CN216215923U - 支持直流电弧保护的光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了支持直流电弧保护的光伏发电系统，涉及光伏发电领域。支持直流电弧保护的光伏发电系统含逆变器和配备在逆变器的直流输入侧的电弧传感器，逆变器的直流输入侧由多级光伏组件供电。电弧传感器感测到直流输入侧存在电弧故障时产生预警信号并将预警信号发送给逆变器，逆变器响应预警信号而停止输出交流电，从而切断逆变器的直流输入侧和交流输出侧之间的功率耦合关系。

Description

支持直流电弧保护的光伏发电系统

技术领域

本实用新型主要涉及到光伏发电系统，更确切的说，涉及到应用于光伏系统的用于检测直流电弧现象以及支持直流电弧保护的光伏发电系统。

背景技术

已投入使用的现存光伏电站所面临的问题之一是设计安装技术不成熟，很多光伏电站在安装时并不规范且有些设备已老化、效率低下、难以有效地应对电弧等。已完成施工的大部分老旧光伏电站在预防和检测电弧故障方面，基本上依赖于升级改造，所以将电弧检测功能额外更新到老旧光伏电站上是棘手的难题。

故障电弧的检测是十分必要的。线路绝缘老化破损或电气线路中存在的接线端子松动等非操作原因通常会引起故障电弧。故障电弧位置会吸收光伏系统产生的大部分能量进而转化成高温电离气体，这种持续的高温气体显然会烧毁电缆和电器设备。故障电弧放电时短时间内所释放的大量热量还会点燃光伏系统附近周围的其他易燃易爆品，引起局部区域的灾情及非预料性的停电事故，存在着财产安全和人员安全威胁。美国保险商实验室和美国电气制造商协会合作起草的UL1699国标早期对交流电弧做了规范，鉴于直流电弧频繁引发的事故及光伏直流电弧故障问题变得日益严峻，后续制定的UL1699B国标亦正式就光伏系统的直流电弧故障相关的检测装置提出了标准和规范。

电力系统中接触不良、老化、短路等引起拉弧起火的事故越来越频繁，可见直流电弧故障检测在光伏系统中日益重要。直流电弧故障是电气类火灾的罪魁祸首，光伏系统一旦发生了直流电弧故障，由于没有过零点保护、且光伏组件在阳光照射下产生源源不断的能量则使系统的故障电弧存在稳定的燃烧环境。倘若不及时有效地采取措施，会产生数千度以上的高温现象并引发火灾，某些物质熔化甚至蒸发产生大量的有毒气体，进而危及人身生命安全和导致社会的经济遭受重大损失。

按照电流性质划分电弧大致可分为直流电弧和交流电弧。熟知的交流电之应用时间较早以及交流故障电弧已经存在较为成熟的检测方法和商业化产品，然而光伏系统的起步时间较晚再加之直流电弧的本质特性与交流电相迥异，典型的例如直流电流并无交流电那样存在着过零点特征，因此光伏场合无法套用交流电弧的检测手段。影响直流电弧电学性质的变量较纷繁多样，又因光伏使用环境的不同更促使电弧复杂化。

业界认识到建立直流电弧的数学模型较为困难，尽管部分模型被提及，但这些简化模型通常是基于电弧的某些单一特性或若干个非常有限的特性而进行的研究，事实上光伏环境中必然存在的噪声和电力系统的偶发性干扰极易误导电弧检测，造成错误的结果且动态变化的光照强度和环境温度及大量存在的开关噪声都是误判漏判的干扰源。本申请之目标是在光伏系统中应用电弧检测手段，避免故障电弧引发火灾等事故。

实用新型内容

本申请涉及到一种支持直流电弧保护的光伏发电系统，包括：

多级光伏组件；

对多级光伏组件提供的输出功率执行直流到交流变换的一逆变器，该逆变器的直流输入侧由多级光伏组件供电；

配备在该逆变器的直流输入侧的电弧传感器；

所述电弧传感器感测到直流输入侧存在电弧故障时，其通知逆变器切断交流输出；

或者所述电弧传感器感测到直流输入侧存在电弧故障时，其直接关断设置在逆变器的交流输出侧的一个开关。

上述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其中：

所述电弧传感器包括用于检测并行电弧或者检测串行电弧的传感器。

上述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其中：

多级光伏组件直接串联连接，它们的输出电压叠加到母线上以供给直流输入侧。

上述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其中：

多级光伏组件中的每一个均配置有一个电压转换器，与多级光伏组件相对应的多个电压转换器串联连接，每个电压转换器用于对与之相应的一个光伏组件的初始电压执行升压或降压的电压转换。

上述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其中：

多级光伏组件中的每一个均配置有一个功率优化器，与多级光伏组件相对应的多个功率优化器串联连接，每个功率优化器用于将与之对应的一个光伏组件设置在最大功率点。

上述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其中：

多级光伏组件中的每一个均配置有一个关断装置，与多级光伏组件相对应的多个关断装置串联连接，每个组串则包括多级光伏组件，每个关断装置用于将与之对应的一个光伏组件从组串中移除或将处于移除状态的光伏组件重新恢复接入到组串中。

本申请还公开了一种支持直流电弧保护的光伏发电系统，包括：

逆变器；

逆变器的直流输入侧由多级光伏组件供电；

配备在逆变器的直流输入侧的电弧传感器；

所述电弧传感器感测到直流输入侧存在电弧故障时产生预警信号，并将预警信号发送给逆变器，逆变器响应预警信号而停止输出交流电，或由预警信号来关断逆变器的交流输出侧的一个开关，从而切断逆变器的直流输入侧和交流输出侧之间的功率耦合关系。

上述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其中：

多级光伏组件中的每一个均配置有一个电压转换器，与多级光伏组件相对应的多个电压转换器串联连接，每个电压转换器用于对与之相应的一个光伏组件的初始电压执行升压或降压的电压转换。

上述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其中：

多级光伏组件中的每一个均配置有一个功率优化器，与多级光伏组件相对应的多个功率优化器串联连接，每个功率优化器用于将与之对应的一个光伏组件设置在最大功率点。

上述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其中：

多级光伏组件中的每一个均配置有一个关断装置，与多级光伏组件相对应的多个关断装置串联连接，每个组串则包括多级光伏组件，每个关断装置用于将与之对应的一个光伏组件从组串中移除或将处于移除状态的光伏组件重新恢复接入到组串中。

本申请非常适宜于老旧光伏电站的电弧检测等功能的升级改造，当然也非常适宜于新建光伏电站的电弧检测功能的提前布局。

附图说明

为使上述目的和特征及优点能够更加明显易懂，下面结合附图对具体实施方式做详细的阐释，阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本实用新型的特征和优势将显而易见。

