地线故障可能会在许多位置发生，是故障和电路中断的最频繁的根源。后者通常导致发电完全中断。通常，PV电池板安装在接地的金属支座上，电缆铺设在接地的金属轨道中，PV机架也常常接地。由于安全原因，反相器测量绝缘度(Riso)，并要求测量通过Riso的泄漏电流，并使其保持在最高级别之下，例如，300mA；1kOhm/V且总计至少500kOhm。
Riso通常大于1MOhm，但是，例如，电缆绝缘材料的老化和裂缝的形成将降低绝缘度。此外，电缆绝缘中的破裂可能会在系统安装过程中发生或由啮齿类动物(例如，松鼠)的活动所引起。
通过阻抗计(如在WO2012152284中所公开的)，我们可以以指出的方式测量绝缘阻抗，并由此在线路级别检测新类型的故障。在草图中，PV线路的正极连接到Z100上的正端子，而阴极是浮动的。正极也可以浮动。Z100的负端子耦合到PV系统的接地，例如，在反相器上，或通过安装到架子中的电缆。在白天，测量的阻抗ZDUT将等于绝缘阻抗和可以串联地排列的模块的阻抗：ZDUT＝ZISO+ZPV。
通过AC耦合，进一步提供了定位在线路中的哪里出现地线故障的可能性。通过一个一个地在PV电池板上施加遮光板，可以看见哪些模块与ZISO串联连接，哪些没有，通过观察当移动遮光板时DUT阻抗发生变化的位置，可以确定地线故障发生在那里。
除前面所提及的AC/阻抗频谱分析方法之外，设备还可以被用来执行两种用于定位故障的其他方法。
一种方法使用如上文所描述的相同方法，并被反相器使用。方法要求交替地分别从Z100仪器去耦阴极和正PV极，并代之以连接PV系统的GND端子。在每一种情况下，测量跨PV线路的极点上的大约1MOhm对地电阻的电势差。记录这些电压，并求解所提及的方程式，然后，给技术人员提供有关故障的大小以及位置的信息。完全不使用任何遮光板！
另一方法使用DC-IV(IV：电流-电势)测度函数，根据其，通常测量PV列的IV曲线。相反，其中一个极，例如，阴极和接地连接到仪器。当用户连接了电缆，按下GO按钮，测量被启动，因为通过带有电容C的大放电电容器，正极被拉到仪器的负端子上(在此情况下，接地)。现在将以由tau＝Riso x C确定的时间常数“tau”慢慢地对此电容器进行充电。在充电过程中，测量Z100的端子的电势(在此情况下，从正的PV极到接地)和有效充电电流。通过观察电压的充电过程开始时对照时间的倾斜，确定Riso绝缘电阻的大小。当电容器被充满电时，没有电流在Riso中流动，在正极上测量的相对于接地的最终电压反映了地线故障的位置和仪器上的正端子之间存在的电池板的数量。例如，如果测量值大约为300V，则看到>100V/m2的阳光辐照度，每一电池板都提供60V，那么，技术人员每个电池板行走300V/60V的距离，即，从正极在线路上往回走5个电池板的距离。这是故障的位置。
当然，也可以只通过指出线路中的电池板的数量，使后一方法与跨单个电池板的电压无关，并如前所述，执行对应的测量，其中，负的PV线极耦合到仪器上的负端子，但是，正的PV线极被允许浮动，仪器上的正端子耦合到PV线路的地线参考。
图9A和B包含带有有故障的电缆的PV系统。故障检测和定位通过反复地遮蔽PV电池板来执行，对于每一次遮蔽，执行如概述的阻抗测量。
PV系统位于室外，并在许多年内受到风和天气的影响，这是限制使用寿命和系统的容量的事实。有许多可能会加速发展的潜在的因素——害虫可能，例如，开始啃电缆，也可以设想，在系统的安装过程中，电缆被损坏(例如，电缆被压折)或未遵循电缆铺设的原则，例如，与厂商的原则相比，在电缆上施加的弯曲半径太小。
如此，有许多可能会导致电缆随着时间的推移而被损坏的因素。还可以设想电缆的导电性逐步降低的情况，但是，此过程通过这样的事实加速：导电性降低会导致在电缆已经脆弱的点产生更大的功率耗散。因此，电缆通常将在引入电阻(是由于在典型的PV线路中观察到的高功率，在峰值时，常常有几kW)之后立即烧毁。如果导体被作为一种局部加热的功率耗散自动地修理，例如，如果在坏的焊接中产生问题，则可以设想相反的情况。
如此，在PV线路中某处发生连接断开是在PV安装设施中频繁地发生的故障之一。定位故障的任务会非常耗时，通常将通过检查所有电缆结点以及模块中的银电路来进行。
图10以及续图图11示出了，在多路复用器配置中，带有至少一个开关214的电子接口212以施加测试信号22以及从端子14+，14-，16中的至少两个的所有排列序列接收响应AC测试信号24。端子简称为DUT(被测设备)。
