直流发电机、直流混合式开关机构及应用和方法技术

本发明专利技术涉及一种带有用于接通和关断至少一个串的开关机构的直流发电机、一种电子控制的直流混合式开关机构、一种开关机构用于接通和关断直流发电机的至少一部分的应用以及一种用于由用户控制地关断和再接通直流发电机的各个串的方法。所述光伏设备包括：至少一个串，其中，其通过模块形成，所述模块借助于串线路相互串联连接且因此产生串电压；开关机构，所述开关机构串联安装到所述串线路中，以便利用所述开关机构接通和关断所述至少一个串；其中，所述开关机构包括混合式开关，其包括继电器和与所述继电器并联连接的半导体开关机构，所述半导体开关机构带有至少一个半导体开关和电流传感器，所述电流传感器设计为用于测量负的电流流动。负的电流流动。负的电流流动。

【技术实现步骤摘要】
直流发电机、直流混合式开关机构及应用和方法
[0001]本申请是基于申请号为201780055784.X(国际申请号为PCT/EP2017/072568)，申请日为2017年09月08日，专利技术名称为“光伏设备、直流混合式开关机构、用于接通和关断光伏串的应用和方法”的中国专利申请提出的分案申请。


[0002]本专利技术涉及一种直流发电机、一种直流混合式开关机构、一种开关机构用于接通和关断直流发电机的至少一部分的应用以及一种用于由用户控制地关断和再接通特别是根据上述权利要求之一所述的直流发电机的各个串的方法。

技术介绍

[0003]光伏设备典型地包括多个光伏模块，其串联连接为串，有时也称为“String”，以便实现现今典型的直至1000伏特或甚至1500伏特的标称光伏发电机直流电压。此外，根据共同连接的光伏模块的数量及其单个电压必要时又将多个所述光伏串并联连接，其中每个光伏串例如可以产生10A的标称电流。如果多个串并联连接，那么这也称为多串或多string连接。
[0004]基于在光伏设备的直流电压部分中的高电压和高电流，在维护或在故障情况下、例如在火灾时存在如下危险，即人员可能经受危及生命的电压。
[0005]因此研发如下光伏模块保护电路，利用该光伏模块保护电路可以单个地关断光伏模块(参见本申请人的文献WO2013/026539 A1以及产品SCK
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RSD
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100)。此外还研发一种启动盒，利用所述启动盒又可以激活这样的“智能”光伏模块(参见本申请人的文献WO2014/122325 A1以及产品SCK
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RSD
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400和SCK
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RSD
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600)。
[0006]在文献DE 10 2016 117 049(未预公开)中还描述一种回流保护电路，借助于该回流保护电路可能的是，将串与中央收集点分离，以便阻止横向电流。文献DE 10 2016 117 049的目标在于，借助于回流保护电路自动地阻止来自其他光伏串的相反于在相应的串中光伏产生的电流的流动方向的电流流动(横向电流或回流)。
[0007]在本申请人的在与本申请同日提交的德国专利申请中描述一种串关断装置，其用于在多串光伏设备中的单个串关断。
[0008]本专利技术基于上述内容，因此文献DE 10 2016 117 049以及在与本申请同日提交的专利申请(代理人文件号16PH 0346DEP)的公开内容由此通过参考而合并。
[0009]为了例如将在多串光伏设备中将并联连接的多个串的组合中的一个光伏串电气分离，需要适合的直流分离器。
[0010]虽然光伏设备典型地在所谓的发电机连接盒中具有直流主分离开关，不过由此例如在由于火灾、水、冰雹等损坏时在太阳电池板或在连接线路上无法隔离在发电机连接盒之前的区域。此外，在发电机连接盒中典型地手动操作这样的直流主分离开关，从而上级的远程控制典型地是不可能的。此外，这样手动操作的直流主分离开关从结构体积方面来看是巨大且成本密集。电机驱动的紧急开关也是已知的，不过该紧急开关同样是空间和成本
密集的。各个光伏串的选择性的隔离除此之外完全不可能。
[0011]即便如此，在光伏发电机内开关过程中典型地应开关由高直流串电压和高直流串电流的组合。在开关高直流电压和高直流电流时，不同于在具有交流电压的应用中由于缺少的交零而可能产生未熄灭的电弧。在常见的交流电压频率下，电弧典型地最晚在10ms之后又自己消除。
[0012]由文献WO 2016/091281 A1已知一种装置，其包括用于开关交流电压或交流电流的开关机构，所述开关机构具有桥接机构，用于在一个运行阶段中桥接开关机构。不过该装置描述为仅仅用于交流电压或交流电流。