图1是光伏组件先串联再并联并为执行逆变的逆变器供电的光伏发电系统。

图2是光伏组件以串联的方式为母线供电且每个光伏组件配备有第一设备。

图3是配备在逆变器的直流输入侧的电弧传感器作为检测电弧故障的手段。

图4是电弧传感器感测到直流输入侧存在电弧时通知逆变器切断交流输出。

图5是电弧传感器的的一种包含霍尔元件和微分电路及带通滤波器的范例。

图6是光伏组件以串联方式为母线供电且每个光伏组件配备有电压转换器。

图7是光伏组件以串联方式为母线供电而且每个光伏组件配备有关断装置。

图8是电弧传感器感测到输入侧有电弧时控制交流输出侧的开关予以关断。

具体实施方式

下面将结合各实施例，对本实用新型的方案进行清楚完整的阐述，所描述的实施例仅是本实用新型用作叙述说明所用的实施例而非全部的实施例，基于该等实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的方案都属于本实用新型的保护范围。

参见图1，光伏组件阵列是光伏发电系统从光能到电能转换的基础。图示的光伏组件阵列中安装有电池组串。关于电池组串：每一个电池组串由多个相互串联连接的光伏组件串接构成，光伏组件还可以替换成燃料电池或化学电池等直流电源。多个不同的电池组串它们之间是并联连接的关系：虽然每一个电池组串由多个光伏组件构成而且内部的多个光伏组件是串联的关系，但是多个不同的电池组串的彼此之间是相互并联的连接关系并共同向光伏逆变器INVT之类的能源收集装置提供电能。在某个电池组串中本申请以串联型的多级光伏组件P1-PN为例，它们各自的输出电压相互叠加后将总的具有较高电势的串级电压后提供给逆变器INVT，逆变器INVT汇聚串联的多级光伏组件各自的输出功率后再进行直流电到交流电的逆变。诸多电池组串或组串彼此间是并联连接关系且各组串的串级电流汇总后的总电流视为逆变器的输入电流。图中N是大于1的正整数。

参见图1，若第一个光伏组件P1的输出电压为V₁、以及第二个光伏组件P2的输出电压记载为V₂，依此类推，第N个光伏组件PN的输出电压为V_N：以至于第一组串即左侧的那一个组串上的总的串级电压通过计算大约为V₁+V₂+V₃…V_N。不同的多组电池组串并联连接并为逆变器供电。多级光伏组件P1至PN是串联的连接，多级光伏组件各自输出电压相叠加至传输线上。传输线的电压较之单个光伏组件高得多，逆变器从母线上将直流输入侧母线LA/LB处的供电逆变转换成交流电，这是传统方案。光伏组件串联连接构成组串而且逆变器会竭力让组串工作在最大工作点。其中LA和LB分别是正负母线而且每个组串的正极皆耦合到母线LA以及组串的负极皆耦合到母线LB。

参见图1，直流电弧是气体放电现象、绝缘情况下产生高强度瞬时电流。跟交流电弧不尽相同的是，直流电弧没有过零点，意味着如果发生了直流电弧故障，触发部位会维持相当长一段时间稳定燃烧而不会熄灭。在光伏电站中电缆接头没有拧紧，会导致接触不良以及接插件或某些开关的可靠性问题、绝缘层长时间老化、由于外力导致绝缘层破损等状况都会造成直流电弧。随着电站运行时间增加，出现直流电弧的概率也增加。不考虑其他接触件以及绝缘部位，在10MW的分布式电站中光接触点便超过了80000个从而它们时刻存在发生直流电弧的可能性。即便在25年的电站运行时间内只有1/1000接触点可能发生直流电弧，该电站也会发生80次直流电弧事件，火灾的概率非常之高。

参见图2，在光伏组件的安全管理方法方面：多个光伏组件P1-PN以串联的方式向母线供电且假设母线包括正母线LA和负母线LB，诸多光伏组件P1-PN串联的一个电池组串的正极被耦合到所谓正母线LA，与此相对应，诸多光伏组件P1-PN串联的前述电池组串的负极被耦合到所谓负母线LB。例如每个光伏组件配备有光伏接线盒，光伏接线盒在光伏系统中的主要作用是将光伏组件产生的电力能源与外部线路进行连接，而且允许光伏接线盒在某些场合带有旁路二极管，当光伏组件产生发生异常时譬如发生热斑效应就可以通过光伏接线盒的旁路二极管将异常光伏组件旁路掉。

参见图2，设光伏组件P1配备有第一设备J1。在本实施例中，假设第一设备是光伏接线盒则光伏组件P1的正极被所述的第一设备J1连到正母线LA，按照光伏接线盒的连接功能则光伏组件P1的负极被所述的第一设备J1连到P2正极处。同样第一设备是光伏接线盒则光伏组件P2的正极被所述的第一设备J2连到P1负极处，按照光伏接线盒的连接功能则光伏组件P2的负极被所述的第一设备J2连到P3正极处。同理第一设备是光伏接线盒则光伏组件P3的正极被所述的第一设备J3连到P2负极处，按照光伏接线盒的连接功能则光伏组件P3的负极被所述的第一设备J3连到P4正极处。依此类推，诸多光伏组件串联连接形成了一个能提供较高电压水准的电池组串。介于光伏组件与母线之间的连接器即光伏接线盒(PVjunction box)又称太阳能接线盒。

参见图2，光伏组件PN配备有第一设备JN。在本实施例中，假设第一设备是光伏接线盒则光伏组件PN的正极被所述第一设备JN连到PN-1负极，按照光伏接线盒的连接功能则光伏组件PN的负极被所述第一设备JN连到负母线LB。籍此可知不同的光伏组件是串联关系而且不同的第一设备亦是串联关系，其中N是大于1的正整数。

参见图2，在可选的实施例中，其中可由多个电池组串并联连接并且每个电池组串均包括串联连接起来的多个光伏组件P1至PN，每个光伏组件皆配置有一个接收其输出功率的第一设备，如光伏组件P1配置有一个接收该P1输出功率的第一设备J1，再譬如其他的光伏组件PN配置有一个接收PN输出功率的第一设备JN。任一电池组串下的多个光伏组件例如P1至PN对应的多个第一设备J1至JN通过线缆相互串联连接，这里的线缆通常是导电线缆或称之为电力线或供电线等。在本实施例中，设定第一设备J1的正输出端连正母线LA而第一设备JN的负输出端连接到负母线LB。各个光伏组件的输出功率被它们各自对应的第一设备执行功率变换或不执行功率变化后，多个光伏组件的输出功率汇聚在一起再由串联的第一设备送给下文提及的能量收集装置。

