的系统检测直流电力系统中电弧的第二示例性方法的流程图；
[0021]图3c图示了使用图2的系统检测直流电力系统中电弧的第三示例性方法的流程图；
[0022]图4a_4d图示了使用图2的系统可以在启动逆变器负载期间以及在有连续逆变器噪声情况下的电弧期间生成的示例性脉冲流数据的图表；
[0023]图5a_5c图示了使用图2的系统可以根据若干时间间隔测量并且计算的示例性变量的图表；
[0024]图6a_6c图不了使用图2的系统用于将直流电弧与负载开关噪声区分开的不例性技术的图表；
[0025]图7图示了根据本申请用于检测直流电力系统中串联电弧的示例性系统的框图；以及
[0026]图8图示了图7系统的可选实施例的框图。
【具体实施方式】
[0027]2013年3月 15 日提交的、标题为“HOME RUN ARC DETECT1N AT THE PHOTOVOLTAICSTRING LEVEL USING MULTIPLE CURRENT SENSORS”的美国专利申请 13/836,345 以及 2012年 11 月 16 日提交的、标题为“SYSTEMS AND METHODS OF DISCRIMINATING DC ARCS ANDLOAD SWITCHING NOISE”的美国专利申请13/679，039的公开的全部内容通过引用合并于此。
[0028]图1a描绘了典型的直流电力系统，特别是，光伏(PV)系统100。这种PV系统已经逐渐地应用于范围从为电池充电到为交流电网提供电力的家庭和工业应用中。PV系统100包括多个PV模块(例如，太阳能板)101.1-101.n、103.1-103.m、105.1-105.p、汇线箱104和负载106。如图1a所示，PV模块101.1-1OLn串联连接以形成第一 PV串102.1，PV模块103.1-103.η串联连接以形成第二 PV串102.2，以及PV模块105.1-105.η串联连接以形成第三PV串102.3。此外，第一、第二和第三PV串102.1、102.2、102.3可以并联连接，并且可以通过用于最终驱动负载106的汇线箱104路由，该负载106可以是充电器负载、逆变器负载或者任何其它合适的负载。如进一步在图1a中示出的，汇线箱104可以包括用于每个PV串的串熔丝108以及电涌保护器110。PV系统100还可以包括直流断开开关112。注意，PV系统100可以可选地被配置为包括串联连接以形成任何其它合适数量的PV串的任何其它合适数量的PV模块。
[0029]图1b描绘了可能潜在地发生电弧的PV系统100内的若干示例性位置121-129。例如，串联电弧可能潜在地发生在位置121、125、129处，并联电弧可能潜在地发生在位置122、126处，以及接地故障电弧可能潜在地发生在位置123、124、127、128处。另外，图1c描绘了可以安置电弧故障检测器(AFD) 132、134、136以检测这种潜在电弧的PV系统100内的几个示例性位置。例如，AFD 132、134可以位于组合PV串的汇线箱104内，以及AFD 136可以位于负载106附近。注意，可以采用任何其它合适数量的AFD检测PV系统100内任何其它合适位置处的电弧。
[0030]图2描绘了根据本申请用于检测直流电力系统200中电弧的示例性系统200。例如，可以在一个或者多个AFD (例如PV系统100内的AFD 132、134、136)内实现系统200，以通过增强的可靠性将直流电弧与负载开关噪声区分开。如图2所示，系统200包括电流传感器202、整流器204、滤波器206、比较器208、脉冲积分器210和处理器212。电流传感器202可以被实现为用于监控直流电力系统的电流输出的电流互感器。例如，实现为电流互感器的电流传感器202可以与正(+)直流电力线或者负(_)直流电力线串联连接。电流传感器202提供包括高频交流电流信息的信号，该高频交流电流信息表示可以指示一个或者多个潜在电弧事件的一个或者多个重大的di/dt事件。整流器204可以被实现为全波整流器，其从电流传感器202接收包括交流电流信息的信号，并且向用于后续高通滤波的滤波器206提供信号的全波整流形式。
[0031]比较器208接收滤波后的信号，并且响应于潜在电弧事件，在线214上生成一个或者多个脉冲。脉冲积分器210从比较器208接收脉冲，并且在线216上生成指示各个脉冲持续时间的输出。处理器212可以被实现为微控制器，其也从线214上的比较器接收脉冲。处理器212在多个预定时间间隔内确定每时间间隔的脉冲计数(PC)，该脉冲计数可以与潜在电弧事件的数量相对应。处理器212还在线216上接收由脉冲积分器210生成的输出，并且在各个预定时间间隔内确定每时间间隔的脉冲持续时间(PD)，该脉冲持续时间可以与各个潜在电弧事件的强度相对应。如此处进一步描述的，使用一个或者多个电弧故障检测算法，处理器212接着处理至少PC和H)以更好地将直流电弧与负载开关噪声区分开，并且至少在某些时间处生成电弧故障指示218作为输出。
