专利名称：采用直流发电模块和多个串保护器的串和系统的制作方法
技术领域：
所公开的构思通常涉及串(String)，更特别地，涉及包含多个例如光伏发电模块 等的直流发电模块的这种串。所公开的构思还涉及系统、单个串、组成阵列的多个串以及例 如串阵列的多个阵列，其中，串阵列包含多个具有多个直流发电模块的串。
背景技术：
已经知道，在光伏(PV)(例如，光电；太阳能发电)系统中不存在已知的装置能够 在发生能够造成火灾的短路故障(例如但不限于，并联电弧)时阻止串或串阵列产生能量。 例如，串的负载端上的熔断器不能阻止这种故障的发生。例如，电弧消耗没有到达逆变器或 负载的能量。已知的实践是在串的负载端在一个馈电导体(例如，电线；典型地为正极电线)中 放置保护装置(即，熔断器)，来防止出现反馈状况和反馈短路。正极或负极馈电线包含保 护装置(即熔断器)，取决于制造者。系统可具有接地连接或者可以不接地，取决于当地建 筑规范。一些已知的汇流箱(combiner box)在馈电端而不是远端上在用于不接地系统的 导线上均包含熔断器。据信，保护装置没有用于PV发电模块、串的远端或回路导体(return conductor)。据信，PV发电模块和回路导体之间的所有连接馈电导体不受免遭发生各种电 弧事件或短路的保护。图1示出了串联连接的直流(DC)发电模块8(例如，PV发电模块)的几个并联串 2，4，6，其具有位于每串的正极导体12上的保护装置10。此保护装置10是熔断器，仅当相 应串2，4，6短路并被汇流连接在汇流箱16内的主DC母线14上的其他PV串反馈时防止出 现反向过电流。采用熔断器来实现过流保护和采用二极管来阻止反向电流是已知的。据信，已知 的DC发电模块的串和阵列没有提供串联或并联电弧故障保护。包含多个直流发电模块的串在电气安全方面存在改善的空间。包含具有多个直流发电模块的串的系统——例如串阵列——也存在改善的空间。
发明内容
这些和其他的需求通过所公开构思的实施例得以满足，其检测直流发电模块的串 联连接串中的电弧放电，并在例如但不限于发生“电路内(in-circuit) ”电弧(通常称为串 联电弧)或“短路”电弧(通常称为并联电弧)的情况下中断电流的流动。这也为这些串 中的导体和直流发电模块，以及从发电串到电汇流箱——其中，来自相邻串的电流被合并 和端接(terminat)——的导体提供了保护，以防止发生其他的短路。这缓解了在否则不受 保护的直流发电模块串中的潜在的电火灾的危险。根据所公开构思的一个方面，串包含多个直流发电模块，其串联电连接以形成第 一端和第二远端(a remote second end)；电力线，其在第一端上电连接到所述多个直流 发电模块中的一个；回路线，其在第二远端上电连接到所述多个直流发电模块中的另一个；串的电力线中的串保护器，其包含电弧故障保护器、反向电流保护器和接地故障保护器中 的若干个。根据所公开构思的另一个方面，串包含多个直流发电模块，其串联电连接以形成 第一端和第二远端；电力线，其在第一端上电连接到所述多个直流发电模块中的一个；回 路线，其在第二远端上电连接到所述多个直流发电模块中的另一个；第二远端上在串的回 路线中的串保护器，其包含过流保护器、电弧故障保护器、反向电流保护器和接地故障保护 器中的若干个。根据所公开构思的另一个方面，串包含多个直流发电模块，其串联电连接以形成 第一端和第二远端；电力线，其在第一端上电连接到所述多个直流发电模块中的一个；回 路线，其在第二远端上电连接到所述多个直流发电模块中的另一个；串的电力线中的第一 串保护器；第二远端上在串的回路线中的第二串保护器，其中，第一串保护器和第二串保 护器中的一个包含过流保护器、电弧故障保护器、反向电流保护器和接地故障保护器中的 若干个，且其中，第一串保护器和第二串保护器中的另一个包含过流保护器、电弧故障保护 器、反向电流保护器、接地故障保护器以及与电力线或回路线串联的远程控制开关中的若 干个。第一串保护器和第二串保护器中的至少一个可被构造成监视或报告在串的电力 线或回路线中流动的电流。第二串保护器可位于远程汇流箱中或被布置在第二远端。第二串保护器可被构造成测量由所述多个直流发电模块中的这样另外一个产生 的电流和电压，而不考虑所述多个直流发电模块中的这样另外一个是否与串隔离。第一串保护器和第二串保护器可被构造成分别跳闸断开串的电力线和回路线；第 一串保护器和第二串保护器可被进一步构造成在互相之间进行通信，以使第一串保护器和 第二串保护器中的一个的跳闸引发第一串保护器和第二串保护器中另一个的跳闸。第一串保护器和所述第二串保护器中的所述一个可被构造成分别跳闸断开串的 电力线和回路线；第一串保护器和第二串保护器中的另一个可包含远程控制开关；第一串 保护器和第二串保护器可被进一步构造成在互相之间进行通信，以使得该跳间引发远程控 制开关跳闸断开电力线和回路线中的一个，从而使电力线和回路线都断开。根据所公开构思的另一个方面，串包含多个直流发电模块，其串联电连接以形成 第一端和第二远端；电力线，其在第一端上电连接到所述多个直流发电模块中的一个；回 路线，其在第二远端上电连接到所述多个直流发电模块中的另一个；多个第一保护器，其可 操作地与串的电力线相关联；多个第二串保护器，所述多个第二串保护器中的每一个位于 所述多个直流发电模块中的对应一个上，其中，所述多个第一保护器和所述多个第二串保 护器中的每一个包含过流保护器、电弧故障保护器、反向电流保护器和接地故障保护器中 的若干个。所述多个直流发电模块可以为光伏发电模块；所述多个第二串保护器的这样每一 个可被构造成监视光伏发电模块的电流、电压和在光伏发电模块的相应一个上的照度。所述多个第二串保护器中的每一个可被构造成，响应于过流保护器、电弧故障保 护器、反向电流保护器和接地故障保护器中的至少一个，将所述多个直流发电模块中的相应一个与串隔离。
所述多个直流发电模块中的相应一个可包含接线盒；所述多个第二串保护器中的 一个可与接线盒成为一体。所述多个直流发电模块中的相应一个可包含接线盒；所述多个第二串保护器中的 一个可操作地与接线盒相关联。所述多个第一保护器可选自所述多个直流发电模块中的一个和直流电力母线之 间的电力线中的第三串保护器，直流电力母线和逆变器之间的主馈线上的第四保护器，汇 流箱内的第五串保护器。所述多个第二串保护器中的每一个可被构造成将其状态传送到远程位置，该位置 可确定所述多个直流发电模块的每一个的状态。所述多个第一保护器中可操作地与所述串的电力线相关联的多个可被构造成将 其状态传送到远程位置，该位置可进一步确定串的状态。根据所公开构思的另一个方面，系统包含第一汇流箱；第二汇流箱；多个串，其 在第一汇流箱和第二汇流箱之间延伸，所述多个串中的多个的每个串包含多个直流发电 模块，其串联电连接以形成第一端和第二相对端，电力线，其在第一端电连接到所述多个直 流发电模块中的一个，回路线，其在第二相对端电连接到所述多个直流发电模块中的另一 个，这样的每个串的电力线中的第一串保护器，在第二相对端上在这样的每个串的回路线 中的第二串保护器，其中，第一串保护器和第二串保护器中的一个包含过流保护器、电弧故 障保护器、反向电流保护器和接地故障保护器中的若干个，且其中，第一串保护器和第二串 保护器中的另一个包含过流保护器、电弧故障保护器、反向电流保护器、接地故障保护器、 串联在电力线或回路线上的远程控制开关中的若干个，其中，对于所述多个串中的多个，第 一和第二汇流箱中的一个位于第一端，其中，对于所述多个串中的多个，第一和第二汇流箱 中的另一个位于第二相对端，其中，所述多个串中的多个的电力线位于第一汇流箱中，且其 中，所述多个串中最后的这样的多个的回路线位于第二汇流箱内。位于第一汇流箱中的第一串保护器和第二串保护器中的多个可由第一汇流箱内 的直流母线电压供电；位于第二汇流箱中的第一串保护器和第二串保护器中的多个可由第 二汇流箱内的直流母线电压供电。根据所公开构思的另一个方面，串包含多个直流发电模块，其串联电连接以形成 第一端和第二远端；电力线，其在第一端电连接到所述多个直流发电模块中的一个；回路 线，其在第二远端电连接到所述多个直流发电模块中的另一个；多个串保护器，所述多个串 保护器中多个的每一个可操作地与电力线、在第二远端的回路线和所述多个直流发电模块 中的一个的至少一个相关联，所述多个串保护器中所述多个的每一个包含过流保护器、电 弧故障保护器、反向电流保护器和接地故障保护器中的若干个，其中，所述多个串保护器中 的一个被构造成确定串的正常状态并做出响应地发送信号，且其中，所述多个串保护器中 的另一个被构造成接收信号并做出响应地保持所述多个直流发电模块中的相应一个与所 述多个直流发电模块中的至少另一个的串联电连接。