已安装光伏串、子串及模块的有源和无源监视系统技术方案

一种光伏监视系统通过测量、计算以及报告构成PV设施的PV串、子串和模块的无源（暗）和有源（明）电气特性，测量该PV设施的健康状况。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及用于测试和监视PV设施的特性与性能的装置与方法。
技术介绍
光伏(PV)设施的输出取决于维护好构成该设施的PV模块的健康。多种因素影响PV模块的健康。这些因素包括渗透、污染、遮蔽、电离辐射、互连完整性、静电放电、温差应力、涂层老化、偷窃、旁路二极管故障和制造差异。PV设施监视提供与设施健康有关的信息，进而支持其维护与修理。传统上监视PV串的有源输出电流的方法提供了有关串级别健康状况的有用信息，但是不能区分是电气问题还是照明问题，不能测量子串和模块级别的健康状况，并且不能测量旁路二极管的健康状况。与传统方法不同，本专利技术提供了一种用于监视构成PV设施的PV串的有源(active)特性和无源(passive)特性两者的系统和方法，从而更好地区分由照明问题引起的健康问题和由电力问题引起的健康问题。与传统方法不同，本专利技术还提供了一种用于监视子串和模块健康的系统与方法，从而更好地隔离有健康问题的位置。此前用于监视PV串和旁路二极管的系统与方法要求安装昂贵的设备或昂贵的配线。与此前的系统与方法不同的是，本专利技术能够以较低的设备成本和配线成本监视子串和旁路二极管。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种包括一个或多个单元的系统，能够监视并报告构成PV设施的串、子串和模块的有源和无源电学特性。本专利技术的另一目的是提供一种通过监视PV设施的串、子串和模块的有源和无源特性来确定并报告PV设施健康状况的方法。本专利技术的另一目的是提供一种用于改变PV设施的拓扑结构的系统与方法。附图说明图1示出了本专利技术的PV电路监视单元的第一实施例。图2示出了本专利技术的PV电路监视单元的第二实施例。图3示出了本专利技术的PV多电路监视单元的实施例。图4示出了本专利技术的PV合路器监视单元的实施例。图5示出了图1的测试模块的实施例。图6示出了图2-3的测试模块的实施例。图7示出了本专利技术集成到PV接线盒中的PV串联监视单元的第一实施例。图8示出了本专利技术集成到PV接线盒中的PV串联监视单元的第二实施例。图9示出了本专利技术的PV串联监视单元的第三实施例。图10示出了本专利技术集成到PV接线盒中的PV串联监视单元的第四实施例。图11示出了本专利技术集成到PV接线盒中的PV并联监视单元的实施例。图12示出了本专利技术包括一个电路监视单元的示意性PV设施。图13示出了本专利技术包括一个电路监视单元和多个串联监视单元的第一示意性PV设施。图14示出了本专利技术包括一个电路监视单元和多个串联监视单元的第二示意性PV设施。图15示出了本专利技术包括一个多电路监视单元和多个串联监视单元的示意性PV设施。图16示出了本专利技术包括一个电路监视单元、两个合路器监视单元和多个串联监视单元的示意性PV设施。图17示出了本专利技术包括电路监视单元和两个并联监视单元的示意性PV设施。图18示出了示意性PV模块的示意性IV曲线和示意性电路模块。具体实施例方式本专利技术的监视系统包括本专利技术公开的一个或多个现场监视单元，并且可选地包括本领域公知的联网和通用计算资源。在本说明书和权利要求中，“串”是指以阳极对阴极的方式全部串联在一起的多个PV模块，其中仅有一个阳极不与任何阴极相连，并且仅有一个阴极不与任何阳极相连。“子串”是构成串的一个或多个连续的PV模块。“端模块”是指串中具有不与任何阴极相连的阳极的那个模块以及该串中具有不与任何阳极相连的阴极的那个模块。“端子串”是指包括任意多个模块以及至少一个端模块的子串。“串端”或“串的端部”是指串中不与任何阴极相连的阳极以及串中不与任何阳极相连的阴极。“子串端”或“子串的端部”是指子串中不与该子串中的任何阴极相连的阳极以及子串中不与该子串中的任何阳极相连的阴极。“分立子串”是指不共享模块的子串。“拓扑结构”是指构成PV设施的PV模块和组件互连的网络。“测试开关系列”是指一个或多个开关，每个开关具有三个或更多个终端，这些开关以第一终端对第三终端的方式串联连接，其中该开关系列中的每个第一终端都恰连接到该系列中的一个第三终端(该系列中的一个开关除外)，该系列中的每个第三终端都恰连接到该系列中的一个第一终端(该系列中的一个开关除外)，并且该系列中每个开关的第二终端连接到PV串的唯一电极上。测试开关系列中的“根开关”是该系列中未连接该系列中任何一个第三终端的那个开关。测试开关系列中的“终端开关”是该系列中未连接该系列中任何一个第一终端的那个开关。测试开关系列中的“下一开关”是指连接到预定开关的第三终端的开关。测试开关系列中的“根测试点”是指连接到该系列的根开关的第一终端的导体。“接线盒”是用于电气连接的容器，它可以包括连接导线的终端并且可以包括旁路二极管。