TW201140994A - Direct current ARC fault circuit interrupter, direct current ARC fault detector, noise blanking circuit for a direct current ARC fault circuit interrupter, and method of detecting ARC faults - Google Patents

Description

201140994 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明揭露的概念是概括關於電弧故障偵測，且尤指 直流電弧故障斷路器。本發明揭露的概念還關於直流電弧 故障谓測器、用於直流電弧故障斷路器之雜訊遮沒電路、 以及偵測電弧故障之方法。 【先前技術】 經遇為的是，光伏打（Pv)(例如：光伏打；太陽能電氣） 系統中不具有任何已知機構來偵測發弧故障及阻止串 (string)或串陣列在電路内（串聯）故障或短路故障（舉例且非 限制而言：並聯電弧）的情況下產生能量，其可能會造成火 災。舉例來說，在串負載端的熔絲不會防止此故障。舉例 來說，電弧消耗能量，其不會轉移到換流器或負載。 已知的實務將保護裝置（例如：熔絲）置放在串負載端， 一條饋電導線（例如：接線；典型為正接線）是當反饋狀態與 反饋短路期間的反饋電流超過熔絲額定的15〇%而打開。視 製造業者而定，正或負饋電線將含有保護裝置（即：熔絲）。 視田地建築法規而定，系統可具有接地導線或可為未接 地 些已知匯線箱在二條導線上均包括炫絲，其對於在 饋電端而非在遠端的未接地系統。經認為的是，保護裝置 是未經使用在PV發電模組、在串的遠端、或在返回導線<中。 經認為：在PV發電模組與返回導線之間的所有連接饋電導 線均為未受保護以免於諸多種類的發弧事件或短路。 圖1顯示數個並聯串2、4、6之串聯連接的直流（Dc) 201140994

發電模組8 (例如：PV發電模組），且保護裝置10位在各串 勺正導線12處。此保護裝置1G是溶絲且僅保護以免於當 對應串2 4、6短路且由一起熔接在匯線箱16中之主DC 匯流排14處的其他pv串所反饋時的逆向過電流。 已知運用熔絲以供過電流保護及運用二極體以阻斷逆 電流。經認為的是，已知的DC發電模組串與陣列並未提供 串聯或並聯電弧故障保護。 經認為的是，熔絲本質上在pv電力系統中為無用，由 於此類熔絲是估算在全負載電流的125%且典型必須在全負 載電流的15〇%為開路，而對於^陣列的最大短路電流不 超過全負載電流的贈。。在PV電力系統中，炼絲保護導 線(諸如·接線)免於過電流。過電流可能僅由反饋情況所造 成。對於矽PV模組的前饋電流是典型由pv模組的結構所 限制到約7.5 A，PV模組在甚至是短路時而無法產生超過 勺 A因此，串熔絲是無用於提供保護以免於受到前饋 故障、或發生在串熔絲上的匯流排故障。 經認為的是，、溶絲亦無法提供免於發弧故障的保護。 炫絲是典型為使用在各串上，各串是串聯連接的若干個pv 模組以達成例如_ VDC電位。串是末端在中央接線盒， 其稱為匯線箱。 β模組DC/DC轉換器可將對於暴露連接器的電力截斷， 但是級認為缺乏對力故障的偵測機才冓。除此以夕卜，不存在 pv模組的任何保護或控制’ 1因此除了藉由覆蓋模组 (在此領域中的不實用策略）以阻斷光線且阻止ρν模組的石夕 201140994 二極體的照明，無法截斷由PV模組所產生的電位。 DC/DC轉換器有助於防止反饋故障，由於維持在該串 所提供的電壓與DC匯流排所需要的電壓之間的電壓一致 性以達到最大功率點（ΜΡΡ)β然而，對於正與負饋電線或接 地之間的串聯發弧故障或諸多短路為不具有任何保護。 存在對於直流電弧故障斷路器的改良空間。 亦存在對於直流電弧故障偵測器的改良空間。 進而存在對於偵測電弧故障之方法的改良空間。 【發明内容】 此等需求與其他者是由偵測在直流（DC)電路中的發弧 之本發明揭露概念所達成。 根據本發明揭露概念的一個觀點，一種直流電弧故障 斷器包3 .可为離接點，操作機構，其構成以將可分離 接T打開及閉合；跳脫（trip)電路，其與操作機構合作以將 :分離接點跳脫打開，跳脫電路包含：若干個交流電流感 測器，其構成以感測流過可分離接點的電流；若干個濾波 電路，其與該若干個交流電流感測器合作以輸出若干個交 2電流讯號；若干個峰值偵測器，其與該若干個濾波電路 合作以輸出若干個峰值電流訊號；及處理器，其與至少該 右干個峰值偵測器及操作機構合作，處理器是構成以（a)輸 入該右干個峰值電流訊號作為複數個峰值電流訊號或0)輸 入。玄右干個峰值電流訊號且確定該複數個峰值電流訊號， 處里器亦為構成以確定該複數個峰值電流訊號是否超過對 預定S°°限有一段預定時間，且予以響應而致使操作機構 201140994 將可分離接點跳脫打開。 跳脫電路可更包含直流電流感測器’其構成以感測流 過可分離接點的電流；且處理器可為進而構成以運用直流 電流感測器來偵測感測電流中的位準移位。 作為本發明揭露概念的另一個觀點，一種雜訊遮沒 (blanking)電路是用於直流電弧故障斷路器’其包含可分離 接點與若干個交流通道，該若干個交流通道是操作關聯於 可分離接點的複數個交流電流訊號。該雜訊遮沒電路包 含：直流電流感測器，其構成以與直流電弧故障斷路器的 可分離接點為串聯；及處理器，其與直流電流感測器合作， 處理益疋構成以輸入來自直流電流感測Is的感測直流電流 訊號’且若感測直流電流訊號的變化率是大於第一預定臨 限則禁能該若干個交流通道，或若該變化率是小於不同的 第二預定臨限則致能該若干個交流通道，第二預定臨限是 小於第一預定臨限。 作為本發明揭露概念的另一個觀點，一種偵測直流串 的電弧故障之方法包含：感測流過該直流串的交流電流； 用若干個濾波電路以濾波經感測交流電流且輸出若干個交 流電流訊號；從該若干個交流電流訊號確定複數個峰值電 流訊號；及確定該複數個峰值電流訊號是否超過對應預定 臨限有一段預定時間’且予以響應而將該直流串跳脫。 作為本發明揭露概念的另一個觀點，一種方法摘測包 含複數個直流串的陣列的電弧故障，該複數個直流串為電 氣並聯連接以形成該陣列。該種方法包含：感測流過該陣 7 201140994 列的交流電流；用若干個濾波電路以濾波經感測交流電流 且輸出若干個交流電流訊號；從該若干個交流電流訊號確 定複數個峰值電流訊號；及確定該複數個峰值電流訊號是 否超過對應預定臨限有一段預定時間’且予以響應而將該 陣列跳脫。 作為本發明揭露概念的另一個觀點，一種直流電弧故 障價測器包含：若干個交流電流感測器，其構成以感測流 過導線的電流；若干個濾波電路，其與該若干個交流電流 感測器合作以輸出若干個交流電流訊號；若干個峰值偵測 器，其與該若干個濾波電路合作以輸出若干個峰值電流訊 號；輸出；及處理器，其與至少該若干個峰值谓測器及輸 出合作，處理器是構成以（4輸入該若干個峰 為複數個峰值電流訊號、或(b)輸入該若干個峰== 且確定該複數個峰值電流訊號’處理器亦為構成以確定該 複數個峰值電流訊號是否超過對應預定臨限有一段預定時 間，且予以響應而致動該輸出。 作為本發明揭露概念的另一個觀點，_種直流電弧故 障斷路器包含：可分離接點；操作機構，其構成以將可分 離接點打開及閉跳脫電&，其與操作機才冓合作以將可 分離接點跳脫打開，跳脫電路包含：交流電流感測器，其 構成以感測流過可分離接點的電流；寬頻遽波電路，盆虚 交流電流感測器合作以輸出交流電流訊號；峰㈣測器， 其與寬頻濾波電路合作以輸出峰值電流訊號；及處理器， 其與至少該蜂值偵測器及操作機構合作，處理器是構成以 201140994