所述多个串保护器中这样的另一个可被构造成，当没有接收到信号时，做出响应 地将所述多个直流发电模块中的相应一个与所述多个直流发电模块中的至少这样的另一 个隔离。所述多个串保护器中的多个可被构造成确定串的正常状态，做出响应地将相应得信号发送到所述多个串保护器中的其他串保护器。信号可包含与串的正常状态相对应的工作状态以及与串的故障状态相对应的非 工作状态；所述多个串保护器中这样的另一个可构造成接收具有正常状态的信号，做出响 应地保持所述多个直流发电模块中的相应一个与所述多个直流发电模块中的至少这样的 另一个的串联电连接，并可进一步构造成，在没有接收到具有正常状态的信号时，做出响应 地断开所述多个直流发电模块中的相应一个与所述多个直流发电模块中的至少这样的另 一个的电连接。信号可包含与串的正常状态相对应的工作状态以及与串的故障状态相对应的非 工作状态；信号的缺失或信号的减弱可指示串的故障。所述多个串保护器中的多个可被构造成向远程位置报告串的故障状态或串的健 康状况；远程位置可被构造成，基于所述多个串保护器中所述多个的哪一个报告故障状态 或没有报告健康状况，确定故障位置。
结合附图阅读下面对优选实施例的描述，可充分理解所公开的构思，在附图中图1是具有对于每个串位于正极导体上的单个保护装置的多个直流(DC)发电模 块串的原理框图；图2A-2C是多个串的原理框图，其显示出可能的故障及其在DC发电电路上的位 置；图3是根据所公开构思一实施例在正极馈电导体上的第一串保护器和位于串的 远端上的回路导体上的第二串保护器的原理框图；图4是根据所公开构思另一实施例在多个串的每个DC发电模块上的串保护器的 原理框图；图5是根据所公开构思的另一个实施例，在串的中部具有短路的情况下在串的每 一端上的串保护器，在另一个DC发电模块上的串保护器，以及第一和第二保护器之间的通 信的原理框图；图6是根据所公开构思的另一个实施例在多个串和串阵列的每一端上的汇流箱 的原理框图；图7是根据所公开构思的其他实施例的串保护器的原理框图；图8是根据所公开构思的另一个实施例包含远程串保护器的串的原理框图；图9是根据所公开构思的另一个实施例包含汇流箱内的串保护器的串的原理框 图。
具体实施例方式这里所采用的术语“若干个”、“多个”是指一个或多于一个(即复数个)的整数个。这里所采用的术语“处理器”是指能够存储、取回和处理数据的预先编程、可编程 或专用的逻辑模拟和/或数字装置；计算机；工作站；个人电脑；微处理器；微控制器；微型 计算机；中心处理单元；主计算机；小型计算机；服务器；网络处理器；或任何合适的处理 装置或设备。
这里所采用的术语“短路”是指与相反极性或地的栓接故障或电弧故障。这里所采用的术语“栓接故障”是指与相反极性或地的坚固或直接的或合适地低 的阻抗的电连接，典型地导致电流增加。这里所采用的术语“与相反极性的电弧故障”是指通过导电的等离子体到相反极 性的电连接。例如但不限于，这样的电弧故障包含(1)金属蒸汽电弧(或火花)；(2)需 要相对较热的电离导电路径的等离子体电弧；和(3)通过电解质或碳痕(electrolyte or carbon tracking)的方式受到其绝缘性能劣化影响的表面上的电弧。这里所采用的术语“电路内电弧故障”或“电路内电弧”是指在发电模块内部、在 多个发电模块之间或在到或来自汇流箱或任何其他电节点、端子或连接的电路中的串联电 连接中的持续电弧破裂(sustained arcing beak)(例如等离子体)。这里，串联是指存在 另一个电路元件(例如，逆变器)防止电弧直接与发电模块并联。这里所采用的术语“开路”是指断开且不在串的串联电路电连接上产生电弧。这里所采用的术语“电弧故障电路断续器”、“AFCI”和“电弧故障保护器”是指电 弧故障检测器和响应于电弧故障检测器的多个DC开关。
这里所采用的术语“串，，是指多个发电模块的串联电路连接。这里所采用的术语“串保护器”是指用于串和/或串的发电模块的保护装置。串 保护器包含若干个AFCI、过流、反向电流和/或接地故障保护功能。这里所采用的术语“汇流箱”是指箱、外壳或其他适当的结构，其中，多个串的一端 装有熔断器和/或受到保护。汇流箱将来自多个串的DC电流并联电气合并。这里所采用的术语“直流发电模块”是指光伏发电模块，电池或燃料电池。这里所采用的术语“电力线”通常是指在串的馈电端的电力导体。这里所采用的术语“回路线”通常是指从串的远端向馈电端延伸的电力导体。光伏发电模块串是多个发电模块的串联电路电连接的实例。例如，当包含多个发 电模块的串联电路电连接的电路在负载下断开、在使电弧持续的间隙两端之间产生电弧 时，能发生“电路内电弧”。例如，当形成到相反极性或地的替代性的(例如，从“正常”的导电路径的改变(例 如，从逆变器的回路导体，通过所有发电模块，到馈电导体，并返回到逆变器))短路路径， 能发生“短路电弧”。例如但不限于，短路能形成替代性的不希望的导电路径，传统的保护功能不能检 测或保护电流采取替代性路径，以致于过大的电流可造成过热，电弧可引发火灾。由于从相邻的串到短路路径的反馈电流，替代性的短路路径(例如，上述不希望 的导电路径)可造成过流。
短路路径也可在沿着串联发电模块的任何点上形成。短路路径也可形成在回路导体或馈电导体之间，该回路导体或馈电导体来自以共 用位置或电缆管道为路径的多个串，或到接地架、导管或导体。结合包含多个光伏发电模块的串对所公开的发明进行了介绍，但所公开的构思可 应用到包含多个直流发电模块的串和串阵列。图2A-2C示出了在DC发电模块20中可能的短路(并联)和电路内电弧故障以及 它们的位置。电路内电弧出现在串联的串中，例如，由故障插头或电连接、破裂的导线或松动的熔丝夹而产生。电路内电弧可在单个位置上检测(例如，在汇流箱M的保护装置22 上)，相应的串26、观、30、32可被断开，以阻止电弧并保护电路20。图2A示出了远程与馈电短路的开路故障(a remote short with feedopen fault) 34，其是与回路导体36接触的损坏的正极导体(来自发电模块8)。图2B示出了 馈电与远程短路的开路故障(a feed short with remoteopen fault) 38，其是与回路导 体40接触的损坏的负极导体(来自发电模块8)。图2C示出了收缩短路故障(a pinch short fault) 42，其是与回路导体44接触的收缩的连接导体。电弧放电可产生，例如，在例 如A64(远)、B66(中)或C70(近)的多种位置。图2A中，在位置A46处，电弧(例如，远程与馈电短路的开路，其中损坏的正极导 体48接触回路导体36)经受第一发电模块8 (根据图2A，在串观的左侧)电压和电流IA (取 决于电弧阻抗)，同时，串观的剩余部分朝向负载(馈电端)断开。在位置B50处，电弧51 经受相对较高的全幅度串电压和电流IB，同时，串30的剩余部分朝向负载(馈电端)断开。图2B中示出了另一个电弧38 (例如，馈电与远程短路的开路，其中损坏的负极导 线52接触回路导体40)。在位置AM处，串沈为短短的一个发电模块8，电弧电压是主母 线56和短路串电压之间的差，串的电压和电流IA减少(如同是电路内电弧一样)。在位 置B58处，串观被反向馈电，电弧电压是母线(阵列)电压减去通过工作的发电模块8的 正向偏压PV 二极管(未图示)的顶压降，电弧电流IB相对较低且反向。在位置C60处， 最后一个(连接的)发电模块8(根据图2B，在串30的右侧)被反向馈电，电弧电压是母 线(阵列)电压减去通过最后一个发电模块8(例如但不限于，-350VDC;如果仅存在一个附 着的串，那么由于逆变器适应其控制，电压小得多或消失；在所有这些情况下，电弧表现如 同更短串上的电路内实体，因为逆变器将电弧与模块分离开)的正向偏压PV 二极管(未图 示)的顶压降，串电流IC相对较高且反向。图2C中示出了另一个电弧42 (例如，收缩短路，其中，在发电模块8之间的互连导 体62与回路线44接触)。在位置A64处，并联故障(parallelfault)阻抗由远程模块子串 和馈电模块子串分担。这两个环流电流(根据图2C定义为取顺时针方向为正)将减去和 包含电弧电流，其是远程电流减去馈电电流(从电力侧到回路侧)。