用于监控光伏设备的方法和装置的制造方法
用于监控光伏设备的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于在反向电流方面对光伏设备进行监控的方法和装置，该光伏设备具有一定数量的并联的且通向共同的联接导体的串行。
【背景技术】
[0002]光伏设备(PV设备)作为直流电设备通常具有多个彼此并联的串行，这些串行本身分别包括一定数量的串联的光伏模块(PV模块)。各个串行所通向的共同的联接导体通常连接有逆变器。借助逆变器，使由PV模块提供的直流电转换成用于供应到电网中的交流电。如果其中一个或多个PV模块与其余的相比仅微弱地借助太阳能照射或者个别PV模块发生损坏，就有可能会出现所谓的反向电流。在这种情况下，电流逆着正常情况的电流方向流动。由此，会对各个PV模块造成损坏，或者至少降低PV设备的效率。
[0003]由EP 2 282 388 Al公知了一种用于从光伏设备向电网供应电能的装置。该光伏设备包括一定数量的具有光伏模块的串行，其中，每个串行都可以借助功率开关来接通和关断。为此，由马达驱动地断开或闭合功率开关。在借助对方向敏感的且配属于相应的串行的电流传感器检测到过电流的情况下，将相应的串行与电网分离，如这例如在错误连接电缆时的情况那样。此外，利用相应的串行的其中每个电流传感器在反向电流方面进行监控，并且在该情况下，同样将串行与电网分离。在此，由于电流传感器设计为对方向敏感的电流传感器，所以基于相应的测量符号可以为沿相应的方向的通过电流进行分配。
【发明内容】
[0004]本发明的任务在于，说明一种用于在反向电流方面对PV设备进行监控的特别合适的方法和特别合适的装置，该方法和装置尤其成本低廉。
[0005]根据本发明，该任务在方法方面通过权利要求1的特征来解决，而在装置方面通过权利要求6的特征来解决。有利的改进方案和设计方案是相应的从属权利要求的主题。
[0006]方法用于在反向电流方面对PV设备进行监控，该PV设备包括一定数量的彼此并联的且通向共同的联接导体的串行。在此，串行表示电流路径。在此，其中至少一个串行同样可以由另一数量的彼此并联的电流路径组成或至少可以具有这些电流路径。适宜的是，设备包括两个联接导体，串行分别与这些联接导体电连接。替选地，一个或若干个串行的远离联接导体的端部分别接地。合适的是，PV设备包括逆变器。适宜的是，串行分别具有一定数量的串联的PV模块。
[0007]在其中每个串行中，检测沿优选方向的通过电流，其中，优选方向在此尤其为指向相同。换而言之，各个串行的优选方向彼此同向指向，并且要么指向联接导体要么从该联接导体离开地指向。检测到的通过电流优选指的是借助合适的测量器检测到的测量值。替选地，通过电流由以替代的方式检测到的测量变量中计算出。检测到的通过电流在各自的有益于检测的公差的范围内相应于实际流经串行的电流。
[0008]通过如下方式由检测到的电流值生成总通过电流，S卩，例如将各个检测到的值累加。适宜的是，在有反向于优选方向的通过电流的情况下，针对该通过电流引用零值。在优选基本上同时进行的另一步骤中，检测联接导体中的沿优选方向的通过电流，并且由此生成第二总通过电流，其中，检测到的通过电流尤其同样指的是直接测量到的值。针对第二总通过电流，尤其引用检测到的经过联接导体的通过电流。在这里，反向于优选方向的通过电流也相应于为零的检测到的值。换而言之，当联接导体中的通过电流反向于优选方向时，第二总通过电流等于零。优选地，所有优选方向彼此同向。
[0009]在紧接着的方法步骤中，将第一总通过电流与第二总通过电流进行比较。如果第一总通过电流与第二总通过电流的偏差大于例如为零的公差值时，就识别出有反向电流。如果第二总通过电流加上公差值仍小于第一总通过电流时，尤其存在反向电流。
[0010]借助该方法，可以简化对PV设备的监控，这是因为仅监控沿一个方向的通过电流。取消了可能导致电弧的对测量器进行耗费地极性变换。此外，也可以仅考虑成本比较低廉的测量器用来确定通过电流，借助这些测量器，可以仅获知沿确定的方向的电流，或这些测量器对方向不敏感。
[0011]合适的是，优选方向与相应的反向电流方向相反地选择，也就是与反向电流方向不同向。因此，分别检测到的通过电流本身不相应于反向电流，而是相应于在期望的电流方向上的电流，PV设备针对该期望的电流方向来设置并且尤其针对其来设立。因此，可以借助一个或每个所获知的通过电流来确定PV设备的当前的功率或当前的效率，其中，作为单独的方法步骤来分析第一或第二总通过电流。
[0012]适宜的是，将其中那个具有最小的所获知的通过电流的串行确定为反向电流的载体。换而言之认为，反向电流流经在其中具有最小的通过电流的串行。尤其地，将减去了公差值的第一和第二总电流之间的偏差作为以最小的获知的通过电流流经串行的反向电流的值来引用。以该方式，不仅是仅确定了存在反向电流的事实。而且，即使反向电流的值本身具有误差，亦即具有公差值，也可以至少近似识别出该反向电流的值。因此，根据反向电流的和所属的公差值的大小可以调整或改变PV设备的运行，尤其以便防止反向电流的进一步的扩散。
[0013]在特别合适的是实施方式中，如果识别出反向电流，那么具有最小的所获知的通过电流的串行与联接导体分离。以该方式，保护了串行和可能的位于该电流路径中的电构件和/或PV设备的另外的构件以防由于反向电流造成的进一步的损坏。此外，防止了 PV设备的效率降低。
[0014]如果在分离出串行之后还存在有反向电流(该反向电流现在借助在分离串行之后获知的总通过电流来识别)，就将现在具有最小的通过电流的串行与联接导体分离，从而使两个串行与联接导体分离。作为对此的替选或与之组合地，阻断联接导体本身，以便中断经过联接导体的通过电流。如果在识别出反向电流时仅中断了联接导体，那么用于阻断反向电流的耗费就比较低。当既中断了串行又中断了联接导体时，就提升了防止反向电流的安全性，这是因为冗余地设计了电流中断方案。作为对中断联接导体的替选，只要确定有反向电流，同样也可以中断所有串行。因此，同样中断了经过PV设备的通过电流。如果PV设备不能或不期望以减少一个串行来运行的话，就例如如此地设置。
[0015]适宜的是，引用在检测经过串行的电流时存在的所有适用的容许误差的总和，用来形成公差值。尤其地，这些容许误差的总和形成公差值。换而言之，除了经过相应的串行的通过电流以外，还检测在此存在的相应的容许误差，并且将这些容许误差累加用以形成公差值。串行之间的各个容许误差可能会有所区别，和/或根据获知的通过电流的大小可能要引用不同的容许误差。
[0016]作为对此替选或特别优选是与之组合地，获知在检测经过联接导体的通过电流时的容许误差，并且使用该值来形成公差值。适宜的是，引用由在检测经过相应的串行的通过电流时出现的容许误差的总和所构成的公差值加上在检测经过联接导体的通过电流时的容许误差，用以形成公差值，并且尤其形成该公差值。如果容许误差并不在检测到的值的前后对称地波动，而是根据低于或超出地与此不同地设计，那么为了形成公差值，根据偏差的符号，也就是根据第一总通过电流是否大于或小于第二通过总电流，要么将在检测经过串行的通过电流时的正的容许误差的总和加上在检测经过联接导体的通过电流时的负的容许误差作为公差值来引用，要么将在检测经过串行的通过电流时的负的容许误差的总和加上在检测经过联接导体的通过电流时的正的容许误差作为公差值来引用。在此，“负的容许误差”表示在获知相应的通过电流时向下容忍的，也就是检测到的值偏离了实际的值多少的偏差。除了各个容许误差之外，例如设置有用于形成公差值的另外的修正项，借助该修正项考虑另外的效果。由于这样地获知公差值，所以仅识别出实际的反向电流并且并不对可能的由于由被测量准确性获知的人为因素进行识别。尤其地，如果在识别出反向电流之后中断一个或每个通过电流，那么以该方式可以提高PV设备的可靠性。