輸入及積分（integrate)該峰值電流訊號且確定該積分峰值電 流訊號是否超過預定臨限有一段預定時間，且予以響應而 致使操作機構將可分離接點跳脫打開。 S 【實施方式】 如在本文所運用，術語“若干個，，將意指—個或大於 一個的整數個（即：複數個）。 如在本文所運用，術語“處理器，，意指其可儲存檢 索及處理資料的預先程式規劃、可程式規劃、或專用邏輯 類比（舉例且非限制而言：若干個放大器 '濾波器、電容器、 及/或類比計時元件）及/或數位裝置；電腦；工作站丨個人 電腦；微處理器；微控制器；微電腦；中央處理單元；主 機電腦；小型電腦；伺服器；網路處理器；或任何適合的 處理裝置或設備。 口 士。在本文所運用’術語“短路”意指對於相反極性或 對於接地的栓接（bolted)故障或發弧（arcing)故障。 如在本文所運用，術語“栓接故障”意指對於相反極 性或對於接地的實體或直接或適合低阻抗電氣連接，典型 造成電流增大。 〃 如在本文所運用，術語“對於相反極性的發弧故障” 意指其透過導電電聚之對於相反極性的電氣連接。舉例且 非㈣i而言，此類的發弧故障可包括：⑴金屬蒸氣電弧（或 火化)’·⑺電漿電弧’其需要相當熱的離子化導通路徑及 ⑺在表面上的發弧’該表面是由於電解質污染或碳追縱 已經遭受到其絕緣能力的劣化。 201140994 如在本文所運用，術語電路内（in-circuit)發弧故障” 或“電路内電弧”意指在串聯電氣連接中、在發電模組的 内部、在複數個發電模組之間、或在往返匯線箱或任何其 他電氣接點、端子或接線之電路中的承受發弧斷路（例如： 電漿）。在此，串聯（series)意指存在另一個電路元件（舉例且 非限制而言：換流器）’其防止電弧為從電力線而直接電氣 連接到返回線。 如在本文所運用，術語“開路，，意指在沒有串（stdng) 的串聯電路電氣連接中之發弧情況下的斷路(break)。 如在本文所運用，術語“電弧故障斷路器，，'“ afci ” 與電弧故障保濩器意指電弧故障偵測器以及其響應於 電弧故障偵測器的若干個可分離接點。 θ〜、 如在本文所運用，術語“串（string)”意指複數個發電 模組的串聯電路連接。 如在本文所運用，術語“串保護器”意指對於串及/或 串中的發電模組的保護裝置。串保護器包括若干個Μ。卜 過電流及/或逆電流保護功能。 如在本文所運用，術，吾“匯線箱’，意指箱 '外殼、或 -他適σ、、’。構’其中複數串的_端是經溶絲及/或保護。匯 線粕電氣並聯組合來自數串的Dc電流。 如在本文所運用’術言吾“直流發電模組”意指光伏打 發電模組、電池、或燃料電池。 如在本文所運用’術語“電力線”概括意指在串饋電 端的電力導線，其電氣串聯連接發電模組。 201140994 如在本文所運用，術語“返回線，，概括意指其 延伸到串饋電端的電力導線，奉八 ^ 八个畀有串聯的發電模組。 發電模組的光伏打串是複數個發電模組電 霄"舉例來說，當包括複數個發電模組 電路電氣連接的雷故__# 電路疋在建立電弧跨於間隙(其承受該電弧) 的負載下而開路時’ “電路内電孤，，可能會發生。 舉例來說，當對於相反極性或接地的替代（例如：從‘正 常”導通路徑（例如：從在換流器的返回導線、透過所 =模組、到饋電導線、且回到換流器）的變化）短路路徑為經 建立時，‘短路電弧，，可能會發生。 >舉例且非限制而言，短路可能形成替代且不必要的電 氣路位s用保5蒦功能無法谓測或保護其採取替代路徑的 電流，使得過量的電流可能引起過熱且電弧可能引起火：。 替代的短路路徑（例如：上述不需要的電氣路徑）可能合 造成過電流，其歸因於從相料到短料彳㈣反饋電流: 短路路徑可能會被建立在沿著串聯連接的發電模组之 任何點處。 短路路徑還可能合姑挂_ 疋js被建立在從所路由繞送在共同位置 或線槽的數串到接地框苹、Ii °^ 導官或導線的返回或電力線導

線之間、或在從匯線箱到拖、、A 及相列換机器的返回或電力線導線之間。 本發明揭露概念是關於用&水 &卿％用於光伙打（PV)電路的電弧故 障保護而描述，雖然本發明揭露概念可應用於廣泛的DC應 用，其（舉例且非限制而言）包括相對較高Dc電壓的電路， 諸如：風力、複合式载具、電氣载具、海用系統及航空器。 201140994 本發明揭露概念是關聯於包括複數個光伏打（PV)發電 模組的諸串而描述，雖然本發明揭露概念是可應用於諸串 及其包括複數個直流發電模組（DC EGM)的串陣列。 本發明揭露概念是藉由監測在DC饋電中的種種頻率 而偵測在DC電力系統中的發弧。典型而言，電氣雜訊的基 線存在於DC饋電（例如：DC線路；DC返回線）。因此，運 用監測多個（例如：二或更多；較佳為三個以確保電弧在沒 有擾亂跳脫的情況下存在；任何適合的複數計數）頻率以確 保正確的電弧偵測與跳脫宣告且使得擾亂跳脫減到最少。 參考圖2,光伏打（PV)電力系統2〇是顯示包括複數個 直(DC)電弧故障斷路器（afci)，如將描述於後。pv電力 糸”先20包括複數個DC發電模組（EGM)(諸如：實例的pv 模組22)，其各者包括DCAFCI (諸如：實例的模組保護器 24)。複數個串26各者是由其為電氣串聯連接的複數個pv 模組22所形成。包括Dc匯流排3〇的陣列28是由dc串 26所形成，DC串26是電氣並聯連接於匯線箱32，匯線箱 32包括用於各個DC串26的串保護器33。陣列之中的 DC匯流排30是藉由換流器饋電保護器“與Dc斷接器38 而電氣連接到換流器34。換流器饋電保護器36與DC斷接 器38中的一者或二者可包括DCAFC卜換流器34包括dc AFCI 40 ’其提供反饋保護。 圖3顯不對於DC電弧故障之電弧電壓42與電弧電流 4相對時間46的纟會圖，DC電弧故障是發生在朝向該圖（關 於圖3)左側的時間期間。 12 201140994 圖4 貝不在發狐FFT 5〇的發弧情況以及在無孤fFt 的無弧情況之快速傅立葉變換（FFT)的頻率圖Μ。頻率圖耗 顯不對於此二個發弧與無派情況的頻率之訊號強度的顯著 差異（舉例且非限制而言：❸3〇dB或更大在此測試期間 為不存在任何的換流器。 參考圖5，直流（Dc)電弧故障斷路器（AFCI) 00包括： 可刀離接，點62 ’操作機構64，其構成以將可分離接點q 打開及閉合；及跳脫電路66,其與操作機構64合作以將可 分離接點6 2跳脫打開。 如關連於圖7到1 1而將在下文作論述，跳脫電路％ 包括：若干個交流電流感測器(諸如：1〇2)，其構成以感測 流過可分離接點62的電流67;若干個遽波電路68，其與 該若干個交流電流感測器1〇2合作以輸出若干個交流電流 訊號；若干個峰值制器7G，其與該若干㈣波電路心 作以輸出若干個峰值電流訊號266 ;及處理器72，其與至 ^該若干個峰值彳貞測器70及操作機構64合作。處理器Μ 是構成以（a)輸入該若干個峰值電流訊號266作為複數個峰 值電抓Λ唬、或（b)輸入該若干個峰值電流訊號266且確定 名複數個峰值電流訊號318 (圖u)。處理器72亦為構成以 確定該複數個峰值電流訊號是否超過對應預定臨限Μ (例 如關於圖4的線74所不）’且予以響應而致使操作機構 將可分離接點62跳脫打開。