参见图2，第一级光伏组件P1输出分电压为V₁。类似的第二级光伏组件P2输出的分电压记为V₂。依此类推，第N级光伏组件PN输出的分电压为V_N。任意某组光伏组件能提供的总的母线电压通过粗略计算为V_BUS约等于V₁+V₂+V₃…V_N。多级光伏组件各自的输出功率相互叠加至母线上，母线收集的功率较之单个光伏组件要高得多。这是光伏接线盒或者太阳能接线盒的特性，线缆有时称母线。

参见图3，目前对于光伏发电系统直流侧电弧故障检测的两类方法之第一类是基于电压电流波形变化的检测方法。在电弧故障发生时电弧两端的电流会瞬间变化而电弧两端的电压也瞬间变化。此类方法的优点是检测方法的原理容易理解，且电压和电流是能轻易检测和测量的对象，故而是普遍采用的方案。但由于光伏发电系统受光照强度和环境温度等因素的影响较大，输出电流电压的幅值天然的就具有不稳定性，例如阴影遮挡或者光照的忽强忽弱都会产生电流和电压的瞬时变化，再者逆变器输出的交流电导致输入侧与生俱来的电流脉动亦会改变光伏组件的输出特性。

参见图3，目前对于光伏发电系统直流侧电弧故障检测的两类方法之第二类方法是基于频率特性的检测方法。电弧伴随着高频杂波信号并体现电弧特征，正常工作情况下这些高频杂波信号不会出现。因此这些信号的出现表明有直流电弧故障。部分商家基于第二类方法生产了专用的直流电弧故障检测器。以上检测均是在光伏组件和汇流箱或逆变器端所进行的检测，是对整个光伏系统直流侧电弧故障检测而非组件级的检测。当电弧故障出现时会出现火灾隐患，现有的方案无法快速定位故障点，需要运维人员对所有光伏组件和线缆再次排查，工作量巨大且效率低下，安全隐患较大。排除故障电弧的时间导致整个光伏系统的关停，不仅仅难以做到及时准确并快速的预警处理与事件响应，进一步还会造成电站发电收益的损失。传统电弧故障检测方案的最大弊端是漏判和误判，光伏系统本身存在着大量的开关噪声和环境因素都会对真实电弧检测造成干扰。因此实施组串级别的电弧检测也即排查出发生电弧的具体组串显得尤为重要、也最棘手。

参见图3，当前光伏电弧故障技术都是采用被动的检测技术。具体而言就是通过检测分析光伏组串的电流或电压的高频特征，来分辨系统中有没有电弧故障。光伏系统有三大因素导致了这种方法实现起来非常困难：第一是光伏系统当中有诸多干扰源，尤其是逆变器的干扰，逆变器处于不同工况，对直流组串侧上的电流和电压干扰也不同，且这个干扰也与逆变器的交流侧有关。这类不确定性的干扰给电弧检测带来巨大的困难。第二是许多情况下直流电弧非常稳定，对电流或电压的改变不是十分明显，这样增加了通过电流或电压特征来识别电弧的难度，本申请的目标之一是克服该些疑虑。第三是不同光伏电站的现场布线和运行环境等不同，针对不同电站很难找出统一的一套电弧识别方法。

参见图3，逆变器INVT对光伏组件提供的输出功率执行直流到交流变换，逆变器的直流输入侧由多级光伏组件供电。电弧传感器DT配备在逆变器的直流输入侧，例如在直流输入侧之直流母线LA或直流母线LB处设置电弧传感器DT，电弧传感器DT用于捕捉直流输入侧或母线上的并行电弧(并联电弧)或串行电弧(串联电弧)。电弧传感器感测到直流输入侧存在电弧故障时其通知逆变器INVT切断交流输出。逆变器的交流输出可提供给本地的交流电器直接使用或输送到电网GRID使其并联发电。电弧传感器使用当前已经存在的并联电弧传感器或串联电弧传感器即可。

参见图4，假设逆变器INVT的直流输入侧如母线LA/LB产生电弧故障，电弧传感器感测到直流输入侧存在电弧故障时产生预警信号，将预警信号发送给逆变器，逆变器响应预警信号而停止输出交流电，从而可切断逆变器INVT的直流输入侧和交流输出侧之间的功率耦合关系。而作为对比：电弧传感器DT未侦测到电弧故障时逆变器INVT的交流输出侧波形可参见图中NOR、电弧传感器DT在侦测到电弧故障时逆变器INVT的交流输出侧波形可参见图中ARC，前者是正弦波的交流电、后者中断了交流输出。逆变器切断交流输出基本可中止电弧的继续发生，从而实现灭弧。

参见图4，母线LA/LB存在数倍于工频的脉动功率，是因为逆变器直流输入侧的输入功率基本较为恒定而交流输出侧之输出功率则是波动的。数倍于工频的脉动功率倘若折射到母线处就等效于是这些母线上会持续存在着数倍于工频的交流脉动电流：母线输入功率大于交流输出侧之瞬时功率时就是母线充电、而母线输入功率小于交流输出侧之瞬时功率时就是母线放电。简言之，光伏逆变器之母线上在交流电的每一个工频周期会寄生存在着自发充放电行为，即母线中流经有数倍于工频而波动的寄生交流脉动电流。此寄生交流脉动电流会混入直流输入侧。籍此直流母线上还混频着被动产生的而且频率是数倍于工频的寄生式脉动成分。切断逆变器直流输入侧和交流输出侧间的功率耦合关系：可避免交流输出侧之波动的瞬时功率在母线上引起的脉动功率加剧电弧故障的继续恶化；中断直流输入侧形成电弧故障的条件。从而实现灭弧。注意到电弧传感器感测到直流输入侧存在电弧故障就证实了直流输入侧的某个位置或某几个位置发生了电弧故障，如果母线上存在着大幅振荡的脉动功率(如伴随着大的脉动电压或大的脉动电流)就势必加剧或促使电弧故障的进一步继续恶化，倘若直流输入侧和交流输出侧间的功率耦合关系被切断，等效于交流输出侧之波动的瞬时功率不再在母线上引起脉动功率、不再加剧电弧的恶化。如果有某连接点出现连接不良，就会出现拉弧现象，因光伏系统是直流电且没有过零点，所以这种电弧故障一旦燃烧就不容易熄灭，会造成较严重的危害。本申请在电弧还没有形成灾害之前基本上能够把线路切断从而熄灭掉电弧。避免逆变器交流输出侧之波动的瞬时功率在逆变器直流输入侧引起的脉动功率加剧电弧故障的继续恶化，是本申请的关键点。

