TW200933171A - System and method for ground fault detection and interruption - Google Patents

Description

200933171 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明通常係關於一種用於將太陽能轉換成為電能的 设備以及方法，並且更特別是一種用於可靠地偵測不安全 接地故障狀況並且在偵測到該不安全接地故障狀況時中斷 此能量轉換系統之操作的設備以及方法。 【先前技術】 使用光伏特（PV )系統將光能變成電能之轉換係已經 為眾人所之一段很長時間，並且此光伏特能量轉換系統係 逐漸地被實施在家庭、商業、以及工業用途上。因為接地 故障呈現潛在地危險狀況（包含火災危機），所以直流電 流至接地之非故意分流的快速偵測係為實施此光伏特能量 轉換系統$(亦已知為—接地故障）必備的。據此，為安 全f生理由，該等光伏特能量轉換系統係必須快速地偵測接 地故障狀况，並且係自動地在適當時機中斷操作。 除了其匕構件外，光伏特系統係亦典型地包含一光伏 特陣列其係產生直流電力；以及一換能器，其係將該直 流電力轉換成為交流電力（例如：單相或三相電力）。在 此光伏特系統中’—種接地故障偵測器與中斷胃（) 係八里的被運用’以债測在該光伏特陣列以及接地之間流 動的直机電流^使用在該接地故障偵測器與中斷器中的一 二構件係無法被認證為高整合性構件，此係意味著如使用 在該接地故障偵測器與中斷器中之此等構件的可靠性並未 4 200933171 無法保。丘於可接受位準處。因$該接地故障债測器與中 斷器對於該光伏特能量轉換系統之安全操作來說經常是關 鍵的，所以多-欠量測係被必須被進行以確保該接地故障偵 測器與中斷器始終能夠正確地操作。據此，係需要多項設 備以及方法以持續地確保該接地故障偵測器與中斷器進行 正碟地操作。 【發明内容】 © 圖式中所不之本發明多個示範性實施例係被總結在下 文中。上述實施例以及其它實施例係更更充分地被敘述在 實施方式乙節中。然而要被了解的是：沒有意圖將本發明 限制於本發明内容乙節或是實施方式乙節中所敘述的形 式。熟習本項技術人士將認知到：係有眾多修改例、等效 例以及替代性構造屬於如申請專利範圍所表示之本發明的 精神與範疇内。 在一個實施例中，本發明之特徵係可為一種光伏特能 ® 量轉換系統，其中該光伏特能量轉換系統係包含一第一輸 入端以及一第二輸入端’其係被調適為耦合至一光伏特陣 列之一第一軌以及一第二軌。在此實施例中，一換能器係 被組態為將來自該光伏特陣列之直流電力轉換成為交流電 力。一接地故障偵測器與中斷器（其係經耦合至該第一轨 與該第二軌以及至該換能器）係被組態為偵測該光伏特陣 列中的接地故障狀況，並且在此種偵測狀況時將該光伏特 陣列解耦合自該光伏特能量轉換系統之其餘部分。一已知 200933171 訊號（例如：一具有一可辨識表徵之訊號）係被耦合至該 接地故障偵測器與中斷器之輸入端，並且接著係被感測於 該接地故障偵測器與中斷器之輸出端處。假如並未於於該 接地故障偵測器與中斷器之輸出端處感測到該已知訊號， 則此係表示該接地故障偵測器與中斷器係沒有正確地操 作，並且該光伏特陣列係將被解耦合自該光伏特能量轉換 系統中的其餘構件，藉此中斷操作。 在另一個實施例中，本發明之特徵係可為一種確保一 © 接地故障谓測器與中斷器進行正確操作的方法。在此實施 例中，本發明係包含將一已知訊號引入一接地故障偵測器 與中斷器之輸入端，感測該已知訊號示是否呈現於該接地 故障偵測器與中斷器之輸出端處，以及接著取決於該已知 汛號示疋否呈現於該接地故障偵測器與中斷器之輸出端處 來進行分路（branching):假如呈現該已知訊號，則濾除 該已知訊號以及將經濾除訊號傳送至該換能器；但是假如 ❹並未呈現該已知訊號，則將該光伏特陣列係解耦合自該光 伏特能量轉換系統中的其餘構件，i且發出該#地故㈣ 測器與中斷器沒有適當操作的一警示。 