“连接”一般用来指代直接或间接的电气耦合，而“断开连接” 一般用来指代直接去耦合。本专利技术的监视系统包括对构成PV发电电路的模块上的有源和无源测试进行管理和测量的电路或多电路监视单元。与本领域公知的无源监视单元不同，本专利技术的电路或多电路监视单元包含非PV激励电路，该非PV激励电路能够通过暗PV电路驱动能源。与本领域公知的串级别监视单元不同，本专利技术中可选的串联或并联监视单元可以嵌入设施中，以提供用于测试个体模块、面板或子串的部件。串联和并联监视单元包括能够暂时改变所安装阵列拓扑结构的一个或多个开关，从而电路或多电路监视单元可以管理并测量在常规发电电路的子电路上运行的测试。全配置的电路或多电路监视单元包括用于优选地使用最少的额外布线来控制串联和并联监视单元的部件。当设施的拓扑结构要求在发电电路中间的电流整合时，也可安装本专利技术可选的合路器监视单元。图1示出了本专利技术的PV电路监视单元的第一实施例。电路监视单元整合PV电路两端的PV电流，使用电子手段通过有源和无源测试监视电路的健康，并且可以控制能够暂时更改设施拓扑结构的可选单元，从而可以评估子串健康。为了图示方便，图1整合了四个PV串的正端(101-104)和负端(105-108)，但是实施例可以扩展到支持任意数量的串。终端(134和135)将PV生成电流(P0S和NEG)传输到本领域公知的外部电源模块，例如充电控制器或换流器。电流传感器(117-124)如需要可以被处理器(132)使能并测验，以测量流入和流出电路监视单元的电流。在一些配置中，一些所示出的电流传感器(117-124)可以是不必要的，并且可以被去除，因为它们测量的是被其它传感器测量的电流。注意如所图示的，被感测的电流可以被测量和减除，以检测阵列中的故障电流。当使能时，电流传感器(117-124)将测量的电流转换为数字数据，并将数据转发至处理器(132)用于存储、分析以及发送(133)至其他设备。在本实施例中，电流传感器(117-124)和A/D转换器(132)包括能够测量每个测试电路的有源和无源特性的传感器电路。保险丝(125-128)提供发生串故障的保护。电源电路(130)提供本领域公知的电力能源和能源管理功能，可以包括但不限于主电源、电池电源、电力变换、睡眠管理、电气隔离、电压管理和电池充电。测试模块(131)提供实现下述功能的部件:a)在测试状态下测量串、子串或二极管的无源或暗电气特性，同时在测试状态下对模块施加非PV激励以及可选的断路、短路或负载；b)在测试状态下测量串、子串或二极管的有源或明PV特性，同时在测试状态下对模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.24 US 12/862,742;2011.01.29 US 13/017,0021.一种用于现场监视PV设施的装置，所述装置包括: 激励电路，用于施加非PV电气激励通过一个或多个安装的PV模块； 传感器电路，用于测量所述模块对所述激励的至少一个无源响应；以及 用于从所述测量计算所述模块的一个或多个无源电气参数的部件。2.如权利要求1所述的装置，其中所述电气激励包括多个电流强度。3.如权利要求1所述的装置，其中所述参数包括一个或多个相对或绝对电阻值。4.如权利要求1所述的装置，还包括用于识别所述参数中的异常的部件。5.如权利要求1所述的装置，其中所述激励电路包括至少一个DC电源或至少一个AC电源。6.如权利要求1所述的装置，其中所述测量包括一个或多个电流数据点、一个或多个电压数据点、或者一个或多个电流-电压数据点。7.如权利要求1所述的装置，还包括一个或多个开关，所述一个或多个开关更改所述模块的拓扑结构。8.如权利要求7所述的装置，其中所述开关由通过所述安装的PV模块的电极传送的电流全部或部分控制。9.如权利要求7所述的装置，其中所述开关被集成到PV接线盒、PV模块、PV换流器或PV系统组件中。10.如权利要求1所述的装置，其中所述装置的部分或全部被集成到电路合路器、变压器、分离单元、充电 控制器、保险丝盒、电涌保护器、断路器、换流器或PV系统组件中。11.一种使用如权利要求1所述的装置监视PV设施的方法，包括以下步骤: 选择一个或多个安装的PV模块进行测试； 在现场施加至少一个非PV电气激励通过所述模块的同时，进行一个或多个电流、电压或IV测量； 计算所述模块的一个或多个无源电气参数。12.如权利要求11所述的方法，还包括以下步骤:通过所选模块切换至少一个开关以创建测试电路。13.如权利要求11所述的方法，其中所述激励包括多个电流强度。14.一种用于更改PV设施的拓扑结构的开关配置，所述配置包括: 开关，具有第一、第二和第三终端以及第一和第二位置；以及 用于启动所述开关的部件；其...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·E·克里茨，
申请(专利权)人：大卫·E·克里茨，
类型：
国别省市：