處理器72可提供用於電弧偵測的對應預定臨限74。舉 例來說’如於圖4所示，臨限74可經設定為高於在無弧FFT 201140994 52的典型總雜訊且低於在發弧fft 5〇的典型電弧訊號。 如於圖7所不’舉例來說，跳脫電路66提供一種電弧 故障偵測器’其包括：若干個交流電流感測器(舉例且非限 制而言：三個實例的電感線圈Μ、L2、L3是經顯示）’其構 成以感測流過(例如：與可分離接點62為串聯)導線Ο的電 抓（例如.典型為A流，其可具有若干個交流分量）；若干個 濾波電路68,其與該若干個交流電流感測器合作以輸出若 干個父流電流訊號；若干個峰值偵測器7〇，其與該若干個 /慮波電路68合作以輸出若干個峰值電流訊號266 (舉例且 非限制而δ .二者是經顯示）；輸出73 (舉例且非限制而言： 包括其指出電弧故障指示的訊號；對於換流器(例如：用於 關斷)、直流斷接器、斷路器、開關、以及透過線圈％到可 分離接點62的跳脫訊號）；及處理器72，其與至少該若干 個峰值偵測|§ 70及輸出73合作。處理器72是構成以⑷ 輸入該若干個峰值電流訊號266作為複數個峰值電流訊 號、或（b)輸入該若干個峰值電流訊號266且確定該複數個 峰值電流訊號。處理器72亦為構成以確定該複數個峰值電 流訊號266是否超過對應預定臨限74有一段預定時間且 予以響應而致動輸出73。 實例1 再參考圖5，實例的DC AFCI 60可為用於串（舉例且非 限制而言：圖2的DC串26,其具有在大於最大值為約7A 之約24VDC到約600 VDC的串電壓）或DCEGM，諸如圖 2的PV模組22cDCAFCI60包括：電流感測器1〇2、類比 14 201140994 月J端104及處理器72 (舉例且非限制*言：微處理器）， 其監測該感測串電& 1〇8且將該感測串電流1〇8報告(舉例 且非限制而言：透過通訊埠UG)。DC afci6q可監測電流 ⑴與電壓⑺。處理器72彳包括過電流保護器例行程序 112、電弧故障保護器例行程序114 (例如：串聯；並聯）及 逆電流保護器例行程序丨16中的若干者（例如：一者、一些 或全邛）’其可提供種種的保護/警報功能、以及串性能（例 如1放；低輸出）。實例的Dc AFCI 6〇還包括由處理器 72所控制的可分離接點62。舉例來說，dc afci6〇可響應 於過電流料器、電弧故㈣護器、及逆電流保護器例行 程序112、114、116中的至少一者而將圖2的DC EGM 22 與串26隔離。DC AFCI 6〇可構成以測量通過電流感測器 102的電流與由Dc EGM 22透過分壓器ιΐ8所產生的電 壓。使用電流感測器1〇2，DC AFCI 6〇可感測在任何短路 情況下的逆流（反饋）電流。感測反饋電流的能力允許此類的 DC AFCI 60為受到命令以終止此類反饋電流的流通。反饋 電流是不想要的，由於其可能會使DC EGM過熱且降低被 遞送到換流器34 (圖2)或其負載（未顯示）的淨電流。若沒有 熔絲或其他保濩存在，反饋電流可能會大於前饋電流。若 沒有熔絲或其他保護存在，將可分離接點62打開可缓和及 /或防止有風險及/或不想要的電流。將可分離接點62打開 可緩和及/或防止有風險及/或不想要的電流（例如：降低從 陣列28 (圖2)所遞送到負載的能量）流通。 較佳而言，該若干個局部狀態指示器丨2〇及/或通訊琿 15 201140994 U〇還可提供用於遠程監測及警報。DC AFCI 60可經構成 以將諸串26 (圖2)中的對應者的故障狀態或健全狀況報告 到遠程位置’諸如122 (以虛線顯示於圖中）。 DC AFCI 60包括電源供應器124，其可接收來自外部 電源供應器（未顯示）（間關126在位置“ A”與‘‘ D”）、來自 主匯流排（未顯示）（開關126在位置“A”與“D”）、及/或 來自對應局部DC EGM 22 (開關126在位置“B”與“c”） 的電力。 實例2 圖6A顯示例行程序15〇，其提供對於圖5之處理器72 的DC電弧故障偵測、控制及保護。例行程序15〇致使處理 器72能夠偵測串聯電弧故障或並聯電弧故障，諸如：對於 接地或對於返回導線的並聯電弧。於圖6A ,步驟1 $6的AC (頻率）臨限（圖4的臨限74)對於串聯與並聯電弧均有效。 例行程序150是在步驟152起始，然後，處理器72是 在步驟153為初始化且整數i是設定等於零。其次，在步驟 154，適合的延遲（舉例且非限制而言：3 ms ;任何適合延遲 時間）是經引入。接著，在步驟155 ,訊號位準是在關注的 所有AC (高頻）範圍為經測量或輸入。其次，在步驟156， 確定是否複數個（舉例且非限制而言：三個；任何適合複數 個）峰值電流訊號（例如：圖7的266)超過對應預定臨限74。 若為否，則在步驟158’若整數丨目前為大於零，則經遞減， 然後重複步驟154。步驟160與162確定峰值電流訊號是否 超過對應預定臨限74有—一段預定時間。在步驟16〇，整數 16 201140994 i是經遞增，且在步驟162,確定整數丨是否等於預定值（舉 例且非限制而a · n= i 〇 ;任何適合的複數計數）。若為否， 則重複步驟154。否則，電弧故障是在步驟164經偵測，引 起可分離接點62打開且引起電弧故障指示器（例如：圖5 的120)以指示電弧故障情況。最後，步驟166等待重設命 令，其將DC AFCI 60重設為其初始狀態。 舉例來說，於圖7,處理器72是構成以確定是否所有 三個實例的峰值電流訊號266均超過三個對應預定臨限74 有一段預定時間，且予以響應而致使操作機構64將可分離 接點62跳脫打開。舉例來說，此使得當響應將Dc申（諸如： 26 (圖2))跳脫時的擾亂跳脫為減到最少。 圖6B中選用的雜訊遮沒例行程序2〇〇是個別的例行程 序’其與圖6Α的電弧故障偵測例行程序丨5〇為並行執行。 當發生暫態情況（包括在DC電流位準的顯著變化），雜訊遮 沒例行程序200是藉由阻止雜訊進入該若干個濾波電路68 與該若干個峰值偵測器70來減少擾亂跳脫。 如所顯示’舉例來說，於圖7到1 1，跳脫電路66可更 包括其與可分離接點62串聯的直流電流感測器202。處理 器72是進而構成以與直流電流感測器2〇2合作，輸入來自 直流電流感測器202的感測直流電流訊號204，且若感測的 直流電流訊號204的變化率是大於第一預定臨限則禁能該 若干個濾波電路68，或若該變化率是小於不同的第二預定 臨限則致能該若干個濾波電路68，第二預定臨限是小於第 一預定臨限。 17 201140994 在圖6B的雜訊遮沒例行程序2〇〇，步驟2〇6輸入該感 測直流電流訊，號204且累積其平均值，其次，在步驟2〇8， 確定由該若干個濾波電路68所形成的若干個AC通道是否 為接通㈣。若為是，接著在步驟21〇，確定目前的感測直 流電流訊號204是否為（舉例且非限制而言）小於步驟2〇6的 平均值的一半。若為是，接著在步驟212，該若干個AC通 道為經斷開。否則，或在步驟212之後，例行程序2〇〇是 在步驟214返回且在適合延遲後而再次在步驟2〇6執行。 另一方面，若該若干個AC通道是未接通，如在步驟 期所確定，則在步驟216，確定目前的感測直流電流訊號 2〇4是否為（舉例且非限制而言）大於步驟2〇6的平均值的 〇·9倍。若為否，則例行程序2〇〇是在步驟214返回。否則， 在步驟218，適合的延遲（舉例且非限制而言·· 5〇仏任何 適合的時間）是經提供，然後在例行程序2〇〇為在步驟214 返回之前，該若干個AC通道是在步驟22〇為經接通。步驟 218的此延遲是用於當AC通道為經斷開且不應偵測暫態時 之情形。此提供對於至少該延遲期間的雜訊遮沒。