[0017]用于在反向电流方面监控PV设备的装置包括传感器系统并且尤其包括控制器，借助控制器例如执行方法。换而言之，设置和设立控制器，用以执行用于在反向电流方面对PV设备进行监控的方法。 PV设备具有一定数量的彼此并联的串行(电流路径)和联接导体，尤其是所有串行通向该联接导体。
[0018]传感器系统包括一个第二电流传感器和一定数量的第一电流传感器，也就是至少两个电流传感器，它们设置和设立用于检测其中每个串行中的通过电流。为此，优选给PV设备的其中每个串行都分别配属了其中一个第一电流传感器，并且适宜的是，第一电流传感器的数量等于串行的数量。借助第二电流传感器，在装置运行时检测经过联接导体的通过电流。
[0019]在各个串行和联接导体中沿预先确定的优选方向进行电流检测。各个串行和联接导体的优选方向优选彼此平行且指向相同，以及适宜的是反向于要监控的反向电流的方向。
[0020]合适的是，使传感器系统的电流传感器的数量相应于串行连同联接导体在内的数量，这表示成本最低廉的替选方案，其中，仍可以检测全部的通过电流。电流传感器例如构造为分流电阻器或布置在有裂口的环形铁芯的气隙中的霍尔传感器，该环形铁芯围绕相应的电流路径，也就是围绕联接导体或相应的串行地布置。
[0021]借助传感器系统可以实现的是，不仅检测串行的通过电流，而且也检测经过联接导体的通过电流。这可以推断出可能流动的反向电流以及在PV设备的有效功率方面对其进行监控，而不必为了这种确定而将各个串行的通过电流累加。更确切地说，此外具有较小的容许误差的该值直接可供使用，这是因为该值借助对此极其合适的电流传感器来检测并且因此不必将第一电流传感器的容许误差累加。与使用监控联接导体的仅一个电流传感器相比，借助使用第一电流传感器还可以实现对各个串行的监控。
[0022]特别优选的是，设立和设置第二传感器仅用于检测沿优选方向的电流。换而言之，第二电流传感器对方向不敏感。因此，可以使用成本比较低廉的电流传感器和/或配属于该电流传感器的评估电子器件。因此，在有反向于优选方向流动的实际的电流的情况下，检测到的电流为零(O)。
[0023]替选或特别优选地，第一电流传感器对方向不敏感地设计，从而借助该第一电流传感器仅可以实现沿优选方向的电流检测。只要设置和设立传感器系统的所有电流传感器仅用来检测沿相应的优选方向的电流，因此就可以实现成本比较低廉的装置。
[0024]合适的是，全部第一电流传感器具有相同的容许误差。因此为第一电流传感器选出和/或设置的是，具有几乎相同的容许误差的电流传感器。电流传感器的各测量错误，也就是与测量值的由厂商预先给定的波动范围(容许误差)相比的实际上的偏差在各个电流传感器之间可以有所区别。
[0025]借助使用具有相同的容许误差的电流传感器，使执行该方法变得特别简单，尤其是在将第一电流传感器的所有适用的容许误差的总和作为公差值来使用或至少引用来计算公差值的时候。特别优选地，各个第一电流传感器彼此结构相同，这减少了维护耗费。
[0026]此外适宜的是，第二电流传感器的容许误差等于第一电流传感器的容许误差，并且尤其第二电流传感器与第一电流传感器结构相同。因此，传感器系统包括仅一种类型的电流传感器，这种类型的电流传感器划分为第一电流传感器和第二电流传感器。以该方式，简化了电流传感器的库存并且减小了维护耗费。此外，只要由用于检测经过联接导体和串行的通过电流的容许误差的总和来计算公差值，并且如果每个串行仅使用一个电流传感器，那么就特别简化了该公差值的计算。在该情况下，公差值等于电流传感器类型的适用的容许误差乘以还要加一的串行的数量的乘积。
[0027]例如，装置包括中断单元，借助该中断单元可以分离联接导体，或在有反向电流的情况下，借助该中断单元中断至少一个经过联接导体的电流。此外可以实现的是，在PV设备的过电流或过载的情况下借助中断单元关断该PV设备。
[0028]合乎目的的是，装置包括至少一个用于中断经过其中一个串行的电流的中断单元。合适的是，与串行的数量相一致的数量的中断单元是装置的组成部分，其中，借助这些中断单元中的各一个可以将其中每个串行与联接导体分离，或者借助中断单元可以中断至少一个经过相应的串行的电流。
[0029]一个或若干个中断单元优选是电流传感器的组成部件分或至少间接地与这些电流传感器电接触，从而当配设有中断单元的电流传感器发生损坏时，可以模块式地将其更换。
[0030]中断单元尤其具有机械开关，在中断单元的未触发的状态下，也就是当可能有通过电流经过中断单元时，该机械开关闭合并进而导电。例如以弹簧加载的机械开关优选借助半导体电子器件跨接。半导体电子器件包括电开关，例如晶体管和尤其是IGBT。此外，半导体电子器件具有控制输入端，其尤其与机械开关连接。在机械开关断开的情况下，也就是在经过中断单元的通过电流中断时，半导体电子器件由于在机械开关的区域中构造出的电弧而导电地联接。为此，半导体电子器件优选具有储能器，其由于电弧而在电弧的持续时间之内进行充电，并且借助该储能器来运行半导体电子器件。
[0031]由于在电弧的情况下半导体电路的导电性，所以相对于电弧是较低欧姆的电流路径与电弧并联，这导致了较早地熄灭了电弧并进而使中断单元较少地受载。
【附图说明】
[0032]下面结合附图详细阐述本发明的实施例。其中:
[0033]图1示意性地示出具有五个在两个联接导体之间并联的串行和电流传感器的光伏设备；
[0034]图2以流程图的方式示出用于在反向电流方面监控光伏设备的方法；
[0035]图3示出具有中断单元的其中一个电流传感器。
[0036]在所有附图中，彼此相对应的部件配设有相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0037]在图1中示意性地示出了具有五个在第一联接导体4与第二联接导体6之间并联的串行8的光伏设备(PV设备)2。换而言之，其中每个串行8在一侧上通向第一联接导体4并且在相对置的侧上通向联接导体6，并且与这些联接导体电接触。两个联接导体4、6其本身与逆变器电连接，以便将借助PV设备2产生的电功率供应到电网中。其中每个串行8具有五个光伏模块(PV模块)10，这些光伏模块其本身串联在相应的串行8中。借助PV模块10，在太阳辐射时提供直流电。换而言之，在PV设备2运行时，在其中每个串行中有电流沿优选方向12流动，这些电流累加成通过联接导体4、6的电流。
[0038]为了在反向于优选方向12而沿反向电流方向14的反向电流Ik(该反向电流示范性地出现在第三串行8中，并且该反向电流会导致损坏PV模块10或至少会导致PV设备2的效率下降)方面对PV设备2进行监控，设置有装置16，该装置包括控制单元18和传感器系统20。传感器系统20其本身包括五个第一电流传感器22，它们中的每一个分别配属于每一个串行8，并且借助这些电流传感器来检测沿优选方向12经过相应的串行8的通过电流Is。此外，第二电流传感器24是传感器系统20的组成部分，其中，该第二电流传感器配属于第一联接导体4。借助第二电流传感器24来检测沿优选方向12经过联接导体4的通过电流Ia。
[0039]电流传感器22、24构造相同，从而所有利用这些传感器接收的测量值都有相同的容许误差。该容许误差例如为0.05安培(A)并且关于相应的测量值，也就是相应的检测到的通过电流Is、Ia的前后是对称的。在此，可以借助电流传感器22、24仅沿优选方向12获知测量值。因此，在实际有沿反向电流方向14的电流的情况下，也就是在有反向电流^的情况下，借助电流传感器22、24检测的值等于零(O)。
[0040]此外，其中每个电流传感器22、24具有中断单元26 (图3)，并且经由线路28与控制单元18连接。在此，借助电流传感器22、24检测的通过电流Is、IAg由线路28传递到控制单元18，并且相应的中断单元26借助线路28由控制单元18加载以控制信号。如果出现过载情况或设置切断PV设备2，那么第一联接导体4和/或串行8就借助相应的电流传感器22、24的由控制单元18经由线路28来驱控的中断单元26来分离，并且中断了相应的实际流动的电流。
