用于光伏能量生成系统的快速关闭固态电路技术方案

一种用于执行光伏发电系统的快速关闭的固态电路，包括一对高压功率晶体管，该对高压功率晶体管连接在光伏阵列和一对高压线路之间，该对高压线路用于把所述光伏阵列产生的电力提供给DC至AC逆变器。固态电路还包括控制电路，被配置成当所述光伏发电系统在正常状况下运行时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管维持在导通状态，使得由所述光伏阵列产生的电力能够通过所述一对高压线路发送给所述DC至AC逆变器。所述控制电路还被配置成当接收到快速关闭命令时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述一对电力线路断开电连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光伏能量生成系统的快速关闭固态电路相关申请的交叉引用本申请要求2015年4月8日提交的美国专利申请No.14/681,705的优先权，该美国专利申请要求2015年2月27日提交的美国临时申请No.62/126,102、2014年12月29日提交的美国临时申请No.62,097,195、以及2014年12月29日提交的美国临时申请No.62/097,224的权益，这些申请的公开内容出于所有目的通过引用而全部包含于此。
本专利技术涉及光伏能量生成系统，更具体地说，涉及用于快速关闭光伏面板(太阳能面板)、一串光伏面板或光伏面板阵列的电力流出。
技术介绍
响应于美国和其它地区对住宅和商业太阳能的增加的市场接受度，为了解决消防员和其它第一响应者的安全问题(他们可能必须上到家庭或其它结构的具有正在主动发电的光伏面板的屋顶)，国家电力法规修正案690.12现在要求所谓的“快速关闭功能”，其使得系统在几秒内变得无害。具体地说，该法规修正案要求控制具体导体的快速关闭功能如下：(1)要求受控的导体应当仅向光伏系统施加建筑物内大于5英尺的导体或者距离光伏阵列10英尺；(2)受控的导体应当被限制为在关闭10秒内不超过30伏特和240伏安；(3)应当在任意两个导体之间以及在任意导体和地之间测量电压和功率；(4)快速关闭方法应当被标示为：装备有快速关闭的光伏系统(红色背景上的白色、大写、反射性字母)；以及执行快速关闭的设备应当被列出和标识。2014NEC690.12。在住宅系统中，该法规要求的效果是系统安装者/操作者必须提供一种机制，通过该机制，把光伏(PV)阵列产生的电力供应给逆变器的导线(此后称为“电力线路”)与PV阵列断开连接，使得电力线不存在电冲击的危险。通常，逆变器将包含阻止PV阵列产生的电力流到逆变器的DC电力关闭开关。但是，一些辖区要求在正/负PV电力线(在PV阵列和逆变器之间延伸的)和逆变器之间的单独的DC关闭开关，在紧急情况下，该DC关闭开关能够被关闭。这种关闭可以位于逆变器附近单独的盒子中。在另一种辖区中，单独的关闭不是必须的，因为第一响应者可以简单地把AC电表从电表插槽中拔出，或者把断路器开关布置在电表插槽处或电表插槽附近，使得没有电力能够流入到系统中，从而还关闭任何PV系统逆变器。尽管这些现有的关闭机制关闭逆变器或者使逆变器和面板之间的电路断路，但是仍然存在快速切断来自阵列的电力(所谓的快速关闭)的需要，以及在某些情况下，存在把保留在正/负PV电力线上的任何残留电荷放电到安全水平的需要。存在现有的快速关闭功能的实现，但是它们受到各种限制，这些限制使得它们不是期望的。例如，在某些情况下，电控开关(例如DC接触器或继电器)被用来实现快速关闭，但是，这些装置相对昂贵、尺寸巨大，并且容易出现故障，从而使得它们对于大规模应用(特别是在目标是减小每瓦特成本以便对于基于石油的能量具有竞争力的工业中)不具有吸引力。
技术实现思路
根据一个实施例，一种用于执行光伏发电系统的快速关闭的固态电路，包括一对高压功率晶体管，该对高压功率晶体管被配置成使得当所述固态电路被集成在所述光伏发电系统中时，该对高压功率晶体管连接在光伏阵列和一对高压线路之间，该对高压线路用于把所述光伏阵列产生的电力提供给DC至AC逆变器。控制电路被配置成当所述光伏发电系统在正常状况下运行时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管维持在导通状态，使得由所述光伏阵列产生的电力能够通过所述一对高压线路发送给所述DC至AC逆变器。所述控制电路还被配置成当接收到快速关闭命令时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述一对电力线路断开电连接。在一个实施例中，固态电路包括电源，所述电源被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述电源把所述光伏阵列提供的高压转换成用于为所述固态电路供电的低压。在另一个实施例中，固态电路包括检测电路，所述检测电路被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述检测电路检测所述DC到AC逆变器的状态，并且作为响应向所述控制电路提供命令。在又一个实施例中，固态电路包括放电电路，所述放电电路被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，在接收到所述快速关闭命令时，所述放电电路使耦接到所述一对电力线路的电容器放电。根据另一个实施例，一种光伏发电系统包括光伏阵列、DC至AC逆变器、以及快速关闭固态电路，快速关闭固态电路连接在所述光伏阵列和一对高压线路之间，该对高压线路用于把所述光伏阵列产生的电力提供给所述DC至AC逆变器。所述快速关闭固态电路包括：一对高压功率晶体管，连接在所述光伏阵列和所述一对高压线路之间；以及控制电路，被配置成当所述光伏发电系统在正常状况下运行时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管维持在导通状态，使得由所述光伏阵列产生的电力能够通过所述一对高压线路发送给所述DC至AC逆变器。所述控制电路还被配置成当接收到快速关闭命令时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述一对电力线路断开电连接。根据又一个实施例，一种用于快速关闭光伏发电系统的方法，包括下列步骤。把光伏阵列提供的高压转换成用于为快速关闭固态电路供电的低压。