實例的雜訊遮沒例行程序200是對於不同於串聯電弧 或並聯電弧或不同於歸因於照明變化的電流變化之暫態所 提供。雜訊遮沒例行程序2〇〇可偵測例如相當大的dc步級 (step)。相當大（且快速或高di/dt)步級將建立高頻且使所有 同頻AC通道為飽和。舉例來說，若換流器使輸入電流斷開 成微移，則DC AFCI 60 (圖5)將看出在此暫態期間的所有 頻率。因此，有利為在當偵測相當快速變遷時而使高頻AC 18 201140994 通道斷開’其變為直到（或接近）零安培，且然後使高頻ac 通道接通回到存在正常電流之時。 實例的雜訊遮沒例行程序200可為以適合速率（舉例且 非限制而言：每秒為120次；若暫態以該速率發生的任何 速率）而經中斷驅動。 實例3 參考圖7 , DC電弧故障斷路器（AFCI) 25〇是經顯示為 包括二個比流器（CT) 252、254、256 ’其運用三個實例的預 定、相當窄頻帶Q、fa)以避免已知的雜訊源（舉例且非 限制而言：來自具有已知切換頻率的特定換流器（例如：圖 2的34))。舉例來說，（電感線圈Ll、L2、L3的）電感與（電 容器C!、C2、C：3的）電容可為了關注的適合中心頻率（舉例 且非限制而吕：1 kHz、4 kHz、10 kHz)而提供。 在此實例，该若干個滤波電路6 8是複數個濾波電路， 該若干個交流電流訊號是複數個交流電流訊號（例如：其中 者疋對於窄頻帶（fi、f2、f3)之一），類比處理電路258的 若干個峰值偵測器7 0是複數個峰值偵測器，且提供到處理 益72的若干個峰值電流訊號266是複數個峰值電流訊號。 實例4 如於圖7所示，複數組（例如：二或多組；較佳為三組 以確保電狐是在無擾亂跳脫情況下而存在；任何複數計數 組）電感線圈（Li、L2、L3)與電容器（C丨、C2、C3)是經選擇以 預定頻率諧振，預定頻率是經選擇以避免負載與來源干 *閱·例如下文的實例16)。實例濾波器260、262、264 19 201140994 的輪出是被輸人到類比處理電路258。處理器72將複數個 峰值電流訊號266施加到累積器(未顯示)且接著為施加到 適合的邏輯功能（參閱：例如圖6A)。若在圖6八的步驟丨56、 16〇、162’複數個臨限债測器報告高於對應預定臨限7吣參 閱：例如下文的㈣15;如設定在典型的最大系統雜訊與 典型的最小電狐雜訊之間）的活動持續有一段預定時間（參 閱：例如下文的實例9) ’則處理器72引起跳脫。 在此實例中，複數個交流電流感測器是由電感線圈 (L丨'ί2、。）所提供，電感線圈（L丨、可為複數個比 流器’其中一者是對於不同頻率G之一且該若干 個濾波電路是複數個濾波電路260、262、264,其中一者是 對於不同頻率之一。 關連於圖2之實例的DC串26, 一種藉由串保護器33 中的一者以偵測DC串26中的對應者的電弧故障之方法包 括：感測流過DC串26的交流電流；用若干個濾波電路68 以渡波經感測的交流電流且輸出若干個交流電流訊號；由 該若干個交流電流訊號以確定複數個峰值電流訊號266 ;及 確定該複數個峰值電流訊號266是否超過對應預定臨限74 (圖4)有一段預定時間’且響應將該dc串26跳脫。 關連於圖2之實例的陣列28與實例的換流器饋電保護 器36 ’ 一種方法偵測陣列28的電弧故障，其中藉由：感測 流過陣列28的交流電流；用若干個濾波電路68以濾波經 感測的交流電流且輸出若干個交流電流訊號；由該若干個 交流電流訊號以確定複數個峰值電流訊號266 ;及確定該複 20 201140994 數個峰值電流訊號266是否超過對應預定臨限Μ (圖有 段預疋時間，且予以響應而將該陣列跳脫。 右圖7的感測DC電流2〇4變為負，則反饋跳脫268為 經起始。 實例5 於圖7，舉例且非限制而言，直流電流感測器202可為 分路器或霍爾（Hall)感測器。 實例6 於圖7 ’舉例且非限制，適合的ac電流感測器可包括： (例如.CT 252、254、256中一者）、不具有隔離的分路 器、具有變壓器的分路器（例如：經隔離，提供適合寬度的 頻率響應）、或霍爾感測器（例如：對於小於約5〇 kHz)。 舉例且非限制而言，對於三個實例AC電流感測器頻率 (fi f"2 f；3)的適合;慮波器260、262、264可包括在下文的實 例7、8、1 7與1 8所論述的濾波器。此等可包括：cT諧振 器（實例7與8 ;圖8與9);每個頻率有一個主動遽波器， 包括多個峰值偵測器70中一者與包括„與電容器(如於圖 7所示的電容器Cl、C2、C3中一者）的諧振電路；具有處理 器積分器的寬頻濾波器270 (實例π ;圖1〇);以及包括掃 掠（sweep)選擇頻率（實例18;圖u)或跳躍（h〇p)選擇頻率（實 例2 1 ;圖11)的適應性（切換電容器）濾波器272。 實例7 圖8顯示其具有三個繞組276、278、28〇的單一 ct 274’三個繞組276、278、28〇提供CT諧振器（例如：一個 21 201140994 ct具有複數個繞組，其中一個繞組是對於不同頻率π〗、g、 G)之一）。除此以外，DC電弧故障斷路器（AFCI) 25〇a是類 似於圖7之DC電弧故障斷路器（afci) 250。 實例8 圖9顯示分路變壓器電流感測器282及三個主動帶通 濾波器284、286、288 (例如：其中一者是對於不同頻率（例 如fi f2 fs)之）。此乂供具有三個交流通道290、292 ' 294的CT諧振器。分路變壓器電流感測器282包括分路器 296、電容器298及變壓器300，分路器296是與可分離接 點62為串聯，變壓器300包括一次繞組3〇2與二次繞組 304。電容器298與一次繞組302的串聯組合是與分路器296 為電氣並聯連接❶二次繞組304是透過適合的放大器3〇8 而將感測交流電流訊號306輸出到若干個（舉例且非限制而 a ·在此貫例為三個；任何適合數目個）濾波電路，諸如： 帶通滤波器284、286、288。此外，在此實例中，跳脫電路 όό更包括遮沒閘310，其由處理器72及圖6B之雜訊遮沒 例行程序200的步驟2 1 2、220所控制。 對於不同頻率（f,、f*2、匕）的適合濾波及頻帶選擇較佳為 在其等間以具有滾降（r〇ll〇ff)之預定頻率分離而被運用（例 如：運用非重疊頻率；G較佳為fi的至少約十倍）。不同頻 率是經選擇以避免例如換流器雜訊。 E>C電流換能器202可為例如霍爾效應（Hall Effect)元 件’諸如：舉例且非限制而言，AUegro® ACS714。DC電流 換月t*器202提供DC EGM 22與對應DC串26 (圖2)的相當 22 201140994 向電壓之電化（galvanic)隔離。分路器296、電容器298與 變壓器300提供AC電流感測器。電容器298將變壓器300 的一次繞組302與直流電流隔離以避免鐵心飽和。變壓器 300運用相當大的升壓比以提供“自由，’電壓增益且作為 對於相當高的串電壓之電化障壁。連同來自對應濾波器 284、286 ' 288與對應峰值偵測器7〇的增益，在變壓器後 的放大器308將AC訊號放大到用於處理器72的適合位 準。二個實例的帶通濾波器284、286、288調諧到適合的 頻率，其經選取以避免由於換流器雜訊的誤跳脫。三個實 例的峰值偵測器70取出已濾波Ac訊號的峰值以提供到處 理器72的A/D轉換器（未顯示）。處理器72分析三個實例的 AC通道290、292、294以偵測電弧是否存在於實例的pv 電力系統20 (圖2)。若是如此，則命令可分離接點62打開。 若運用圖6B之雜汛遮沒器例行程序2〇〇，則處理器72 還控制遮沒閘3 1 〇，其阻止非電弧相關的換流器雜訊及步進 或湧入暫態引起誤跳脫。 除此以外，DC電弧故障斷路器（AFCI)25〇，是類似於圖 7之DC電弧故障斷路器（AFCI) 25〇。 實例9 圖6A之y驟156的DC電弧故障偵測例行程序！ 5〇的 跳脫決策邏輯可為邏輯娜，其對於三個實例選擇頻率， 各個頻率為高於對於大於預定取樣計數（舉例且非限制而 言：大於10個取樣；大於某個取樣比例；大於預定計數的 斤有取樣0 ms ’任何適合時間或值）的預定臨限（參閱例 23 201140994 如下文的實例1 5) ’以為指出會引起跳脫之電弧的存在。 如於圖7到11所示，跳脫電路66可包括DC電流感測 器202，其構成以感測流過可分離接點62的電流，處理器 72可為構成以偵測來自直流電流感測器2〇2的感測電流中 的位準移位。此是在下文的實例10到13中所論述。 實例10 較佳而言，運用附加邏輯以防止擾亂跳脫。舉例來說， 若DC電流位準具有顯著的步級變化下降（圖6B)(例如：在 換流器起動與其他情況期間的雜訊遮沒，諸如在飽和期間 的換流器PWM)，處理器72可斷開AC訊號輸入。處理器 72可偵測在DC電流中的位準移位而作為用於偵測電弧的 附加“合格者’，。舉例來說，當陣列28 (圖2)正產生比該 換流器34所可接收及轉換的更多電力時，換流器34可進 行PWM (短暫且週期式斷開）以限制進來的電流。此暫態不 應引起DC AFCI (舉例且非限制而言：模組保護器24;串 保護器33 ;換流器饋電保護器36)為擾亂跳脫。 實例11 較佳而言’運用附加邏輯以偵測在匯流排/饋電線上的 並聯電弧：是否存在電弧且DC電流在饋電端為上升。此是 對於在DC匯流排30的DC串26上面的電弧，由於在饋電 中的電流是在並聯電弧（諸如：41)為在串保護器^的下面 時值為下降(變為更大負值)，即使沒有反饋亦如此。 實例12 較佳而言，運用附加邏輯以傾測並聯電孤··是否存在 24 201140994 電弧且DC電流在遠端為上升。此恆為發生因為故障是經 並聯置放為跨於遠程DC EGM 22 (圖2)(在故障的下面），此 降低阻抗且增大電流。典型而言，基線與電弧雜訊均為較 低，由於換流器34未被在並聯電弧（短路）下的遠端所“看 到”，雖然電弧雜訊是經偵測。 實例13 較佳而言，運用附加邏輯以偵測換流器34何時切斷· 匯流排電壓變為上升且DC t流變為下降。若並聯的所有 DC串26是同樣照明，則電流由於所有dc _ %產生相同 的開路電壓而接近零。^歸因於例如照明而在該等Dc串 26之間具有電壓差，則較高生產的Dc串％將反饋較低生 產的DC _ 26,而相較於換流器34存在時仍引起所有電流 減小。-在7A串中的最大反饋電流是約lA，當所有二極體 (未顯示）為存在（無故障）。對於電流被降低的—個例外是合 除了 -者之外的所有此串26㈣輕，此者可允許該= :電流在換流器34為斷開時而上升’因為就在換流器斷開 前的最大功率點針對額定電壓彳為相對極低的電屋。 實例14 較佳而言，運用附加邏輯以區分隨機（例如：發弧）與週 期7如·換流器）訊號來進—步減少擾亂跳脫。例如參閱下 文實例18。舉例來說’若帶通渡波器峰值偵測器7G (圖9) 為作用，則處理器72檢視以查看在跳脫時窗内是否含有隨 著時間變化的訊號。此將最合宜為發生在“基頻，，整流訊 號位準，具有以小於對應基㈣波器加、286、288的頻 25 201140994 寬之速率（即：換言之’相對較慢的平均）所測量的變化。亦 可藉由檢視在取樣器週期的最小值與最大值、或藉由考慮 相近於硬體或軟體邏輯内的標準偏差的統計參數而達成。 實例15 表1提供對於發弧與無弧情況（參閱：圖4)的實例測量 相對訊號強度。 表1