对于电弧位置A 64，使 得两电流均为正并使故障电流为短路的单个模块电流(相对更大)和负载吸取的电流(相 对更小)之间的数值差的负载上存在最小的影响。随着故障在位置B 66和C 70上朝着电 力线(负载)的“顶部”行进，负载(馈电)电流反向(特别是对于被电气连接、使母线电 压更加“稳定(stiff)”的相对较多的串)并在数字上增加到远程电流，从而对故障进行馈 送。图3示出了在正电力线82(例如电力导体)上的第一串保护器(SP)80(例如但不 限于，AFCI)和在回路线86 (例如回路导体)上的第二 SP84(例如但不限于，AFCI)。这种 结构能够有利地检测到例如在串88中的任何单个电弧故障，不论其位置。实例1示例性串90包含串联电连接以形成第一端92和第二远端94的多个直流(DC)发 电模块(EGM)8(如图3的模块所示)，在第一端92上与DC EGM 8中的一个电连接的电力 线96，在第二远端94上与DC EGM 8中的另一个电连接的回路线98，以及在串90的回路线 98上的SP 100(例如但不限于，AFCI)。如将在下面联系图7介绍的，SP 100具有过流保护器、电弧故障保护器、反向电流保护器和接地故障保护器中的若干个。在该实例中，对于仅仅内电路(串联)的故障，不需要串90的电力线96上的SP 99(例如但不限于，AFCI)(如虚线所示)。优选地，二极管101设置在串90的第一端92的 电力线96上。通过阻止反向电流，反馈电流或起源于第一端92向着第二端94的电流，这消 除了对SP 99 (例如，在汇流箱中(未图示))的需求，允许在回路线98的第二端94上设置 单个SP 100。这通过消除SP 99而减少了成本，并允许在SP 100中的DC开关(未图示) 的相对低的电流中断额定值。实例2示例性SP100被结构化为监视或报告串90的电力线96中流动的电流。例如，如图 7所示，示例性SP100包含电流传感器102、模拟前端104和处理器106 (例如但不限于微处 理器)，该处理器监视并报告检测到的串电流108(例如但不限于，通过通信端口 110)。处 理器106包含过流保护器程序112、电弧故障保护器程序114、反向电流保护器程序116和 接地故障保护器程序118中的若干个(例如，一个、一些或所有)。专利号为6577138的美国专利公开了用于程序114的DC电弧故障检测和保护的 非限制性实例，其并入此处作为参考。如果采用DC接地故障保护，那么，例如但不限于，电流传感器102'和模拟前端 104响处理器106提供串回路电流108'以供程序118使用。电流传感器102'位于回路 线98上。电流传感器102'与模拟前端104'电连接来向处理器106提供检测到的串回路 电流108'。程序118计算电流108和108'之间的差，以确定是否存在剩余或接地故障电流。实例3示例性SP 100 (图3)位于串90的与DC EGM 8中的一个的第二远端94上。有利 的是，SP 100可用于改造应用，使得电工不必进入汇流箱(例如，图2A-2C中的24)来安装 保护装置或重新接线。相反，电工在最后一个DC EGM 8(根据图3，在串90的左侧)上简单 地安装(例如但不限于，插入)SP 100。实例 4在这个实例中，与实例1有些相似，串88 (图幻包含串联电连接以形成第一端120 和第二远端122的多个DC EGM 8、在第一端120上与DCEGM 8中的一个电连接的电力线82、 在第二远端122上与DC EGM 8中的另一个电连接的回路线86、串88的电力线82上的第 一 SP80和串88的回路线86上的第二 SP84。与SP100 —样，SP 80、84各自包含过流保护 器、电弧故障保护器、反向电流保护器和接地故障保护器中的若干个。SP80、84中的一个还 可包含远程控制开关(S) 168，其分别与电力线82或回路线86串联，如下面联系图5所讨论 的那样。虽然示例性串88包含故障124(例如但不限于，短路电路；并联电弧故障)，从这 里的说明可以明了，这样的故障是异常的，并可由SP 80、84中的一个或二者检测和/或报生1=1 O例如，对于图2A所示的电路内电弧34，电弧可由图3的第一和第二 SP 80、84 二 者检测。因此，串88的两个端可通过第一和第二 SP 80、84断开。作为替代的是，如果第二 (远的)SP 84包含远程控制开关168(图5)，则它可响应于来自第一 SP 80的通信，并且断 开串88的远端122。
作为另一个实例，对于图2C和3分别所示的并联电弧42和124，电弧可由第一和 第二 SP 80、84检测。因此，串88的两个端120、122可通过第一和第二 SP 80、84断开。作 为替代的是，如果第二(SW)SP 84包含远程控制开关168(图5)，则它可响应于来自第 一 SP 80的通信，也断开串88的远端122。在此实例中，仅在第一 SP 80简单断开串88是 不够的，原因在于并联电弧IM可能由于来自远程发电模块8(例如，根据图3，在串88的左 侧)的电压而持续。因此，图3的结构有利于通过断开串88的两个端120、122来检测和中 断并联电弧124。在图3的实例中示出了电弧124、126、128(例如，短路电弧类型3，其中，发电模 块8之间的互连导体与回路线——例如86——相接触)。在位置A 130处，串电流和电压 减小。在位置B 132处，最后两个连接的发电模块8(例如，根据图3，在串134的右侧)可 被反向馈电，串电流相对较高(例如，IB 136可被反馈)。在位置C 138处，一个发电模块 8(例如，根据图3，在串134的右侧)以相对较高的反向电流被反向馈电，电弧电流相对较 高(例如，IC 140被反馈且相对非常高)。图3中，SP 80、84位于第一导体——例如电力线82——以及位于第二导线——例 如回路线86——中。例如，在回路线86上附加第二 SP 84可检测，可能被仅位于正电力线 82的单个保护器漏掉的单个短路或电弧事件。合适的保护装置196(例如但不限于，电弧故 障和/或接地故障保护器)——例如所公开的SP 80、84、100中的一个——可与逆变器178 可操作地相关联(例如但不限于，位于逆变器178中或逆变器178处；在断开开关195处； 在断开开关195和逆变器178之间)。实例 5示例性第二 SP 84被布置在串88的第二远端122上。实例6与图7的SP 100相似，第一和第二 SP 80,84中的至少一个可被结构化为分别监 视或报告串88的电力线82或回路线86中流动的电流。实例 7如图6所示，第二 SP 84可位于第二(远的)汇流箱142上，而第一 SP 80可位于 第一(近的)汇流箱144上。在其他方面，串88'可以与图3的串88相同或相似。实例8图6中，第一 SP 80A和第二 SP 84分别由第一汇流箱144和第二汇流箱142的主 直流母线或电力线146供电。实例9第一 SP 80和第二 SP 84A分别由分别在第一汇流箱144和第二汇流箱142外部 的相应的电源148和150供电。实例10如图8所示，第二远程SP 84可在第二远端122与DC EGM 8中的一个可操作地相 关联(例如但不限于，根据图8，与在串88"左侧的最后一个DC EGM 8)。实例11第二 SP84可在第二远端122由DC EGM 8中的一个供电(例如但不限于，根据图 8，用串88〃左侧的最后一个DC EGM 8)。