此电子接口212可以是对包括多个串联连接的DC源12的DC系统10中的故障进行故障检测和定位的故障检测和定位设备200(未示出)的一部分。
可以有位于仪器地线和正端子和负端子14+，14-之间的可分别地配置的电阻器(R1，R2)，在仪器地线16和系统地线端子之间放置了测试电阻器(RTEST)。
检测和定位电子接口包括分别位于仪器地线和正端子和负端子之间的可分别地配置的电阻器(R1，R2)。进一步地，在仪器地线和系统地线端子之间放置了测试电阻器(RTEST)。
可任选地，故障检测和定位设备200可以包括被配置成生成DC测试信号22并被配置成向连接器210施加DC测试信号22的内部DC源222。
所示出的配置可以被用作所公开的故障检测和定位设备200，并被配置成通过使用至少两组可配置的电阻器(R1，R2)和测试电阻器(RTEST)的值，确定总泄漏RISO的估计，执行对地线故障的分布式本质的第一评估，以用函数式地估计地线故障(RISO1，RISO2，...RISON+1)的分布式本质。
如果总的RISO比期望的“小”，那么，泄漏可能是由于支配性泄漏或地线故障。在此条件下，对如图11所示的第一电压(V1)和第二电压(V2)的评估将分割串联连接的DC源12的列，并挑出支配性地线故障(RISO)的位置。
如此，概括地说，图10示出了过程如何可以评估是否有单一的故障。RTEST，R1和R2连接到端子DUT+，DUT-和DUTGND。示出了相应的电阻器上的电压V+，V-和VGND。取决于DUT的本质，R1和R2可以是可变的。示出了单个DC源，在这些单个DC源中的每一个中，示出了跨不同的RISO元件的到地线的路径。设置示出了接地故障可以被理解为通过不同的RISO元件的许多泄漏的并联组合。
图11示出了有单一支配性故障的情况，即，简化了如图10所示的情况。RTEST，R1和R2仍连接到端子DUT+，DUT-和DUTGND。示出了相应的电阻器上的电压V+，V-和VGND。示出了单个DC源，地线故障现在被缩小为一个单一RISO元件。设置示出了如何确定接地故障的位置。
Claims (36)
1.一种对包括多个串联连接的DC源(12)的DC系统(10)中的故障(5)进行故障检测和定位的方法(100)，所述方法包括以下动作：
a)将测试设备(20)连接(110)到所述DC系统(10)的至少一个端子(14)和DC系统地线(16)，
以及以下各项的至少一次重复(115)：
b)将测试AC信号(22)施加(120)到所述DC系统(10)的一个端子(14)，
c)检测(130)对单独的一个端子(14)和/或DC系统地线(16)上的所述测试AC信号(22)的所述响应AC信号(24)；
d)比较(140)所述响应AC信号(24)和所述测试AC信号(22)，以检测故障(5)和所述故障(5)在所述DC系统(10)中的所述位置(6)。
2.根据权利要求1所述的故障检测和定位的方法(100)，其中所述比较(140)的动作包含使用阻抗频谱分析(142)。
3.根据权利要求1或2所述的故障检测和定位的方法，其中所述连接(110)的动作包含向所述DC系统施加负载(30)。
4.根据权利要求3所述的故障检测和定位的方法，其中所述负载(30)是弱负载(32)。
5.根据权利要求3或4所述的故障检测和定位的方法，其中所述方法包括特性化所述DC系统(10)以及基于特性化所述DC系统(10)的结果来确定所述负载(30)的动作，确定的负载(10)在被使用时是非破坏性的。
6.根据任一前述权利要求所述的故障检测和定位的方法，所述方法进一步包括中断(150)所述串联连接的DC源(12)中的至少一个的动作。
7.根据任一前述权利要求所述的故障检测和定位的方法，其中所述连接(110)的动作包含在所述测试设备(20)和所述DC系统(10)之间使用电容耦合(40)。
8.根据任一前述权利要求所述的故障检测和定位的方法(100)，其中所述测试AC信号(22)具有从几赫兹到几兆赫的频率范围。
9.根据任一前述权利要求所述的故障检测和定位的方法(100)，其中所述测试AC信号(22)是扫频。
10.根据任一前述权利要求所述的故障检测和定位的方法(100)，其中所述重复是由所述测试设备(10)以周期性的时隙或以同步的时隙自动地执行的。
11.根据任一前述权利要求所述的故障检测和定位的方法(100)，其中所述DC系统(10)是PV系统，而所述DC源(12)是PV单元，其中所述中断(150)单一PV单元的动作包括遮蔽到所述PV单元的光的动作。
12.根据任一前述权利要求所述的故障检测和定位的方法(100)，其中对故障(5)的所述检测和定位，所述故障(5)是半导体故障(50)，诸如有故障的二极管(52)。
