用于檢測光伏系統中的松動電連接的方法與裝置的制造方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]本發明一般涉及直流電力系統，更具體地說，涉及用于檢測光伏(PV)系統中的松動電連接的方法與裝置。
[0002]近年來，美國和其它國家一直在經歷創紀錄數量的PV安裝。在最近一年中，例如，美國在一年的前6個月中經歷了 339MW的并網PV，這表示在先前全年中安裝的435MW之上增加55%。近年來，不僅系統的數量已顯著增長，而且大規模系統的數量也已增長。
[0003]一般地，如在本領域已知的，PV系統包括串聯連接以形成一串通常為8-12個組件的單個太陽能組件。在匯流箱(Combiner box)中并聯連接一組串(String)，其對于每個正極串線纜通常包括熔斷器，并且熔斷器(多個)饋送正極匯流條。在匯流箱內還匯集負極線以形成負極匯流排。調節導線大小以處理在匯流箱處產生的組合電流與電壓，所述匯流箱將直流電力運送到主匯流器(其還可被認為是陣列匯流器或再匯流器)，其中并聯組合匯流箱的輸出。來自一個或多個主匯流器的輸出經過較大導線傳輸到中央逆變器，并且將來自主匯流器的直流電力輸出為來自逆變器的交流電力。將逆變器輸出饋送到變壓器，該變壓器將輸出的交流電壓轉換為公共設施的輸電電壓。
[0004]期待PV系統在至少二十年的操作中是高度穩健和可靠的。然而，像許多高壓電氣系統一樣，PV系統易于由于松動連接等而發生故障，造成在系統中可發生過熱和燃弧(Arcing) ο燃弧是在絕緣介質兩端的發光放電，通常伴隨部分的電極揮發。電弧故障是電氣電路中的意外燃弧情況，造成該電弧故障的原因例如是磨損的導體絕緣、在斷裂導體之間的暴露端、故障電連接或松動連接，其中在該松動連接處，傳導元件彼此緊密接近。取決于電流，在燃弧故障期間形成的等離子體在非常局部化的區域可達到超過5000攝氏度的溫度。該發熱可足以融化周圍由塑料或金屬制成的部件，例如熔斷器座、斷開開關零部件以及甚至匯流箱外殼本身。這可導致損傷、裝備和財產損壞以及由于點燃建筑物或PV材料造成的失火，威脅著建筑容納物和占有人安全。
[0005]由于系統中的大量連接，PV系統有產生故障的風險。在PV系統中可存在數千個連接，這給予不良連接數千個機會。作為一個示例，大型PV系統可具有超過一百個匯流箱。因此，可具有數千或甚至成千上萬的發生故障的機會。匯流條連接通常通過螺栓連接在一起，并且在每個匯流箱內可具有任意數量的這種螺栓連接結構。在匯流箱內，現場端接的串和匯流排饋送布線尤其具有產生松動連接的很大可能性，并且通過電和熱循環，匯流條以及關聯的終端硬件也具有變松動的可能性。對于在其中電力沿著PV布線通過PV連接器以及通過PV組件帶(Ribbon)與電池的相互連接而傳播的PV串，產生故障的風險甚至更高。
[0006]甚者，因為在系統工作壽命期間可發生由于太陽、風和天氣的損壞，以及發生由于通常安裝PV系統所在環境的損壞，PV系統尤其處在風險中。即，在建筑屋頂上，在開放場地中等的相對惡劣環境可導致物理損壞并加速PV系統的老化。暴露到風、惡劣的冬季嚴寒和極度的夏季炎熱可減弱遍及系統任意位置的連接，從而導致松動連接。并且，由于近年來已部署PV系統的數量的顯著增長，反而已增加失火和其它損壞的風險。實際上，近年來已經報導了 PV失火，已經將其追溯到尤其是由松動連接導致的部件過熱和燃弧。
[0007]針對PV系統中的直流部件與電路的安全、保護和服務要求已經滯后于針對交流系統建立的代碼要求、標準和經驗。用于交流電力分配的保護系統已經從短路(熔斷器和斷路器)與過流(保護繼電器)發展到接地故障與電弧故障保護。適用于開關柜、開關板和電機控制中心的一種已知交流松動連接檢測/保護系統基于采用壓電傳感器和事件時間關聯(ETC)算法的無源聲感測。即，該已知交流保護系統檢測在系統本身內生成的聲噪聲，并且采用ETC算法，可將該已知交流保護系統用于準確定位松動連接源。
