CN107112764A - 用于光伏能量生成系统的快速关闭固态电路 - Google Patents

用于光伏能量生成系统的快速关闭固态电路 Download PDF

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Abstract

一种用于执行光伏发电系统的快速关闭的固态电路，包括一对高压功率晶体管，该对高压功率晶体管连接在光伏阵列和一对高压线路之间，该对高压线路用于把所述光伏阵列产生的电力提供给DC至AC逆变器。固态电路还包括控制电路，被配置成当所述光伏发电系统在正常状况下运行时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管维持在导通状态，使得由所述光伏阵列产生的电力能够通过所述一对高压线路发送给所述DC至AC逆变器。所述控制电路还被配置成当接收到快速关闭命令时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述一对电力线路断开电连接。

Description

用于光伏能量生成系统的快速关闭固态电路
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年4月8日提交的美国专利申请No.14/681,705的优先权，该美国专利申请要求2015年2月27日提交的美国临时申请No.62/126,102、2014年12月29日提交的美国临时申请No.62,097,195、以及2014年12月29日提交的美国临时申请No.62/097,224的权益，这些申请的公开内容出于所有目的通过引用而全部包含于此。
技术领域
本发明涉及光伏能量生成系统，更具体地说，涉及用于快速关闭光伏面板(太阳能面板)、一串光伏面板或光伏面板阵列的电力流出。
背景技术
响应于美国和其它地区对住宅和商业太阳能的增加的市场接受度，为了解决消防员和其它第一响应者的安全问题(他们可能必须上到家庭或其它结构的具有正在主动发电的光伏面板的屋顶)，国家电力法规修正案690.12现在要求所谓的“快速关闭功能”，其使得系统在几秒内变得无害。具体地说，该法规修正案要求控制具体导体的快速关闭功能如下：(1)要求受控的导体应当仅向光伏系统施加建筑物内大于5英尺的导体或者距离光伏阵列10英尺；(2)受控的导体应当被限制为在关闭10秒内不超过30伏特和240伏安；(3)应当在任意两个导体之间以及在任意导体和地之间测量电压和功率；(4)快速关闭方法应当被标示为：装备有快速关闭的光伏系统(红色背景上的白色、大写、反射性字母)；以及执行快速关闭的设备应当被列出和标识。2014 NEC 690.12。
在住宅系统中，该法规要求的效果是系统安装者/操作者必须提供一种机制，通过该机制，把光伏(PV)阵列产生的电力供应给逆变器的导线(此后称为“电力线路”)与PV阵列断开连接，使得电力线不存在电冲击的危险。
通常，逆变器将包含阻止PV阵列产生的电力流到逆变器的DC电力关闭开关。但是，一些辖区要求在正/负PV电力线(在PV阵列和逆变器之间延伸的)和逆变器之间的单独的DC关闭开关，在紧急情况下，该DC关闭开关能够被关闭。这种关闭可以位于逆变器附近单独的盒子中。在另一种辖区中，单独的关闭不是必须的，因为第一响应者可以简单地把AC电表从电表插槽中拔出，或者把断路器开关布置在电表插槽处或电表插槽附近，使得没有电力能够流入到系统中，从而还关闭任何PV系统逆变器。尽管这些现有的关闭机制关闭逆变器或者使逆变器和面板之间的电路断路，但是仍然存在快速切断来自阵列的电力(所谓的快速关闭)的需要，以及在某些情况下，存在把保留在正/负PV电力线上的任何残留电荷放电到安全水平的需要。
存在现有的快速关闭功能的实现，但是它们受到各种限制，这些限制使得它们不是期望的。例如，在某些情况下，电控开关(例如DC接触器或继电器)被用来实现快速关闭，但是，这些装置相对昂贵、尺寸巨大，并且容易出现故障，从而使得它们对于大规模应用(特别是在目标是减小每瓦特成本以便对于基于石油的能量具有竞争力的工业中)不具有吸引力。
发明内容
根据一个实施例，一种用于执行光伏发电系统的快速关闭的固态电路，包括一对高压功率晶体管，该对高压功率晶体管被配置成使得当所述固态电路被集成在所述光伏发电系统中时，该对高压功率晶体管连接在光伏阵列和一对高压线路之间，该对高压线路用于把所述光伏阵列产生的电力提供给DC至AC逆变器。控制电路被配置成当所述光伏发电系统在正常状况下运行时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管维持在导通状态，使得由所述光伏阵列产生的电力能够通过所述一对高压线路发送给所述DC至AC逆变器。所述控制电路还被配置成当接收到快速关闭命令时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述一对电力线路断开电连接。