实例12图 8 示出 了第一 DC EGM 8B、第二 DC EGM 8A 和第三 DC EGM 8，第三 DC EGM 8 位 于串88〃的第二远端122。第三DC EGM 8包含通过第二 SP 84电连接到回路线156的第 二电力端巧4和第一电力端子152。第二 DC EGM 8A包含电连接到第三DC EGM 84的第一 电力端子152的第二电力端子160和第一电力端子158。第二 SP 84由第三DC EGM 8供 H1^ ο实例13第二 SP84被结构化为中断第三DC EGM 8的第一电力端子152和第二电力端子 154中的至少一个，例如，图8示出了第二电力端子154的中断。实例14图5的SP 84B示出了采用双极开关160实现的DC EGM 158的接线盒(J-盒)156 的第一电力端子152A和第二电力端子154A 二者的中断。实例15与图7的SP100相似，图3的第二 SP 84或图5的SP 84、84B可响应于过流保护 器、电弧故障保护器、反向电流保护器和接地故障保护器程序112、114、116、118中的至少 一个，将相应的DC EGM 8与各自的串88或210隔离开。实例16在图5的实例中，SP 84B由在串210的远端的相应DC EGM 158供电，而不论DC EGM 158是否通过双极开关160与串210断开。实例17与图7的SP 100相似，SP 84B可配置为测量通过电流传感器102的电流和通过 分压器161 (图7)的DC EGM 158产生的电压。例如，如果断开，测量的电流简单地为由SP 84B(例如，由电源274)插入的“测试” 负载，如果没有隔离，测量的电流是SP 84B的负载电流加上串210的电流。实例18如将在下面联系图5讨论的，图3的第一 SP 80和第二 SP 84可配置为分别跳闸 断开串88的电力线82和回路线86，并且，还在相互之间通信(例如但不限于，通过使用电 力线载波(PLC)信号(例如但不限于，音调)；硬接线通信信号；无线通信信号)以使得第 一和第二 SP 80、84中的一个的跳闸引发第一和第二 SP 80、84中的另一个的跳闸。例如， 图5示出了第一 SP 80中的发送器(Tx)，其可使用信号166与第二 SP 84中接收器(Rx)通 信。将会明了，第二 SP 84也可包含发送器(未图示)，其可使用信号(未图示)与第一 SP 80中的接收器(未图示)通信。实例19对实例18进一步的是，例如，如果第一和第二 SP 80、84中的一个包含远程控制开 关(S) 168(例如但不限于，所第二 SP 84所示)，则可采用从第一 SP发送器162到第二 SP 接收器164的信号166的通信，使得电力线82的第一 SP 80跳闸引发远程控制开关168跳 闸断开回路线86，以使得电力线82和回路线86均断开。将会明了，远程控制开关168可以 是第一 SP 80的一部分，以使得可采用从第二 SP发送器(未图示)到第一 SP接收器(未 图示)的信号(未图示)的通信，使得回路线86的第二 SP84跳闸引发远程控制开关168跳闸断开电力线82，使电力线82和回路线86 二者都断开。实例20图4示出了在每个DC EGM 8C上的SP 170 (例如但不限于，AFCI)。例如，多个SP 170可检测对于多个短路路径的短路环流电流。图4中，示例性电弧类型和位置A 172, B 174和C 176可以与图3的相应电弧类型和位置相同或相似。图4的结构提供了最大程度 的保护，并可检测例如在串中、在DC EGM 8C的一个中以及在DC EGM 8之间连接导体上的 所有可能的电弧和短路事件。通过在每个DC EGM 8C上提供SP 170，多重故障可被检测到。 这提高了系统208的检测和保护性能，并可检测例如在串180、202、204、206或例如190的 回路线的任何位置上的多重以及同时的短路或电弧放电。与主母线56最接近的DC EGM 8C中的SP 170可检测在正常情况下的正向流动电 流，并可检测(例如但不限于，使用SP 170中的电流传感器102(图7))在任何短路情况下 的反向流动(反馈)电流。检测反馈电流的功能允许命令该SP来终止该反馈电流的流动。 反馈电流是不希望的，原因是它们会使发电模块8C过热并减少输送到逆变器(例如，中央 逆变器)178或其负载(未图示)的净电流。反馈电流可比前向馈送电流更大。一种常见的熔断器一一例如图2A的22——的大小典型地是串沈的前向短路电 流(Isc)的1.56倍。过电流会产生火灾危险。位于图4的串180的相应DC EGM 8C上的 SP 170可在位置A 172、B 174或C 176上检测到替代性短路路径中任意一个中流动的电 流。在检测到故障时，可命令SP170终止电流的流动并清除故障。尽管故障可能仍旧存在， 断开隔离开关182(图7)缓解和/或阻止危险电流的流动。例如，在每个发电模块8C上配 置SP 170可检测，在发电串180和其连接导线中多重和同时发生的故障和所有可能发生的 电弧放电或所有类型的短路路径。示例性串180包含多个串联连接以形成第一端184和第二远端186的DC EGM 8C、 在第一端184上与DC EGM 8C中的一个电连接的电力线188、在第二远端186上与DC EGM 8C中的另一个电连接的回路线190、与串180的电力线188可操作地相关联的多个第一保 护器192(例如但不限于，AFCI)和多个第二 SP 170。每个第二 SP 170位于对应的一个 DCEGM 8C上。所述多个第一保护器192和所述多个第二 SP 170各自包含过流保护器、电弧 故障保护器、反向电流保护器和接地故障保护器中的若干个。例如但不限于，多个第一保护 器192和多个第二 SP170可与图7的SP100相同或相似。将会明了，这种结构有利地保护 整个串180和所有电路导线(例如，194)免受多重和同时发生的短路和电弧事件影响。实例21DC EGM 8C可以是包含SP 170的光伏(PV)发电模块，SP 170配置成监视PV发电 模块的电流、电压和在PV发电模块的相应一个上的照度。与图7的SP 100相似，SP 170可 监视电流(I)和电压(V)。照度可通过获知模块电压和电流特性来间接地计算。实例22每一个第二 SP 170可配置为，响应于图7的过流保护器程序112、故障保护器程 序114、反向电流保护器程序112和接地故障保护器程序118中至少一个，将相应的一个DC EGM 8C与串180断开。实例23尽管第二 SP 170被示为和相应DC EGM 8C—体化(例如但不限于，在其内部)，第二 SP 170可与相应的DC EGM 8C可操作地相关联。例如，如图5所示，DC EGM 158A包含 接线盒(J-盒)156A，且SP 84C和接线盒156A是一个整体。将会明了，第二远程SP 84可配置为与SP 84C相同或相似，SP 84C和DC EGM 158A 的接线盒156A是一个整体。第二 SP 84位于串210的远端222处的DC EGM上。这解决 (address) 了并联故障——例如212，从最后一个DC EGM获得能量，并提供检测故障以及在 DC EGM的一侧或两侧断开的功能。如果串保护器检测到故障(例如但不限于，电弧；反向 电流)，不论故障地点，它断开电路。优选地，多个本地状态指示器——例如图7的268—— 用来快速定位故障地点。作为替代或作为附加的是，该功能可通过远程监视/到远程位置 200的通知来提供。实例M另外如图5所述，DC EGM 158包含接线盒156，SP 84B与接线盒156可操作地相 关联(例如，耦合于其上)。将会明了，第二远程SP 84可被配置为与SP 84B相同或相似。实例25图4中，多个第一保护器192包含SP 192，在串180的第一端184上的一个DC EGM 8C和直流主母线56之间的电力线188上；主SP 193，在串180的第一端184上的一个 DC EGM 8C和直流主母线56之间的电力线188上；另一个保护器196，在直流主母线56和 逆变器178之间的主馈线198上。实例洸以与图7的SP 100相同或相似的方式，图4的每个SP 170配置为使用通信端口 110向远程位置200 (如虚线所示)传送SP 170和/或相应DCEGM 8C的状态，远程位置200 可确定每个DC EGM 8C的状态。实例27以与图7的SP 100相同或相似的方式，每个第一保护器192、196配置为使用通信 端口 110向远程位置200(如虚线所示)传送该保护器的状态，远程位置200可确定图4的 相应串180、202、204、206或系统208的状态。实例沘图5示出了当串210的中间或远离端部214、222发生短路事件212时在串210的 每一端上的SP 80、84。例如，这种结构提供了检测短路故障或串联连接中断开的连接或损 坏的导体或电弧。例如但不限于，发送器162 (Tx)(例如但不限于音调发生器)可位于串210 的第一端214上的任何、一些或所有的SP 80处，在汇流箱216内的主母线56上，或在逆变 器或负载220的主母线218上。发送器162 (Tx)从SP 80沿串210下行向第二远端222上 的第二 SP 84发送信号166(例如但不限于，音调)。SP 84包含接收器(Rx) 164，其接收信 号166。只要第二 SP 84接收合适的信号166(例如但不限于合适的音调)，串210上的所 有电连接都是好的。如果合适的信号166丢失或被电弧破坏，那么第二远程SP 84(或远程 控制开关184)将断开和清除故障。