在另一個實施例中，本發明之特徵係可為一種在偵測 到需要中斷一光伏特能量轉換系統的一接地故障狀況時安 全以及有效地將-雙極光伏特陣列解搞合㈣光伏特能量 轉換系統之其餘部分的方法。 如先前所陳述，該等上文所述實施例以及實施方式係 僅為說明之目的。眾多其它實施例、實施方式、以及本發 6 200933171 月細郎係將由熟習本項技術人士自後述的發明說明與申請 專利範圍中而容易地被認知。 【實施方式】 現在參考該等圖式，現在參考隨附圖式，其中在數個 圖式裡相似或類似的元件係以相同或相對應的元件符號所 標不，並且特別是參考圖丨，所示係一描述一種光伏特電力 轉換系、统100之方塊圖，該光伏特電力（能量）轉換系統 1 〇〇係包含一經耦合至一換能器i 06之光伏特陣列i02。經 耦合在該光伏特陣列102以及該換能器106之間的係為一 接地故障偵測器與中斷器104。傳導線路108係將該光伏特 陣列102耦合至該換能器1〇6，並且該接地故障偵測器與甲 斷器1〇4係被耦合（例如：經感應耦合）至該傳導線路 如所不，該接地故障偵測器與中斷器1〇4係包含一診斷部 刀114’並且該接地故障偵測器與中斷器1〇4係經由一接地 Q 故障訊號線路110而被耦合至一斷開模組112。 應該要被認知的是：圖丨中所描述多個構件之配置說 明係為邏輯的，並且未必意謂一實際硬體圖；因此，該等 構件在一實際實施方式中係能為合併式或另外的分離式。 例如：該接地故障偵測器與中斷器1〇4係可由同樣被使用 於該換能器106内之硬體及/或軟體所實現。並且在一些實 施方式中，該斷開模組丨12在空間上係可分離自該光伏特 陣列102。 一般來說，該光伏特陣列1〇2係將太陽能轉換成為直 7 200933171 流電>:，其係由該換能胃106而被轉換成為交流電力（例 如.早相或三相電力）^該光伏特陣列102係為一單極陣 列或-雙極陣列。該接地故障偵測器與中斷器係偵測 不安全的接地故障狀況，並且立即地行動以終止直流電流 從該光伏特陣％ 1G2至接地之不安全流動。例如在許多實 1例中’該接地故障㈣器與中斷器1G4係感測—接地故 障’並且係發送—接地故障訊號m至該斷開模組ιΐ2以

隔離該光伏特陣列102 (例如：隔離自接地以及該換能器 106)。 該v斷刀114係被組態為測試接地故障摘測器與中 斷器104疋否適當地操作（例如：操作以偵測接地故障）， 並且假如該接地故障偵測器與中斷器1〇4沒有適當地操 作’則該接地故障之診斷部分114係發送一接地故障訊號 no至該斷開模組112以將該光伏特陣列1〇2離線。 接下來參考圖2’所示係一參考圖i所述該光伏特電力 轉換系統100之接地故障偵測器與中斷器104的一示範性 實施例之方塊圖。如所示，在圖2中所描述之接地故障偵 測器與中斷H 204 t，來自-光伏特陣列（例如：該光伏 特陣列102 )之多條輸入線路2〇8係被耦合至一直流電流轉 換器212。儘管該等輸入線路2〇8為方便說明而在該方塊圖 中被描述為一單一線路，熟習本項技術人士係將輕易地理 解到：兩條傳導線路係被耦合至該直流電流轉換器212。在 運用一單極之光伏特陣列102的一光伏特能量轉換系統1〇〇 中，兩條輸入線路208係對應於至該光伏特陣列1〇2的正 8 200933171 性連接以及中性連接（經聯結至接地）。並且在運用一雙 極之光伏特陣列102的一光伏特能量轉換系统⑽中該 等輸入線路208係對應於該光伏特陣列1〇2的正性連接= 及負性連接。 繼續參考圖2,該接地故障偵測器與中斷器2〇4係包括 數個構件’其係包含-放大器214、—類比至數位（a/d) 轉換器216、以及一控制器或數位訊號處理器η。如所示， 該直流電流轉換器212係藉由多條連接線路220而被耦合 至該放大器214，而該放大器214係藉由多條連接線路222 而被耦合至該類比至數位轉換器216。如所描述，該類比至 數位轉換器216係藉由多條連接線路224而被耦合至該控 制器或數位訊號處理器218。