[0041]在图2中以流程图示意性地示出了用于运行装置16的方法30。在例如每2秒进行的开始事件32之后，在第一检测 步骤34中，借助第一电流传感器22来检测其中每个串行8中的通过电流Is。在PV设备2的按规定的运行且有确定的辐射条件的情况下，每个串行8中的该通过电流等于I安培(A)。然而在第三串行8中由于在其中一个PV模块10中的故障而出现了沿反向电流方向14的反向电流Ικ，借助配属于第三串行8的第一电流传感器22无法检测到该反向电流。尽管反向电流的电流强度为Ik= 0.5安培，但是向实施了方法30的控制器18传送的值却实际上为OA0
[0042]在基本上与第一检测步骤34同时进行的第二检测步骤36中，借助第二电流传感器24来检测第一联接导体4中的通过电流ΙΑ，该通过电流为3.5Α。在第三和第四检测步骤38、40中，获知电流传感器22、24的在检测经过串行8或第一联接导体4的相应的通过电流Is、^时所适用的容许误差。这些容许误差基于电流传感器22、24的结构类型地分别为0.05A。在第一汇总步骤42中，将第一电流传感器22的容许误差累加。因此，所有第一电流传感器22的容许误差等于0.25A。在第二汇总步骤46中，将该值与第二电流传感器24的容许误差相加，并且因此形成公差值46，因此该公差值为0.3A。
[0043]在第三汇总步骤48中，将所有配属于各个串行8的通过电流Is累加，这些通过电流在第一检测步骤34中来获知，并且因此生成第一总通过电流50。因此，第一总通过电流50为4A。此外，在第四汇总步骤52中，将经过第一联接导体4的通过电流Ia的借助第二电流传感器24检测到的值作为第二总通过电流54来引用。因此，第二总通过电流54为3.5A。在比较步骤56中，生成两个总通过电流彼此间的偏差58。在此，将两个总通过电流的差的数值作为偏差58来引用。换而言之，偏差58等于0.5A。将偏差58与为0.3A的公差值46进行比较。当偏差58小于公差值46时，在第一结束事件60中结束方法30。
[0044]如果偏差58大于公差值46，在确定步骤62中，一方面对承载有反向电流Ik的串行8进行确定。这是第三串行，其检测到的沿优选方向12的通过电流Is的值最小，即，为零(O)。此外，将它们的差，亦即0.2A，作为反向电流Ik的值来引用。在中断步骤64中，借助第三串行8的第一电流传感器22的中断单元26将该串行与第一联接导体4分离，并因此中断了反向电流Ικ。因此，经过第一联接导体4的通过电流IaW3.5A上升到4Α。在第三串行8与第一联接导体4分离之后，发生第二结束事件66，并且结束方法30。
[0045]图3示出了具有中断单元26的结构相同的电流传感器22、24中的一个的比较详细的电路图。电流传感器22、24包括具有测量传感器70的主电流路径68，该测量传感器联接进主电流路径68中，并且检测沿优选方向12的通过电流Is、IA。主电流路径68引导穿过中断单元26，该中断单元具有下文也被称为机械开关的开关触点72以及与之并联的半导体电子器件74。机械开关72和半导体电子器件74形成自给的混合分离开关。
[0046]半导体电子器件74基本上包括两个与机械开关72并联的半导体开关73a、73b以及具有储能器78和时间环节80的驱控电路76。驱控电路76优选经由电阻器或一系列电阻器R与主电流路径68连接。优选作为半导体开关73a、73b使用的IGBT的门极形成半导体电路74的控制输入端82。该控制输入端82经由驱控电路76通到主电流路径68。
[0047]第一半导体开关(IGBT) 73a在阴地-栅地系统中与形式为MOSFET的第二半导体开关73b串联。施加在第一半导体开关73a上的电势U+始终大于在相对置的开关侧上的电势1，在该开关侧上，第二半导体开关(MOSFET) 73b通到主电流回路6上。当机械开关72闭合时，正电势U+为0V。
[0048]第一半导体开关(IGBT) 73a与续流二极管D2联接。第一齐纳二极管D3在阳极侧与电势U_连接，而在阴极侧与第一半导体开关(IGBT)73a的门极(控制输入端82)连接。另一齐纳二极管D4在阴极侧又与门极(控制输入端82)连接，而在阳极侧与第一半导体开关(IGBT) 73a的发射极连接。
[0049]二极管Dl在阳极侧通到在阴地-栅地系统的在第一与第二半导体开关73a或73b之间的居中或阴地-栅地截取端84，该二极管在阴极侧经由充当储能器78的电容器C与电势1联接。也可以将多个电容器C形成存储器78。经由二极管Dl与储能器78或电容器C之间的阳极侧的电压截取端86，与欧姆电阻器Rl和R2联接的晶体管TI经由另外的电阻器R3和R4与第二半导体开关(MOSFET) 82的又通到半导体电子器件74的控制输入端82上的门极连接。具有并联的电阻器R5的另一齐纳二极管D5在阴极侧与门极连接，而在阳极侧与第二半导体开关(MOSFET) 73b的发射极连接。
[0050]晶体管Tl在基极侧经由晶体管T2来驱控，该晶体管其本身的基极侧经由欧姆电阻器R6与例如实施为单稳触发器的时间环节80连接。此外，晶体管T2在基极发射极侧与另一电阻器R7联接。
[0051]在机械开关72闭合时，主电流路径68是低欧姆的，而混合式的开关72、74的借助半导体开关73a、73b形成的换向路径88是高欧姆的并且因此阻隔电流。在机械开关72断开之前，在那产生的电压实际上为0V，并且随着机械开关72的开关触点72a、72b的断开跃变式地上升到具有典型的例如20V至30V的电弧电压I的对于电弧LB而言具有表征的值。因此，当机械开关72断开时，正电势U+达到该电弧电压U 30Vo
[0052]在紧接着触点断开时刻的持续时间(电弧时间间隔)期间，已经开始了基本上相应于电弧电流的开关电流Is、IA、Ik从主电流路径68到换向路径88上的换向。
[0053]在电弧时间间隔期间，电弧电流Is、IA、Ik实际上分配在主电流路径68 (也就是经由机械开关72)与换向路径88 (也就是半导体电子器件74)之间。在该电弧时间间隔期间，储能器78充电。在此，持续时间以如下方式来调整，即，一方面提供足够用于可靠地驱控半导体电子器件74的能量，尤其用来在电弧时间间隔之后的时间段内切断该半导体电子器件。另一方面，使电弧时间间隔足够短，从而避免了开关72或开关触点72a、72b的不期望的触点烧损或触点损耗。
[0054]随着电弧LB的开始并且进而是在产生电弧电压时，第一半导体开关(IGBT)73a经由电阻器R至少如下程度地导通，即，具有足够的充电电压和针对电容器C并且进而具有针对储能器78的足够的电弧电流或充电电流。为此，优选随着第一半导体开关(IGBT)73a与电阻器R和齐纳二极管D3相应的联接而提供了电子器件74的调节回路，利用该调节回路，将在阴地-栅地截取端84上的电压调整到例如UAb= 12V(DC)o在此，电弧电流的进而混合式隔离开关72、74的开关电流Is、IA、Ik的一小部分流经靠近正电势U +的第一半导体(IGBT)73a0
[0055]产生的截取电压用于供应给电子器件74的基本上通过晶体管Tl和T2以及时间环节80和储能器78形成的驱控电路76。在阳极侧与阴地-栅地截取端84连接的以及在阴极侧与电容器C连接的二极管Dl阻止了充电电流从电容器C并且经由换向路径88沿电势U—的方向的回流。如果在电容器C中进而在储能器78中含有足够的能量，并且因此在电压截取端86上存在足够高的控制或切换电压，那么晶体管Tl进而晶体管T2就导通，从而两个半导体开关73a、73b也完全导通。由于现在导通的半导体开关73a、73b与由主电流路径68的断开的开关72形成的分离路段的非常高的阻抗相比具有相当小的阻抗，电弧或开关电流Is、IA、^实际上仅流经换向路径88。因此，当开关电流I s、IA、Ik换向到电子器件74上时，正电势U+重新达到0V。因此，机械开关72的触点72a、72b之间的电弧熄灭。