在一个实施例中，固态电路包括电源，所述电源被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述电源把所述光伏阵列提供的高压转换成用于为所述固态电路供电的低压。
在另一个实施例中，固态电路包括检测电路，所述检测电路被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述检测电路检测所述DC到AC逆变器的状态，并且作为响应向所述控制电路提供命令。
在又一个实施例中，固态电路包括放电电路，所述放电电路被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，在接收到所述快速关闭命令时，所述放电电路使耦接到所述一对电力线路的电容器放电。
根据另一个实施例，一种光伏发电系统包括光伏阵列、DC至AC逆变器、以及快速关闭固态电路，快速关闭固态电路连接在所述光伏阵列和一对高压线路之间，该对高压线路用于把所述光伏阵列产生的电力提供给所述DC至AC逆变器。所述快速关闭固态电路包括：一对高压功率晶体管，连接在所述光伏阵列和所述一对高压线路之间；以及控制电路，被配置成当所述光伏发电系统在正常状况下运行时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管维持在导通状态，使得由所述光伏阵列产生的电力能够通过所述一对高压线路发送给所述DC至AC逆变器。所述控制电路还被配置成当接收到快速关闭命令时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述一对电力线路断开电连接。
根据又一个实施例，一种用于快速关闭光伏发电系统的方法，包括下列步骤。把光伏阵列提供的高压转换成用于为快速关闭固态电路供电的低压。所述快速关闭固态电路包括功率晶体管，所述功率晶体管耦接在所述光伏阵列和一对高压线路之间，所述一对高压线路用于将所述光伏阵列产生的电力提供给DC至AC逆变器。快速关闭固态电路接收快速关闭命令，以及作为响应而使所述功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述一对电力线路断开电连接。
在一个实施例中，该方法还包括在所述功率晶体管截止之后，使耦接到所述一对电力线路的电容器放电。
附图说明
图1例示了根据一个示例性实施例的用于执行光伏(PV)发电系统的快速关闭的固态电路；
图2是示出根据一个实施例的快速关闭电路的操作的流程图；
图3是例示根据一个实施例的快速关闭固态电流的一般体系结构的框图；
图4示出了根据一个实施例的快速关闭技术在系统级的实现；以及
图5例示了根据示例性实施例的快速关闭固态电路的各种实施例的附加特征。
具体实施方式
鉴于现有的快速关闭实现的缺点，公开了一种固态快速关闭电路，其相当小并且制造成本低廉，但是仍然能够实现快速关闭功能。图1例示了根据示例性实施例的用于执行光伏(PV)发电系统的快速关闭的固态电路100。
如图1所示的示例性实施例中所例示的，快速关闭电路100包括一对高功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)102和104，其形成了能够选择性地且快速地关闭由PV阵列115在PV发电系统的正导电线PV输出+106和PV输出-108上的电力输出。应当理解，虽然图1例示了功率MOSFET作为开关102和104，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，也可以使用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、高功率双极结晶体管(BJT)或其它合适的功率器件来替代MOSFET 102和104。例如，可以使用超结体系结构和/或硅、碳化硅或氮化镓工艺技术或其任何组合来形成功率晶体管。此外，虽然图1仅示出了一个功率MOSFET用于使每个电力线PV输出+106和PV输出-108与PV阵列115隔离，但是可以使用两个或更多个并联的功率器件(例如功率MOSFET)，以便使开关102和104上的电压降最小化并且使在开关中耗散的热量分散在多个晶体管上。此外，快速关闭电路100可以物理地布置在PV串的末端或者在组合多个光伏串的电压的组合箱的末端或内部。在一些实施例中，开关102和104的通常状态是断开(即MOSFET是截止的或者在非导通状态)，但是当PV系统发电时，开关102和104被保持闭合(即，MOSFET被保持在导通或者导电状态)，使得PV系统产生的电力被允许通过开关流动到一个或多个逆变器。