最後，該接地故障偵測器與= 斷器204係藉由多條線路210而被耦合至該光伏特能量轉 換系統100的斷開模組112 (圖2中未顯示）。 在正常操作狀況下’流過該對輸入線路2〇8之電流強 度係聚有少許或沒有差異’但是當一接地故障狀況發生在 該光伏特陣列1 02中時，在該等輸入線路2〇8中一者上係 將流過比另一者更多的電流，並且一電流係將被包含在該 直流電流轉換器212之一核芯230中以便建立一故障訊 號’該故障訊號係被饋入該直流電流轉換器212之一輪入 端232。如本文中進一步所討論’在許多實施例中，該故障 訊號之強度係被用來決定是否存在一接地故障及/或所需的 響應類型。在一個實施例中，該直流電流轉換器212係具 有一 100K赫茲的頻寬，意謂著用於感測流過該等輸入線路 9 200933171 208之差動電流。熟習本項技術人士係將輕易地理解到：取 決於特定實施方式與應用，具有不同特點以及特徵之電流 轉換器係可被用來達成本文中所揭示應用需要的功能性能 力。 如所示’輸出自該直流電流轉換器212之一訊號220 係藉由該放大器214所放大以產生一經放大訊號222，其係 藉由該類比至數位轉換器216而被轉換成為一數位訊號 224。該控制器或數位訊號處理器218接著係評估該數位訊 © 號224以決定一接地故障是否存在，並且假如存在的話， 則該接地故障是否係呈現一需要中斷該光伏特能量轉換系 統100的狀況。 在一個實施例中，在該等輸入（.訊號）線路208之間 超過5安培的一所偵測電流差動係需要從偵測開始之一特 定時間量内進行中斷；然而，超過7.5安培的一所偵測電流 差動係需要從偵測開始之一較短時間量内進行中斷；以及 超過10安培的一所偵測電流差動係需要從偵測開始之一甚 至更短的時間量内進行中斷。熟習本項技術人士係將輕易 地理解到：用於觸發中斷之此等電流臨界值以及時序需求 係取決於該光伏特能量轉換系統1〇〇在使用上的特定情 況、該光伏特能量轉換系統100在操作上所被施加的特定 遵循法規或定規、或前述兩者《假如偵測到一接地故障並 且需要一中斷，則該控制器或數位訊號處理器218係發送 一訊號210以發動一個或更多啟動器（例如：在該斷開模 組U2中），其係斷開該光伏特陣列1〇2與接地之間以及 200933171 該光伏特陣列102與該光伏特能量轉換系統ι〇〇之間的連 接，藉此電氣隔離該光伏特陣列1〇2以及停止危險電流。 在許多實施例中，該接地故障偵測器與中斷器2〇4係 該光伏特能量轉換系統100之一關鍵操作安全特性，並且 因而在該光伏特能量轉換系統1〇〇進行操作時始終係必須 正確地操作。該接地故障偵測器與中斷器2〇4中一個或更 多構件發生故障係可能的，引起該接地故障偵測器與中斷 器204無法偵測一指示一接地故障狀況的差動電流。在此 © 一情形中，該光伏特能量轉換系統1〇〇係將持續進行操作， 而延長一危險以及潛在性的災難狀況。 如所示，在此實施例中，一訊號產生器226搭配該控 制器或數位訊號處理器218係被用來實現一接地故障診斷 功能（例如：係由該接地故障之診斷部分丨所施行）。 特別疋’為s平定該接地故障摘測器與中斷器204是否適當 地操作，除了自該等輸入線路208所感應之訊號外，已知 的（例如：由於特有的及/或具有立即可識別之特徵）一額 ® 外訊號228 (其係亦可被稱為一診斷訊號或一參考訊號）係 亦被供應至該接地故障偵測器與^斷器204。例如在圖2所 描述之實施例中’該額外訊號228係藉由將一訊號線路通 過該直流電流轉換器212之核芯230而被引入該核芯23〇。 結果來說，該直流電流轉換器212之輸入端232係包含— 合併訊號，其係包括透過該接地故障偵測器與中斷器2〇4 之處理鏈212、2U、216、218進行傳播的診斷訊號（經轉 換自額外訊號線路228 )以及故障訊號（經轉換自該等輸入 11 200933171 線路208上之電流）。 假如該控制器或數位訊號處理器2丨8偵測到一額外（診 斷）訊號228(其在此實施中係於該處理鏈212、214、216、 2 1 8之末端處）’則係可假設該接地故障偵測器與中斷器 2〇4能夠偵測該等輸入線路2〇8上的差動電流。