参见图5，为了更佳详细的来了解电弧传感器DT，在可选的实施例中电弧传感器采用的技术方案是：由霍尔电流传感器、微分电路、带通滤波器、模数采样和数字处理电路组成电弧传感器。在直流输入侧的霍尔电流传感器HS用于感测母线中的电流信息例如母线穿过霍尔电流传感器HS的感应磁环。基于捕获的电流信息，霍尔电流传感器HS所输出的信号经过微分电路DF微分作用后变成微分信号，微分信号通过带通滤波器BP后保留对电弧敏感的电流信号，并且去除其他频段的信号。带通滤波器BP设定了一个带通频段范围且这个带通频段范围允许对电弧敏感的电流信号被保留，其他不在此带通频段范围内的杂波电流信号被剔除。对电弧敏感的电流信号输给微处理器MCU，微处理器对经过模数采样的电流信号进行处理来计算检测是否有电弧，有电弧就发出预警信号。通常当检测到电流信号内的电弧强度达到一定的阈值时，就发出预警信号进行报警，同时电弧状态与电流大小信息也通过通过串口发送给逆变器INVT。

参见图5，电弧传感器DT通常配置有处理器和额外的用于检测电流的外设硬件譬如电流信息由各类电流传感器等外设硬件采集，电流信息传递给处理器的前提下处理器可用于分析总电流的电流特性。与处理器具有相同功能的等同器件：逻辑器件、软件驱动或者复数的微处理器或门阵列、状态机、控制器、控制装置、芯片、数字信号处理器等。

参见图6，设第一设备是电压转换器例如多级光伏组件P1-PN中的每一个光伏组件均配置有一个电压转换器，与此同时要求该些多级光伏组件P1-PN所对应的多个电压转换器的输出功率相互叠加到直流母线上并藉此作为母线功率。此时多个电压转换器是相互串联连接的关系。第一设备J1如电压转换器将从与之对应的光伏组件P1撷取的电能转成自身输出功率，第一设备J1如电压转换器还将与之对应的光伏组件P1的初始电压执行升压或降压或升降压等处理后再予以输出。电压转换器即DC/DC转换器可以是升压型的电压转换器或升压型开关电源、降压型的电压转换器或降压型开关电源、升降压型的电压转换器或升降压型的开关电源。第一设备具升压或降压的电压调节功能。按照相同的道理可知余下的其它第一设备JN如电压转换器将从与之对应的光伏组件PN撷取的电能转成自身输出功率，第一设备JN如电压转换器还将与之对应的光伏组件PN的初始电压执行升压或降压或升降压等处理后再予以输出。光伏发电领域用逆变器INVT可将母线上的直流电逆变转换成所需的交流电。有时逆变器INVT带有MPPT功能。

参见图6，第一设备是对组件的初始电压执行电压转换的电压转换器。在串联关系中第一级光伏组件P1提供给线缆的分电压由第一设备J1的输出电压V_O1表征及第一级光伏组件提供给线缆的支路电流由第一设备J1输出的电流I1来表征。输出电压V_O1是该转换器即第一设备J1执行升压或降压等转换后所输出的电压。第一设备J1在本范例中是用于对光伏组件P1的初始电压执行电压转换的电压转换器。本例中输出电压V_O1既可以比对应光伏组件P1输出的初始电压高又可以比光伏组件P1输出的初始电压低。电压转换器的一组输出端也即第一设备J1的正输出端和负输出端之间往往连接有电容，以保障电压转换器的输出电压较为平缓和减少纹波。此处的第一设备或下文的第一设备的正输出端和负输出端分别可以用术语第一输出端和第二输出端替代。

参见图6，第一设备是对组件的初始电压执行电压转换的电压转换器。在串联关系中第二级光伏组件P2提供给线缆的分电压由第一设备J2的输出电压V_O2表征及第二级光伏组件提供给线缆的支路电流由第一设备J2输出的电流I2来表征。输出电压V_O2是该转换器即第一设备J2执行升压或降压等转换后所输出的电压。第一设备J2在本范例中是用于对光伏组件P2的初始电压执行电压转换的电压转换器。本例中输出电压V_O2既可以比对应光伏组件P2输出的初始电压高又可以比光伏组件P2输出的初始电压低。

参见图6，第一设备是对组件的初始电压执行升降转换的电压转换器。在串联关系中最末级光伏组件PN供给线缆的分电压由第一设备JN的输出电压V_ON来表征及最末级光伏组件提供给线缆的支路电流由第一设备JN输出电流IN来表征。输出电压V_ON是该转换器即第一设备JN执行升压或降压等转换后所输出的电压。第一设备JN在本范例中是用于对光伏组件PN的初始电压执行电压转换的电压转换器。本例中输出电压V_ON既可以比对应光伏组件PN输出的初始电压高又可以比光伏组件PN输出的初始电压低。

参见图6，第一级光伏组件P1输出分电压为V₁。类似的第二级光伏组件P2输出的分电压记为V₂。依此类推，第N级光伏组件PN输出的分电压为V_N。任意某串光伏组件不使用电压转换器能提供的总的叠加电压计算为等于V₁+V₂+V₃…V_N。

参见图6，第一电压转换器J1输出分电压为V_O1。类似的第二电压转换器J2输出的分电压为V_O2。依此类推，第N电压转换器JN输出的分电压为V_ON。任意某串光伏组件使用电压转换器时能提供的总的母线电压V_BUS约等于V_O1+V_O2…V_ON。经过对比可知使用电压转换器时能够抬高母线的电压到合适的电压值。本范例中电压转换器等效于是带有功率级电路和微处理器的数字电源：功率级电路包括传统的升压电路拓扑或降压电路拓扑或升降压电路，处理器控制功率级电路对输入电压进行升压或降压或升降压操作。逆变器也非常的类型，逆变器带有逆变桥电路和微处理器等：其微处理器或数字信号处理器控制逆变桥电路对直流侧的输入电压进行直流到交流的逆变操作。当电弧传感器感测到直流输入侧存在电弧故障时产生预警信号，预警信号发送给逆变器的微处理器等，逆变器的微处理器响应预警信号而控制逆变桥电路停止输出交流电。