13.根据任一前述权利要求所述的故障检测和定位的方法(100)，其中对故障(5)的所述检测和定位，所述故障(5)是连接故障(54)，诸如断线故障、绝缘故障或开关故障。
14.根据任一前述权利要求所述的故障检测和定位的方法(100)，其中对故障(5)的所述检测和定位，所述故障(5)是接地故障(56)。
15.根据任一前述权利要求所述的故障检测和定位的方法(100)，其中所述电压测量(V+,V-,VG-g)是使用安置在所述正端子和负端子(14+，14-)之间的可分别地配置的电阻器(R1，R2)来执行的，两者之间是到仪器地线的测试电阻器(RTEST)。
16.根据权利要求15所述的故障检测和定位的方法(100)，其中所述可配置的电阻器(R1，R2)是自动地变化的。
17.一种用于对包括多个串联连接的DC源(12)的DC系统(10)中的故障进行检测和定位的故障检测和定位设备(200)，所述故障检测和定位设备(200)包括：
-连接器(210)，所述连接器(210)被配置成将所述设备(200)连接到所述DC系统的至少一个端子(14)和DC系统地线(16)；
-AC源(220)，所述AC源(220)被配置成生成测试AC信号(22)，并被配置成向所述连接器(210)施加所述测试AC信号(22)；
-检测器(230)，所述检测器(230)被配置成检测对所述施加的测试AC信号(22)的所述响应AC信号(24)；
-比较器(240)，所述比较器(240)被配置成通过阻抗频谱分析(142)来比较所述响应AC信号(24)和所述测试AC信号(22)，并输出故障(5)的检测的结果和所述故障(5)在所述DC系统中的位置(6)。
18.根据权利要求17所述的故障检测和定位设备(200)，其中所述连接器(210)配置有电子接口(212)，所述电子接口(212)带有配置成多路复用器的至少一个开关(214)，以施加测试AC信号(22)并接收响应AC信号(24)。
19.根据权利要求18所述的故障检测和定位设备(200)，其中所述开关(222)被配置成断开所有端子(14+，14-，16)，而所述设备被配置成自测试所述测试AC信号(22)的源(220，222，224)、所述检测器(230)和/或自测试所述比较器(240)。
20.根据权利要求17到19中任一权利要求所述的故障检测和定位设备(200)，其中所述连接器(210)包括耦合电容器(40)，所述耦合电容器(40)提供所述端子的到DC系统(10)的电容耦合。
21.根据权利要求17到20中任一权利要求所述的故障检测和定位设备(200)，所述设备(200)进一步被配置有负载(30)，优选是弱负载(32)，更优选是作为特性化所述DC系统(10)的结果而获得的非破坏性的负载。
22.根据权利要求17到21中任一权利要求所述的故障检测和定位设备(200)，所述设备(200)进一步被配置成用于使用安置在所述正端子和负端子(14+，14-)之间的可分别地配置的电阻器(R1，R2)的电压测量(V+,V-,VG)，两者之间是到仪器地线的测试电阻器(RTEST)。
23.根据权利要求18到22中任一权利要求所述的故障检测和定位设备，所述设备进一步被配置有用于测量所述DC系统(10)的所述端子上的许多电压(V+，V-，VG)的装置。
24.根据权利要求18到23中任一权利要求所述的故障检测和定位设备(200)，其中所述设备(200)由移动电源(10)供电。
25.一种用于对包括多个串联连接的DC源(12)的DC系统(10)中的故障进行检测和定位的故障检测和定位设备(200)，所述故障检测和定位设备(200)包括：
-连接器(210)，所述连接器(210)被配置成将所述设备(200)连接到所述DC系统的至少一个正端子(14+)和一个负端子(14-)和DC系统地线(16)；
-AC源(220)，所述AC源(220)被配置成生成AC测试信号(22)，并被配置成向所述连接器(210)施加所述AC测试信号(22)；
-检测器(230)，所述检测器(230)被配置成检测对所述施加的测试信号(22)的所述响应AC测试信号(24)；
-比较器(240)，所述比较器(240)被配置成比较所述响应测试信号(24)和所述测试信号(22)，并输出故障(5)的检测的结果和所述故障(5)在所述DC系统(10)中的位置(6)，
-电子接口(212)，所述电子接口(212)带有配置成多路复用器的至少一个开关(214)，以施加测试信号(22)并从所述端子(14+，14-，16)中的至少两个的所有排列序列接收响应AC测试信号(24)。