技术实现思路

[0013]此外，本专利技术基于如下认识，即利用在此公开的开关机构可以在直流部分(DC部分)中部分或完全、安全且低功率损耗地接通和关断或者说电气分离和又连接直流发电机。
[0014]本专利技术提出如下任务，即提供一种直流发电机，其包括至少一个串和开关机构，其中，所述开关机构在直流发电机中典型的直流串电压和直流串电流的情况下是成本有利的、可靠的且耐用的，以及具有小的功率损耗且能够安置在小的结构空间中。
[0015]本专利技术的任务的另一方面在于，提供一种带有开关机构的直流发电机，所述开关机构用于接通和关断至少一个串，该直流发电机满足高的安全要求，是维护和维修友好的且对于用户能够舒适地操作。
[0016]本专利技术的任务的另一方面在于，提供一种用于接通和关断直流发电机的至少一个串的方法，所述方法例如在维护时提供高度安全性和灵活性且对于用户能够舒适地操作。
[0017]本专利技术的任务的另一方面在于，提供一种电子控制的直流混合式开关机构，该直流混合式开关机构在直流发电机中典型的串电压和串电流的情况下是成本有利的、可靠的和耐用的，以及同时具有小的功率损耗且可安置在小的结构空间中，并且利用该直流混合式开关机构必要时可以改装存在的直流发电机。
[0018]本专利技术的任务通过独立权利要求的技术方案解决。本专利技术的有利的进一步扩展方案在从属权利要求中定义。
[0019]本专利技术涉及一种直流发电机，所述直流发电机包括：至少一个串，所述至少一个串通过多个模块形成，所述模块借助于串线路相互串联连接，以便产生期望的串电压且将光伏产生的具有期望的串电压和期望的串电流的电功率提供给集电器、例如逆变器(有时也称为太阳能逆变器)。直流发电机或光伏设备但是也可以在没有逆变器的情况下例如连接到作为集电器的充电单元。现在，按照保护等级II直至1000VDC的串电压是可能的。在此努力致力于进一步提高到直至1500V DC，即根据VDE0100的低压定义的边界值。在本专利技术的范围内于是应连接DC串电压，该DC串电压为单个光伏模块的电压的多倍。
[0020]直流发电机包括如下开关机构，所述开关机构串联安装到串线路中，以便利用开关机构来接通和关断至少一个串，亦即将所述至少一个串与集电器例如中央收集点或逆变器电气分离。
[0021]所述开关机构包括混合式开关，所述混合式开关包括特别是机电式继电器和并联于该继电器连接的半导体开关机构，所述半导体开关机构具有至少一个、优选两个半导体开关或晶体管和电流传感器，所述电流传感器设计为用于测量负的电流流动。由此开关过
程——其中必须开关串电压——可以由所述半导体开关机构实现，并且如果继电器在持续运行中闭合，那么继电器使半导体开关机构减轻串电流的负担。换言之，一方面利用继电器在接通和关断时仅仅开关在半导体开关机构上残留的剩余电压，而另一方面继电器基于其小的导通电阻几乎完全导通(kommutieren)由至少一个串产生的串电流。
[0022]在接通串时，因此特别是半导体开关机构首先单独接通串本身，其中继电器是打开的且暂时也还保持打开。在一定的时间延迟之后，于是在半导体开关机构之前已经闭合的情况下首先闭合继电器，从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.直流发电机(2)，包括：至少一个串，所述至少一个串通过模块(12)形成，所述模块借助于串线路相互串联连接且因此产生串电压；开关机构(38)，所述开关机构串联安装到所述串线路中，以便利用所述开关机构(38)接通和关断所述至少一个串；其中，所述开关机构(38)包括混合式开关(S1)，所述混合式开关包括继电器(54)和与所述继电器(54)并联连接的半导体开关机构(50)，所述半导体开关机构带有至少一个半导体开关和电流传感器(44)，所述电流传感器(44)设计为用于测量负的电流流动。