在一些实施例中，电力开关102、104可以由集成的电源(其从PV串或阵列115接收其电力)供电。图1示出的示例性电源包括高压(HV)到低压(LV)电源块110和低压到隔离低压电源块112。电源块110经由导电线PV+114和PV-116接收来自PV阵列115的电力，并且产生一个或多个低电压。在一些实施例中，PV阵列115提供100V-600V之间的范围内的电压，并且电源块110把该电压转换成更低的电压，例如5V、12V或24V。电源块110包括在导电线PV+114和PV-116上耦接的电解电容器118。电源块110还包括电压调节器120，其把PV阵列115提供的电压调节到提供给切换模式电源变压器122的更低的电压。辅助供电电容器124被耦接到变压器122上，并且保护二极管126被耦接到电源块110的输出。
低压到隔离低压电源块112接收由电源块110提供的电压，并且进而提供用于低压电路的隔离低压(例如+5V、+10V、-5V或-10V)和隔离的地电势。电源块112包括偏压变压器128，并且提供100％电流隔离，防止高DC电压被馈送到低压电路。电源块110和112要求少量电力以便正常运转，因此不会有意地减少PV系统的发电量。在一个替换性实施例中，本地低压电源112可以包含电池或不需要从PV阵列115抽取连续电力的其它长期电力存储装置，而不是从主高压到低压电源110得到。
示例性的快速关闭电路100还包含栅极驱动电路130，其由低压到隔离低压电源块112供电。栅极驱动电路130从栅极信号控制块132接收栅极控制信号，并且作为响应，产生具有适当电压电平的栅极信号，该栅极信号被转发给MOSFET 102、104的栅极。栅极驱动电路130可以是传统的功率放大器，其用于根据低功率输入信号(例如块132提供的栅极控制信号)来产生用来驱动MOSFET 102、104的栅极的高电流驱动输出。在一个示例性实施例中，功率MOSFET 102和104在导通阻抗为3mΩ的情况下能够传导高达25A并且承受600V。
栅极信号控制块132响应于其接收的一个或多个命令而产生适当的栅极控制信号。例如，栅极信号控制块132可以经由专用线路(例如，正和负线路)接收来自PV逆变器的命令。可替换地，块132经由在PV阵列和逆变器之间延伸的导电线路PV输出+和PV输出-接收命令。栅极信号控制块132还可以响应于本地负载检测(例如通过测量流过导电线路PV输出+和PV输出-的电流)产生适当的栅极控制信号。
晶体管开关102、104的操作受制于施加给MOSFET的栅极端子的电压。当电力停止从PV系统流动时(例如在晚上)，快速关闭电路100将不再被供电并且因此晶体管102、104返回到它们的断开状态。在白天当PV系统发电时，开关102、104闭合，从而允许PV阵列产生的电力流过以到达逆变器。如果快速关闭电路100接收到快速关闭命令，栅极信号控制块132向栅极驱动电路130提供适当的栅极控制信号，栅极驱动电路130进而产生一个或多个栅极信号，这些栅极信号使得MOSFET 102、104断开，由此使PV阵列115与电力线PV输出+106和PV输出-108断开电连接。
示例性的快速关闭电路100还包括放电电路134，其可以包括低压、高电流MOSFET136。在一个示例性实施例中，使用表面安装技术(SMT)构造MOSFET 136。虽然图1示出对于放电功能使用一个MOSFET，但是可以使用多个并联的MOSFET来加速放电速率和/或在多个晶体管上分散放电期间产生的热量。MOSFET 136的漏极通过高功率放电电阻138连接到正导电线PV输出+106，其栅极通过另一个电阻140连接到正导电线PV输出+106，并且其源极连接到负导电线PV输出-108。如下所述，当开关102、104响应于快速关闭命令而断开时，这种构造使得能够快速并且自动释放存储在逆变器输入电容器(未示出)中的电荷。一旦开关102、104响应于快速关闭命令而断开，逆变器输入电容器就开始通过导电线路PV输出+106和PV输出-108放电。可以选择电阻138和140的电阻值，使得电力线PV输出+106和PV输出-108中的初始压降导致MOSFET 136导通，并且一旦被导通，MOSFET 136就通过电力线PV输出+106和PV输出-108快速释放存储在逆变器输入电容器上的任何电力。
放电电路134确保符合2014NEC 690.12要求，即导电线路106、108在关闭的10秒内被限制到不超过30伏和240伏安。取决于逆变器输入电容的大小，为高功率放电电阻138选择适当的电阻值，使得得到的RC时间常数满足放电速率要求。注意，一旦PV输出+106和PV输出-108上的电压下降到较低的电平(例如低于30V)，则MOSFET 136截止。一旦MOSFET 136截止，则任何剩余电荷通过放电电阻138完全放电。注意，电阻138可以包括多个并联的电阻，以分散电力耗散。