換句話說， 因為該額外訊號228由偵測到來自該光伏特陣列1〇2而在 5亥輸入線路208上之任何電流差動的相同處理鏈212、214、 216、218所偵測’所以當該控制器或數位訊號處理器218 ❹ 俄測到該額外訊號228時，該處理鏈212、214、216、218 係如預期地操作。因此，由該控制器或數位訊號處理器218 對該額外訊號228的偵測係提供該接地故障偵測器與中斷 器204將偵測到假如出現之一接地故障狀況的保證。當然 是在其它實施例中設想：該處理鏈212、214、216、218係 包含其他多個構件以偵測一故障狀況’並且在該些其它實 施例中，該處理鏈212、214、216、218仍然係可藉由偵測 到一額外訊號透過該處理鏈212、214、216、218之傳播而 ®被評定。 在圖2所示之示範性實施例中，該額外訊號228係藉 由—供應1K赫茲正弦波訊號之訊號產生器226所實現，其 中該正弦波訊號當然戲不必要的，並且熟習本項技術人士 係將輕易地理解到：許多不同的電氣訊號（例如：不同的 頻率）係可由該訊號產生器226所供應以符合此目的。 現在參考描述另一實施例之圖3，其係使用該光伏特能 量轉換系統100固有之自然發生、共模寄生的電流以引入 12 200933171 該接地故障偵測器與中斷器304之輸入端，藉此排除一分 气扎魂產生器226的需求。此等固有訊號係例如包含18〇 赫茲（產生自三相組態）、60赫茲（產生自單相組態）、 1 6赫茲（係對應於一個實施例中所使用之切換頻率）的寄 生電流。熟習本項技術人士係將輕易地理解到：此等自然 發生的寄生電流係將取決於一給定之光伏特能量轉換系統 100的特疋實施方式而變化’並且此等自然發生共模之寄 生電流係可為此目的而被使用。 © 現在參考描述另一實施例之圖4,其中一控制器或數位 訊號處理器418實體上係位於換能器4〇6中而不是接地故 障偵測器與中斷器404中《然而在功能上，該控制器或數 位訊號處理器41 8係與該接地故障偵測器與中斷器404以 及該換能器406兩者共享。藉由共享針對由該接地故障偵 測器與中斷器404以及該換能器406兩者所施行應用之控 制器或數位訊號處理器41 8的功能，設計簡單與潛在的成 本降低係為圖4中所描述實施例達成的優勢。又在其它實 ® 施例中，類比至數位轉換器416以及該控制器或數位訊號 處理器418係可共同被實施於該換能器406内。例如：一 多通道之類比至數位轉換器416係可被使用在該換能器4〇6 中’以將多個電流轉換訊號以及一個或更多其它輸入（例 如：一溫度輸入）兩者均轉換成為多個數位訊號。 現在參考圖5，所示係一接地故障偵測器與中斷器5〇4 之另一實施例’其係利用由饋入一電源供應器56〇之一中 性線路528所提供之一參考訊號，藉此排除如圖2中所描 13 200933171 述-分離式訊號產生器226的需求。在此實施例中，該電 源供應器560係提供電力至該接地故障偵測器與中斷器5〇4 中-個或更多構件及/或換能器（例如：該換能器1〇6)以 用於邏輯處理（例如：所有相對接地之+ 5伏特、+12伏 特、+15伏特、+24伏特）。 操作上，只要一連串故障偵測構件512、514、516、518 適當地作用，該令性線路528 (例如：6〇赫茲）中之電流 頻率係由控制器或數位訊號處理器518所偵測。特別是， 〇 假如該等故障读測構件512、514、516、518適當地作用， 則直流電流轉換器5 12係產生一訊號52〇以指示供應線路 508之間的60赫茲電流以及任何差動電流兩者。來自該直 流電流轉換器512之訊號520接著係藉由放大器514所放 大以產生一經放大訊號522，並且該經放大訊號522係藉由 類比至數位轉換器516而被轉換成為一數位訊號524。該數 位訊號524接著係藉由該控制器或數位訊號處理器518進 行濾除以偵測60赫茲訊號是否存在。