例如，短路212会削弱信号166(例如但不限于，音调)， 而在任何导体或回路线86上的断开阻止信号166适当地传播。串210包含串联电连接以形成第一端214和第二远端222的多个DCEGM 158、 158A、8、8，在第一端214上电连接到DC EGM 8中的一个的电力线82，在第二远端222上通过SP 84电连接到DC EGM 158的另一个的回路线86，多个SP 80、84、84B、84C。虽然所示 DC EGM 158、158A分别具有SP 84B、84C，将会明了，不需要这样的SP中的一个或二者。而 且，虽然所示DC EGM 8不具有相应的SP，将会明了，这样的DC EGM8中的一个或二者可具有 相应的SP。图5中，所述多个SP 80、84、84B、84C中的多个的每一个可操作地与电力线82、回 路线86和多个DC EGM 158、158A之一的至少一个相关联。以与图7的SP 100相同或相 似的方式，SP 80、84、84B、84C中的每一个包含过流保护器程序112、电弧故障保护器程序 114、反向电流保护器程序116和接地故障保护器程序118中的若干个。SP 80构造成确定 串210的正常状态并做出响应地传送信号166。第二远程SP 84构造成接收信号166并做 出响应地保持相应的DC EGM 158与至少一个其他DC EGM——例如158A——的串联电连 接。实例四第一 SP 80被定位为在第一端214与DC EGM 8相邻，第二远程SP 84被定位为在 串210的第二远端222与另一个DC EGM 158相邻。实例30信号166选自无线信号、有线信号和多个DC EGM 158、158A、8、8之间的在串210 的电力导体中的电力线载波(PLC)信号。实例31当没有接收到信号166(例如但不限于，作为短路212、电弧放电、损坏的导体、串 210断开的结果)时，SP 84构造成做出响应地将相应的DCEGM 158从至少邻近的DC EGM 158A断开(例如但不限于，使用开关(S) 168;使用图7的隔离开关182)。实例32如图6所示，多个SP 224,226,228,230可构造成确定相应串232或234的正常状 态并做出响应地向多个其他SP传送相应的信号236、238、M0、M2。例如，SP 2 包含发送 器(TX) M4，其向SP 2 的接收器(RX) 248传送具有音调246 (A》的信号236，SP 2 包含 发送器(TX) 250，其向SP 230的接收器(RX) 2M传送具有音调252(A1)的信号238，SP228 包含发送器(TX) 256，其向SP 2M的接收器(RX) 260传送具有音调258 (B2)的信号M0， SP 230包含发送器(TX)沈2，其向SP 2 的接收器(RX) 266传送具有音调沈4 (Bi)的信号 2420将会明了，图6的DC EGM 8中的一个、一些或所有可包含发送器和/或接收器。实例33将会明了，图5的发送器162可以是串保护器——例如SP 80——的一部分，或为 用于主母线56、主母线218或逆变器220的保护器的一部分，使得SP 80、84、84B、84C和保 护器可操作地与汇流箱216、逆变器220或不同的DC EGM 158、158A、8、8中的一个相关联。实例；34图5的信号166包含与串210的正常状态相对应的工作状态和与串210的故障状 态相对应的非工作状态。SP中的一个一例如SP 84——可构造成接收具有正常状态的信 号166并做出响应地保持相应DC EGM 158和DC EGM中至少另一个——例如在第一端214 的8——的串联电连接，并可被进一步构造成，在没有接收到具有正常状态的信号166时， 做出响应地断开相应DC EGM 158与第一端214(例如，通过回路线86)上的DCEGM 8的电连接。实例；35例如，通过移除信号166(例如但不限于，音调)，SP 80可造成SP 84跳闸或断开。 相反地，通过发送或外加信号166(例如但不限于，音调)，SP 80会造成SP 84重置或关闭。 例如，如果故障(例如但不限于，短路212;电弧放电状况)被SP 80检测到，则其停止向第 二远程SP 84发送信号166，从而命令它断开/跳闸。如图6所示，对于结合到公共主DC母线270的具有多个串——例如232、234—— 的PV阵列，已调制音调——例如A2246或A1252——唯一地标识特定的远程SP，例如2 或230，因为已调制音调可通过主DC母线270传播到多个SP。如果已调制音调没有被远程 SP接收，那么假设相应的串——例如232、234——上发生了故障(例如但不限于，短路或并 联故障)或断开(例如但不限于，电路内故障)，并关掉。如图5所示，如果通用音调272在汇流箱216或逆变器220或负载处在主DC母线 56上产生/广播且第一 SP80断开，那么此通用音调272不沿着串210下行传送，另外，不被 第二远程SP 84接收。实例36信号166可包含与串210的正常状态相对应的工作状态和与串166的故障状态相 对应的非工作状态。因此，信号166的缺失或减弱可指示串210的故障，以使得即使第一 SP 80没有检测到故障，第二远程SP 84会至少检测到信号166的缺失或减弱，并跳闸或断开串 210。实例37多个SP 80、84、84B、84C可构造成将信号166用于维修功能。例如，通过移除信号 166(例如但不限于，音调)，SP 80可使SP84断开。相反地，通过发送或外加信号166 (例 如但不限于，音调)，SP 80会使SP 84闭合。例如，电力线载波(PLC)调制音调可远程控制发电模块远程控制开关，例如 168(图5)。只要接收器164听到已调制音调，它闭合开关168。如果已调制音调丢失或因 维修而关闭，那么开关168(或图7的SP 100的隔离开关182)隔离相应的DC EGM来防止 其产生任何外部电流/电压并断开串210。如图7所示，SP 100包含电源274，其可从例如图6的148或150的外部电源(在 位置A和D上的开关275)、从主母线270 (在位置A和D上的开关275)和/或从相应的本 地DC EGM(在位置B和C上的开关275)接收电能(另外见图5的SP 84B，其中，电源274 从端子B和C接收电能)。实例38实例37的维修功能可选自启用DC EGM 158、158A、8、8或SP 80、84、84B、84C中 的相应一个，停用DC EGM 158、158A、8、8或SP 80、84、84B、84C中的相应一个。实例39维修功能可选自启用相应汇流箱216或逆变器220，停用相应汇流箱216或逆变 器220。例如，可操作地与发送器(Tx) 162相关联的保护器可包含相应的接收器，如图6的 SP 224、226、228、230 所示。实例40
与图7 的 SP 10 相似，图 5 和 6 的多个 SP 80、84、84B、84C、224、226、228、230 可构 造成向远程位置——例如图7的200(如虚线所示)——报告相应串210、232、234的故障状 态或健康状况。远程位置200可构造成基于所述多个SP中的哪一个报告故障状态或没有 报告相应串的健康状况来确定故障位置。另外，如图7的SP 100所示，SP可包含多个本地 状态指示器沈8，例如LED，以便本地指示相应串、汇流箱、逆变器或DC EGM的警报或故障状 态。实例41图6示出了一系统，例如示例性串阵列结构276，其包含第二(相对的)汇流箱 142。这包含在多个串——例如232、234——的每一端上的汇流箱142、144。第二相对汇流 箱142解决并联故障。在汇流箱142、144内可获得电力(例如，从外电源148、150 ；从主母 线270的母线电压)。这重构了导体拓扑，使得存在在串——例如278、232、234——的每一 端具有多个SP——例如84A、2^、230和80A、224、226——的第二汇流箱142。第二相对汇 流箱142可提供用于SP集群——如84A、2^、230——的本地供电和外围保护的外壳。这 以用于多个串278、232、234、88'、284、286的单个返回路径280缓和了很多并联故障，与用 于这些串中的每一个的已知的替代性回路路径(例如但不限于，沿着接地模块架或紧接着 正电力线)观8(如虚线所示)形成对比。因此，优选为，对于六个示例性串278、232、234、 88' ,284,286,消除六个示例性替代性回路路径288 (如虚线所示)。