在放电电路134的一个变型例中，放电MOSFET 136不如上所述自动地导通和截止。相反，MOSFET 136受栅极驱动块130的控制，栅极驱动块130产生转发给MOSFET 136的栅极的适当的信号。在该实施例中，栅极驱动器130被设计成产生MOSFET 102和104的栅极信号以及用于对MOSFET 136放电的栅极信号，使得当MOSFET 102和104断开时(即处于截止状态)，MOSFET 136闭合(即处于导通状态)，反之亦然。注意，在逆变器处可获得DC断开连接的系统中，可以省略放电电路134。这是因为，当DC断开连接开关被断开时，在逆变器输入处的电容器与导电线路PV输出+106和PV输出-108断开连接。在仅具有AC断开连接的系统中，放电电路是必要的，以便在电力开关102和104断开后使逆变器输入电容器放电。
快速关闭电路100可以采取各种物理形式，但是，在至少一个实施例中，该电路可以安装在单个印刷电路板(PCB)上，该单个PCB被封装在不受气候影响的、安装在构成PV阵列的PV模块之一上或附近的盒子或其它容器中。在一些实施例中，在串中存在最正或最负的模块。在一些实施例中，对于阵列的每个串存在一个这种盒子。在其它实施例中，在服务于阵列的所有串的组合箱中仅具有单个关闭电路。在又一个实施例中，对于阵列中的每个模块或者阵列中的模块的一个子集(即，n/2，n/3，n/4等，其中n是阵列中PV模块的数量)。在其它实施例中，功率MOSFET 102和104被安装到所附的热沉或机械底座，以消散在PV系统的正常运行期间的连续的传导损失。
在一些实施例中，包含快速关闭电路的容器可以位于串中最后的模块(即串中具有最正或最负电压电平的模块)上或附近。根据所使用的模块的类型，该容器可以夹到串的最后的模块的框架上或者附接到最后的模块的框架中的凹槽。在一些实施例中，容器内的快速放电电路可以采取图1所示的电路的形式。例如，该电路可以包括电源，例如图1的恒定输出电压电源。该电源可以包括与较高电容的电容器并联连接的DC串高压输入(通常范围从100V到600V)。电源还可以包括连接到高阻抗电阻分压器电路121以减小电压的幅度的电压调节器和电源变压器。本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以使用各种其它电源电路设计，以获得高压到低压电源。在一些实施例中，电压调节器在可变负载条件下控制电源电压，并且可以包括能够监视逆变器的状态或从逆变器接收指令的低成本处理器。
在一些实施例中，放电电路134可以与快速关闭电路110的剩余部分位于同一个容器内，但是，应当理解，在其它实施例中，放电电路可以位于单独的容器内。此外，快速关闭电路100(包括放电电路134)可以形成在一个印刷电路板上。可替换地，放电电路134可以形成在与形成有快速放电电路100的其余部分的电路板分开的电路板上。
图2是示出根据一个实施例的快速关闭电路的操作的流程图200。在步骤202，电源电路把PV阵列提供的高压转换成可以用于为快速关闭固态电路供电的低压。在步骤204，快速关闭电路接收快速关闭命令。在步骤206，响应于快速关闭命令，快速关闭电路中的半导体电力开关(例如功率MOSFET)被断开，以使PV阵列与导电电力线路断开电连接，该导电电力线路把电力从PV阵列提供给PV逆变器。在步骤208，启动放电电路，以使存储在逆变器输入电容器上的电力放电。在一个实施例中，放电电路被配置成当导电电力线路与PV阵列断开连接时自动启动。在另一个实施例中，根据快速关闭命令产生的控制信号快速关闭电路。如上所述，在具有DC断开连接开关的应用中，放电步骤(步骤208)可以省略。
图3是例示根据一个实施例的快速关闭固态电路300的一般体系结构的框图。快速关闭电路300包含一对电力开关310，该对电力开关310连接在PV阵列和导电电力线路PV输出+314和PV输出-136之间，导电电力线路PV输出+314和PV输出-136把PV阵列产生的电力提供给PV逆变器(未示出)。电力开关310受控制电路312的控制。控制电路312接收来自检测电路320的一个或多个命令，检测电路320可以包含处理器。在一些实施例中，检测电路320可以检测逆变器的状态(例如，其是否通电、正在运行等)，并且根据检测到的逆变器的状态经由控制电路312控制开关310的操作。在一些实施例中，检测电路320监视来自逆变器的线路或者PV串上的电压电平，以确定逆变器的状态。快速关闭电路300还包括电源318，其把PV阵列在电力线路PV+322和PV-324上产生的高压转换成可以用于为控制电路312和检测电路320供电的低压。注意，电源318接收电力线路PV+322和PV-324上的电压，并且即使在接收到关闭命令之后也继续向控制电路312和检测电路320提供电力。在PV阵列不产生电力的时段期间(例如在夜间)，电源318停止运行，虽然在这种时段期间可以使用电池来维持电源318运行。