頻率 發弧情況 無弧情況 1 kHz -50 dB -85 dB 4 kHz -60 dB -90 dB 10 kHz -70 dB -95 dB 40 kHz -75 dB -100 dB 表1的諸值是使用以i ΜΗζ取樣的65κ個點之FFT所 產生。為了使dB值與安培數相關聯，在遽波器的頻寬内所 含有之FFT中的點個數必須確定為‘v,(在此情形中，頻 =解析度是約 15Hz，故 n=FilterBandwidth(Hz)/i5)。於是， 安培數=整個濾波器頻寬的V^Average_dB ^ 對於二(諸如：34(圖2))的典型切換頻率包括例如 、：小的換流器為2〇 kHz或對於相當大的換流器為8 kHzeDC對^轉換器典型為以約_ζ到約切換。 的奇言’換流器雜訊是窄頻帶且具有-或多個顯著 、人μ。因此，遽波器侦測頻率(舉例且非限制而言： m)的選擇要求其跨越至少約1G的因數，且較 26 201140994 約30(或約K5數量級）’為了在舉例且非限制而言的圖μ 之AND決策中的至少一個頻率是不受影響。 實例17 參考圖10,具有處理器積分器或整流器及遽波的寬頻 濾波器270是經顯示。除此以外，Dc電弧故障斷路器（AFCI) 250是類似於圖9之DC電弧故障斷路器（AFCI) 25〇，。有些 類似於® 6A之例行程序15〇，處理器72，是隨著時間經過 將該寬頻遽波器270與峰值谓測器7〇的輸出予以積分或平 均，將平均訊號饋送到-個臨限伯測器中（例如：類似於圖 6A之步驟156，儘管是對於_個訊號）且實行適合的邏輯功 能。分路變麼器電流感測器282’的寬頻感測器輸出包括來

自寬頻感測器的頻率（例如·· F 1〇w至丨丨F r low到F high)(此二個頻率是 較佳分別為低於及高於圖7之^ 1、f、愈£从#㈤ ^ < 11込、與f3的範圍，但是可 月匕為較佳是避免或壓制換.；*哭| , 尺至利換机益基頻的任何適合寬頻 圍）。處理器72,是對於在F F u Μ手軏 l〇W與F hlgh之間的頻率而積 为出一值。若積分值超過預宕 椏預疋I限，且若DC電流減小為選 用的偵測，則處理器72,致使跳脫。 、 此貫例提供在適合藤恶彳 頻帶（例如：在F low與F high之間） 的積分作用，使得並益留 ^ 、，、早一個峰值頻率引起跳脫。此提供 相當低成本的解決辦法，但 ” M ^ , —疋叮此具有與某些換流器為有 關的擾亂跳脫。 〃句 於圖1 0 ’單個寬頻減 业型而士，ο<-Η 〜皮盗270具有相當低的Q (例如： ，、t 而 5 Q<-1 或 <<ι)0 讲於,,,A . λ门找 J對於—些換流器（諸如：34 (圖 如同發弧故障，切換雜訊 ^ 2))， 為不適s (由於峰值是典型為相當 27 201140994 窄）而提高在寬頻中的總活動。 於圖10，該若干個濾波電路68 (圖7)為—個寬頻濾波 電路270。該若干個峰值偵測器7〇 (圖7)為一個峰值偵測器 ，其與寬頻濾波電路270合作以將峰值電流訊號2乃輸 出到處理器72,。峰值電流訊號273是代表頻帶中（例如： 在F low與F high之間）的複數個不同頻率。 實例18 參考圖11，適應性（切換電容器式）濾波器272是由Dc 電孤故障斷路H(AFCI) 25『所運用，DC電弧故障斷路器 (AFCI) 250，’’是類似於圖1〇之Dc f弧故障斷路器（afci) 250”。處理器72”運用類似圖6八之例行程序的例行程序， 雖然附加步驟（未顯示）附加在步驟153(為將新的換流器投 入使用）以識別要忽略的頻率、與要使用的“最低值 (valley)”頻率。適應性（切換電容器式）濾波器272提供一 頻率掃掠電路，其由來自處理器72”的時脈訊號312所控制。 於圖11，該若干個滤波電路68 (圖7)是一個頻率敏捷 (ague)據波電路27卜該若干個峰值彳貞測器7〇 (圖7)是峰值 偵測器314,其與該一個冑率敏捷滤波電路272合作以將峰 值電流訊號316輸出到處理器72”。處理器72，，是構成以控 制該-個頻率敏㈣、波電路272以確定複數個峰值電流訊 號318,其中一者是對於複數個不同頻率之一。 圖U之此掃掠頻率電路運用掃掠偵測器以在相當窄頻 帶（或掃掠窗）中識別相當強訊號且（藉由尋找高於標稱雜訊 底限的“尖峰”）予以忽略為雜訊。掃掠頻率掃掠偵測器測 28 201140994 量在掃掠窗中的活動。掃 理器72”，包括來 路將訊號3 16輸出到處