假如存在6〇赫兹訊 號，則處理鏈512、514、516、518係適當地作用，並且經 濾除訊號係藉由該控制器或數位訊號處理器518所評定以 决疋e亥等供應線路508之間的差動電流（如果有的話）是 否超過一臨界值。 假如參考訊號（例如：60赫茲訊號）不存在，則該控 制器或數位訊號處理器518係藉由發送一訊號(例如： 至該斷開模組112)而將初使化行動以自該光伏特能量轉換 系統1 00處解耦合該光伏特陣列1 〇2。 14 200933171 接下來參考圖6’所示係描述一種可配合參考圖1至圖 5所討論實施例而被施行之示範性方法的一流程圖6〇〇。如 於方塊604處所示，除了指示於該光伏特陣列1〇2内任何 接地故障之一訊號外，一已知訊號（例如：來自該訊號產 生器226所提供之一訊號、該光伏特能量轉換系統1〇〇固 有的一訊號、由該電源供應器560所提供之一訊號或其 它可識別訊號）係亦被引入該接地故障偵測器與申斷器（例 如：被引入直流電流轉換器212、312、412、512)。接下 ® 來，於方塊606處，該已知訊號係被感測（例如：藉由該 控制器或數位訊號處理器218)於該接地故障偵測器與中斷 器之一處理鏈（例如：該處理鏈212、214、216、218)的 一末端處。 如所示，方塊608係表示一狀況分支，其係取決於是 否偵測到該已知訊號而衝擊該方法流程。假如未偵測到該 已知訊號，則於方塊610處該光伏特能量轉換系統1〇〇係 停止運作（例如：藉由將該光伏特能量轉換系統1〇〇解耦 合自該光伏特陣列，以響應來自控制器或數位訊號處理器 218、318、418、518的一訊號），並且於方塊612處一 通知係被發出（例如：藉由該等控制器或數位訊號處理器 218、318、418、518)以指示該接地故障偵測器與中斷器 104並未適當地作用。假如於方塊6〇6處認知該已知訊號， 則於方塊614處該已知訊號係被濾除，並且於方塊616處 攜載指示該光伏特陣列中任何接地故障之一訊號的經遽除 訊號係被分析以決定是否存在一接地故障狀況。 15 200933171 ❹ ::係該光伏特能量轉換系统⑽另一示範性實施例 括-雄1的丁意表不圖，該光伏特能量轉換系％ 100係包 :一：：伏特陣列702、以及—種一旦偏測到需要系統中 銪壯堪故障狀況時解耦合該雙極光伏特陣列702的新 員：：與方法。此類型之雙極光伏特陣列7〇2 一般係被稱 :雙極連接陣列：一具有兩軌（諸如：執704與706)之 光伏特陣列’纟令每軌相對接地係具有相反極性。此電路 組態係使用該雙極光伏特陣列7G2之—前半陣列71〇以允 許相對接地之-正電壓的產生，並且係使用該雙極光伏特 陣歹J 702之-後半陣列712以允許相對接地之一負電壓的 產生。 如所示，主要直流接觸器714以及716分別係被耦合 在該雙極光伏特陣列702與該等軌7〇4、7〇6處的輸出之間。 亥等主要直桃接觸器7丨4、7丨6係被用來將該雙極光伏特陣 列702耦合以及解耦合自光伏特能量轉換系統（例如：該 光伏特能量轉換系統100 )之其餘部分，並且該等輸出704 以及706典型地係被耦合至一換能器（例如：該換能器1〇6)。 如圖7中所說明，一光伏特連結器718(其結構上係可為類 似於該等主要直流接觸器714以及716的一直流接觸器） 係被耗合至該雙極光伏特陣列702之中線（neutral ) 708、 709附近的多個點處。輔助性開關720以及722係亦被耦合 至該雙極光伏特陣列702之中線708、709附近的多個點處 並且至接地。經耦合至各個輔助性開關720與722係為熔 斷器724與726。在一個實施例中，該等熔斷器係被額定為 16 200933171 3安培；然而，熟習本項技術人士能立即地理解到：基於特 疋實施方式以及在系統之安裝設定上所施加的法規或定 規，此等熔斷器係可被挑選自廣泛種類的數值。在一個實 施例中，該等控制器或數位訊號處理器（例如：圓7中未 顯示的218、318、418、518)係被耦合至該等主要直流接 觸器714以及716、該光伏特連結器m、以及該等輔助性 開關720以及722，並且係被用來設定該些構件之狀態（斷 開或閉合）。 