在正常操作中，来自PV串或阵列的电力被用于运行电源318，其进而被用于为控制电路312和检测电路320供电。在正常情况下，当PV阵列正在产生电力时，控制电路312操作以保持开关310闭合，使得由PV阵列产生的电力不受阻碍地传输给逆变器。当检测电路320检测到由例如PV逆变器产生的快速关闭命令时，检测电路320箱控制电路312发出适当的命令。响应于由检测电路320发出的命令，控制电路312产生控制信号，该控制信号使得电力开关310断开，从而使导电电力线路PV输出+314和PV输出-316与PV阵列断开连接。快速关闭序列可以由电网断电、拉电表、断开逆变器处的DC断开连接开关或者其它方式关闭逆变器的操作来触发。在一些实施例中，检测电路320检测逆变器的状态(例如其是否通电、正在运行、等等)，并且经由控制电路312控制开关310的操作。在其它实施例中，检测电路320监控来自逆变器的线路或PV串上的电压的电平。可替换地，逆变器可以在电力线路PV输出+314和PV输出-316之一上或者在一个或多个专用线路上发送命令，该命令指示检测电路320，使得控制电路312断开开关310，从而快速关闭从PV阵列到逆变器的电力的流动。在又一个实施例中，逆变器可以使用适当的无线通信协议(例如WiFi或蓝牙)无线地发送信号给检测电路320中的接收机或收发机。
在一些实施例中，放电开关326(其在正常操作状况下处于断开(或非导电)状态)在快速关闭序列期间被闭合，以使存储在逆变器输入电容器上的电力放电。在图3所示的实施例中，放电开关326受电力线路PV输出+322控制，因此根据电力线路PV输出+322的状态自动断开和闭合。在另一个实施例中，放电开关326受控制电路312的控制。在该实施例中，控制电路312为电力开关310和放电开关326产生适当的控制信号，使得当电力开关310断开(即不导电)时，放电开关326是闭合的(即在导通状态)，反之亦然。在装备有逆变器处的DC断开连接的系统中，可以省略放电开关326。
图4示出了根据一个实施例的在系统级的快速关闭技术的实现。系统400在一端包括一串光伏面板402(例如两个或更多个面板串联连接在正线路和负线路上)、根据本文公开的各种实施例的快速关闭固态电路404、包含在快速关闭电路404和逆变器406之间延伸的电导体的一段导管408、逆变器引线盒410、DC断开连接412(如果存在的话)、AC主面板414、以及连接到电网电力的AC电表416。
如图4所示，快速关闭电路404包括高电力开关418，其可以由通常处于断开或非导电位置的高功率MOSFET构成。在一个实施例中，开关418的操作由响应于快速关闭电路404接收的命令而施加到功率MOSFET的栅极端子的电压调节。快速关闭电路404还可以包括放电开关420(例如低压、高电流MOSFET)，其被配置为在功率MOSFET 418被断开后，放电开关420通过使电力线路PV输出+422和PV输出-426短路而使存储在逆变器输入电容器上的任何电力放电，从而使任何剩余的电力在不到10秒的时间内下降到安全水平，并且理想的是到零。如上所述，由根据本文描述的各种实施例的快速关闭固态电路执行的快速关闭序列可以由电网断电、拉电表、断开所述断开连接、或以其它方式关闭逆变器的操作来触发。
图5例示了快速关闭固态电路的各种实施例的附加特征，包括指示每个快速关闭电路中的电力开关的状态(即功率晶体管开关是否是闭合的或传导电流)的视觉指示器。图5示出了在建筑结构503的屋顶上的PV系统设施502。系统502包括多个PV串504，每个串504具有独立的快速关闭(RSD)电路506。每个RSD电路506可以包括由PV阵列供电的LED指示器508。例如，当对应的RSD电路中的功率晶体管开关是闭合的(即处于导电状态)时，绿色LED被点亮。相比之下，当RSD电路的输入和输出连接被不正确地连接或被颠倒连接时，红色LED可以被点亮。在各种实施例中，当没有阵列电力时，LED指示器508可以简单地关闭。例如，当天黑或者在系统被关闭和放电后，LED508可以被关闭，从而不会发出红光或绿光。
图5中示出的另一个特征是每个RSD电路506和逆变器510之间的通信能力。这可以利用在每个RSD506和逆变器510处的集成天线和收发机，使用无线通信(例如，通过WiFi或蓝牙)来实现。可替换地，可以使用电力线通信(PLC)在横跨于每个RSD506和逆变器510之间的一个或多个DC电力线路上进行通信。
与逆变器510通信的能力允许逆变器“知道”并且能够报告每个PV串的状态。在火灾或其它事件使得必须在白天接近阵列的情况下，这还允许逆变器510发送(例如无线地或者经由电力线路)关闭信号给每个RSD电路，指示其按照上述方式执行关闭。
本公开描述的实施例的范围不限于上述具体实施例。实际上，根据上述描述和附图，实施例的各种修改以及此处描述的这些对于本领域技术人员都是清楚的。此外，虽然一些实施例在本公开描述时处于具体环境的具体实现的上下文中且用于具体目的，但是本领域技术人员应当理解，它们的用途不限于此，它们可以在任何数量的环境中出于任何数量的目的而被有益地实现。因此，考虑本文公开的实施例的全部要旨和精神来理解本公开。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于执行光伏发电系统的快速关闭的快速关闭固态电路，所述快速关闭固态电路包括：