[0056]充电电容量进而电容器C中所含的存储能量以如下方式来定量，S卩，半导体电子器件74在由时间环节80预先给定的持续时间内承载开关电流IS、IA、IK。该持续时间可以调整到例如3ms。该持续时间的定量进而对时间环节80的确定 基本上取决于用于完全熄灭电弧LB的专用的或典型的持续时间以及取决于对在此形成的等离子体的足够的冷却。在此主要标准是，在利用随后再次高欧姆的换向路径88来实现对电子器件74的关断并因此产生阻隔电流的半导体电子器件74之后，在如之前那样断开的机械开关72上或经由其开关触点72a、72b不会重新产生电弧LB。
[0057]在通过时间环节80确定的持续时间到期之后，开关电流13、14、1,差不多下降到零(Is、IA、Ik= 0A)，而开关电压同时上升到由串行8提供的运行电压。因此，当换向路径88由于半导体开关73a、73b的阻隔是高欧姆的进而电子器件74重新阻隔电流时，正电势U+到达该运行电压。
[0058]只要直流电流(DC)设备具有至少两个彼此间地且通向共同的电势点的电流路径，该方法就有利地也可以应用在这样的电设备上。
[0059]附图标记列表
[0060]2光伏设备
[0061]4第一联接导体
[0062]6第二联接导体
[0063]8串行
[0064]10光伏模块
[0065]12优选方向
[0066]14反向电流方向
[0067]16装置
[0068]18控制单元
[0069]20传感器系统
[0070]22第一电流传感器
[0071]24第二电流传感器
[0072]26中断单元
[0073]28线路
[0074]30方法
[0075]32开始事件
[0076]34第一检测步骤
[0077]36第二检测步骤
[0078]38第三检测步骤
[0079]40第四检测步骤
[0080]42第一汇总步骤
[0081]44第二汇总步骤
[0082]46公差值
[0083]48第三汇总步骤
[0084]50第一总通过电流
[0085]52第四汇总步骤
[0086]54第二总通过电流
[0087]56比较步骤
[0088]58偏差
[0089]60第一结束事件
[0090]62确定步骤
[0091]64中断步骤
[0092]66第二结束事件
[0093]68主电流路径
[0094]70测量传感器
[0095]72开关
[0096]72a、72b开关触点
[0097]73a第一半导体开关
[0098]73b第二半导体开关
[0099]74半导体电子器件
[0100]76驱控电路
[0101]78储能器
[0102]80时间环节
[0103]82控制输入端
[0104]84居中或阴地-栅地截取端
[0105]86电压截取端
[0106]88换向路径
[0107]C电容器
[0108]Dl二极管
[0109]D2续流二极管
[0110]D3-D5齐纳二极管
[0111]Is串行的通过电流
[0112]Ia联接导体的通过电流
[0113]Ie反向电流
[0114]LB电弧
[0115]R、R1-R7欧姆电阻器
[0116]T1、T2晶体管
[0117]U+、U_电势
【主权项】
1.一种用于在反向电流(Ik)方面对光伏设备(2)进行监控的方法(30)，所述光伏设备具有一定数量的并联的且通向共同的联接导体(4、6)的串行(8)，在所述方法中， -检测在所述串行(8)的每个中的沿优选方向(12)的通过电流(Is)并由此生成第一总通过电流(50)， -检测在所述联接导体(4、6)中的沿所述优选方向(12)的通过电流(Ia)并由此生成第二总通过电流(54)， -将所述第一总通过电流(50)与所述第二总通过电流(54)进行比较，并且， -在所述第一总通过电流(50)与所述第二总通过电流(54)的偏差(58)大于公差值(46)时，识别出反向电流(Ik)。2.根据权利要求1所述的方法(30)， 其特征在于， 所述优选方向(12)反向于所述相应的反向电流方向(14)地选择。3.根据权利要求1或2所述的方法(30)， 其特征在于， 将具有最小的所获知的通过电流(Is)的串行(8)确定为所述反向电流(Ik)的载体，并且尤其将减去了所述公差值(46)的所述偏差(58)作为所述反向电流(Ik)的值来引用。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(30)， 其特征在于， 在识别出反向电流(Ik)的情况下，所述具有最小的所获知的电流(Is)的串行⑶与所述联接导体(4、6)和/或多个所述联接导体(4、6)本身分离。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法(30)， 其特征在于， 将在检测经过串行(8)的通过电流(Is)时的所有适用的容许误差的总和和/或在检测经过所述联接导体(4、6)的通过电流(Ia)时适用的容许误差作为公差值(46)来引用。6.—种用于在反向电流(Ik)方面对光伏设备(2)进行监控的装置(16)，所述光伏设备具有一定数量的并联的且通向共同的联接导体(4、6)的串行(8)，所述装置尤其用于执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法(30)，所述装置具有传感器系统(20)，所述传感器系统包括尤其是与所述串行(8)的数量相一致的数量的第一传感器(22)以及用于检测沿优选方向(12)的经过每个串行(8)或经过所述联接导体(4、6)的通过电流(IS、IA)的第二传感器(24)。7.根据权利要求6所述的装置(16)， 其特征在于， 设置并设立一个或若干个所述电流传感器(22、24)，仅用于沿所述优选方向(12)来测量。8.根据权利要求6或7所述的装置(16)， 其特征在于， 所有第一电流传感器(22)具有相同的容许误差，所述容许误差尤其是等于所述第二电流传感器(24)的容许误差。9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置(16)， 其特征在于中断单元(26)，所述中断单元用于中断经过所述串行(8)中至少一个的和/或经过所述联接导体(4、6)的所述通过电流(IS、IA)。10.根据权利要求9所述的装置(16)， 其特征在于， 所述中断单元(26)包括引导电流的机械开关(72)和与之并联的半导体电子器件(74)，所述半导体电子器件在开关(72)闭合时阻隔电流，并且所述半导体电子器件具有与所述开关(72)以如下方式互连的控制输入端(82)，S卩，在开关(72)断开时，所述半导体电子器件(74)由于电弧(LB)经由所述开关产生的电弧电压而导电地联接。
【专利摘要】本发明涉及一种用于在反向电流(IR)方面对光伏设备(2)进行监控的装置(16)和方法(30)，该光伏设备具有一定数量的并联的且通向共同的联接导体(4、6)的串行(8)。在该方法(30)中设置：检测在其中每个串行(8)中的沿优选方向(12)的通过电流(IS)并由此生成第一总通过电流(50)，检测在联接导体(4、6)中的沿优选方向(12)的通过电流(IA)并由此生成第二总通过电流(54)，以及将第一总通过电流(50)与第二总通过电流(54)进行比较，其中，在第一总通过电流(50)与第二总通过电流(54)的偏差(58)大于公差值(46)时，识别出反向电流(IR)。
【IPC分类】H02S50/00, H02S50/10, H02H7/20, H02J1/10
【公开号】CN104904114
【申请号】CN201380066674
【发明人】克里斯蒂安·施特勒布尔, 约亨·泽弗里德, 阿伯特·格恩格罗斯
【申请人】埃伦贝格尔及珀恩斯根有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年10月11日