在一些事例中可施加至該光伏特能量轉換系統1〇〇之 電氣法規（諸如：國家電氣法規一 NEC)係可能需要一光伏 特陣列之一側接地（例如參看NEC法條第69〇條）。此必 要條件在介接一 120/240伏特交流電之公用事業服務網格 (其係亦需要中性點接地）時係可呈現一問題。爲如法規 所要求而將該光伏特陣列以及該公用事業服務網格兩者接 地，多個光伏特系統一般係已經在該換能器1〇6中運用一 隔離變塵H(未目示）允許該光伏特陣列以及該公用 事業服務網格兩者之接地動作。 虽需要中斷之一接地故障狀況出現時，係必須謹慎地 確保該光伏特能量轉換系統100安全地停止運作。此一接 地故障狀況係出現在該雙極光伏特陣列7〇2之前半陣列7】〇 以及後半陣列720中一者内發生一故障時，並且用於將該 雙極光伏特陣列702解耦合自該光伏特能量轉換系統1〇() 的一特殊程序係可被採取。 例如··該等主要直流接觸器714以及716首先係可斷 17 200933171 開以移除由換能器之行為所強加至該前半陣列71〇以及該 後半陣列712的虛擬接地。此組態係被稱為一「虛擬接地 (virtual ground)」。發明人已經對各種測試機構展示出： 此虛擬接地組態在本文令所揭示狀況與組態上係保持在接 地處或接地附近。一旦該等主要直流接觸器714以及716 係斷開，光伏特連結接觸器718係可斷開以便隔離正性陣 列以及負性陣列710與712。最後，該等前半陣列71〇以及 後半陣列720之中線708、7〇9係藉著該等開關72〇與722 © 而被連接至接地。假如仍然存在接地電流，則適當的熔斷 器724或726係將斷開；因而中斷該接地電流並且避免危 險電流的流動。 接下來參考圖8，所示係描述一種可配合參考圖7所討 論實施例而被施行之示範性方法的一流程圖8〇〇。在方塊 中正常操作狀況係被設定。在正常操作狀況下（例如： 在》亥光伏特能量轉換系統丨〇〇已經安全地開啟之後），該 0 等主要直流接觸器714以及716係閉合以允許來自該雙極 光伏特陣列7〇2所產生之電流流入該換能器（例如：1 〇6 )、 /光伏特連結器718係閉合、以及該等輔助性開關以 〇 係斷開。如於方塊8〇6處所反映，該接地故障偵測 Π /、中斷器（例如：〗〇4)係持續地操作（如由該方塊8〇6 中 」分支所說明）’以偵測需要系統中斷之接地故 /饭如偵測到需要中斷之一接地故障狀況，則該方 j 16二移動至方塊808，其中該等主要直流接觸器714以及 716係斷開、該光伏特連結接觸器718係斷開、以及該等輔 18 200933171 助性開關720以及722係閉合。 該換能器之前置控制板上的 所描述，該方法係分支至方 該接地故障偵測以及中斷警 當偵測到一接地故障時， 一接地故障燈號係可發亮。如 塊810’其中係採取行動以調查 示的來源。 刀别於圖7與圖8中所揭示结構以及方法之一個優勢 係在於降低實施成本。藉由使用該光伏特連結器川與續 等輔助性開關720以及722以保持該等中線7〇8與之 ©虚擬接地，將昂貴且厚重規格之中性導線自該光伏特陣列 (典型地位於·屋頂上或另—遠端場所）安裝至—電氣服 務控制板的需求係被免除。在一個實施例中，用於該接地 故障摘測器與中斷器（例如：1〇4)之中斷部分以及炼斷部 分的控制係被密封在經安置於一次底架上的小型方塊内。 該次底架係能容易地被安裝在該屋頂上或是該雙極光伏特 陣歹j 702實體上所處的任何場所。儘管厚重導線必須被連 _ 接至該次底架，但是僅輕型導線係需要追溯至該換能器。 總之’本發明除了別的以外係還提供一種用於偵測需 要系統中斷一光伏特能量轉換系統之接地故障狀況的系統 以及方法。熟習本項技術人士能立即地認知到：眾多的變 化例以及取代例係可進行於本發明、本發明之應用、以及 本發明之組態中，以達成大致上相同於藉由本文中所述實 施例所達成的結果。據此’係沒有意圖將本發明限制於上 述所揭示示範性形式。許多變化例、修改例、以及替代性 建設係屬於如申請專利範圍所表示之經揭示發明的範疇以 200933171 及精神内。 