一对高压功率晶体管，被配置成使得当所述快速关闭固态电路被集成在所述光伏发电系统中时，该对高压功率晶体管连接在光伏阵列和一对高压线路之间，所述一对高压线路包括把所述光伏阵列产生的电力提供给DC至AC逆变器的正导电电力线路和负导电电力线路，所述一对高压功率晶体管中的每个晶体管沿着所述一对高压线路中的对应的导电电力线路布置，其中所述一对高压功率晶体管被布置成比所述DC至AC逆变器更靠近所述光伏阵列；以及
控制电路，被配置成当所述光伏发电系统在正常状况下运行时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管维持在导通状态，使得由所述光伏阵列产生的电力能够通过所述正导电电力线路和负导电电力线路发送给所述DC至AC逆变器，所述控制电路还被配置成当接收到快速关闭命令时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述正导电电力线路和负导电电力线路断开电连接，以阻止电力从所述光伏阵列向所述正导电电力线路和负导电电力线路的进一步流动；以及
放电电路，被耦接以在启动时使所述正导电电力线路和负导电电力线路放电，其中当所述快速关闭固态电路被集成在所述光伏发电系统中时，所述一对高压晶体管被连接在所述光伏阵列和所述放电电路之间。
2.根据权利要求1所述的快速关闭固态电路，还包括电源，所述电源被配置成当所述快速关闭固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述电源把所述光伏阵列提供的高压转换成用于为所述快速关闭固态电路供电的低压。
3.根据权利要求1所述的快速关闭固态电路，还包括检测电路，所述检测电路被配置成当所述快速关闭固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述检测电路检测所述DC到AC逆变器的状态，并且作为响应向所述控制电路提供用于控制所述一对高压功率晶体管的每一个晶体管的状态的命令。
4.根据权利要求1所述的快速关闭固态电路，其中所述放电电路还被配置成当所述快速关闭固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，在接收到所述快速关闭命令时，所述放电电路使耦接到所述DC至AC逆变器的输入的电容器放电。
5.根据权利要求1所述的快速关闭固态电路，其中所述放电电路包括晶体管，该晶体管的漏极通过一个或多个放电电阻耦接到所述一对高压线路中的第一高压线路，该晶体管的源极耦接到所述一对高压线路中的第二高压线路，以及该晶体管的栅极通过电阻耦接到所述一对高压线路中的第一高压线路。
6.根据权利要求1所述的快速关闭固态电路，其中所述放电电路包括耦接在所述一对高压线路之间的放电晶体管，所述控制电路被配置成当接收到所述快速关闭命令时，所述控制电路向所述放电晶体管的栅极端子施加第一电压以使所述放电晶体管导通。
7.根据权利要求1所述的快速关闭固态电路，其中所述一对高压功率晶体管中的每一个晶体管包括多个并联连接的功率MOSFET。
8.根据权利要求1所述的快速关闭固态电路，还包括至少一个状态指示器LED。
9.根据权利要求1所述的快速关闭固态电路，还包括无线天线和收发机，被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述固态电路能操作以无线地与所述DC至AC逆变器通信。
10.根据权利要求1所述的快速关闭固态电路，还包括调制解调器，所述调制解调器被配置成当所述快速关闭固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述快速关闭固态电路能操作以经由连接到所述DC至AC逆变器的所述快速关闭固态电路的输出发送表示所述快速关闭固态电路的当前状态的信号。
11.一种光伏发电系统，包括：
光伏阵列；
DC至AC逆变器；以及
快速关闭固态电路，连接在所述光伏阵列和一对高压线路之间，该对高压线路包括把所述光伏阵列产生的电力提供给所述DC至AC逆变器的正导电电力线路和负导电电力线路，所述快速关闭固态电路包括：
一对高压功率晶体管，连接在所述光伏阵列与所述正导电电力线路和负导电电力线路之间，所述一对高压功率晶体管中的每个晶体管沿着所述一对高压线路中的对应的导电电力线路布置，其中所述一对高压功率晶体管被布置成比所述DC至AC逆变器更靠近所述光伏阵列；
控制电路，被配置成当所述光伏发电系统在正常状况下运行时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管维持在导通状态，使得由所述光伏阵列产生的电力能够通过所述正导电电力线路和负导电电力线路发送给所述DC至AC逆变器，所述控制电路还被配置成当接收到快速关闭命令时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述正导电电力线路和负导电电力线路断开电连接，以阻止电力从所述光伏阵列向所述正导电电力线路和负导电电力线路的进一步流动；以及