26.根据权利要求25所述的一种用于对DC系统(10)中的故障进行检测和定位的故障检测和定位设备(200)，所述设备(200)包括DC源(222)，所述DC源(222)被配置成生成DC测试信号(22)并被配置成向所述连接器(210)施加所述DC测试信号(22)。
27.根据权利要求25或26所述的故障检测和定位设备(200)，其中所述电子接口(212)被配置成能够断开所有端子(14+，14-，16)，所述设备被配置成自测试所述测试信号(22)的所述源(220，222，224)、所述检测器(230)和/或自测试比较器(240)。
28.根据权利要求25到27中任一权利要求所述的故障检测和定位设备(200)，所述设备(200)包括提供端子(14+，14-，16)的到DC系统(10)的耦合的电容耦合40类型。
29.根据权利要求25到28中任一权利要求所述的故障检测和定位设备(200)，所述电子接口(212)包括位于所述仪器地线和所述正端子和所述负端子(14+，14-)之间的可分别地配置的电阻器(R1，R2)，测试电阻器(RTEST)被置于仪器地线和系统地线端子之间。
30.根据权利要求25到29中任一权利要求所述的故障检测和定位设备(200)，其中至少所述可配置的电阻器(R1，R2)是可变的，并可任选地是可自动地变化的。
31.根据权利要求25到30中任一权利要求所述的故障检测和定位设备(200)，其中所述比较器被配置成通过阻抗频谱分析(142)来比较所述响应信号(24)和所述测试信号(22)。
32.根据权利要求29到31中任一权利要求所述的故障检测和定位设备(200)，所述设备(200)被配置成执行：
-首先，对到地线的泄漏的分布式本质的评估，通过使用至少两组可配置的电阻器(R1，R2)和所述测试电阻器(RTEST)的值，确定到地线的总泄漏(RISO)的估值，以便用函数式估计地线故障(RISO1，RISO2，...RISON+1)的分布式本质，并有条件地执行：
-其次，对分割串联连接的DC源(12)的第一电压(V1)和第二电压(V2)的评估，以便挑出支配性地线故障(RISO)的位置。
33.一种对包括多个串联连接的DC源(12)的DC系统(10)中的故障(5)进行故障检测和定位的方法(100)，所述方法(100)包括下列动作：
a)将测试设备(20)连接(110)到所述DC系统(10)的至少一个正端子和一个负端子和DC系统地线(16)，
以及以下各项的至少一次重复(115)：
b)将测试AC信号(22)施加(120)到所述DC系统(10)的至少一个正端子或负端子(14+，14-)，
c)检测(130)对单独的一个正端子或负端子(14+，14-)或者两者和/或DC系统地线(16)上的所述测试AC信号(22)的所述响应AC信号(24)；
d)比较(140)所述响应AC信号(24)与所述测试AC信号(22)，以检测故障(5)和所述故障(5)在所述DC系统(10)中的位置(6)。
34.根据权利要求33所述的故障检测和定位的方法(100)，所述方法(100)包括使用配置成多路复用器的至少一个开关(214)以连接所述端子(14+，14-,16)中的至少两个的动作，以施加测试信号(22)，并从所述端子(14+，14-，16)中的至少两个的所有排列序列接收响应测试信号(24)。
35.根据权利要求33或34所述的故障检测和定位的方法(100)，所述方法(100)包括估计所述总泄漏RISO的动作，使用电子接口(212)，所述电子接口(212)包括位于所述仪器地线和所述正端子和负端子(14+，14-)之间的可分别地配置的电阻器(R1，R2)，测试电阻器(RTEST)放置在仪器地面和系统地线端子之间。
36.根据权利要求33到35中任一权利要求所述的故障检测和定位的方法(100)，所述方法(100)包括执行以下的动作：
-首先，对到地线的泄漏的分布式本质的评估，通过使用至少两组可配置的电阻器(R1，R2)和所述测试电阻器(RTEST)的值，确定到地线的总泄漏(RISO)的估值，以便用函数式估计地线故障(RISO1，RISO2，...RISON+1)的分布式本质，以及有条件地以下的动作：
-其次，对分割串联连接的DC源(12)的第一电压(V1)和第二电压(V2)的评估，以便挑出支配性地线故障(RISO)的位置。
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