参见图6，在分布式或集中式光伏电站中值得关注的问题是：阴影遮挡造成众多光伏组件间的失配。问题还在于：光伏组件的电池输出特性体现在输出电压和输出电流与光强及环境温度等外部因素存在着密切的关联，外部因素的不确定性，导致最大输出功率和最大功率点的对应电压跟随外部因素的变化而变化。例如光伏组件输出的功率功率具有随机性和剧烈的波动性，而这种随机的不可控的特性，有很高的几率对电网造成较大的冲击而且也还可能对一些重要负荷运行造成负面的影响。基于这些疑虑，考虑外部因素而实现光伏组件最大功率点追踪是业界实现能量和收益最大化的核心目标。

参见图6，随着环境和传统能源问题的日趋严峻，光伏发电技术已被越来越多的国家和地区所重视并将其视为优先发展对象，光伏发电又是新能源发电技术中最成熟和最具开发条件的规模发电方式之一。太阳能光伏组件在当前主流技术的方向分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池、非晶硅太阳能电池等，硅电池要求的使用年限一般高达二十多年的寿命所以对光伏组件的长期性和持久性管控是必不可少的。众所周知的问题是很多因素都会导致光伏组件的发电效率降低，例如光伏组件自身之间的制造差异、安装差异或阴影遮挡或最大功率追踪适配等因素都会引起效率低下。以阴影遮挡为范例，如果部分光伏组件被云朵或建筑物或树影或污垢等类似情况遮挡后，部分组件就会由电源变成负载而不再产生电能并消耗其他光伏组件的输出功率。还例如当出现同一串电池板因为产品一致性问题不好或发生阴影遮挡等导致部分电池不能正常发电时，整串的电池组串的效率损失很严重而且逆变器尤其是集中式的逆变器接入的电池板阵列很多时，会导致各个组串的电池板不能够在自己的最大功率点运行，这些都是电能和发电量的损失的诱因。由于光伏组件在发生热斑效应严重的地方局部温度可能较高，有的甚至超过150℃，导致组件局部区域烧毁或形成暗斑、焊点融化、封装材料老化、玻璃炸裂、焊带腐蚀等永久性破坏，会给光伏组件的安全性和可靠性造成极大地的隐患。毫无疑虑，光伏系统亟待解决的问题就是对光伏组件的实时管控以及对光伏组件的管理，具体需求是能够实时地管控每一块被安装的光伏电池板的工作状态和工作参数，能可靠地对光伏组件的电压异常、电流异常、温度异常等异常情况进行预警并采取某些应对措施，这对发生异常的电池组件采取类似于组件级主动安全关断或其他的应急断电措施是十分有意义和十分必要的。

参见图6，逆变器INVT可以具最大功率点追踪MPPT功能。光伏发电受温度和辐照度的影响很大，为了在相同条件下获得更多的电能，提高系统的运行效率，光伏电池的最大功率点追踪成为光伏产业发展中长期面临的问题。早期对光伏阵列最大功率点追踪技术的研究主要是定电压跟踪法、光伏阵列组合法以及实际测量法。定电压跟踪法实际上是等效于稳压控制，并没有达到最大功率点跟踪的目的。光伏阵列组合法是针对不同的负载调节光伏阵列串并联的个数，不具有实时性。实际测量法是用额外的光伏阵列模组以建立光伏阵列在一定日照量及温度时的参考模型，这种方法没有考虑实时的遮蔽情况和各电池板的差异性。目前光伏阵列的最大功率跟踪方法主要分为基于数学模型的方法、基于扰动的自寻优法和基于智能技术的方法。基于数学模型的方法是以建立优化的数学模型为出发点来构造求解方法及光伏阵列特性曲线，从而得出光伏阵列的最大功率之输出，所以光伏电池的等效电路模型及各种参数的正确性是需要着重考虑的。

参见图6，功率优化之常用的MPPT方法的原理及特点：如早期用于光伏组件的输出功率控制主要利用电压回授法Constant Voltage Tracking，这种跟踪方式忽略了温度对太阳电池的开路电压的影响，所以开路电压法和短路电流法被提出来了，它们的共性基本是非常近似的处理最大功率点。为了更精准的捕获最大功率点，扰动观察法和占空比扰动法甚至电导增量法等被提出来了。扰动观察法原理为测量当前阵列功率，然后在原输出电压上再增加一个小电压分量扰动，输出功率会发生改变，测量改变后的功率并比较改变前后功率的大小即可知道功率变化的方向，如果功率增大就继续使用原扰动而如果减小则改变原扰动方向。占空比扰动工作原理为：光伏阵列和负载之间的接口通常采用脉冲宽度调制信号控制的电压变换器，从而可通过调整脉冲宽度调制信号的占空比来调节变换器的输入与输出关系，从而实现阻抗匹配的功能，因此占空比的大小实质上已经决定了光伏电池的输出功率的大小。电导增量法与前述扰动观察法可说是殊途同归，最大的差别仅仅在于逻辑判断式与测量参数，虽然增量电导法仍然是以改变光伏电池输出电压来达到最大功率点但是借着修改逻辑判断式来减少在最大功率点附近的振荡的现象，使其适应于日照强度和温度瞬息变化的气候。实际测量法、模糊逻辑法、功率数学模型、间歇扫描跟踪法以及最优梯度方法、三点重心比较法等属不太常用的最大功率点追踪法。藉此可以获悉在光伏能源业界使用的所谓MPPT算法是多样性的，本申请不再重复赘述。

参见图6，光伏组件阵列是光伏发电系统从光能到电能转换的基础。光伏组件阵列中装有电池组串，每个电池组串由串联的光伏组件P1至PN等串接构成。光伏组件阵列提供的总电能由直流传输线输送给能源收集装置或能量收集装置，能源收集装置含如图所示的将直流电逆变成交流电的逆变器INVT或包括为蓄电池充电的充电器。通常每个光伏组件的正负极之间连接有与光伏组件并联的旁路二极管，以便在光伏组件的输出功率下降时该光伏组件可以被与其配套的旁路二极管予以旁路掉，而不是让输出功率下降的光伏组件进入负压区否则会导致光伏组件两端的极高功率耗散，甚至会引起燃烧。

参见图6，每个组串的功率与电压曲线中，相同的环境条件下每个组串具有唯一的最大输出功率点，在最大功率点左侧光伏组件的输出功率随光伏组件的输出电压上升而呈现出上升的趋势。到达最大功率点后，光伏组串的输出功率又迅速下降，而且下降的速度远大于上升速度，即最大功率点右侧光伏组件的输出功率随光伏组件的输出电压上升而呈现出下降的趋势。组串最大功率点对应的输出电压约等于其开路电压的78-80％左右。