h_)。處理器72 ::'員率感測器282”的頻率(F 1〇w到F 代表來自例如電源：應=高，度頻率的窄頻帶雜訊，其 射頻⑽）雜訊，且處理等(諸如：34(圖2))的一般 帶是歸因於負施、、& „ 將彼專頻帶忽略不計。若某頻 為古，則/ 、、机态）特性雜訊而在“正常，，操作期間 為间，則處理器72”在藉由 铞作，月間 以尋找電弧時而… 不同頻帶中的高位準 餘頻帶_ m頻帶。處 72”接著計算對於其 餘頻帶的臨限值。對於其餘頻帶 限值（對負載特性雜 句值疋问於預定臨 " 考慮），則該電路致使跳脫。 找到:且藉由選擇用於㈣電弧的“最低值，，頻率而 以…器雜訊頻率。此提供強健的電弧故障情測 頁應”有不同切換頻率的新換流器。 —於圖1卜電路首先找到換流器雜訊頻率（例如：N的叶 數>==2)，然後藉由選擇用於偵測電弧的（i_n)個“最低值： 頻率而予以避免。不論換流器型式為冑，此方式很有效。 若運用圖6B之雜訊遮沒例行程序2〇〇，則處理器” 還控制遮沒閘310，以阻止無電弧相關的換流器雜訊引起誤 跳脫。 實例19 替代而言，由圖10之分路變壓器電流感測器282，所輸 出的寬頻訊號283的隨機性可經考慮。若不存在任何電弧， 則寬頻訊號283歸因於換流器切換而為相當恆定。然而， 具有電弧時，寬頻訊號283是隨機的高頻訊號，處理器72, 29 201140994 的適合電路或例行程序可偵測寬頻訊號283的隨機性且命 令可分離接點62打開。 實例20 圖12顯示電流訊號3 19及三個實例訊號2.5 kHz 32〇、 8 kHz 322與90 kHz 324在電弧325之前、期間以及之後的 繪圖。在電弧之前，2.5 kHz與8 kHz訊號320、322是相當 低且平穩’’（即：具有相當少變化）。在電弧期間，此等訊 號320、322具有提高位準，且同樣具有在大小上的相當多 變化（例如：可看出多個步級（例如：相當高位準的di/d⑴。 如时自換流器之切換頻率中一者的值定高頻訊號可能造 成高頻的提高位準，如由實例的9〇 kHz 324所示。然而， 將保持極為相當怪定。反之，發弧訊號將干擾頻率的寬帶， 但發弧訊號亦將隨著時間經過而迅速改變大小。此可用以 偵測發弧。隨著處理器72 (圖9)對頻帶取樣，可檢查隨著 時間經過的迅速大小變化且確定發 啤疋驶弧事件。舉例來說，具 有相當高位準的隨機性（di/dt變化） )乏&域326是以實例的 2.5 kHz與8 kHz訊號320、322而經顯+户*〆 叨，、生顯不在電弧325期間。 實例21 再參考圓11，處理器72,，可 』運用頻率跳躍例行程序 且處理為：個實例頻率(例如:圖9)，而是存在N個頻率， 上二Γ當電弧存在時尋找N個頻率中的-些或全 口1 徒问為尚於對應臨限74 (圖4、夕土 在力拄 L (圆4)之。注意，當無電弧 子在手’一些頻率可能歸 庐胪相玄 供机盗雜訊而仍為高於對應 限頻率跳躍例行程序328可運用箱—# 延用預足頻率集合（舉例且 30 201140994 而言:lkHz、2kHz、5kHz、1〇kHz、2〇kHz5〇kHz、 模型二其較佳為互相排除對於特定應用的所有已知雜訊 ㈣ 例如上文的實例16)且包括其非為彼此倍數的 以避免切換頻率的基本分量的諧波。 程序似跳躍到歡_中“者„彳量訊號的強度二 :=對於指…弧的頻帶中-些或全部的預定臨 ~如參閱上文貫例15)，則例行程序328引起跳脫。 此實例依序透過選擇頻率以評估雜訊位準且谓測發弧 二口 ·換流器切換是存在於正常操作期間的某些頻率且 較高的位準是在發弧期間的所有頻率上較佳而言為了 確邊且驗證發弧的正確宣告，數個跳躍頻率是在宣告發弧 情況之前而經偵測。 頻率跳躍例行程序328依序透過—連串的頻率以評估 雜訊位準。在正常操作下，換流器雜訊將在某些頻帶中為 相當高，但是在發弧期間的所有頻帶中仍為較高。 舉例來說’若N是1()個不同頻率，則彼等頻率中例如 :=3可能對應於換流器雜訊。因此，僅有·卜7個頻率 是經考慮。藉由使用頻率跳躍例行程序328，可能考慮較其 例如每個頻率使用個別帶通電路(如於圖9)而將實際；予乂 :； 取用的相對較多個頻率。接著’若大多數彼等頻率(舉例且 非限制而言：在此實例中兔4 ^ , ㈣甲為4、5、6或7個頻率）中的各者 具有高於對應臨限的訊號，則發弧情況是經宣告。 在此，舉例來說，處理器72，，可進而構成以基於若干個 外部雜訊源而排除該複數個不同頻率中的若干者且排除該 31 201140994 複數個峰值電流訊號中的相同若干者。 取樣相當多個頻率之另一個非限制性技術是使用從例 如在0.25 S期間為1到100 kHz之頻率掃掠方法，其中實 質所有取樣頻率是高於預定臨限，此於存在單一個切換頻 率與其諧波而將為不適用。此方式及頻率跳躍概念可能甚 至能夠順應並聯運作的超過一個換流器型式。 實例22 已揭露的 DC AFCI 250、250’、250”、25〇”，可經運用 以提供單機偵測、控制及保護，舉例且非限制而言，作為 用於一或多個直流發電模組的模組保護器、串保護器、陣 列保護器、用於匯線箱的保護器、用於子匯線箱的保護器、 用於遠程匯線箱的保護器、用於換流器或中央換流器或串 換流器的保護器' 用於轉換器的保護器、用於模組轉換器 的保護器、用於模組接線盒的保護器、以及用於斷接器或 斷路器的保護器》 如於圖5所示，實例DC AFCI6〇可包括：可分離接點 62 ;電流感測器102,其用於發弧與過電流事件的偵測；及 跳脫電路66,其包括適於處理用於發弧㈣^貞測心 號、及適於處理來自遠程位置（例如：透過圖5的通訊蜂ιι〇) 的ΟΝ/OFF叩令说號332 (圖7)之類比與數位構件。 電弧故障债測可使用在正Dc連接（如圖所示）及/或負 DC連接(未顯示)的適合電流感測$ ι〇2而達成，電流感測 器102感測進入及/或離開DCEGM22 (圖2)的電流位準。 電流波形的性質是經審視以確定是否存在發弧事件或是否 32 201140994 子在^接故恥。電弧故障與栓接故障事件是 AC感測器的電流波形屬性所確定。 此與 _ 實例23 實例的串伴4雈gg ,，， 資訊（舉例且非限制^構成則貞測及提供串性能 標稱、大於C:DC電流;無論是等於標稱、小於 電弧^11 或零）、串警報資訊（舉例且非限制而言： 資吨⑻丨’ t流；逆電流；模組短路(Vsc=0))、以及通告 出是相較於預M、基於目前照明位準的遠程測定及2 值、或學習值中-者)；開路；逆/過電流；短路)中至少一 者。學習值可為例如其在前10天期間的相同 個1、日m登錄的平均值、或另—個適合統計值。另一個= 式疋测里照明，且與以在該照明(與溫度)的MPP符合最佳 功率的適合性能測量（例如模組功率）相比較。 透過實例狀態指示器120 (圖5)，DC AFCI60可用例如 LED來局部（例如：在Dc egm或串）指示警報資訊，且用 例如 LED 條（bar)(例如：標稱的 〇%、2〇%、4〇% 6〇%、8〇%、 1 〇〇%、12〇%)來指*串性能。除此之外，若此等者是透過通 訊埠uo而傳通到遠程位置122，則其可顯示於適合的使用 者介面（未顯示）。 實例24 如關於圖6B與圖9到11所示，DC AFCI雜訊遮沒電 路330包括經構成以與可分離接點62串聯的直流電流感測 益202、及以與直流電流感測器2〇2合作的處理器72、72,、 33 201140994 72 〇處理器例行程序200是構成以輸入來自直流電流感測 器202的感測直流電流訊號’且若該感測直流電流訊號在 負方向的變化率為大於第一預定臨限則禁能該若干個交流 通道290、292 ' 294 (圖9) ’或若變化率為小於不同的第二 預定臨限則致能該若干個交流通道290、292、294 ,第二預 定臨限是小於第一預定臨限。 舉例且非限制而言，若例行程序2〇〇是每毫秒執行且 目前取樣是下降為低於前10個取樣的平均值的〇 5倍，則 交流通道290、292、294將在步驟212為經禁能一段預定 時間。當在後續取樣中的一者的取樣值達到大於該平均值 的0.9倍，此等交流通道29〇、292、294將再次為致能。 實例25 如由圖6Β的步驟206、208、210、212所示，例行程 序200累積來自直流電流感測器2〇2的感測直流電流訊號 之平均值，確定該若干個交流通道290、292、294是否為 經致能，且若平均感測直流電流訊號為小於第三預定臨限 (舉例且非限制而言：小於平均值的一半；平均值的任何適 合小部分）則響應以禁能該若干個交流通道29〇、292、294。 實例26 如由圖6Β的步驟206、208、216、218、220所示，例 行程序200累積來自直流電流感測器202的感測直流電流 訊號之平均值，確定該若干個交流通道290、292、294是 否為經禁能’且若平均感測直流電流訊號為大於第四預定 臨限（舉例且非限制而言：大於平均值的0.9 ;平均值的任何 34 201140994 適合小部分）則響應以致能該若干個交流通道29〇、292、 294，第四預定臨限是大於第三預定臨限。 實例27 如圖6B的步驟216、218、220所示，例行程序200是 在確定該平均感測直流電流訊號為大於第四預定臨限之後 且在響應致能該若干個交流通道29〇、292、294之前而延 遲一段預定時間（舉例且非限制：5〇微秒；任何適合時間）。 參考圖2與7，換流器34是由陣列28所供電。換流器 饋電保護器36是用若干個電流感測器（舉例且非限制而 吕.圖7的電感線圈Ll、L2、D來感測流過陣列28的交流 回頻電流。操作關聯該若干個濾波電路68與該若干個峰值 電流訊號266的複數個不同頻率（舉例且非限制而言：圖7 的fi f：〇疋經運用。電容器39(圖2)是配置在換流器饋 電保護器36的若干個電流感測器與換流器34之間，以限 制直流串26 +的不同直流串在不同頻率之間的串音 —10。電容器39作為用於在DC EGM 22之間的導線 上的AC雜訊的短路。ac雜邱曰au泰4 L雜5fl疋從電弧41 (例如：在關於 圖2的左側的串26中）傳播 換瓜盗34而未朝向相鄰的 並聯串26 (例如：在關於圖2 扪〒央與右側的串26)。電容 益39可為位在保護裝置内， ., 4保蠖裝置可為個別的外部構 或可為換流器34的輸入電路的部分者。 實例29 換流器34的輸入電容通常提供適當的電容以建立對於 35 201140994 向頻訊號的適合低阻抗路徑。附加較大電容可能會是有利 以確保存在足夠的電容。電容可經附加在交流電流感測$ 上游的保護裝置的位置以在匯流排上造成阻抗’其相較於 無故障串的阻抗為相當小(例如：為提供在串或子陣列之間 的AC隔離）。舉例且非眼在丨而 非限制而吕，約50 的電容提供適 合的低阻抗路徑’相較於對於頻率為高於約2 5此的換流 器輸入阻抗》 實例30 參考圖2與5,使用者可用串保護器33來識_如： 藉由檢視DC AFCI60的局部狀態指示器12〇;藉由檢視若 由通Λ埠110所通訊的遠程監測/警報丨22)該複數個直流串 26 (圖2)中何者為故障。 實例31 在某方面，DC EGM 22串中的串聯連接可能為受損而 使得圆2中的整串26必須被斷開。位在匯線箱32中的對 應串保濩器3 3提供在此階層的保護。 在某方面’故障模式中的若干個串％可能大到而使得 陣列=必須被斷開且從圖2的pv電力系統2〇分離。諸如 Μ讀電保護器36的陣列保護器提供在此階層的保護。 舉例且非限制而言，已揭露的DC AFCI 60可保護相對 電流、在圖2的串陣列28與換流器“之間的高電 '且可為文到命令以可能會在串陣列28的電力電路 中發展的複數個故障方案下予以斷開。 已揭露的串保護器33或DC AFCI 60還可位在任何pv 36 201140994 電力系統' 串或陣列的任何構件（舉例且非限制而言：斷路 益；匯線箱；子匯線箱；遠程匯線箱；DC EGM ;換流器； :央換'器；串換流器；轉換器；模組轉換器；模:接線 益，斷接器）。 、'’ 實例32 雖…、可離接點62為經揭露’還可運用適合的固 分離接點。舉例來說，已揭露的DCAFCI6〇包括適合_ 路盗機構’諸如··由操作機構64所打開及閉合的可分離接 點62,雖然已揭露的概念可應用到廣泛的電路中斷機構 ^且非限制而言：類似贿或丽元件的固態開關；接 ^接點)及/或基於固態的控制/保護裝置（舉例且非限制而 a.驅動器；軟式起動器、DC/DC轉換器)及，或操作機構(舉 例且非限制而言：電氣、機電、或機械式機構）。 實例33 立參考圖Π’數位訊號處理器（DSP) 72”，是由DC電弧故 ()50所運用，DCAFCI25〇，，，，是類似於圖 1之DC電孤故障斷路器（AFCI) 25〇”，，除了處理器為不同 且硬體;慮波器272與峰值偵測器3U是由 72”，所實施 之外、來自放大益308的輸出是透過選用的遮沒閘31〇而 進入DSP 72的A/D轉換器（未顯示DSp 72”，為夠快 ^取=以進行附（舉例且非限制而言：卩200 kHz取樣來 >s二门達.力100 kHz的頻率）。在Dsp 72”，中的勃體328,可 H &自放大& 308的類比電流訊f虎3 1 8 ’的頻譜中的 複數個峰值、雜訊位準、切換頻率、歸因於们线變化， 37 201140994 且舉例來說，韌體328,可為適應性β 儘管已經詳述本發明揭露概念的特定實施例，熟悉此 技藝人士將理解的是，鑒於此揭露内容的整體揭示可發展 對於彼等細節的種種修改與替代者。是以，已揭露的特定 配置疋表不僅為說明性質而非為限制關於本發明揭露概念 的範疇，其為隨附申請專利範圍及其任何與所有等效者的 完整幅度所提供。 【圖式簡單說明】 本發明揭露概念的完整瞭解業已在連同隨附圖式所解 讀時的較佳實施例描述而得到，其中： 圖1疋複數串的直流（DC)發電模組以及對於各串的單 一個保護裝置的示意形式方塊圖，保護裝置是位在正導線。 圖2是包括根據本發明揭露概念的實施例的複數個Dc 電弧故障斷路器之光伏打（PV)電力系統的方塊圖。 圖3是DC電弧故障的電弧電壓與電弧電流的繪圖。 圖4是顯示在發弧情況及無弧情況之快速傅立葉變換 (FFT)的頻率圖，其顯示頻率之訊號強度對於此二個情況的 顯著差異。 圖5是根據本發明揭露概念的其他實施例的dc電弧故 障斷路器的示意形式方塊圖。 圖6A與6B是分別為對於圖5的處理器提供dc電弧 故障偵測、控制及保護的例行程序的流程圖。 圖7是根據本發明揭露概念的另一個實施例的Dc電弧 故障斷路器的示意形式方塊圖，該DC電弧故障斷路器包括 38 201140994 三個預定相當窄的頻帶以避免已知 三個比流器（ct)，其運用 的雜訊源。 故二是根據本發明揭露概念的另一個實施例的DC電弧 且二：的不意形式方塊圖，該DC電弧故障斷路器包括 有—個繞組的單一個CT。 A圖9是根據本發明揭露概念的另一個實施例的DC電弧 故p早斷路益的不意形式方塊圖，該Dc電弧故障斷路器包括 具有三個主動帶通濾波器之分路變壓器電流感測器。 圖10是根據本發明揭露概念的另一個實施例的DC€ 弧故I1早斷路器的示意形式方塊圖，該Dc電弧故障斷路器包 括寬頻電路。 圖1疋根據本發明揭露概念的另一個實施例的Dc電 弧故障斷路器的不思形式方塊圖，該DC電弧故障斷路器包 括頻率掃掠電路。 ’ 圖12是在電孤之前、t弧期μ以及在電弧之後的直流 電流訊號、不同頻率的三個交流電流訊號、及跳脫訊號的 緣圖。 圖1 3是根據本發明揭露概念的另一個實施例的DC電 弧故障斷路器的示意形式方塊圖，該DC電弧故障斷路器包 括數位訊號處理器。 【主要元件符號說明】 2、4、6 串 8 直流（DC)發電模組（例如：Pv發電模組） 1〇 保護裝置 39 201140994 12 正導線 14 主DC匯流排 16 匯線箱 20 光伏打（PV)電力系統 22 直流（DC)發電模組（EGM)(諸如例如：PV模組） 24 模組保護器 26 DC 串 28 陣列 30 DC匯流排 32 匯線箱 33 串保護器 34 換流器 36 換流器饋電保護器 38 DC斷接器