【公告号】DE102012024728A1, EP2936178A1, US20150288331, WO2014094929A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于在反向电流方面对光伏设备进行监控的方法和装置，该光伏设备具有一定数量的并联的且通向共同的联接导体的串行。
【背景技术】
[0002]光伏设备(PV设备)作为直流电设备通常具有多个彼此并联的串行，这些串行本身分别包括一定数量的串联的光伏模块(PV模块)。各个串行所通向的共同的联接导体通常连接有逆变器。借助逆变器，使由PV模块提供的直流电转换成用于供应到电网中的交流电。如果其中一个或多个PV模块与其余的相比仅微弱地借助太阳能照射或者个别PV模块发生损坏，就有可能会出现所谓的反向电流。在这种情况下，电流逆着正常情况的电流方向流动。由此，会对各个PV模块造成损坏，或者至少降低PV设备的效率。
[0003]由EP 2 282 388 Al公知了一种用于从光伏设备向电网供应电能的装置。该光伏设备包括一定数量的具有光伏模块的串行，其中，每个串行都可以借助功率开关来接通和关断。为此，由马达驱动地断开或闭合功率开关。在借助对方向敏感的且配属于相应的串行的电流传感器检测到过电流的情况下，将相应的串行与电网分离，如这例如在错误连接电缆时的情况那样。此外，利用相应的串行的其中每个电流传感器在反向电流方面进行监控，并且在该情况下，同样将串行与电网分离。在此，由于电流传感器设计为对方向敏感的电流传感器，所以基于相应的测量符号可以为沿相应的方向的通过电流进行分配。
【发明内容】
[0004]本发明的任务在于，说明一种用于在反向电流方面对PV设备进行监控的特别合适的方法和特别合适的装置，该方法和装置尤其成本低廉。
[0005]根据本发明，该任务在方法方面通过权利要求1的特征来解决，而在装置方面通过权利要求6的特征来解决。有利的改进方案和设计方案是相应的从属权利要求的主题。
[0006]方法用于在反向电流方面对PV设备进行监控，该PV设备包括一定数量的彼此并联的且通向共同的联接导体的串行。在此，串行表示电流路径。在此，其中至少一个串行同样可以由另一数量的彼此并联的电流路径组成或至少可以具有这些电流路径。适宜的是，设备包括两个联接导体，串行分别与这些联接导体电连接。替选地，一个或若干个串行的远离联接导体的端部分别接地。合适的是，PV设备包括逆变器。适宜的是，串行分别具有一定数量的串联的PV模块。
[0007]在其中每个串行中，检测沿优选方向的通过电流，其中，优选方向在此尤其为指向相同。换而言之，各个串行的优选方向彼此同向指向，并且要么指向联接导体要么从该联接导体离开地指向。检测到的通过电流优选指的是借助合适的测量器检测到的测量值。替选地，通过电流由以替代的方式检测到的测量变量中计算出。检测到的通过电流在各自的有益于检测的公差的范围内相应于实际流经串行的电流。
[0008]通过如下方式由检测到的电流值生成总通过电流，S卩，例如将各个检测到的值累加。适宜的是，在有反向于优选方向的通过电流的情况下，针对该通过电流引用零值。在优选基本上同时进行的另一步骤中，检测联接导体中的沿优选方向的通过电流，并且由此生成第二总通过电流，其中，检测到的通过电流尤其同样指的是直接测量到的值。针对第二总通过电流，尤其引用检测到的经过联接导体的通过电流。在这里，反向于优选方向的通过电流也相应于为零的检测到的值。换而言之，当联接导体中的通过电流反向于优选方向时，第二总通过电流等于零。优选地，所有优选方向彼此同向。
[0009]在紧接着的方法步骤中，将第一总通过电流与第二总通过电流进行比较。如果第一总通过电流与第二总通过电流的偏差大于例如为零的公差值时，就识别出有反向电流。如果第二总通过电流加上公差值仍小于第一总通过电流时，尤其存在反向电流。
[0010]借助该方法，可以简化对PV设备的监控，这是因为仅监控沿一个方向的通过电流。取消了可能导致电弧的对测量器进行耗费地极性变换。此外，也可以仅考虑成本比较低廉的测量器用来确定通过电流，借助这些测量器，可以仅获知沿确定的方向的电流，或这些测量器对方向不敏感。
[0011]合适的是，优选方向与相应的反向电流方向相反地选择，也就是与反向电流方向不同向。因此，分别检测到的通过电流本身不相应于反向电流，而是相应于在期望的电流方向上的电流，PV设备针对该期望的电流方向来设置并且尤其针对其来设立。因此，可以借助一个或每个所获知的通过电流来确定PV设备的当前的功率或当前的效率，其中，作为单独的方法步骤来分析第一或第二总通过电流。
[0012]适宜的是，将其中那个具有最小的所获知的通过电流的串行确定为反向电流的载体。换而言之认为，反向电流流经在其中具有最小的通过电流的串行。尤其地，将减去了公差值的第一和第二总电流之间的偏差作为以最小的获知的通过电流流经串行的反向电流的值来引用。以该方式，不仅是仅确定了存在反向电流的事实。而且，即使反向电流的值本身具有误差，亦即具有公差值，也可以至少近似识别出该反向电流的值。因此，根据反向电流的和所属的公差值的大小可以调整或改变PV设备的运行，尤其以便防止反向电流的进一步的扩散。
[0013]在特别合适的是实施方式中，如果识别出反向电流，那么具有最小的所获知的通过电流的串行与联接导体分离。以该方式，保护了串行和可能的位于该电流路径中的电构件和/或PV设备的另外的构件以防由于反向电流造成的进一步的损坏。此外，防止了 PV设备的效率降低。
[0014]如果在分离出串行之后还存在有反向电流(该反向电流现在借助在分离串行之后获知的总通过电流来识别)，就将现在具有最小的通过电流的串行与联接导体分离，从而使两个串行与联接导体分离。作为对此的替选或与之组合地，阻断联接导体本身，以便中断经过联接导体的通过电流。如果在识别出反向电流时仅中断了联接导体，那么用于阻断反向电流的耗费就比较低。当既中断了串行又中断了联接导体时，就提升了防止反向电流的安全性，这是因为冗余地设计了电流中断方案。作为对中断联接导体的替选，只要确定有反向电流，同样也可以中断所有串行。因此，同样中断了经过PV设备的通过电流。如果PV设备不能或不期望以减少一个串行来运行的话，就例如如此地设置。
[0015]适宜的是，引用在检测经过串行的电流时存在的所有适用的容许误差的总和，用来形成公差值。尤其地，这些容许误差的总和形成公差值。换而言之，除了经过相应的串行的通过电流以外，还检测在此存在的相应的容许误差，并且将这些容许误差累加用以形成公差值。串行之间的各个容许误差可能会有所区别，和/或根据获知的通过电流的大小可能要引用不同的容许误差。
[0016]作为对此替选或特别优选是与之组合地，获知在检测经过联接导体的通过电流时的容许误差，并且使用该值来形成公差值。适宜的是，引用由在检测经过相应的串行的通过电流时出现的容许误差的总和所构成的公差值加上在检测经过联接导体的通过电流时的容许误差，用以形成公差值，并且尤其形成该公差值。如果容许误差并不在检测到的值的前后对称地波动，而是根据低于或超出地与此不同地设计，那么为了形成公差值，根据偏差的符号，也就是根据第一总通过电流是否大于或小于第二通过总电流，要么将在检测经过串行的通过电流时的正的容许误差的总和加上在检测经过联接导体的通过电流时的负的容许误差作为公差值来引用，要么将在检测经过串行的通过电流时的负的容许误差的总和加上在检测经过联接导体的通过电流时的正的容许误差作为公差值来引用。在此，“负的容许误差”表示在获知相应的通过电流时向下容忍的，也就是检测到的值偏离了实际的值多少的偏差。除了各个容许误差之外，例如设置有用于形成公差值的另外的修正项，借助该修正项考虑另外的效果。由于这样地获知公差值，所以仅识别出实际的反向电流并且并不对可能的由于由被测量准确性获知的人为因素进行识别。尤其地，如果在识别出反向电流之后中断一个或每个通过电流，那么以该方式可以提高PV设备的可靠性。
[0017]用于在反向电流方面监控PV设备的装置包括传感器系统并且尤其包括控制器，借助控制器例如执行方法。换而言之，设置和设立控制器，用以执行用于在反向电流方面对PV设备进行监控的方法。 PV设备具有一定数量的彼此并联的串行(电流路径)和联接导体，尤其是所有串行通向该联接导体。