参见图6，在可选的实施例中，第一设备J1-JN等电压转换器即DC/DC转换器被修改为带有MPPT功能的功率优化器，则逆变器INVT可具有或不具有MPPT功能。

参见图6，光伏组件P1-PN中的每个光伏组件均配置有一电压转换器，但是此时的电压转换器不只是简单的电压转换，而是具备功率优化功能所以又称优化器。每个功率优化器用于将与之对应的光伏组件的初始电流和初始电压设置在最大功率点处。例如图示的某个第一设备J1如功率优化器将与之对应的光伏组件P1设在最大功率点，例如图示的某个第一设备J2如功率优化器将与之对应的光伏组件P2设在最大功率点，例如图示的某个第一设备JN如功率优化器将与之对应的光伏组件PN设在最大功率点。功率优化器对光伏组件实现功率优化的作用，本范例中第一设备JN之控制器或微处理器可用于操作功率优化器执行升压或降压或升降压等电压转换动作，目的是将光伏组件的初始电流和初始电压即第一设备的输入电压和输入电流设置成光伏组件PN的最大功率点。第一设备还可以具备功率管理功能以实现光伏组件发电效率的最大化。

参见图6，功率优化器是直流到直流变换的电压转换器，也是单组件级别的电池最大功率跟踪设备。功率优化器对单组件进行最大功率优化之后，汇集的总功率传输给逆变器进行直流电到交流电的转换，再供给本地使用或者直接并网。逆变器通常可以是无最大功率追踪的纯逆变设备或配有二级最大功率追踪的逆变设备。主流的功率优化器主要的拓扑譬如采用常规的BUCK或BOOST或BUCK-BOOST或CUK电路架构。

参见图7，在支持光伏组件快速关断管理的关断装置中，以如图所示的可控制光伏组件是否被关断的第一设备JN如关断装置为例。第一设备JN如关断装置的电路期望实现的关断管理目标是判断光伏组件是否有必要及时关断：安装或内置于建筑物的光伏系统须包含快速关断功能，减少对应急处理人员的电击危险。尽管组件关断装置是以实现关断功能的组件关断装置为例来叙述说明，事实上组件关断装置在功能上至少集成了数据采集功能和组件关断功能。关于组件关断功能的解释：第一设备JN如关断装置可以将与之相对应的光伏组件PN从线缆断开并不向母线供电，第一设备JN如关断装置或将处于断开状态的光伏组件PN重新恢复接入到线缆上而再次向母线供电。譬如设第一设备J1的正输出端连正母线LA而第一设备JN的负输出端连到负母线LB。以及串联的多个第一设备中后一个第一设备的正输出端连接到相邻前一个第一设备的负输出端，或者多级第一设备中后一级第一设备的正输出端连接到相邻前一级第一设备的负输出端，从而将多个第一设备串联连接起来构成一个电池组串。电池组串中的每个光伏组件皆配置有一个接收其输出功率的第一设备，例如电池组串中的任意一个光伏组件PN皆配置有一个接收其PN输出功率的第一设备JN，任一电池组串下的多个光伏组件P1至PN对应的多个第一设备通过线缆相互串联例如J1至JN串联。此处第一设备的连接关系适用于图2-6的范例。

参见图7，第一设备JN的正输出端(第一输出端)和负输出端(第二输出端)之间可以布置旁路二极管或互补开关。互补开关是与开关S互补的开关：如果开关S接通那么它的互补开关就被关断及开关S关断那么它的互补开关就被接通。布置旁路二极管或互补开关的意义是防止电池组串在第一设备JN处形成断路。如果光伏组件PN被关断那么第一设备JN的旁路二极管或互补开关接通。如果光伏组件PN被重新恢复接入到线缆或曰重新恢复接入到电池组串中，那么旁路二极管或互补开关被关断。

参见图7，第一设备JN在光伏组件PN的正极与导电线缆之间设置开关S或者替代性的在光伏组件PN的负极与导电线缆之间设置此开关S。第一设备JN通过数据采集模块采集光伏组件的一项或多项目标数据，若发现目标数据异常即可由控制器IC来控制以便将该光伏组件PN予以关断，譬如由控制器IC来操作将开关S关断，无论是光伏组件的初始电压或初始电流出现异常还是第一设备输给线缆的输出电压或电流或电弧出现异常均可由控制器IC来驱动或控制该开关S予以关断。基于在第一设备和电弧传感器之间所建立的通信机制，若电弧传感器发给第一设备JN的预警含关断指令，第一设备在收到此类指令时也会主动驱动或控制该开关S予以关断。与此同时在其他可选实施例中同样也支持关断管理，如支持光伏组件P1快速关断的第一设备J1用于操作该光伏组件配置的关断开关S1的断开或导通，以控制光伏组件P1是否关断。依此类推其他可选范例同样支持关断管理，如支持光伏组件P2快速关断的第一设备J2用于操作该光伏组件配置的关断开关S1的断开或导通，以控制光伏组件P2是否关断。第一设备在本范例中是以关断装置作为可选范例来阐释，当然第一设备和电弧传感器在前文具备的有线通信功能和无线通信功能同样适用本范例，第一设备和电弧传感器具备双向通信能力。关断装置将光伏组件从电池组串移除或将处于移除状态的光伏组件重新接入到电池组串，将光伏组件从组串中移除可以是响应电弧传感器的预警信号的结果、将处于移除状态的光伏组件重新接入到组串中可以是响应电弧传感器的预警信号解除(即电弧解除)的结果。

参见图7，第一设备JN包括控制器IC。当前诸多类型的控制器IC自带有可收集前述目标数据的数据采集模块。例如控制器IC也可称为微处理器且允许它自带温度传感器或电压电流检测模块等功能。倘若控制器IC不带有数据采集模块则可为其配置额外的数据采集模块来收集目标数据。通常控制器IC获知了目标数据等参数信息后就可以通过控制配套的通信模块CM将目标数据予以发送出去。通信模块CM之通信机制主要包括有线通信和无线通信两大类型：例如可采用WIFI、ZIGBEE、433MHZ通信和红外或蓝牙等一切现有的无线通信方案，还例如刻意采用电力线载波通信的方案。在本申请的可选范例中例如通信模块CM包括电力线载波调制器，电力线载波调制器是以电力线载波的方式传输目标数据给数据接收方。图示的耦合元件10将电力线载波调制器发出的电力线载波耦合到母线上，耦合元件10譬如是带有原边副边绕组的变压器或者譬如是带有耦合线圈的信号耦合器。耦合变压器的使用方法例如可将电力线载波输送到原边绕组上而副边绕组则连接在母线或母线支路上作为母线的一部分，载波通过原边和副边的耦合作用而输送传递到到母线上。带有磁环和耦合线圈的信号耦合器的典型使用方法例如可将母线或母线支路直接穿过信号耦合器的绕有耦合线圈的磁环，电力线载波被输送到耦合线圈上即可从电源母线感应到从而可实施非接触式的信号传递。总而言之，耦合元件可采用现有技术公开的所有信号耦合方案，注入式电感耦合器技术、电缆卡接式电感耦合器技术和可切换全阻抗匹配的电缆卡接式电感耦合器等都是本申请的可选方案。总的原则是控制器将目标数据输送给通信模块并由通信模块通过有线或无线手段传给数据接收方。此外电弧传感器也可以配置有第一设备JN那样的控制器IC和通信模块CM等。再者控制器也还可以通过控制配套的通信模块CM从母线或线缆上收电力线载波信号或数据，通信模块例如含无线通信模块或电力线载波调制解调器，通信模块具有通信的收发功能。