图6的示例性系统包含第一汇流箱144、第二(例如，相对的)汇流箱142和在第 一和第二汇流箱144、142之间延伸的多个示例性串88' ,284,286,278,232,2340这些串 的每一个包含多个串联电连接以形成第一端290和第二相对端四2的DC EGM 8、在第一端 290电连接到DC EGM 8中的一个的电力线四4、在第二相对端292电连接(通过相应SP)到 多个DC EGM 8中的另一个的回路线四6与四8，在每个串的电力线四4上的第一 SP 80A、 224、226、84和在每个串的回路线四6、298上的第二 SP 84A、2^、230、80。对于每一个串， 第一 SP 80A、224、226、84和第二 SP 84A、2^、230、80中的一个包含图7中的过流保护器程 序112、电弧故障保护器程序114、反向电流保护器程序116和接地故障保护器程序118中 的若干个；这些第一 SP和这些第二 SP中的另一个包含过流保护器程序112、电弧故障保护 器程序114、反向电流保护器程序116和接地故障保护器程序118和分别与电力线294或回 路线四6、四8串联的远程控制开关(S) 168(图5)中的若干个。对于示例性串88' ,284, 观6，第二汇流箱142位于第一端四0，第一汇流箱144位于第二相对端四2。对于示例性串 278、232、234，电力线146位于第一汇流箱144中，回路线298位于第二汇流箱142中。对 于示例性串88' ,284,286,电力线146位于第二汇流箱142中，回路线296位于第一汇流箱 144中。这在两个汇流箱142、144之间分配电力线和回路线，使得SP能够从主DC母线270 获得电力(未图示)。实例42位于第一汇流箱144中的示例性SP 80A.224.226从第一汇流箱144内的主母线 270的电力线146供电。位于第二汇流箱142中的示例性SP 84从第二汇流箱142内的主 母线270的电力线146供电。其他SP，例如80、84A，从相应的外部电源148、150供电。实例43第二 SP，例如在第二汇流箱142中的84A、2^、230，可检测到例如在串278、232、234的相对端292上的电弧，以便提供完全的隔离/缓解。SP 2观、230还可分别将不同的 信号M0、M2(例如但不限于，不同的已调制音调)发送回到其他SP 224、226，以便指示不 存在故障(例如，相应串的健康状况是好的)。实例44图7示出了用于串(例如但不限于，具有在大于大约7A的最大值下大约400VDC 到600VDC的串电压)或DC EGM的示例性SP 100。例如，多种保护/警告功能可由过流保 护器程序112、电弧故障(例如，串联；并联)保护器程序114、反向电流保护器程序116、接 地故障保护器程序118，以及串的性能(例如，开路；低输出)来提供。示例性SP 100包含 由处理器106(例如但不限于，微处理器)控制的隔离开关182。优选地，还提供多个本地状态指示器268和/或通信端口 110，用于远程监视和警 报。实例45作为示例性隔离开关182的一个替代性方案，例如但不限于，SP 100可输出跳闸/ 控制信号到外部DC开关，对断路器进行断开或分路跳闸。实例46作为另一个替代性方案，隔离开关182可为双极开关(例如，图5的160)，其可断 开正母线(例如，如图5和7所示，在端子B和A之间)以及负/回路母线(例如，图5所 示端子C和D之间的母线)，其在SP 100的外部示出，以便避免装置内出现高电压电势差。 图5中，另一个隔离开关182'位于端子C和D之间。图7中，点C和D以虚线示出，仅供参考。实例47参照图8，远程SP 84和DC EGM 8位于串88'的远端122。该远程SP84可以与 DC EGM 8的接线盒(未图示)一体化或位于其外部，并从之获得电力。除其他故障外，SP 80,84可如图所示地解决并联故障。实例48图9示出了由SP 302在汇流箱300处进行的串联检测和保护。作为替代的是，将 会明了，SP 302可被设置在图3的逆变器178或负载(未图示)上。图9的这种相对较为 简单的解决方案并不能解决所有类型的并联故障。串304包含多个DC EGM 8，其串联电连 接以形成第一端306和第二远端308。电力线309在第一端306电连接到DC EGM 8中的一 个。回路线310在第二远端308电连接到DC EGM 8中的另一个。SP 302在串304的电力 线309上。以与图7的SP 100相似的方式，SP 302包含图7的电弧故障保护器程序114、 反向电流保护器程序116和接地故障保护器程序118中的若干个。虽然未图示，SP 302可 位于DC/DC变换器或DC/AC逆变器内或其上。SP302可包含过流保护器程序112，或和另一 个与电力线309上的SP 302串联电连接的过电流保护器(例如但不限于，电路中断器；断 路器；熔断器)可操作地相关联。实例49作为另一个可选方案，SP 302可和一个DC EGM 8位于第一端306。这种结构对于 改造应用是便利的，使得电工不必进入汇流箱300来安装保护装置或重新接线。相反，电工 只需在将SP 302在串304的第一端306上的DC EGM 8上插入。
实例50以与图7的SP 100相同或相似的方式，SP 302构造成监视或报告串304的电力 线309上流动的电流。例如但不限于，图3所公开的串88、90、134改进了对短路和电弧的缓解。例如但 不限于，它们保护回路线86、98并保护电力线路免受在正极和负极导体之间单独发生的例 如124的短路或电弧事件的影响。所公开的SP 80,84和保护器196保护串阵列和逆变器178之间的相对较高电流、 高电压导体，并可在串阵列的电力线路中可出现的多种故障情况下被命令关闭。这样的SP 和保护器可位于这里所公开的PV系统、串和阵列的任何部件(例如但不限于，断路器；汇流 箱；远程汇流箱；DC EGM ；逆变器；中央逆变器；串逆变器；变换器；模块变换器；模块接线 盒；断开器)之上或之中。图6的第二汇流箱142和主母线270减少了返回到单个汇流箱(例如，图2A的 24)的导体，并降低了短路导体的可能性。尽管已经详细介绍了所公开构思的特定实施例，本领域技术人员将会明了，在所 公开内容的全面教导下，可开发出对这些细节的多种修改和替代。因此，所公开的特定装置 的目的仅用于说明，不对所公开构思的范围进行限制，该范围由所附权利要求书及其任意 及所有等价内容的整个宽度给出。附图标记列表2 并联串4 并联串6 并联串8 串联连接的直流(DC)发电模块(例如，PV发电模块)8A 发电模块8B 发电模块8C 发电模块10 保护装置12 正导体14 主 DC 母线16 汇流箱20 DC发电电路22 保护装置24 汇流箱26 串28 串30 串32 串34 远程与馈电短路的开路故障36 回路导体38 馈电与远程短路的开路故障
40回路导体42收缩短路故障44回路导体46位置 A48正极性破裂导线50位置 B51电弧52负极性破裂导线54位置 A56主母线58位置 B60位置 C62互连导体64位置 A66位置 B68IB70位置 C72负母线74IC80第一串保护器(例如但不限于，AFCI)80A第一串保护器82正馈电导体84第二串保护器(例如但不限于，AFCI)84A第二串保护器84B串保护器84CSP86回路线88串88 ‘串88串90串92第一端94第二远端96 电力线98 回路线99 串保护器(例如但不限于，AFCI)100 串保护器(例如但不限于，AFCI)101 二极管102 电流传感器
102'电流传感器104模拟前端104'模拟前端106处理器(例如但不限于，微处理器)108检测到的串电流108'检测到的串回路电流110通信端口112过流保护器程序114电弧故障保护器程序116反向电流保护器程序118接地故障保护器程序120笛一總 弟 漸122Λ-Λ- ~·、二.丄山 弟一姬而124故障或并联电弧126电弧128电弧130位置A132位置B134串136IB138位置C140TC142第二汇流箱144第一汇流箱146主直流母线或电力线148电源150电源152第一电力端子152A第一电力端子154第二电力端子154A第二电力端子155回路线156接线盒156A接线盒158直流发电模块(DC EGM)158ADC EGM160双极开关161分压器162发送器(Tx)