[0018]传感器系统包括一个第二电流传感器和一定数量的第一电流传感器，也就是至少两个电流传感器，它们设置和设立用于检测其中每个串行中的通过电流。为此，优选给PV设备的其中每个串行都分别配属了其中一个第一电流传感器，并且适宜的是，第一电流传感器的数量等于串行的数量。借助第二电流传感器，在装置运行时检测经过联接导体的通过电流。
[0019]在各个串行和联接导体中沿预先确定的优选方向进行电流检测。各个串行和联接导体的优选方向优选彼此平行且指向相同，以及适宜的是反向于要监控的反向电流的方向。
[0020]合适的是，使传感器系统的电流传感器的数量相应于串行连同联接导体在内的数量，这表示成本最低廉的替选方案，其中，仍可以检测全部的通过电流。电流传感器例如构造为分流电阻器或布置在有裂口的环形铁芯的气隙中的霍尔传感器，该环形铁芯围绕相应的电流路径，也就是围绕联接导体或相应的串行地布置。
[0021]借助传感器系统可以实现的是，不仅检测串行的通过电流，而且也检测经过联接导体的通过电流。这可以推断出可能流动的反向电流以及在PV设备的有效功率方面对其进行监控，而不必为了这种确定而将各个串行的通过电流累加。更确切地说，此外具有较小的容许误差的该值直接可供使用，这是因为该值借助对此极其合适的电流传感器来检测并且因此不必将第一电流传感器的容许误差累加。与使用监控联接导体的仅一个电流传感器相比，借助使用第一电流传感器还可以实现对各个串行的监控。
[0022]特别优选的是，设立和设置第二传感器仅用于检测沿优选方向的电流。换而言之，第二电流传感器对方向不敏感。因此，可以使用成本比较低廉的电流传感器和/或配属于该电流传感器的评估电子器件。因此，在有反向于优选方向流动的实际的电流的情况下，检测到的电流为零(O)。
[0023]替选或特别优选地，第一电流传感器对方向不敏感地设计，从而借助该第一电流传感器仅可以实现沿优选方向的电流检测。只要设置和设立传感器系统的所有电流传感器仅用来检测沿相应的优选方向的电流，因此就可以实现成本比较低廉的装置。
[0024]合适的是，全部第一电流传感器具有相同的容许误差。因此为第一电流传感器选出和/或设置的是，具有几乎相同的容许误差的电流传感器。电流传感器的各测量错误，也就是与测量值的由厂商预先给定的波动范围(容许误差)相比的实际上的偏差在各个电流传感器之间可以有所区别。
[0025]借助使用具有相同的容许误差的电流传感器，使执行该方法变得特别简单，尤其是在将第一电流传感器的所有适用的容许误差的总和作为公差值来使用或至少引用来计算公差值的时候。特别优选地，各个第一电流传感器彼此结构相同，这减少了维护耗费。
[0026]此外适宜的是，第二电流传感器的容许误差等于第一电流传感器的容许误差，并且尤其第二电流传感器与第一电流传感器结构相同。因此，传感器系统包括仅一种类型的电流传感器，这种类型的电流传感器划分为第一电流传感器和第二电流传感器。以该方式，简化了电流传感器的库存并且减小了维护耗费。此外，只要由用于检测经过联接导体和串行的通过电流的容许误差的总和来计算公差值，并且如果每个串行仅使用一个电流传感器，那么就特别简化了该公差值的计算。在该情况下，公差值等于电流传感器类型的适用的容许误差乘以还要加一的串行的数量的乘积。
[0027]例如，装置包括中断单元，借助该中断单元可以分离联接导体，或在有反向电流的情况下，借助该中断单元中断至少一个经过联接导体的电流。此外可以实现的是，在PV设备的过电流或过载的情况下借助中断单元关断该PV设备。
[0028]合乎目的的是，装置包括至少一个用于中断经过其中一个串行的电流的中断单元。合适的是，与串行的数量相一致的数量的中断单元是装置的组成部分，其中，借助这些中断单元中的各一个可以将其中每个串行与联接导体分离，或者借助中断单元可以中断至少一个经过相应的串行的电流。
[0029]一个或若干个中断单元优选是电流传感器的组成部件分或至少间接地与这些电流传感器电接触，从而当配设有中断单元的电流传感器发生损坏时，可以模块式地将其更换。
[0030]中断单元尤其具有机械开关，在中断单元的未触发的状态下，也就是当可能有通过电流经过中断单元时，该机械开关闭合并进而导电。例如以弹簧加载的机械开关优选借助半导体电子器件跨接。半导体电子器件包括电开关，例如晶体管和尤其是IGBT。此外，半导体电子器件具有控制输入端，其尤其与机械开关连接。在机械开关断开的情况下，也就是在经过中断单元的通过电流中断时，半导体电子器件由于在机械开关的区域中构造出的电弧而导电地联接。为此，半导体电子器件优选具有储能器，其由于电弧而在电弧的持续时间之内进行充电，并且借助该储能器来运行半导体电子器件。
[0031]由于在电弧的情况下半导体电路的导电性，所以相对于电弧是较低欧姆的电流路径与电弧并联，这导致了较早地熄灭了电弧并进而使中断单元较少地受载。
【附图说明】
[0032]下面结合附图详细阐述本发明的实施例。其中:
[0033]图1示意性地示出具有五个在两个联接导体之间并联的串行和电流传感器的光伏设备；
[0034]图2以流程图的方式示出用于在反向电流方面监控光伏设备的方法；
[0035]图3示出具有中断单元的其中一个电流传感器。
[0036]在所有附图中，彼此相对应的部件配设有相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0037]在图1中示意性地示出了具有五个在第一联接导体4与第二联接导体6之间并联的串行8的光伏设备(PV设备)2。换而言之，其中每个串行8在一侧上通向第一联接导体4并且在相对置的侧上通向联接导体6，并且与这些联接导体电接触。两个联接导体4、6其本身与逆变器电连接，以便将借助PV设备2产生的电功率供应到电网中。其中每个串行8具有五个光伏模块(PV模块)10，这些光伏模块其本身串联在相应的串行8中。借助PV模块10，在太阳辐射时提供直流电。换而言之，在PV设备2运行时，在其中每个串行中有电流沿优选方向12流动，这些电流累加成通过联接导体4、6的电流。
[0038]为了在反向于优选方向12而沿反向电流方向14的反向电流Ik(该反向电流示范性地出现在第三串行8中，并且该反向电流会导致损坏PV模块10或至少会导致PV设备2的效率下降)方面对PV设备2进行监控，设置有装置16，该装置包括控制单元18和传感器系统20。传感器系统20其本身包括五个第一电流传感器22，它们中的每一个分别配属于每一个串行8，并且借助这些电流传感器来检测沿优选方向12经过相应的串行8的通过电流Is。此外，第二电流传感器24是传感器系统20的组成部分，其中，该第二电流传感器配属于第一联接导体4。借助第二电流传感器24来检测沿优选方向12经过联接导体4的通过电流Ia。
[0039]电流传感器22、24构造相同，从而所有利用这些传感器接收的测量值都有相同的容许误差。该容许误差例如为0.05安培(A)并且关于相应的测量值，也就是相应的检测到的通过电流Is、Ia的前后是对称的。在此，可以借助电流传感器22、24仅沿优选方向12获知测量值。因此，在实际有沿反向电流方向14的电流的情况下，也就是在有反向电流^的情况下，借助电流传感器22、24检测的值等于零(O)。
[0040]此外，其中每个电流传感器22、24具有中断单元26 (图3)，并且经由线路28与控制单元18连接。在此，借助电流传感器22、24检测的通过电流Is、IAg由线路28传递到控制单元18，并且相应的中断单元26借助线路28由控制单元18加载以控制信号。如果出现过载情况或设置切断PV设备2，那么第一联接导体4和/或串行8就借助相应的电流传感器22、24的由控制单元18经由线路28来驱控的中断单元26来分离，并且中断了相应的实际流动的电流。