参见图7，第一设备JN除含控制器IC和通信模块CM之外，还允许带有配套的用于从母线处感应电力线载波信号的信号感应耦合元件。第一设备既可以在光伏组件处将电力线载波信号发送和加载到母线上，第一设备又可以感应和捕捉从母线上发送至第一设备处的电力线载波信号。如电弧传感器将预警信号以载波信号的方式发给第一设备则第一设备需要对其予以捕捉。通常通信模块及信号感应耦合元件有时候集成在一起，如它们包括罗氏空心线圈传感器或高频传感器、编解码器或分流器等类型中的任意一种。值得阐明的是电压转换器和前述第一设备一样：配备有线或者无线通信的通信收发功能。同样如此的是功率优化器和前述第一设备一样：配备有线或者无线通信的通信收发功能。依此类推的是关断装置也和前述第一设备一样：配备有线或者无线通信的通信收发功能。除此之外该电弧传感器也和前述第一设备一样：配备有线或者无线通信的通信收发功能。若电弧传感器主动发送预警信号给不同的各第一设备并要求各第一设备收到预警信号时，务必对预警信号作出适应性响应，电弧传感器相当于主节点而各第一设备相当于从节点。第一设备在本范例中可以和电弧传感器可以建立起双向通信，当然第一设备在前文配备的有线通信功能和无线通信功能同样也可以配备给电弧传感器。所以电弧传感器可以将预警信号发送给各个第一设备(即直流输入侧存在着电弧故障)或电弧传感器将预警信号解除的信息发给各个第一设备(直流输入侧的电弧故障被解除)。这是让光伏发电系统变得更安全和更可靠以及让直流拉弧现象可检测和可控的有效途径。

参见图7，电弧传感器DT感测到直流输入侧存在电弧故障时产生预警信号，那么基于在第一设备和电弧传感器之间所建立的通信机制如无线通信或电力线载波通信，第一设备响应预警信号从而将与之对应的一个光伏组件从组串中移除；反之若电弧故障解除那么第一设备可将处于移除状态的光伏组件重新恢复接入到组串中。例如第一设备JN响应预警信号从而将与之对应的一个光伏组件PN从组串中移除；反之若电弧故障解除。那么所述第一设备JN将移除状态的光伏组件PN重新恢复接入到组串中。关断装置将光伏组件从组串中移除是其响应预警信号的一个动作，关断装置将处于移除状态的光伏组件重新恢复接入到组串中是其响应预警信号解除的另一个动作。因此在本实施例中第一设备是采用关断装置而且其响应预警信号的应激动作是移除行为。上下文所谓的预警信号是电弧传感器感测到直流输入侧存在电弧故障时所产生的、上下文所谓的预警信号解除是电弧传感器感测到直流输入侧的电弧故障消失时所产生的，它们是两种对立的结果。

参见图6，电弧传感器DT感测到直流输入侧存在电弧故障时产生预警信号，那么基于在第一设备和电弧传感器之间所建立的通信机制如无线通信或电力线载波通信，第一设备响应预警信号从而将与之对应的一个光伏组件的初始电压进行降压到零的处理；反之若电弧故障解除则第一设备可将处于被降压到零状态的光伏组件重新恢复成非零态。本范例中亦为每个电压转换器配置控制器IC或通信模块CM等。例如第一设备J1响应预警信号从而将与之对应的一个光伏组件P1的初始电压进行降压到零的处理；若电弧故障解除则第一设备J1将处于被降压到零状态的光伏组件P1重新恢复成非零态。电压转换器将光伏组件初始电压降压到接近零电压是其响应预警信号的一个动作，电压转换器将光伏组件初始电压进行电压转换到非零电压是其响应预警信号解除的另一个动作。注意在本实施例中第一设备是采用电压转换器，其响应预警信号的应激动作是降压行为。

参见图6，电弧传感器DT感测到直流输入侧存在电弧故障时产生预警信号，那么基于在第一设备和电弧传感器之间所建立的通信机制如无线通信或电力线载波通信，第一设备响应预警信号从而将与之对应的一个光伏组件的输出功率进行调节到零的处理；反之若电弧故障解除则第一设备将处于输出功率为零状态的光伏组件恢复到最大功率点。本范例中亦为每个功率优化器配置控制器IC或通信模块CM等。例如第一设备J2响应预警信号从而将与之对应的一个光伏组件P2的输出功率进行钳制到零的处理；若电弧故障解除则第一设备J1将处于输出功率为零的光伏组件P1重新恢复到最大点。功率优化器将光伏组件输出功率钳制到接近零功率是其响应预警信号的一个动作，功率优化器将光伏组件输出功率进行功率优化到最大功率点是其响应预警信号解除的另一个动作。注意在本实施例中第一设备是采用功率优化器，其响应预警信号的应激动作是降低功率行为。

参见图1，在可选实施例中，多级光伏组件P1-PN直接串联连接，多级光伏组件它们的输出电压叠加到母线上以供给逆变器INVT的直流输入侧。

参见图6，在可选实施例中，多级光伏组件P1-PN中的每一个组件均配置有一电压转换器，与多级光伏组件P1-PN相对应的多个电压转换器例如J1-JN串联连接，每个电压转换器用于对与之相应的一个光伏组件的初始电压执行升压或降压的电压转换。电压转换器如JN可对与之相应的光伏组件PN的初始电压执行升压或降压的电压转换。

参见图6，在可选实施例中，多级光伏组件P1-PN中的每一个组件均配置有一功率优化器，与多级光伏组件P1-PN相对应的多个功率优化器例如J1-JN串联连接，每个功率优化器用于将与之对应的一个光伏组件设置在最大功率点。功率优化器如JN用于将与之对应的一个光伏组件PN设在光伏组件PN的最大功率点。