40 DC AFCI 41 電弧 42 電弧電壓 44 電弧電流 46 時間

48 頻率圖 50 發弧FFT 52 無弧FFT 60 直流（DC)電弧故障斷路器（AFCI) 62 可分離接點 40 201140994 63 導線 64 操作機構 66 跳脫電路 67 流過可分離接點的電流 68 濾波電路 70 峰值偵測器 72、72’、72” 處理器 72”， 數位訊號處理器（DSP) 74 對應預定臨限 76 線圈 102 交流（AC)電流感測器 104 類比前端 10 8 感測串電流 110 通訊埠 112 過電流保護器例行程序 114 電弧故障保護器例行程序（例如：串聯；並聯） 116 逆電流保護器例行程序 118 分割器 120 局部狀態指示器 122 遠程位置（監測/警報） 124 電源供應器 126 開關 150 例行程序 152-166 步驟 41 201140994 200 遮沒例行程序 202 DC電流感測器（換能器） 204 感測直流電流訊號 206-218 步驟 250、250A DC電弧故障斷路器（AFCI) 250’、250”、250”，、250”” DC 電弧故障斷路器（AFCI) 252、254、256、274 比流器（CT) 258 類比處理電路 260、262、264 濾波器 266、273 峰值電流訊號 268 反饋跳脫 270 寬頻濾波器 272 適應性（切換電容器式）濾波器 276、278 ' 280 繞組 282、282’、282” 分路變壓器電流感測器 283 寬頻訊號 284、286、288 主動帶通濾波器 290、292、294 AC 通道 296 分路器 298 電容器 300 變壓器 302 一次繞組 304 二次繞組 306 感測交流電流訊號 42 201140994 308 放大器 3 10 遮沒閘 312 時脈訊號 314 峰值偵測器 316 ' 318 峰值電流訊號 318’ 類比電流訊號 319 電流訊號 320 2.5 kHz 訊號 322 8 kHz 訊號 324 90 kHz 訊號 325 電弧 326 區域 328 頻率跳躍例行程序 328’ 韌體 330 DCAFCI雜訊遮沒電路 332 ΟΝ/OFF命令訊號 43

Claims (1)