[0008]換句話說，由于交流電力的周期性性質及其經過零點，交流系統內的松動連接可以將自身表現為松動部件之間的振動。采用遍及系統放置的壓電傳感器，又可作為聲學噪聲來檢測振動。基于傳輸到一個或多個壓電傳感器的時間，可確定源的位置。如此，通常在交流系統內的松動連接進行到可形成過熱或電弧的地步之前，可檢測在該松動連接。
[0009]另一方面，諸如PV系統的直流電力系統并不固有地在松動連接中生成聲信號。一般地，與典型的交流電路不同，如果部件松動，則部件保持在靜態位置，并且將會保持這樣直到形成電弧。如此，使用已知系統，直到太遲并已經形成電弧，或更糟的是在電弧已經發展到變成失火危險的地步為止，直流電力系統可能不會使其中的松動連接被檢測到。
[0010]而且，在黑暗中，PV系統中的故障或松動連接可能是不可檢測的，因為當系統不帶電時已經消除了燃弧風險。因此，為了主動地檢測故障或松動連接，必須在日照時間期間以及當PV組件正生成電力時監視PV系統。
[0011]如此，將因此希望具有克服上述提及的缺點的能夠檢測直流電力電路并且更具體地PV系統中的松動連接的系統和方法。
【發明內容】
[0012]本發明提供一種用于檢測光伏(PV)系統中的松動電連接的系統與方法。
[0013]因此，依照本發明的一個方面，一種電力電路被配置為生成并分配直流電力，所述電力電路包括:光伏(PV)系統，所述PV系統包括PV組件陣列，其電耦接到匯流箱；以及逆變器，其被放置為接收來自所述PV組件陣列的直流電力并輸出交流電力。所述PV系統還包括:信號發生器，其耦接到所述PV系統的第一部分；以及信號檢測器，其耦接到所述PV系統的第二部分，所述信號檢測器被配置為檢測在所述PV系統中的電接頭的松動連接處生成的次級信號，其中所述次級信號因由所述信號發生器生成的信號而產生。
[0014]根據本發明的另一方面，一種制造光伏(PV)電路中的松動連接檢測系統的方法包括:將信號發生器附接到所述PV電路以致從所述信號發生器生成的信號傳遞到被附接到所述PV電路的信號檢測器；以及將所述信號檢測器附接到所述PV電路以檢測次級信號，所述次級信號在所述PV電路內的松動連接處生成并因由所述信號發生器生成的信號而產生。
[0015]依照本發明的另一方面，一種計算機可讀存儲介質具有存儲在其中的計算機程序，所述計算機程序包括指令，當由計算機執行時，所述指令使計算機:在附接到光伏(PV)電力電路的信號發生器中生成源信號，以致從所述信號發生器生成的所述源信號至少傳遞到在所述PV電力電路的電部件之間的電連接；使用被放置為接收所述源信號的信號檢測器檢測所述源信號；并且使用所述信號檢測器檢測次級信號，所述次級信號在所述電連接處生成并因在所述電連接處的電部件的松動連接而產生。
[0016]從如下詳細描述和附圖中，本發明的各種其它方面、特征與優點將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0017]附圖圖示目前考慮用于實施本發明的一個優選實施例:
[0018]圖1是包含本發明實施例的光伏(PV)系統；
[0019]圖2是根據本發明實施例的PV系統的匯流箱的一部分的部件的圖示；
[0020]圖3是根據本發明實施例的PV系統的匯流箱的部件的圖示；
[0021]圖4是根據本發明實施例的PV系統的主匯流箱的圖示；
[0022]圖5是根據本發明實施例的PV系統的圖示；
[0023]圖6是根據本發明實施例的PV系統的匯流箱的部件的圖示；
[0024]圖7是根據本發明實施例的一串PV組件的圖示。
【具體實施方式】
[0025]本發明一般涉及用于檢測光伏(PV)系統中的松動電連接的系統與方法。
[0026]參照圖1，光伏(PV)系統100包括被布置為組件串104的單個PV組件102，在圖示實例中，所述組件串104是均具有三個組件102的線狀(Linear)串。如在本領域已知的，組件的數量無需限于如圖示的三個，并且不限