164接收器(Rx)166信号168远程控制开关(S)170串保护器172位置A174位置B176位置C178逆变器180串182隔离开关182'隔离开关184笛一總 弟 漸186Λ-Λ- ~·、二.丄山 弟一姬而188电力线190回路线192多个第一保护器193主DC保护器(AFCI)194电路导线195分离开关196保护器198主馈电200远程位置202串204串206串208系统210串212短路事件214笛一總 弟 漸216汇流箱218主母线220逆变器或负载222Λ-Λ- ~·、二.丄山 弟一姬而224SP226SP228SP230SP232串234串
236信号238信号240信号242信号244发送器(TX)246音调(A2)248接收器(RX)250发送器(TX)252音调(Al)254接收器(RX)256发送器(TX)258音调(B2)260接收器(RX)262发送器(TX)264音调(Bi)266接收器(RX)268多个状态指示器270普通主DC母线272通常音调274电源275开关276串阵列结构278串280单个回路路径284串286串288可选回路路径290笛一總 弟 漸292第二相对端294电力线296回路线298回路线300汇流箱302SP304串306笛一總 弟 漸308Λ-Λ- ~·、二.丄山 弟一姬而309电力线310回路线
权利要求
1.一种串(304)，包含多个直流发电模块(8)，其串联电连接以形成第一端(306)和第二远端(308)； 电力线(309)，其在第一端电连接到所述多个直流发电模块中的一个； 回路线(310)，其在第二远端电连接到所述多个直流发电模块中的另一个；以及 串保护器(302)，其在所述串的电力线上，所述串保护器包含电弧故障保护器(114)、 反向电流保护器(116)和接地故障保护器(118)中的若干个。
2.如权利要求1所述的串(304)，其中，所述串保护器和所述多个直流发电模块中的一 个位于第一端(306)。
3.如权利要求1所述的串(304)，其中，所述串保护器构造成(110)监视或报告所述串 的电力线中流动的电流。
4.如权利要求1所述的串(304)，其中，所述串保护器进一步包含过流保护器(112)。
5.一种串(90)，包含多个直流发电模块(8)，其串联电连接以形成第一端(9 和第二远端(94)； 电力线(96)，其在第一端电连接到所述多个直流发电模块中的一个； 回路线(98)，其在第二远端电连接到所述多个直流发电模块中的另一个；以及 串保护器(100)，其在第二远端在所述串的回路线上，所述串保护器包含过流保护器 (112)、电弧故障保护器(114)、反向电流保护器(116)和接地故障保护器(118)中的若干 个。
6.如权利要求5所述的串(90)，其中，所述串保护器构造成(110)监视或报告所述串 的回路线中流动的电流。
7.如权利要求5所述的串(90)，其中，所述串保护器和所述多个直流发电模块中的一 个(8)位于第二远端(94)。
8.如权利要求5所述的串(90)，其中，二极管(101)在串的第一端被布置在电力线上， 以便阻塞反向电流、反馈电流或源自串的第一端流向第二端的电流。
9.一种串(88 ；210 ；278 ；282 ；88")，包含:多个直流发电模块(8)，其串联电连接以形成第一端(120)和第二远端(122)； 电力线(82)，其在第一端电连接到所述多个直流发电模块中的一个； 回路线(86)，其在第二远端电连接到所述多个直流发电模块中的另一个； 第一串保护器(80)，其在所述串的电力线上；以及 第二串保护器(84)，其在第二远端的所述串的回路线上，其中，所述第一串保护器和所述第二串保护器中的一个包含过流保护器(112)、电弧故 障保护器(114)、反向电流保护器(116)和接地故障保护器(118)中的若干个，且其中，所述第一串保护器和所述第二串保护器中的另一个包含过流保护器(112)、电弧 故障保护器(114)、反向电流保护器(116)、接地故障保护器(118)和与电力线或回路线串 联的远程控制开关(168)中的若干个。
10.如权利要求9所述的串(88)，其中，所述第二串保护器设置在第二远端(122)。
11.如权利要求9所述的串(88)，其中，所述第一串保护器和所述第二串保护器中的至 少一个构造成监视或报告所述串的电力线或回路线中流动的电流。
12.如权利要求9所述的串078;282)，其中，所述第二串保护器(84A)位于远程汇流箱(142 ； 144)中。
13.如权利要求9所述的串078;282)，其中，所述第一串保护器和所述第二串保护器 中的一个分别从第一汇流箱和第二汇流箱的主直流母线(270)被供电。
14.如权利要求9所述的串078;282)，其中，所述第一串保护器和所述第二串保护器 中的一个分别从第一汇流箱和第二汇流箱外部的电源(148 ； 150)被供电。
15.如权利要求9所述的串078;282)，其中，第二串保护器可操作地与在第二远端 (292)上的所述多个直流发电模块中的所述另一个相关联。
16.如权利要求15所述的串Ο10;88")，其中，第二串保护器(84B;84)由在第二远 端上的所述多个直流发电模块(158 ;8)中的所述另一个供电。
17.如权利要求16所述的串(88〃)，其中，在第一端上的所述多个直流发电模块中的 所述一个是第一直流发电模块(88)；其中，所述多个直流发电模块中的另一个是第二直流 发电模块(M)；其中，在第二远端上的所述多个直流发电模块中的所述另一个是第三直流 发电模块(8)；其中，所述第三直流发电模块包含第一电力端子(15 和电连接到回路线 (155)的第二电力端子(154)；其中，所述第二直流发电模块包含第一电力端子(158)和电 连接到所述第三直流发电模块的第一电力端子的第二电力端子(160)；且其中，所述第二 串保护器(84)由所述第三直流发电模块(8)供电。
18.如权利要求17所述的串(88〃)，其中，所述第二串保护器构造成中断所述第三直 流发电模块的第一电力端子和第二电力端子中的至少一个。
19.如权利要求17所述的串(88")，其中，所述第二串保护器(84B)构造成中断所述 第三直流发电模块(158)的第一电力端子(152A)和第二电力端子(154A) 二者。
20.如权利要求9所述的串(210)，其中，所述第二串保护器(84B)构造成(160)，响应 于过流保护器、电弧电流保护器、反向电流保护器和接地故障保护器中的至少一个，将所述 多个直流发电模块中的所述另一个(158)与所述串隔离。
21.如权利要求20所述的串010)，其中，第二串保护器由在第二远端上的所述多个直 流发电模块中的所述另一个供电，不论所述多个直流发电模块中的所述另一个是否与所述 串隔尚。
22.如权利要求20所述的串010)，其中，第二串保护器构造成(102；161)测量所述多 个直流发电模块中的所述另一个产生的电流和电压，不论所述多个直流发电模块中的所述 另一个是否与所述串隔离。
23.如权利要求9所述的串010)，其中，所述第一串保护器和第二串保护器构造成，分 别跳闸断开所述串的电力线和回路线；且其中，所述第一串保护器和第二串保护器进一步 构造成(162，164)，在相互之间进行通信，以使得所述第一串保护器和所述第二串保护器中 的一个的跳闸引发所述第一串保护器和所述第二串保护器中的另一个的跳闸。
24.如权利要求9所述的串010)，其中，所述第一串保护器和所述第二串保护器中的 一个构造成，分别跳闸断开所述串的电力线和回路线；其中，所述第一串保护器和所述第二 串保护器中的另一个(84)包含所述远程控制开关(168)；且其中，所述第一串保护器和所 述第二串保护器进一步构造成(162，164)，在相互之间进行通信，以使得所述跳闸引发所述 远程控制开关跳闸断开电力线和回路线中的一条，从而使电力线和回路线二者都断开。
25.—种串(180)，包含多个直流发电模块(8C)，其串联电连接以形成第一端(184)和第二远端(186)； 电力线(188)，其在第一端电连接到所述多个直流发电模块中的一个； 回路线(190)，其在第二远端电连接到所述多个直流发电模块中的另一个； 多个第一保护器(192 ；302)，可操作地与所述串的电力线相关联；以及 多个第二串保护器(170)，所述多个第二串保护器中的每一个位于所述多个直流发电 模块中的相应的一个上，其中，所述多个第一保护器和所述多个第二串保护器中的每一个包含过流保护器、电 弧故障保护器、反向电流保护器和接地故障保护器中的若干个。