[0032]下面参考图3a以及图2描述检测直流电力系统中的电弧的第一示例性方法300a。使用方法300a，系统200可以评估在多个预定时间间隔内的H)波动，并且如果确定在各个时间间隔内的ro波动很高，那么系统200可以生成电弧故障指示218，从而指示可能已经发生了实际电弧。例如，每个预定时间间隔可以等于任何合适的时间间隔。在一些实施例中，预定时间间隔可以等于大约交流电网周期时间的一半以便最小化与交流电力线的电磁耦合，以及减少由并网逆变器负载生成的开关噪声。如在步骤302中描绘的，处理器212在每个时间间隔的结尾处计算两个变量的值，即，平均脉冲计数(APC)和平均脉冲持续时间波动(APDF)。例如，可以使用一阶低通滤波器完成这种平均，以在不需要过多存储器的情况下保持变量值。注意，由于所谓的溅射电弧与连续电弧相比数量上更少但更强烈，因此这种平均允许将溅射电弧以及更连续的电弧更好地与其它噪声源区别开。这种平均的时间常量的范围可以从大约20毫秒到200毫秒，或者任何其它合适范围的时间值。
[0033]处理器212可以在每个预定时间间隔结尾处通过取最近时间间隔的H)与在最近时间间隔之前的一个、两个或者更多个时间间隔出现的时间间隔的ro之间的差的绝对值或者通过任何其它合适技术来计算脉冲持续时间波动(roF)。如在步骤304中描绘的，处理器212在每个时间间隔的结尾处确定比率APDF/APC是否超过第一指定阈值Cl。如果在各个时间间隔的结尾处比率APDF/APC超过第一指定阈值Cl，那么该时间间隔被认为是可能已经发生实际电弧事件的间隔。例如，如果处理器212在各个时间间隔期间确定比率APDF/APC超过第一指定阈值Cl，那么如在步骤306中描绘的，其可以生成“I”的输出或者任何其它合适的输出。否则，如在步骤308中描绘的，处理器212可以生成“O”的输出或者任何其它合适的输出。如在步骤310中描绘的，处理器212算出在多个预定时间间隔内生成的输出(I和/或O)的平均值。例如，可以在多个时间间隔内使用低通滤波器、累计总和或者事件计数器或者使用任何其它合适技术执行这种平均。此外，该平均的时间常量可以在0.1秒至1.0秒的范围中以允许任何可能的电弧故障指示在合理时间内发生。如在步骤312中描绘的，处理器212接着确定各个输出的平均值是否超过指定阈值输出值CO。如果各个输出的平均值超过指定阈值输出值CO，则认为已经发生实际电弧，并且如在步骤314中描绘的，处理器212生成电弧故障指示218。否则，方法300a循环返回至步骤302。
[0034]下面参考图3b以及图2描述检测直流电力系统中电弧的第二示例性方法300b。使用方法300b，系统200可以更可靠地区分实际电弧与诸如并网逆变器负载的非常嘈杂的负载。如在步骤316中描绘的，处理器212在每个预定时间间隔的结尾处计算三个变量的值，即，APC、APDF和平均脉冲持续时间调制(APDF)。例如，处理器212可以在多个时间间隔内通过在每个时间间隔期间，间隔时间间隔的四分之一取四个ro测量值ro 1、ro2、ro3、ro4以及在每个时间间隔结尾处计算APDM或者通过任何其它合适技术计算APDM，如下，
[0035]APDM = IAPD1+APD2-APD3-APD4|+|APD1-APD2-APD3+APD4|， (I)
[0036]其中“APD1”是相应“PD1”测量值的平均值，“APD2”是相应“PD2”测量值的平均值，“APD3”是相应“PD3”测量值的平均值，以及“APD4”是相应“TO4”测量值的平均值。例如，可以在多个时间间隔内使用低通滤波器执行这种每四分之一间隔测量值的平均。此外，每个时间间隔可以在交流电网周期时间的一半处或者在交流电网周期时间的一半附近，例如，对于60Hz或者50Hz交流电网为l/(2*55Hz)。如在步骤318中描绘的，处理器212在每个时间间隔结尾处确定比率APDF/APC是否超过第一指定阈值Cl，以及比率APDF/APDM是否超过第二指定阈值C2。如果在各个时间间隔结尾处确定比率APDF/APC超过第一指定阈值Cl，以及比率APDF/APDM超过第二指定阈值C2，那么该时间间隔被认为是可能已经发生实际电弧的间隔。例如，如果在各个时间间隔期间，处理器212确定比率APDF/APC超过第一指定阈值Cl，以及比率APDF/APDM超过第二指定阈值C2，那么如在步骤320中描绘的，它可以生成“I”的输出或者任何其它合适的输出。否则，如在步骤322中描绘的，处理器212可以生成“O”的输出或者任何其它合适的输出。如在步骤324中描绘的，处理器212算出在多个时间间隔内生成的输出(I和/或O)的平均值。如在步骤326中描绘的，处理器212接着确定各个输出的平均值是否超过指定阈值输出值CO。如果各个输出的平均值超过指定阈值输出值CO，则认为已经发生实际电弧，并且如在步骤328中描绘的，处理器212生成电弧故障指示218。否则，方法300b循环返回至步骤316。
[0037]下面参考图3c以及图2描述了检测直流电力系统中电弧的第三示例性方法300c。方法300c提供了保证在直流电力系统中存在指示电弧对负载噪声的某个最小水平的标准化平均波动的方式。如在步骤330中描绘的，处理器212在每个预定时间间隔的结尾处计算五个变量的值，即，APC、APDF、APDM、平均脉冲持续时间(APD)以及平均脉冲计数波动(APCF)。例如，处理器212可以通过取最近时间间隔的PC与在最近时间间隔之前的一个或者两个间隔