【圖式簡單說明】 乙節時參考上述發明 本發明之各種目的、 並且係更容易受到體 藉由在配合所隨附圖式簡單說明 說明乙節以及所附加申請專利範圍， 優勢、以及一更完整理解係將顯明 會，其中： 圖i係-描述包括一接地故障偵測器與中斷器的一光 ❿伏特能量轉換系統之-示範性實施例的方塊圖。 圖2係一描述參考圖1所述該接地故障偵測器與中斷 器之一示範性實施例的方塊圖。 圖3係一描述參考圖1所述該接地故障制器與中斷 器之另一示範性實施例的方塊圖。 。圖4係一描述參考圖1所述該接地故障摘測器與中斷 器之另一示範性實施例的方塊圖。 H ® 5係—描述參考圖1所述該接地故障㈣器與中斷 器之又另一示範性實施例的方塊圖。 圖6係一描述參考圖丨呈圖5所討論可配合該等實施 例來施行之一示範性方法的流程圖。 圖7係一描述參考囷丨所述一部分的光伏特能量轉換 系統之一示範性實施例的示意表示圖。 圖8係一描述參考圓丨至圖7所討論可配合該等實施 例來施行之一示範性方法的流程圖。 200933171 【主要元件符號說明】 100 光伏特電力（能量）轉換系統 102 光伏特陣列 104 接地故障偵測器與中斷器（GFDI ) 106 換能器 108 傳導線路 110 接地故障訊號線路 112 斷開模組 ❿ 1 14 診斷部分 204, 304 接地故障偵測器與中斷器 208, 308 輸入（訊號）線路 210, 310 訊號/線路 212, 312 直流電流轉換器 214, 314 放大器 216, 316 類比至數位（A/D )轉換器 218, 318 控制器或數位訊號處理器 ® 220, 320 連接線路/訊號 222, 322 連接線路/經放大訊號 224, 324 連接線路/數位訊號 226 訊號產生器 228 額外（診斷）訊號/線路 230 核芯 232 輸入端 404, 504 接地故障偵測器與中斷器 21 200933171

406 換能器 416, 516 類比至數位轉換器 418, 518 控制器或數位訊號處理器 508 供應線路 510, 520 訊號 512 直流電流轉換器 514 放大器 522 經放大訊號 524 數位訊號 528 中性線路 560 電源供應器 702 雙極光伏特陣列 704, 706 軌/輸出 708, 709 中線 710 前半/正性陣列 712 後半/負性陣列 714, 716 主要直流接觸器 718 光伏特連結器/連結接觸器 720, 722 輔助性開關 724, 726 熔斷器 22

Claims (1)

1. 200933171 七、申請專利範圍： κ —種光伏特能量轉換系統，其係包括： 一光伏特陣列，其係被組態為產生一直流（DC )電力， 其中該光伏特陣列係包括一第一軌與一第二軌； 一換能器’其係被組態為將該直流電力之訊號轉換成 為交流電力；以及 一接地故障偵測器與中斷器，其係被組態為耦合至該 光伏特陣列的第一軌與第二軌，該接地故障偵測器與中斷 © 器係被組態為偵測該光伏特陣列中的一診斷訊號以及接地 故障狀況’並且係被組態為在偵測到一接地故障狀況時或 疋在沒有偵測到該診斷訊號時中斷該光伏特能量轉換系統 的操作。 2·如申請專利範圍第1項之光伏特能量轉換系統，其中 該接地故障偵測器與中斷器係包括： 一電流轉換器，其係被組態為接收一診斷訊號與耦合 至該光伏特陣列的第一軌與第二軌，以便使該電流轉換器 β能夠感測該第-轨與該第二軌之間的一差動電流，並且其 中該電流轉換器係被組態為將診斷訊號轉換至一處理鏈上 以及將一故障偵測訊號轉換至該處理鏈上，該故障偵測訊 號係為該光伏特陣列中第一軌與該第二軌之間的差動電流 之指示；以及 控制器，其係被組態為偵測該診斷訊號與該故障偵 測訊號。 3·如申睛專利範圍第2項之光伏特能量轉換系統，其係 23 200933171 包含： 一類比至數位轉換器’其係被組態為將該診斷訊號轉 換成為一數位診斷訊號、並且將該故障偵測訊號轉換成為 一數位故障偵測訊號； 其中該控制器係包含一數位訊號處理器，其係被組態 為偵測該數位診斷訊號以及該數位故障偵測訊號兩者。 