1. 201140994 七、申請專利範圍： 1'種直流電弧故障斷路器，其包含： 可分離接點； 操作機構’其構成以將該等可分離接點打開及閉合； 跳脫電路’其與該操作機構合作以將該等可分離接點 跳脫打開，該跳脫電路包含： 若干個交流電流感測器，其構成以感測流過該等 可分離接點的電流； 若干個濾波電路，其與該若干個交流電流感測器 合作以輸出若干個交流電流訊號； 若干個峰值偵測器，其與該若干個濾波電路合作 以輸出若干個峰值電流訊號；及 處理器，其與至少該若干個峰值偵測器及該 操作機構合作，該處理器是構成以輸入該若干個峰值 電流訊號作為複數個峰值電流訊號、或輸入該若干個 峰值電流訊號且確定該複數個峰值電流訊號，該處理 器亦為構成以確定該複數個峰值電流訊號是否超過對 應預定臨限有一段預定時間，且予以響應而致使該操 作機構將該等可分離接點跳脫打開。 2. 如申請專利範圍第1項之直流電弧故障斷路器，其中 該跳脫電路更包含直流電流感測器，其構成以感測流過該 等可分離接點的電流；且其中該處理器是進而構成以運用 該直流電流感測器來偵測感測電流中的位準移位。 3. 如申請專利範圍第1項之直流電弧故障斷路器，其中 201140994 該跳脫電路更包含其與該等可分離接點串聯的直流電流感 測器，且其中該處理器是進而構成以與該直流電流感測器 合作，輸入來自該直流電流感測器的感測直流電流訊號， 且右5亥感測直流電流§fl號的變化率是大於第一預定臨限則 禁能該若干個濾波電路，或若該變化率是小於不同的第二 預定臨限則致能該若干個濾波電路，第二預定臨限是小於 第一預定臨限。 4 ·如申凊專利範圍第1項之直流電弧故障斷路器，其中 該處理器進而構成以偵測串聯電弧故障或並聯電弧故障。 5. 如申請專利範圍第1項之直流電孤故障斷路器，其中 5亥處理器進而構成以偵測對於接地或對於返回導線的並聯 電弧。 6. 如申請專利範圍第1項之直流電弧故障斷路器，其中 該若干個濾波電路是複數個濾波電路；其中該若干個交流 電流訊號是複數個交流電流訊號；其中該若干個峰值偵測 益是複數個峰值偵測器；且其中該若干個峰值電流訊號是 複數個峰值電流訊號。 7. 如申請專利範圍第1項之直流電弧故障斷路器，其中 該若干個濾波電路是至少三個濾波電路；其中該若干個交 流電流訊號是至少三個交流電流訊號；其中該若干個峰值 債測器是至少三個峰值偵測器；且其中該若干個峰值電流 訊號是至少三個峰值電流訊號。 8 ·如申請專利範圍第7項之直流電弧故障斷路器，其中 °玄等對應預定臨限是至少三個對應預定臨限；且其中該處 45 201140994 理盗是進而構成以確定該至少三個峰值電流訊號中的複數 個或全部是否超過該至少三個對應預定臨限中的複數個或 全部有一段預定時間，且予以響應而致使該操作機構將該 等可分離接點跳脫打開，藉以使得擾亂跳脫減到最少。 9_如申請專利範圍第1項之直流電弧故障斷路器，其中 s亥右干個濾波電路是複數個帶通濾波電路；其中該若干個 交流電流訊號是複數個交流電流訊號；其中該若干個峰值 偵測器是複數個峰值偵測器；且其中該若干個峰值電流訊 號是複數個峰值電流訊號。 10.如申請專利範圍第丨項之直流電弧故障斷路器，其 中該若干個交流電流感測器是複數個比流器，其中一者是 對於複數個不同頻率之―；且其中該若干㈣波電路是複 數個濾波電路，其中一者是對於該複數個不同頻率之一。 U.如申請專利範圍第1項之直流電弧故障斷路器，其 中該若干個交流電流感測器是比流器，該比流器包括複數 個繞組，其中一者是對於複數個不同頻率之一；且其中該 若干個濾波電路是複數個濾波電路，其中一者是對於該複 數個不同頻率之一。 、 12_如申請專利範圍第丨項之直流電弧故障斷路器， 中該若干個交流電流感測器是包含與該 的分路器、電容器及包括-次繞組與二次繞組的== 交流電流感測器，該電容器及該一次繞組的串聯組合是 該分路器電氣並聯連接，該二次繞組將感測的交流電流 戒輸出到該若干個濾波電路。 46 201140994 女申叫專利範圍第12項之直流電弧故障斷路器，其 中該跳脫電路更包含由該處理器所控制的遮沒問。 14.士申叫專利範圍第丨2項之直流電弧故障斷路器，其 中該右干個濾波電路是複數個帶通濾波電路，《中一 對於複數個不同頻率之一。 15·如申吻專利範圍第12項之直流電弧故障斷路器其 中β右干㈣波電路是由該處理器所控制的頻率敏捷渡波 電路’其中該若干個峰值偵測器是與該頻率敏捷濾波電路 口作的峰值偵測器’以輸出峰值電流訊號；且其中該處理 盗疋進而構成以控制該頻率敏捷濾波電路以確定該複數個 峰值電々“fl號，其中一者是對於複數個不同頻率之一。 16_如申晴專利範圍第1項之直流電弧故障斷路器，其 中β右干個父流電流感測器是複數個交流電流感測器其 中一者是對於複數個不同頻率U中該若干㈣波電 ，操作上關聯該複數個不同頻率；其中該若干個濾波電路 =構成以提供在其間具有預定頻率間隔的複數個不同頻 率，且其中該複數個不同頻率是經選擇以避免換流器雜訊。 =17.如申睛專利範圍第1項之直流電弧故障斷路器，其 中該右干個濾波電路是頻率敏捷濾波電路；其中該若干個 峰值偵測11是與該頻率敏捷毅電路合作的峰值偵測器， :乂輸出峰值電流訊號；且其中該處理器是進而構成以控制 頻率敏捷/慮波電路以確定該複數個峰值電流訊號，其中 —者是對於複數個不同頻率之一。 18·如申請專利範圍第17項之直流電弧故障斷路器，其 47 201140994 理器是進而構成以基於若干個外部雜 中的相同若二干者且排除該複數個峰值電流訊號 中 限 19.如申請專利範圍 該處理器是進而構成 第1項之直流電弧故障斷路器，其 以提供用力電幻貞測的對應預定臨 20.如申請專利範圍第1項之直流電弧故障斷路器，其 中該操作機構是線圈。 21.如申請專利範圍第i項之直流電弧故障斷路号，^ 中該電弧故障斷路器是用於直流發電模組的模組保護器、 串保蠖器 '陣列保護器、用於匯線箱的保護器、用於遠程 匯線箱的保護器、用於換流器的保護器、用於轉換器的保 ，器、用於模組轉換器的保護器、用於模組接線盒的保護 态、用於斷接器的保護器及用於斷電器的保護器中的一者。 22.如申呀專利範圍第21項之直流電弧故障斷路器，其 u串保護器是構成以^貞測及提供串性能資訊、串警報資 訊、與通告資訊中的至少一者。 •種用於直流電弧故障斷路器的雜訊遮沒電路，該 直流電孤故障斷路器包含可分離接點與操作上關聯於用於 該等可分離接點的複數個^電流訊號的若干個交流通 道，該雜訊遮沒電路包含： 直μ電流感測器，其構成以與該直流電弧故障斷路器 的該等可分離接點為串聯；及 處理器，其與該直流電流感測器合作，該處理器是構 48 201140994 成以輸入來自該直流電流感測器的感測直流電流訊號’且 若該感測直流電流訊號的變化率為大於第一預定臨限則禁 能S亥若干個交流通道，或若該變化率為小於不同的第二預 定臨限則致能該若干個交流通道，第二預定臨限是小於第 一預定臨限。 24. 如申请專利範圍第23項之雜訊遮沒電路，其中該處 理器疋進而構成以累積來自該直流電流感測器的感測直流 電流讯唬的平均，確定該若干個交流通道是否為致能，且 务·遠平均感測直流電流訊號為小於第三預定臨限而響應以 禁能該若干個交流通道。 25. 如申請專利範圍第23項之雜訊遮沒電路，其中該處 理器疋進而構成以累積來自該直流電流感測器的感測直流 電流訊號的平均，確定該若干個交流通道是否為禁能，且 若忒平均感測直流電流訊號為大於第四預定臨限而響應以 致能該若干個交流通道。 26. 如申請專利範圍第25項之雜訊遮沒電路，其中該處 理器是進而構成以在確定該平均感測直流電流訊號為大於 第四預定臨限之後且在響應以致能該若干個交流通道之前 延遲有一段預定時間。 27. —種偵測直流串的電弧故障之方法，該方法包含： 感測流過該直流串的交流電流； 用若干個濾波電路以濾波該感測交流電流且輸出若干 個交流電流訊號； 由該若干個交流電流訊號以確定複數個峰值電流訊 49 201140994 號；及 確定該複數個峰值電流訊號是否超過對應預定臨限有 一段預定時間，且響應以將該直流串跳脫。 28_如申請專利範圍第27項之方法，其更包含： 用該直流串以對換流器供電； 用若干個電流感測器以感測流過直流串的交流電流； 運用操作上關聯於該若干個濾波電路與該複數個峰值 電流訊號的複數個不同頻率；及 運用經配置在該若干個電流感測器與該換流器之間的 電容器來限制不同直流串在該等不同頻率之間的串音。 2 9. —種偵測包含複數個直流串的陣列的電弧故障之方 法，該複數個直流串為電氣並聯連接以形成該陣列，該方 法包含： 感測流過該陣列的交流電流； 用若干個濾波電路以濾波該感測交流電流且輸出若干 個交流電流訊號； 由該若干個交流電流訊號以確定複數個峰值電流訊 號；及 確定該複數個峰值電流訊號是否超過對應預定臨限有 一段預定時間，且響應以將該陣列跳脫。 30.如申請專利範圍第29項之方法，其更包含： 用該陣列以對換流器供電； 用若干個電流感測器以感測流過該陣列的交流電流； 運用操作上關聯於該若干個濾波電路與該複數個峰值 50 201140994 該換流器之間的 不同頻率之間的 電流訊號的複數個不同頻率；及 運用經配置在該若 電容益來限制該直流串令的不同者在該等 串音。 31.如申請專利範圍第29項之方法，其更包含： 運用三個對應預定臨限作為料對應預定臨限； 及 運用二個峰值電流訊號作為該複數個峰值電流訊號 確定所有三個峰值電流訊號是否超過該三個對應預定 臨限有-段預定時間，#以當響應以將該複數個直流串中 的一者跳脫時而使得擾亂跳脫為減到最少。 32·如申請專利範圍第29項之方法，其更包含： 在換流器處附加電容器，以建立對於預定頻率範圍的 低阻抗.交流路徑。 33. 如申請專利範圍第29項之方法其更包含： 識別該複數個直流_中何者為故障。 34. 如申請專利範圍第29項之方法，其更包含： 感測流過該陣列的直流電流；及 確定在該感測直流電流中的隨機性，且響應以將該陣 列跳脫。 3 5 . —種直流電弧故障偵測器，其包含： 若干個交流電流感測器’構成以感測流過導線的電流； 若干個遽波電路，與該若干個交流電流感測器合作以 輪出若干個交流電流訊號； 51 201140994 若干個峰值偵測器，與該 -^ . 、'^ 干個濾波電路合作以輸出 右干個峰值電流訊號； 輸出；及 處理器，與至少該若干個峰 # 士 1U峰值偵測器及該輸出合作， S亥處理器是構成以輸入該若干 卞個峰值電流訊號作為複數個 峰值電流訊號、或輸入該若干個 ~r個峰值電流訊號且確定該複 數個峰值電流訊號，該處理 盗亦為構成以確定該複數個峰 值電流訊號是否超過對應預定臨 谓疋^限有—段預定時間，且予 以響應而致動該輸出。 36.如申請專利範圍第35項之直流電弧故障摘測器，1 中該輸出是構成以輸出用以指出電弧故障的訊號。 /7.如申請專利範圍第⑽之直流電弧故障偵測器，其 中該輸出是構成以將跳脫訊號輸出到換流器、直流斷接 器、斷路器、與開關中的一者。 38.—種直流電弧故障斷路器，其包含： 可分離接點； 操作機構，其構成以將該等可分離接點打開及閉合； 跳脫電路，其與該操作機構合作以將該等可分離接點 跳脫打開，該跳脫電路包含： 交流電流感測器，其構成以感測流過該等可分離 接點的電流； 寬頻濾波電路’其與該交流電流感測器合作以輸 出交流電流訊號； 峰值偵測器，其與該寬頻濾波電路合作以輸出峰 52 201140994 值電流訊號；及 處理器，其與至少該峰值偵測器及該操作機構合 乍/處理器疋構成以輸入及積分（integrate)該峰值電 (·孔號且確疋5亥積分峰值電流訊號是否超過預定臨限 有一段預定時間，且予以響應而致使該操作機構將該 等可分離接點跳脫打開。 3 9 ·如申請專利範圍第1項之直流電弧故障斷路器其 中該處理器是數位訊號處理器；其中該數位訊號處理器是 構成以處理來自該若干個交流電流感測器的類比電流訊 號’且其中該數位訊號處理器是進而構成以使用快迷傅立 葉變換來確定該類比電流訊號的頻譜以確定在預定頻率範 圍的頻率内容。 40.如申請專利範圍第1項之直流電弧故障斷路器其 中該若干個交流電流感測器與該若干個濾波電路合作以提 供諧振電路。

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