[0041]在图2中以流程图示意性地示出了用于运行装置16的方法30。在例如每2秒进行的开始事件32之后，在第一检测 步骤34中，借助第一电流传感器22来检测其中每个串行8中的通过电流Is。在PV设备2的按规定的运行且有确定的辐射条件的情况下，每个串行8中的该通过电流等于I安培(A)。然而在第三串行8中由于在其中一个PV模块10中的故障而出现了沿反向电流方向14的反向电流Ικ，借助配属于第三串行8的第一电流传感器22无法检测到该反向电流。尽管反向电流的电流强度为Ik= 0.5安培，但是向实施了方法30的控制器18传送的值却实际上为OA0
[0042]在基本上与第一检测步骤34同时进行的第二检测步骤36中，借助第二电流传感器24来检测第一联接导体4中的通过电流ΙΑ，该通过电流为3.5Α。在第三和第四检测步骤38、40中，获知电流传感器22、24的在检测经过串行8或第一联接导体4的相应的通过电流Is、^时所适用的容许误差。这些容许误差基于电流传感器22、24的结构类型地分别为0.05A。在第一汇总步骤42中，将第一电流传感器22的容许误差累加。因此，所有第一电流传感器22的容许误差等于0.25A。在第二汇总步骤46中，将该值与第二电流传感器24的容许误差相加，并且因此形成公差值46，因此该公差值为0.3A。
[0043]在第三汇总步骤48中，将所有配属于各个串行8的通过电流Is累加，这些通过电流在第一检测步骤34中来获知，并且因此生成第一总通过电流50。因此，第一总通过电流50为4A。此外，在第四汇总步骤52中，将经过第一联接导体4的通过电流Ia的借助第二电流传感器24检测到的值作为第二总通过电流54来引用。因此，第二总通过电流54为3.5A。在比较步骤56中，生成两个总通过电流彼此间的偏差58。在此，将两个总通过电流的差的数值作为偏差58来引用。换而言之，偏差58等于0.5A。将偏差58与为0.3A的公差值46进行比较。当偏差58小于公差值46时，在第一结束事件60中结束方法30。
[0044]如果偏差58大于公差值46，在确定步骤62中，一方面对承载有反向电流Ik的串行8进行确定。这是第三串行，其检测到的沿优选方向12的通过电流Is的值最小，即，为零(O)。此外，将它们的差，亦即0.2A，作为反向电流Ik的值来引用。在中断步骤64中，借助第三串行8的第一电流传感器22的中断单元26将该串行与第一联接导体4分离，并因此中断了反向电流Ικ。因此，经过第一联接导体4的通过电流IaW3.5A上升到4Α。在第三串行8与第一联接导体4分离之后，发生第二结束事件66，并且结束方法30。
[0045]图3示出了具有中断单元26的结构相同的电流传感器22、24中的一个的比较详细的电路图。电流传感器22、24包括具有测量传感器70的主电流路径68，该测量传感器联接进主电流路径68中，并且检测沿优选方向12的通过电流Is、IA。主电流路径68引导穿过中断单元26，该中断单元具有下文也被称为机械开关的开关触点72以及与之并联的半导体电子器件74。机械开关72和半导体电子器件74形成自给的混合分离开关。
[0046]半导体电子器件74基本上包括两个与机械开关72并联的半导体开关73a、73b以及具有储能器78和时间环节80的驱控电路76。驱控电路76优选经由电阻器或一系列电阻器R与主电流路径68连接。优选作为半导体开关73a、73b使用的IGBT的门极形成半导体电路74的控制输入端82。该控制输入端82经由驱控电路76通到主电流路径68。
[0047]第一半导体开关(IGBT) 73a在阴地-栅地系统中与形式为MOSFET的第二半导体开关73b串联。施加在第一半导体开关73a上的电势U+始终大于在相对置的开关侧上的电势1，在该开关侧上，第二半导体开关(MOSFET) 73b通到主电流回路6上。当机械开关72闭合时，正电势U+为0V。
[0048]第一半导体开关(IGBT) 73a与续流二极管D2联接。第一齐纳二极管D3在阳极侧与电势U_连接，而在阴极侧与第一半导体开关(IGBT)73a的门极(控制输入端82)连接。另一齐纳二极管D4在阴极侧又与门极(控制输入端82)连接，而在阳极侧与第一半导体开关(IGBT) 73a的发射极连接。
[0049]二极管Dl在阳极侧通到在阴地-栅地系统的在第一与第二半导体开关73a或73b之间的居中或阴地-栅地截取端84，该二极管在阴极侧经由充当储能器78的电容器C与电势1联接。也可以将多个电容器C形成存储器78。经由二极管Dl与储能器78或电容器C之间的阳极侧的电压截取端86，与欧姆电阻器Rl和R2联接的晶体管TI经由另外的电阻器R3和R4与第二半导体开关(MOSFET) 82的又通到半导体电子器件74的控制输入端82上的门极连接。具有并联的电阻器R5的另一齐纳二极管D5在阴极侧与门极连接，而在阳极侧与第二半导体开关(MOSFET) 73b的发射极连接。
[0050]晶体管Tl在基极侧经由晶体管T2来驱控，该晶体管其本身的基极侧经由欧姆电阻器R6与例如实施为单稳触发器的时间环节80连接。此外，晶体管T2在基极发射极侧与另一电阻器R7联接。
[0051]在机械开关72闭合时，主电流路径68是低欧姆的，而混合式的开关72、74的借助半导体开关73a、73b形成的换向路径88是高欧姆的并且因此阻隔电流。在机械开关72断开之前，在那产生的电压实际上为0V，并且随着机械开关72的开关触点72a、72b的断开跃变式地上升到具有典型的例如20V至30V的电弧电压I的对于电弧LB而言具有表征的值。因此，当机械开关72断开时，正电势U+达到该电弧电压U 30Vo
[0052]在紧接着触点断开时刻的持续时间(电弧时间间隔)期间，已经开始了基本上相应于电弧电流的开关电流Is、IA、Ik从主电流路径68到换向路径88上的换向。
[0053]在电弧时间间隔期间，电弧电流Is、IA、Ik实际上分配在主电流路径68 (也就是经由机械开关72)与换向路径88 (也就是半导体电子器件74)之间。在该电弧时间间隔期间，储能器78充电。在此，持续时间以如下方式来调整，即，一方面提供足够用于可靠地驱控半导体电子器件74的能量，尤其用来在电弧时间间隔之后的时间段内切断该半导体电子器件。另一方面，使电弧时间间隔足够短，从而避免了开关72或开关触点72a、72b的不期望的触点烧损或触点损耗。
[0054]随着电弧LB的开始并且进而是在产生电弧电压时，第一半导体开关(IGBT)73a经由电阻器R至少如下程度地导通，即，具有足够的充电电压和针对电容器C并且进而具有针对储能器78的足够的电弧电流或充电电流。为此，优选随着第一半导体开关(IGBT)73a与电阻器R和齐纳二极管D3相应的联接而提供了电子器件74的调节回路，利用该调节回路，将在阴地-栅地截取端84上的电压调整到例如UAb= 12V(DC)o在此，电弧电流的进而混合式隔离开关72、74的开关电流Is、IA、Ik的一小部分流经靠近正电势U +的第一半导体(IGBT)73a0
[0055]产生的截取电压用于供应给电子器件74的基本上通过晶体管Tl和T2以及时间环节80和储能器78形成的驱控电路76。在阳极侧与阴地-栅地截取端84连接的以及在阴极侧与电容器C连接的二极管Dl阻止了充电电流从电容器C并且经由换向路径88沿电势U—的方向的回流。如果在电容器C中进而在储能器78中含有足够的能量，并且因此在电压截取端86上存在足够高的控制或切换电压，那么晶体管Tl进而晶体管T2就导通，从而两个半导体开关73a、73b也完全导通。由于现在导通的半导体开关73a、73b与由主电流路径68的断开的开关72形成的分离路段的非常高的阻抗相比具有相当小的阻抗，电弧或开关电流Is、IA、^实际上仅流经换向路径88。因此，当开关电流I s、IA、Ik换向到电子器件74上时，正电势U+重新达到0V。因此，机械开关72的触点72a、72b之间的电弧熄灭。