4. 如申請專利範圍第2項之光伏特能量轉換系統，其係 包含一訊號產生器，該訊號產生器係被組態為產生該診斷 ❹訊號。 5. 如申請專利範圍第4項之光伏特能量轉換系統，其中 3亥訊號產生器係被組態為產生一 1K赫兹的訊號。 6. 如申請專利範圍第2項之光伏特能量轉換系統，其中 該診斷訊號係包括該光伏特能量轉換系統固有的一個或更 多共模、寄生電流。 7. 如申請專利範圍第2項之光伏特能量轉換系統，其中 該診斷訊號係包括自一電源供應器所產生之一訊號，該電 ® 源供應器係將電力提供至該接地故障偵測器與中斷器中至 少一部分。 8 · —種用於偵測一接地故障偵測器之失效的方法，該方 法係包括： 供應一故障訊號至該接地故障偵測器之一輸入端，該 故障訊號係被產生自一光伏特能量轉換系統； 於該接地故障偵測器之輸入端處合併一已知訊號與該 故障訊號’以便建立一合併訊號； 24 200933171 於該接地故障摘測器之一處理鍵的一末端處谓測該已 知訊號是否出現在該合併訊號中；以及 假如出現該已知訊號，則評定電力訊號是否指示 地故障的出現，並且假如沒有出現該已知訊號，則 光伏特能量轉換系統之操作。 研μ 9.如申凊專利範圍第8項之方法其中中斷該光伏特能 量轉換系統之操作係包含發出—警示，該警示係指出 地故障偵測器沒有適當地操作。 ❹ ❹ — 10.如中請專利範圍第8項之方法，其中中斷該先 月色量轉換系統之操作係包括： 一解麵合複數個直流接觸器以將該光伏特能量轉換系統 之-光伏㈣列電氣隔離自該光伏特能量轉換 能器。 換 一種光伏特能量轉換系統，其係包括： -雙極光伏特㈣，其係包含—第—光伏特陣列，該 第-光伏特陣列係被佈置在—第—軌與—第—中線之間了 與-第二光伏特陣列，該第二光伏特陣列係被佈置在: :軌與-第二中線之間，其中該第一光伏特陣列係被組離 為把加相對一地電位之一正電位於該第一軌處，並且該第 二光伏特陣列係被組態為施加相對地之—負電位於該第二 軌處； 一 軌、與一第 第一直流接觸器，其係被搞合至該第 直流接觸器，其係被耦合至該第二軌； 一光伏特連結n，其係㈣合在該第—光伏特陣列與 25 200933171 該第一中線之間的一第一點處，並且係被耦合在該第二光 伏特陣列與該第二中線之間的一第二點處；以及 一第一輔助性開關，其係被耦合在該第一中線與接地 之間與一第一輔助性開關，其係被耦合在該第二中線與 接地之間。 ^ 12.如申請專利範圍第U項之光伏特能量轉換系統，其 ❹ ❹ 係包括-控制器’該控制器係被麵合至該第—直流接觸 器、該第二直流接觸器、該光伏特連結器、該第一輔助性 關以及》亥第_辅助性開關，並且係被組態為控制該第 直流接觸器、该第二直流接觸器、該光伏特連結器、該 第一辅助性開關、以及該第二輔助性開關。 ▲ 13.如申請專利範圍第"項之光伏特能量轉換系統，其 甲及控制器係包括一數位訊號處理器。 二.如申請專利範圍第U項之光伏特能量轉換系統其 yy第-熔斷器與—第二溶斷器，其中該第—溶斷器 係被耦合在該第-辅助性„以及接地之間，而該第二溶 斷器係被搞合在該第二輔助性開關以及接地之間。 15.-種用於中斷一光伏特能量轉換系統之方法，其中 2 = 統㈣用—雙極光伏特陣列，該方法 斷該光伏特 里符轶糸統之狀況； 光伏特Γ特連結器以脫開該雙極光伏特陣列之兩個 地；特陣列，籍此將該兩個光伏特陣列解轉合自一虛擬接 26 200933171 I斷開該光伏特連結器之後，斷開複數個主要直流接 觸器並且閉合複數個輔助性開關，藉此將該雙極光伏特陳 列解輕合自該光伏特能量轉換系統之一剩餘部份，並且將 由於該雙極光伏特陣列中之一接地故障所產生的電流分流 至該複數個輔助性開關中一者。 16.如申請專利範圍第15項之方法，其係進一步包括： 摘測一熔斷器是否已經被觸發； 假如—熔斷器係被觸發，則修補或是替換該雙極光伏 〇特陣列；以及 假如一熔斷器係沒有被觸發’則調查所偵測狀況之原 因。 八、圖式： (如次頁） 〇 27