参见图7，在可选实施例中，多级光伏组件P1-PN中的每一个均配置有一个图示关断装置，与多级光伏组件P1-PN相对应的一系列关断装置例如J1-JN串联连接，而每个组串则包括多级光伏组件P1-PN，每个关断装置用于将与之对应的一个光伏组件从组串中移除或将处于移除状态的光伏组件重新恢复接入到组串中。关断装置如JN用于将对应的光伏组件PN从组串中移除或将处于移除状态的光伏组件PN重新接入到组串。

参见图8，电弧传感器DT感测到直流输入侧存在电弧故障则电弧传感器DT通知逆变器切断交流电的输出，前文记载了逆变器主动停机而停止输出交流电的实施例，这种主动停机的缘由是电弧传感器DT感测到直流输入侧存在电弧故障时产生预警信号，并将预警信号发送给了逆变器，逆变器主动响应预警信号而停止输出交流电，如图4。后文介绍的实施例则是当电弧传感器DT感测到直流输入侧存在电弧故障之时，电弧传感器直接控制或操纵或驱动逆变器的交流输出侧的开关SW予以关断。

参见图8，电弧传感器DT感测到直流输入侧存在电弧故障则电弧传感器DT直接关断逆变器的交流输出侧的一个开关SW，开关SW视作一个投切开关。投切开关例如包括断路器或继电器或接触器等类型的开关。投切开关例如设置在两相交流电的零线上或者设置在两相交流电的火线上，投切开关例如设置在三相交流电的零线上或设置在三相交流电的火线上或设置在三相交流电的地线上。直流输入侧出现拉弧时即电弧传感器DT感测到直流输入侧有电弧故障时产生预警信号，用预警信号来驱动开关SW予以关断，此时预警信号是触发信号而且主要用于关断逆变器的交流输出侧的开关SW。所以电弧传感器产生的预警信号的用途是驱动和控制开关SW予以关断。本实施例中逆变器不再响应预警信号而停止输出交流电，而是当直流侧出现拉弧时把这个开关SW切断，从而使得逆变器被动停机以及迫使直流输入侧的拉弧熄灭。经过对比：逆变器响应预警信号而停止输出交流电的范例中体现逆变器主动停机的特征、而利用预警信号来驱动逆变器的交流输出侧的所谓投切开关予以关断的范例中则体现了逆变器被动停机的特征。无论是逆变器主动停机还是逆变器被动停机，图4和图8这两种不同范例的结果都是切断逆变器的直流输入侧和交流输出侧之间的功率耦合关系，迫使直流输入侧的拉弧熄灭。

参见图8，假设逆变器INVT的直流输入侧如母线LA/LB产生电弧故障，电弧传感器感测到直流输入侧存在电弧故障时产生预警信号并驱动开关SW予以关断，此开关受到预警信号的控制而关断时则逆变器无法输出交流电，从而可切断逆变器INVT的直流输入侧和交流输出侧之间的功率耦合关系。而作为对比：电弧传感器DT未侦测到电弧故障时逆变器INVT的交流输出侧波形可参见图中NOR、电弧传感器DT在侦测到电弧故障时逆变器INVT的交流输出侧波形可参见图中ARC，前者是正弦波的交流电、后者中断了交流输出。切断逆变器交流侧的开关可中止电弧的继续发生，从而实现灭弧。

以上通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述实用新型提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后各种变化和修正无疑将显而易见。因此所附的权利要求书应看作是涵盖本实用新型的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容都应认为仍属本实用新型的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种支持直流电弧保护的光伏发电系统，其特征在于，包括：

多级光伏组件；

对多级光伏组件提供的输出功率执行直流到交流变换的一逆变器，该逆变器的直流输入侧由多级光伏组件供电；

配备在该逆变器的直流输入侧的电弧传感器；

所述电弧传感器感测到直流输入侧存在电弧故障时，其通知逆变器切断交流电的输出或者其直接关断设置在逆变器的交流输出侧的一个开关。

2.根据权利要求1所述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其特征在于：

所述电弧传感器包括用于检测并行电弧或者检测串行电弧的传感器。

3.根据权利要求1所述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其特征在于：

多级光伏组件直接串联连接，它们的输出电压叠加到母线上以供给直流输入侧。

4.根据权利要求1所述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其特征在于：

多级光伏组件中的每一个均配置有一个电压转换器，与多级光伏组件相对应的多个电压转换器串联连接，每个电压转换器用于对与之相应的一个光伏组件的初始电压执行升压或降压的电压转换。

5.根据权利要求1所述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其特征在于：

多级光伏组件中的每一个均配置有一个功率优化器，与多级光伏组件相对应的多个功率优化器串联连接，每个功率优化器用于将与之对应的一个光伏组件设置在最大功率点。

6.根据权利要求1所述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其特征在于：

多级光伏组件中的每一个均配置有一个关断装置，与多级光伏组件相对应的多个关断装置串联连接，每个组串则包括多级光伏组件，每个关断装置用于将与之对应的一个光伏组件从组串中移除或将处于移除状态的光伏组件重新恢复接入到组串中。

7.一种支持直流电弧保护的光伏发电系统，其特征在于，包括：

逆变器；

逆变器的直流输入侧由多级光伏组件供电；

配备在逆变器的直流输入侧的电弧传感器；

所述电弧传感器感测到直流输入侧存在电弧故障时产生预警信号，并将预警信号发送给逆变器，逆变器响应预警信号而停止输出交流电，或由预警信号来关断逆变器的交流输出侧的一个开关，从而切断逆变器的直流输入侧和交流输出侧之间的功率耦合关系。

8.根据权利要求7所述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其特征在于：

多级光伏组件中的每一个均配置有一个电压转换器，与多级光伏组件相对应的多个电压转换器串联连接，每个电压转换器用于对与之相应的一个光伏组件的初始电压执行升压或降压的电压转换。

9.根据权利要求7所述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其特征在于：

多级光伏组件中的每一个均配置有一个功率优化器，与多级光伏组件相对应的多个功率优化器串联连接，每个功率优化器用于将与之对应的一个光伏组件设置在最大功率点。

10.根据权利要求7所述的支持直流电弧保护的光伏发电系统，其特征在于：

多级光伏组件中的每一个均配置有一个关断装置，与多级光伏组件相对应的多个关断装置串联连接，每个组串则包括多级光伏组件，每个关断装置用于将与之对应的一个光伏组件从组串中移除或将处于移除状态的光伏组件重新恢复接入到组串中。

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