[0056]充电电容量进而电容器C中所含的存储能量以如下方式来定量，S卩，半导体电子器件74在由时间环节80预先给定的持续时间内承载开关电流IS、IA、IK。该持续时间可以调整到例如3ms。该持续时间的定量进而对时间环节80的确定 基本上取决于用于完全熄灭电弧LB的专用的或典型的持续时间以及取决于对在此形成的等离子体的足够的冷却。在此主要标准是，在利用随后再次高欧姆的换向路径88来实现对电子器件74的关断并因此产生阻隔电流的半导体电子器件74之后，在如之前那样断开的机械开关72上或经由其开关触点72a、72b不会重新产生电弧LB。
[0057]在通过时间环节80确定的持续时间到期之后，开关电流13、14、1,差不多下降到零(Is、IA、Ik= 0A)，而开关电压同时上升到由串行8提供的运行电压。因此，当换向路径88由于半导体开关73a、73b的阻隔是高欧姆的进而电子器件74重新阻隔电流时，正电势U+到达该运行电压。
[0058]只要直流电流(DC)设备具有至少两个彼此间地且通向共同的电势点的电流路径，该方法就有利地也可以应用在这样的电设备上。
[0059]附图标记列表
[0060]2光伏设备
[0061]4第一联接导体
[0062]6第二联接导体
[0063]8串行
[0064]10光伏模块
[0065]12优选方向
[0066]14反向电流方向
[0067]16装置
[0068]18控制单元
[0069]20传感器系统
[0070]22第一电流传感器
[0071]24第二电流传感器
[0072]26中断单元
[0073]28线路
[0074]30方法
[0075]32开始事件
[0076]34第一检测步骤
[0077]36第二检测步骤
[0078]38第三检测步骤
[0079]40第四检测步骤
[0080]42第一汇总步骤
[0081]44第二汇总步骤
[0082]46公差值
[0083]48第三汇总步骤
[0084]50第一总通过电流
[0085]52第四汇总步骤
[0086]54第二总通过电流
[0087]56比较步骤
[0088]58偏差
[0089]60第一结束事件
[0090]62确定步骤
[0091]64中断步骤
[0092]66第二结束事件
[0093]68主电流路径
[0094]70测量传感器
[0095]72开关
[0096]72a、72b开关触点
[0097]73a第一半导体开关
[0098]73b第二半导体开关
[0099]74半导体电子器件
[0100]76驱控电路
[0101]78储能器
[0102]80时间环节
[0103]82控制输入端
[0104]84居中或阴地-栅地截取端
[0105]86电压截取端
[0106]88换向路径
[0107]C电容器
[0108]Dl二极管
[0109]D2续流二极管
[0110]D3-D5齐纳二极管
[0111]Is串行的通过电流
[0112]Ia联接导体的通过电流
[0113]Ie反向电流
[0114]LB电弧
[0115]R、R1-R7欧姆电阻器
[0116]T1、T2晶体管
[0117]U+、U_电势
【主权项】
1.一种用于在反向电流(Ik)方面对光伏设备(2)进行监控的方法(30)，所述光伏设备具有一定数量的并联的且通向共同的联接导体(4、6)的串行(8)，在所述方法中， -检测在所述串行(8)的每个中的沿优选方向(12)的通过电流(Is)并由此生成第一总通过电流(50)， -检测在所述联接导体(4、6)中的沿所述优选方向(12)的通过电流(Ia)并由此生成第二总通过电流(54)， -将所述第一总通过电流(50)与所述第二总通过电流(54)进行比较，并且， -在所述第一总通过电流(50)与所述第二总通过电流(54)的偏差(58)大于公差值(46)时，识别出反向电流(Ik)。2.根据权利要求1所述的方法(30)， 其特征在于， 所述优选方向(12)反向于所述相应的反向电流方向(14)地选择。3.根据权利要求1或2所述的方法(30)， 其特征在于， 将具有最小的所获知的通过电流(Is)的串行(8)确定为所述反向电流(Ik)的载体，并且尤其将减去了所述公差值(46)的所述偏差(58)作为所述反向电流(Ik)的值来引用。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(30)， 其特征在于， 在识别出反向电流(Ik)的情况下，所述具有最小的所获知的电流(Is)的串行⑶与所述联接导体(4、6)和/或多个所述联接导体(4、6)本身分离。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法(30)， 其特征在于， 将在检测经过串行(8)的通过电流(Is)时的所有适用的容许误差的总和和/或在检测经过所述联接导体(4、6)的通过电流(Ia)时适用的容许误差作为公差值(46)来引用。6.—种用于在反向电流(Ik)方面对光伏设备(2)进行监控的装置(16)，所述光伏设备具有一定数量的并联的且通向共同的联接导体(4、6)的串行(8)，所述装置尤其用于执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法(30)，所述装置具有传感器系统(20)，所述传感器系统包括尤其是与所述串行(8)的数量相一致的数量的第一传感器(22)以及用于检测沿优选方向(12)的经过每个串行(8)或经过所述联接导体(4、6)的通过电流(IS、IA)的第二传感器(24)。7.根据权利要求6所述的装置(16)， 其特征在于， 设置并设立一个或若干个所述电流传感器(22、24)，仅用于沿所述优选方向(12)来测量。8.根据权利要求6或7所述的装置(16)， 其特征在于， 所有第一电流传感器(22)具有相同的容许误差，所述容许误差尤其是等于所述第二电流传感器(24)的容许误差。9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置(16)， 其特征在于中断单元(26)，所述中断单元用于中断经过所述串行(8)中至少一个的和/或经过所述联接导体(4、6)的所述通过电流(IS、IA)。10.根据权利要求9所述的装置(16)， 其特征在于， 所述中断单元(26)包括引导电流的机械开关(72)和与之并联的半导体电子器件(74)，所述半导体电子器件在开关(72)闭合时阻隔电流，并且所述半导体电子器件具有与所述开关(72)以如下方式互连的控制输入端(82)，S卩，在开关(72)断开时，所述半导体电子器件(74)由于电弧(LB)经由所述开关产生的电弧电压而导电地联接。
【专利摘要】本发明涉及一种用于在反向电流(IR)方面对光伏设备(2)进行监控的装置(16)和方法(30)，该光伏设备具有一定数量的并联的且通向共同的联接导体(4、6)的串行(8)。在该方法(30)中设置：检测在其中每个串行(8)中的沿优选方向(12)的通过电流(IS)并由此生成第一总通过电流(50)，检测在联接导体(4、6)中的沿优选方向(12)的通过电流(IA)并由此生成第二总通过电流(54)，以及将第一总通过电流(50)与第二总通过电流(54)进行比较，其中，在第一总通过电流(50)与第二总通过电流(54)的偏差(58)大于公差值(46)时，识别出反向电流(IR)。
【IPC分类】H02S50/00, H02S50/10, H02H7/20, H02J1/10
【公开号】CN104904114
【申请号】CN201380066674
【发明人】克里斯蒂安·施特勒布尔, 约亨·泽弗里德, 阿伯特·格恩格罗斯
【申请人】埃伦贝格尔及珀恩斯根有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年10月11日
【公告号】DE102012024728A1, EP2936178A1, US20150288331, WO2014094929A1
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