所述快速关闭固态电路包括功率晶体管，所述功率晶体管耦接在所述光伏阵列和一对高压线路之间，所述一对高压线路用于将所述光伏阵列产生的电力提供给DC至AC逆变器。快速关闭固态电路接收快速关闭命令，以及作为响应而使所述功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述一对电力线路断开电连接。在一个实施例中，该方法还包括在所述功率晶体管截止之后，使耦接到所述一对电力线路的电容器放电。附图说明图1例示了根据一个示例性实施例的用于执行光伏(PV)发电系统的快速关闭的固态电路；图2是示出根据一个实施例的快速关闭电路的操作的流程图；图3是例示根据一个实施例的快速关闭固态电流的一般体系结构的框图；图4示出了根据一个实施例的快速关闭技术在系统级的实现；以及图5例示了根据示例性实施例的快速关闭固态电路的各种实施例的附加特征。具体实施方式鉴于现有的快速关闭实现的缺点，公开了一种固态快速关闭电路，其相当小并且制造成本低廉，但是仍然能够实现快速关闭功能。图1例示了根据示例性实施例的用于执行光伏(PV)发电系统的快速关闭的固态电路100。如图1所示的示例性实施例中所例示的，快速关闭电路100包括一对高功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)102和104，其形成了能够选择性地且快速地关闭由PV阵列115在PV发电系统的正导电线PV输出+106和PV输出-108上的电力输出。应当理解，虽然图1例示了功率MOSFET作为开关102和104，但是在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下，也可以使用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、高功率双极结晶体管(BJT)或其它合适的功率器件来替代MOSFET102和104。例如，可以使用超结体系结构和/或硅、碳化硅或氮化镓工艺技术或其任何组合来形成功率晶体管。此外，虽然图1仅示出了一个功率MOSFET用于使每个电力线PV输出+106和PV输出-108与PV阵列115隔离，但是可以使用两个或更多个并联的功率器件(例如功率MOSFET)，以便使开关102和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于执行光伏发电系统的快速关闭的固态电路，包括：一对高压功率晶体管，被配置成使得当所述固态电路被集成在所述光伏发电系统中时，该对高压功率晶体管连接在光伏阵列和一对高压线路之间，该对高压线路用于把所述光伏阵列产生的电力提供给DC至AC逆变器；以及控制电路，被配置成当所述光伏发电系统在正常状况下运行时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管维持在导通状态，使得由所述光伏阵列产生的电力能够通过所述一对高压线路发送给所述DC至AC逆变器，所述控制电路还被配置成当接收到快速关闭命令时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述一对电力线路断开电连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.29 US 62/097,195;2014.12.29 US 62/097,224;1.一种用于执行光伏发电系统的快速关闭的固态电路，包括：一对高压功率晶体管，被配置成使得当所述固态电路被集成在所述光伏发电系统中时，该对高压功率晶体管连接在光伏阵列和一对高压线路之间，该对高压线路用于把所述光伏阵列产生的电力提供给DC至AC逆变器；以及控制电路，被配置成当所述光伏发电系统在正常状况下运行时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管维持在导通状态，使得由所述光伏阵列产生的电力能够通过所述一对高压线路发送给所述DC至AC逆变器，所述控制电路还被配置成当接收到快速关闭命令时，所述控制电路使所述一对高压功率晶体管截止，从而使所述光伏阵列与所述一对电力线路断开电连接。2.根据权利要求1所述的固态电路，还包括电源，所述电源被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述电源把所述光伏阵列提供的高压转换成用于为所述固态电路供电的低压。3.根据权利要求1所述的固态电路，还包括检测电路，所述检测电路被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述检测电路检测所述DC到AC逆变器的状态，并且作为响应向所述控制电路提供用于控制所述一对高压功率晶体管的每一个的状态的命令。4.根据权利要求1所述的固态电路，还包括放电电路，所述放电电路被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，在接收到所述快速关闭命令时，所述放电电路使耦接到所述DC至AC逆变器的输入的电容器放电。5.根据权利要求4所述的固态电路，其中所述放电电路包括晶体管，该晶体管的漏极通过一个或多个放电电阻耦接到所述一对高压线路中的第一高压线路，该晶体管的源极耦接到所述一对高压线路中的第二高压线路，以及该晶体管的栅极通过电阻耦接到所述一对高压线路中的第一高压线路。6.根据权利要求4所述的固态电路，其中所述放电电路包括耦接在所述一对高压线路之间的放电晶体管，所述控制电路被配置成当接收到所述快速关闭命令时，所述控制电路向所述放电晶体管的栅极端子施加第一电压以使所述放电晶体管导通。7.根据权利要求1所述的固态电路，其中所述一对高压功率晶体管中的每一个包括多个并联连接的功率MOSFET。8.根据权利要求1所述的固态电路，还包括至少一个状态指示器LED。9.根据权利要求1所述的固态电路，还包括无线天线和收发机，被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述固态电路能操作以无线地与所述DC至AC逆变器通信。10.根据权利要求1所述的固态电路，还包括调制解调器，所述调制解调器被配置成当所述固态电路被集成到所述光伏发电系统中时，所述固态电路能操作以经由连接到所述DC至AC逆变器的所述固态电路的输出发送表示所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·纳拉，A·迈耶，S·简森，
申请(专利权)人：光城公司，
类型：发明
国别省市：美国,US