放电电路，被耦接以在启动时使所述一对高压线路放电，其中当所述快速关闭固态电路被集成在所述光伏发电系统中时，所述一对高压晶体管被连接在所述光伏阵列和所述放电电路之间。
12.根据权利要求11所述的光伏发电系统，其中所述快速关闭固态电路还包括电源，所述电源被配置成把所述光伏阵列提供的高压转换成用于为所述快速关闭固态电路供电的低压。
13.根据权利要求11所述的光伏发电系统，其中所述快速关闭固态电路还包括检测电路，所述检测电路被配置成检测所述DC到AC逆变器的状态，并且作为响应向所述控制电路提供用于控制所述一对高压功率晶体管的每一个晶体管的状态的命令。
14.根据权利要求11所述的光伏发电系统，其中所述放电电路被进一步配置成在接收到所述快速关闭命令时，所述放电电路使耦接到所述DC至AC逆变器的输入的电容器放电。
15.根据权利要求11所述的光伏发电系统，其中所述放电电路包括晶体管，该晶体管的漏极通过一个或多个放电电阻耦接到所述一对高压线路中的第一高压线路，该晶体管的源极耦接到所述一对高压线路中的第二高压线路，以及该晶体管的栅极通过电阻耦接到所述一对高压线路中的第一高压线路。
16.根据权利要求11所述的光伏发电系统，其中所述放电电路包括耦接在所述一对高压线路之间的放电晶体管，所述控制电路被配置成当接收到所述快速关闭命令时，所述控制电路向所述放电晶体管的栅极端子施加第一电压以使所述放电晶体管导通。
17.一种用于操作光伏发电系统的快速关闭固态电路的方法，该方法包括：
把光伏阵列提供的高压转换成用于为所述快速关闭固态电路供电的低压，所述快速关闭固态电路包括一对高压功率晶体管，所述一对高压功率晶体管被配置成当所述快速关闭固态电路被集成在光伏发电系统中时，所述一对高压功率晶体管耦接在所述光伏阵列和一对高压线路之间，所述一对高压线路包括将所述光伏阵列产生的电力提供给DC至AC逆变器的正导电电力线路和负导电电力线路，所述一对高压功率晶体管中的每个晶体管沿着所述一对高压线路中的对应的导电电力线路布置，其中所述一对高压功率晶体管被布置成比所述DC至AC逆变器更靠近所述光伏阵列；
接收快速关闭命令；
响应于所述快速关闭命令而使所述一对高压功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述正导电电力线路和负导电电力线路断开电连接，以阻止电力从所述光伏阵列向所述正导电电力线路和负导电电力线路的进一步流动；以及
启动放电电路以使所述正导电电力线路和负导电电力线路放电。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，在所述一对高压晶体管截止之后，所述放电电路使耦接到所述正导电电力线路和负导电电力线路的电容器放电。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述放电电路包括耦接在所述正导电电力线路和负导电电力线路之间的、用于使电容器放电的功率晶体管。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括：
检测所述DC至AC逆变器的状态；以及
响应于检测步骤，提供用于控制所述一对高压功率晶体管的状态的控制信号。

Claims (20)

1.一种用于执行光伏发电系统的快速关闭的固态电路，包括：
一对高压功率晶体管，被配置成使得当所述固态电路被集成在所述光伏发电系统中时，该对高压功率晶体管连接在光伏阵列和一对高压线路之间，该对高压线路用于把所述光伏阵列产生的电力提供给DC至AC逆变器；以及
控制电路，被配置成当所述光伏发电系统在正常状况下运行时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管维持在导通状态，使得由所述光伏阵列产生的电力能够通过所述一对高压线路发送给所述DC至AC逆变器，所述控制电路还被配置成当接收到快速关闭命令时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述一对电力线路断开电连接。
2.根据权利要求1所述的固态电路，还包括电源，所述电源被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述电源把所述光伏阵列提供的高压转换成用于为所述固态电路供电的低压。
3.根据权利要求1所述的固态电路，还包括检测电路，所述检测电路被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述检测电路检测所述DC到AC逆变器的状态，并且作为响应向所述控制电路提供用于控制所述一对高压功率晶体管的每一个的状态的命令。