26.如权利要求25所述的串(180)，其中，所述多个直流发电模块是光伏发电模块 (8C)；且其中，所述多个第二串保护器的所述每一个构造成(102 ；161 ； 106)监视光伏发电 模块的电流、电压和在所述光伏发电模块的相应一个上的照度。
27.如权利要求25所述的串(180)，其中，所述多个第二串保护器中的所述每一个构造 成(182 ；160)，响应于过流保护器、电弧故障保护器、反向电流保护器和接地故障保护器中 的至少一个，将所述多个直流发电模块中的相应一个与所述串隔离。
28.如权利要求27所述的串(180)，其中，所述多个直流发电模块中的相应一个包含接 线盒(156A)；且其中，所述多个第二串保护器中的一个(84C)与所述接线盒一体化。
29.如权利要求27所述的串(180)，其中，所述多个直流发电模块中的相应一个包含 接线盒(156)；且其中，所述多个第二串保护器中的一个(84B)可操作地与所述接线盒相关 联。
30.如权利要求25所述的串(180)，其中，所述多个第一保护器(192;302)选自在所 述多个直流发电模块中的一个和直流电力母线(56)之间的电力线(188)上的第三串保护 器(192 ；193)，在所述直流电力母线和逆变器(178)之间的主馈线(198)上的第四保护器 (196)，在汇流箱(300)内的第五串保护器(302)。
31.如权利要求25所述的串(180)，其中，所述多个第二串保护器的每一个构造成 (110)，将它的状态传送到远程位置000)，该位置能够确定所述多个直流发电模块的每一 个的状态。
32.如权利要求31所述的串(180)，其中，可操作地与所述串的电力线相关联的所述多 个第一保护器(196)中的多个构造成，将它的状态传送到所述远程位置，该位置能够进一 步确定所述串的状态。
33.一种系统(276)，包含 第一汇流箱(144)；第二汇流箱(142)；多个串(88'，284，286，278，232，234)，其在所述第一汇流箱和所述第二汇流箱之间延 伸，所述多个串中的多个中的每个串包含多个直流发电模块(8)，其串联电连接以形成第一端( 和第二相对端094)， 电力线094)，其在第一端电连接到所述多个直流发电模块中的一个， 回路线096)，其在第二相对端电连接到所述多个直流发电模块中的另一个， 第一串保护器(80)，其在所述每个串的电力线上，以及 第二串保护器(84)，其在第二相对端上在所述每个串的回路线上，其中，所述第一串保护器和所述第二串保护器中的一个包含过流保护器(112)、电弧故 障保护器(114)、反向电流保护器(116)和接地故障保护器(118)中的若干个，且其中，所述第一串保护器和所述第二串保护器中的另一个包含过流保护器(112)、电弧 故障保护器(114)、反向电流保护器(116)、接地故障保护器(118)和与电力线或回路线串 联的远程控制开关(168)中的若干个，其中，对于所述多个串中的多个，所述第一和第二汇流箱中的一个(144)位于第一端， 其中，对于所述多个串中的多个，所述第一和第二汇流箱中的另一个(14 位于第二 相对端，其中，所述多个串中的多个的电力线位于第一汇流箱内，且 其中，所述多个串中最后的所述多个的回路线位于第二汇流箱内。
34.如权利要求33所述的系统076)，其中，位于第一汇流箱中的多个第一串保护器和 第二串保护器由第一汇流箱内的直流母线电压(146)供电；且其中，位于第二汇流箱中的 多个第一串保护器和第二串保护器由第二汇流箱内的所述直流母线电压供电。
35.一种串(210)，包含多个直流发电模块(158，158A，8，8)，其串联电连接以形成第一端(214)和第二远端 (222)；电力线(82)，其在第一端电连接到所述多个直流发电模块中的一个； 回路线(86)，其在第二远端电连接到所述多个直流发电模块中的另一个；以及 多个串保护器(80，84)，所述多个串保护器中的多个的每一个可操作地与电力线、第 二远端上的回路线和所述多个直流发电模块的一个中的至少一个相关联，所述多个串保护 器中的所述多个的每一个包含过流保护器(112)、电弧故障保护器(114)、反向电流保护器 (116)和接地故障保护器(118)中的若干个，其中，所述多个串保护器中的一个(80)构造成确定所述串的正常状态并做出响应地 传送(162)信号(166)，且其中，所述多个串保护器中的另一个(84)构造成，接收(164)所述信号，做出响应地保 持所述多个直流发电模块中的相应一个与所述多个直流发电模块中的至少另一个的串联 电连接。
36.如权利要求35所述的串010)，其中，所述多个串保护器中的所述一个设置为在第 一端邻近所述多个直流发电模块中的所述一个；且其中，所述多个串保护器中的所述另一 个在第二远端邻近所述多个直流发电模块中的所述另一个。
37.如权利要求35所述的串010)，其中，所述信号选自无线信号、有线信号和所述多 个直流发电模块中的多个之间的电力导体上的电力线载波信号。
38.如权利要求35所述的串010)，其中，所述多个串保护器中的所述另一个构造成， 当没有接收到所述信号时，做出响应地将所述多个直流发电模块中的所述相应一个与所述 多个直流发电模块中的至少所述另一个隔离。
39.如权利要求35所述的串010)，其中，所述多个串保护器中的多个(224，226，228， 230)构造成，确定所述串的正常状态，并做出响应地将相应信号(236，238，M0，M2)发送 到所述多个串保护器中的其他的串保护器。
40.如权利要求39所述的串010)，其中，所述多个串保护器中的所述多个的每一个可操作地与所述多个直流发电模块(8)中的一个、汇流箱(142，144)或逆变器(220)相关联。
41.如权利要求35所述的串010)，其中，所述信号包含与所述串的正常状态相对应的 工作状态以及与所述串的故障状态相对应的非工作状态；且其中，所述多个串保护器中的 所述另一个构造成，接收具有正常状态的所述信号，并做出响应地保持所述多个直流发电 模块中的相应一个与所述多个直流发电模块中的至少所述另一个的串联电连接，并进一步 构造成，在没有接收到具有正常状态的所述信号时，做出响应地将所述多个直流发电模块 中的相应一个与所述多个直流发电模块中的至少所述另一个电气断开。
42.如权利要求35所述的串010)，其中，所述信号包含与所述串的正常状态相对应的 工作状态和与所述串的故障状态相对应的非工作状态；且其中，所述信号的缺失或所述信 号的减弱指示所述串的故障。
43.如权利要求35所述的串010)，其中，所述多个串保护器中的多个构造成，将所述 信号用于维修功能。
44.如权利要求43所述的串010)，其中，所述维修功能选自启用所述多个直流发电 模块或所述多个串保护器中的相应一个，停用所述多个直流发电模块或所述多个串保护器 中的相应一个。
45.如权利要求43所述的串010)，其中，所述维修功能选自启用相应的汇流箱 (216)或逆变器020)，停用相应的汇流箱016)或逆变器020)。
46.如权利要求35所述的串010)，其中，所述多个串保护器中的多个构造成(110)，向 远程位置(200)报告所述串的故障状态或所述串的健康状况；且其中，所述远程位置构造 成，基于所述多个串保护器中的所述多个中的哪一个报告所述故障状态或没有报告所述健 康状况，确定故障位置。
全文摘要
本发明涉及采用直流发电模块和多个串保护器的串和系统。一种串(88；210；278；282；80″)包含串联电连接以形成第一端(120)和第二远端(122)的直流(DC)发电模块(EGM)(8)。电力线(82)在第一端电连接到一个DC EGM。回路线(86)在第二远端电连接到另一个DC EGM。第一串保护器(SP)(80)位于串的电力线上，在第二远端，第二SP(84)位于串的回路线上。第一和第二SP中的一个包含过流保护器(112)、电弧故障保护器(114)、反向电流保护器(116)和接地故障保护器(118)中的若干个。第一和第二SP中的另一个包含过流保护器(112)、电弧故障保护器(114)、反向电流保护器(116)、接地故障保护器(118)以及与电力线或回路线串联的远程控制开关(168)中的若干个。
文档编号H02H7/26GK102055178SQ201010582839
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月20日 优先权日2009年10月20日
发明者B·帕尔, C·J·利布基, J·C·齐歇尔, J·K·黑斯廷斯, R·扬尼罗 申请人:伊顿公司