2.根据权利要求1所述的直流发电机(2)，其中，所述混合式开关(S1)定义闭合状态和打开状态，并且在所述闭合状态下将光伏产生的电流从所述至少一个串输送给集电器，而在打开状态下中断光伏产生的电流从所述至少一个串输送；以及其中，包括有控制机构(42)，所述控制机构构成为，响应于用户输入由用户控制地打开所述混合式开关(S1)。3.根据权利要求1或2所述的直流发电机(2)，其中，所述半导体开关是场效应晶体管、优选MOSFET(52)。4.根据上述权利要求之一所述的直流发电机(2)，其中，所述混合式开关(S1)构成为，在打开状态下中断沿两个方向的电流流动。5.根据上述权利要求之一所述的直流发电机(2)，其中，所述混合式开关(S1)由所述继电器(54)和包括两个半导体开关的背靠背电路(50)的并联电路组成，特别是由所述继电器(54)和包括两个场效应晶体管、优选MOSFET(52)的背靠背电路(50)的并联电路组成。6.根据上述权利要求之一所述的直流发电机(2)，其中，所述开关机构(38)构成为，在接通所属串时首先闭合所述半导体开关机构(50)、特别是所述一个或多个场效应晶体管、优选MOSFET(52)并且在此之后在时间延迟之后才闭合所述继电器(54)；和/或在关断所属串时首先打开所述继电器(54)并且在此之后在时间延迟之后才打开所述半导体开关机构(50)、特别是所述一个或多个场效应晶体管、优选MOSFET(52)。7.根据权利要求6所述的直流发电机(2)，其中，至少当在所述串中流过基本上相应于额定电流的串电流时，在接通时和/或在关断时的时间延迟为小于或等于2000ms、优选小于或等于700ms、优选小于或等于300ms。8.根据上述权利要求之一所述的直流发电机(2)，其中，所述开关机构(38)包含控制机构(42)和与所述控制机构(42)连接的传感器机构(46、48)，所述传感器机构用于测量在所述所属串上的至少一个电气特征参量，其中，所述控制机构(42)构成为，如果存在用户释放，那么响应于以所述传感器机构(46、48)测量的至少一个电气特征参量将所属串电气接通到集电器，其中，所述传感器机构特别是包括：输入电压传感器(46)，所述输入电压传感器测量在所述开关机构(38)上串侧的输入电压(U1)；和/或输出电压传感器(48)，所述输出电压传感器测量在所述开关机构(38)上集电器侧的输出电压(U2)；以及其中，所述控制机构(42)构成为，如果存在用户释放，那么响应于测量的串侧的输入电压(U1)和/或测量的集电器侧的输出电压(U2)将所属串电气接通到中央收集点(22a、b)。
9.根据上述权利要求之一所述的直流发电机(2)，其中，所述开关机构(38)构成为用于大于或等于300V、优选大于或等于600V、优选大于或等于800V、优选1250V+/
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30％的直流开关电压和/或用于大于或等于5A、优选大于或等于8A、优选大于或等于10A、优选12.5A+/
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40％的直流导通电流；和/或其中，如果所述半导体开关机构(50)和继电器(54)闭合，那么所述混合式开关(S1)产生关于所述至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：菲尼克斯电气公司，
类型：发明
国别省市：