4.根据权利要求1所述的固态电路，还包括放电电路，所述放电电路被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，在接收到所述快速关闭命令时，所述放电电路使耦接到所述DC至AC逆变器的输入的电容器放电。
5.根据权利要求4所述的固态电路，其中所述放电电路包括晶体管，该晶体管的漏极通过一个或多个放电电阻耦接到所述一对高压线路中的第一高压线路，该晶体管的源极耦接到所述一对高压线路中的第二高压线路，以及该晶体管的栅极通过电阻耦接到所述一对高压线路中的第一高压线路。
6.根据权利要求4所述的固态电路，其中所述放电电路包括耦接在所述一对高压线路之间的放电晶体管，所述控制电路被配置成当接收到所述快速关闭命令时，所述控制电路向所述放电晶体管的栅极端子施加第一电压以使所述放电晶体管导通。
7.根据权利要求1所述的固态电路，其中所述一对高压功率晶体管中的每一个包括多个并联连接的功率MOSFET。
8.根据权利要求1所述的固态电路，还包括至少一个状态指示器LED。
9.根据权利要求1所述的固态电路，还包括无线天线和收发机，被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述固态电路能操作以无线地与所述DC至AC逆变器通信。
10.根据权利要求1所述的固态电路，还包括调制解调器，所述调制解调器被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述固态电路能操作以经由连接到所述DC至AC逆变器的所述固态电路的输出发送表示所述固态电路的当前状态的信号。
11.一种光伏发电系统，包括：
光伏阵列；
DC至AC逆变器；以及
快速关闭固态电路，连接在所述光伏阵列和一对高压线路之间，该对高压线路用于把所述光伏阵列产生的电力提供给所述DC至AC逆变器，所述快速关闭固态电路包括：
一对高压功率晶体管，连接在所述光伏阵列和所述一对高压线路之间；以及
控制电路，被配置成当所述光伏发电系统在正常状况下运行时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管维持在导通状态，使得由所述光伏阵列产生的电力能够通过所述一对高压线路发送给所述DC至AC逆变器，所述控制电路还被配置成当接收到快速关闭命令时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述一对电力线路断开电连接。
12.根据权利要求11所述的光伏发电系统，其中所述快速关闭固态电路还包括电源，所述电源被配置成把所述光伏阵列提供的高压转换成用于为所述快速关闭固态电路供电的低压。
13.根据权利要求11所述的光伏发电系统，其中所述快速关闭固态电路还包括检测电路，所述检测电路被配置成检测所述DC到AC逆变器的状态，并且作为响应向所述控制电路提供用于控制所述一对高压功率晶体管的每一个的状态的命令。
14.根据权利要求11所述的光伏发电系统，其中所述快速关闭固态电路还包括放电电路，所述放电电路被配置成在接收到所述快速关闭命令时，所述放电电路使耦接到所述DC至AC逆变器的输入的电容器放电。
15.根据权利要求14所述的光伏发电系统，其中所述放电电路包括晶体管，该晶体管的漏极通过一个或多个放电电阻耦接到所述一对高压线路中的第一高压线路，该晶体管的源极耦接到所述一对高压线路中的第二高压线路，以及该晶体管的栅极通过电阻耦接到所述一对高压线路中的第一高压线路。
16.根据权利要求14所述的光伏发电系统，其中所述放电电路包括耦接在所述一对高压线路之间的放电晶体管，所述控制电路被配置成当接收到所述快速关闭命令时，所述控制电路向所述放电晶体管的栅极端子施加第一电压以使所述放电晶体管导通。
17.一种用于快速关闭光伏发电系统的方法，包括：
把光伏阵列提供的高压转换成用于为快速关闭固态电路供电的低压，所述快速关闭固态电路包括功率晶体管，所述功率晶体管耦接在所述光伏阵列和一对高压线路之间，所述一对高压线路用于将所述光伏阵列产生的电力提供给DC至AC逆变器；
接收快速关闭命令；以及
响应于所述快速关闭命令而使所述功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述一对电力线路断开电连接。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
在所述功率晶体管截止之后，使耦接到所述一对电力线路的电容器放电。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述电容器被耦接在所述一对高压线路之间的功率晶体管放电。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括：
检测所述DC至AC转换器的状态；以及
响应于检测步骤，提供用于控制所述功率晶体管的状态的控制信号。
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