具有电弧检测能力的光伏面板以及关联的系统和方法
【专利摘要】一种光伏面板包括面板电弧检测子系统和串联电气耦合在正负面板电源轨之间的多个光伏组件。所述面板电弧检测子系统适用于根据所述跨正负面板电源轨的面板电压与跨所述多个光伏组件的所有电压之和之间的偏差来检测所述光伏面板内的串联电弧。一种光伏串包括串电弧检测子系统和串联电气耦合在正负串电源轨之间的多个光伏面板。所述串电弧检测子系统适用于根据所述正负串电源轨之间的串电压与跨所述多个光伏面板所有的电压之和之间的偏差来检测所述光伏串内的串联电弧。
【专利说明】具有电弧检测能力的光伏面板以及关联的系统和方法
【背景技术】
[0001]光伏系统越来越多地用于供应电力。例如，很多建筑物包括屋顶光伏系统，用于供应建筑物电力的一些或全部。作为另一范例，电力公司已建设大型光伏系统，有时称为太阳能“电场”，用于向大量客户供电。
[0002]单个光伏电池通常以小于一伏产生电功率。不过，很多电力应用需要远高于一伏的电压。例如，光伏系统供电的逆变器常常需要几百伏的输入电压。因此，很多光伏系统包括大量串联电耦合的光伏电池，以为其应用获得充分高的电压。此外，很多光伏系统包括两个或更多串并联电耦合的光伏器件，以实现期望的系统发电量。
[0003]图1示出了现有技术光伏系统100，其包括并联电耦合的第一串102和第二串104。串102包括M个串联电耦合的光伏器件106，串104包括N个串联电耦合的光伏器件108，其中M和N均是大于I的正整数。在本文中，括号中的数字被用来表示一个物体的具体实例(例如光伏器件106(1))，而没有括号的数字是指任何这样的物体(例如光伏器件106) ο光伏器件106、108或者是单独光伏电池或者是电稱合的光伏电池组。第一和第二串102、104与负载110并联电耦合。
[0004]很多光伏系统中都可能存在高电压。例如，光伏系统100的每个串102、104常常包括很多串联耦合的光伏电池，使得跨电轨112、114的电压将常常超过一百伏，尤其是在通过逆变器耦合到交流(AC)电网的系统中。实际上，光伏系统常常额定为600伏或1000伏。此外，很多光伏系统能够供应很大电流。因此，光伏系统可能会发生电弧，其中由于两个邻近节点之间的大电压，节点间的气体(通常为空气)电离，导致节点之间有电流流动。电弧的这种可能性因如下事实所加强:典型的光伏系统包括很多电连接器和长长的电缆，由此带来了很多可能的故障点。此外，光伏系统常常受到恶劣环境条件影响，例如极端温度和强紫外线辐射，这可能导致连接器或绝缘故障，尤其是在典型光伏系统所期望的长寿命之内。此外，一些光伏系统容易受到物理损坏，例如来自在系统附近工作的维护人员，或来自动物对系统部件的咀嚼。
[0005]光伏系统电弧可分为串联电弧或并联电弧。串联电弧跨过串联电路中的开路上发生，例如跨过由连接器故障导致的开路。例如，图2例示了跨过光伏系统100的第一串102中的开路204的串联电弧202。并联电弧，例如因为绝缘失效而发生在光伏系统的两个节点之间或节点和地之间。图3例示了光伏系统100的第二串104的节点116和负供电轨114之间的并联电弧302。
[0006]通常非常不希望有光伏系统电弧，因为它们的热量可能使系统附近的人或动物受伤，引发火灾，损害光伏系统，和/或产生电噪声，这可能干扰附近电路的正常运行。此外，通电的光伏系统可能给参与扑救电弧导致的火灾的消防队员带来电击危害。因此，已经为光伏系统提出了电弧检测装置。这些装置通过识别电弧产生的高频分量，或光伏系统电流的“噪声”来检测电弧。噪声的幅度非常小，必须要通过放大或利用电流互感器来增大以用于检测。此外，必须将噪声从光伏系统电流中通常存在的其他高频分量区分开，例如开关功率变换器波纹电流及其谐波。于是，传统的电弧检测装置利用快速傅里叶变换(FFT)技术或类似技术将光伏系统电流分解成其构成交流分量，以将电弧噪声与其他系统噪声区分开。要令人满意地进行这种信号分解，需要大量的计算资源。例如，在电弧检测应用中执行FFT处理，通常需要分辨率大于16比特且采样速率高于每秒200000样本的模拟数字变换器。
【发明内容】
[0007]在实施例中，一种用于检测包括多个串联电气耦合于正负面板电源轨之间的光伏组件的光伏面板中电弧的方法包括以下步骤:(a)感测所述正负面板电源轨之间的面板电压，(b)感测所述多个光伏组件的每个两端的相应组件电压，(c)确定所有所述组件电压之和和所述面板电压之间的差异，(d)确定所述差异是否超过阈值，以及(e)如果所述差异超过阈值则检测到电弧。
[0008]在实施例中，一种用于检测包括多个串联电气耦合于正负串电源轨之间的光伏面板的光伏串中电弧的方法包括以下步骤:(a)感测所述正负串电源轨之间的串电压，(b)感测所述多个光伏面板的每个两端的相应面板输出电压，(C)确定所有所述面板输出电压之和和所述串电压之间的差异，(d)确定所述差异是否超过阈值，以及(e)如果所述差异超过阈值则检测到电弧。
[0009]在实施例中，一种用于检测包括多个串联电气耦合的光伏组件的光伏面板中电弧的方法包括以下步骤:(a)感测流经所述多个光伏组件之一的第一组件电流，(b)感测所述多个光伏组件和其他电路之间流动的面板电流，(C)确定所述面板电流和所述第一组件电流之间的差异，(d)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(e)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0010]在实施例中，一种用于检测包括多个串联电气耦合的光伏组件的光伏面板中电弧的方法包括以下步骤:(a)感测流经所述多个光伏组件之一的第一组件电流，(b)感测流经所述多个光伏组件另一个的第二组件电流，(C)确定所述第一和第二组件电流之间的差异，(d)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(e)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0011]在实施例中，一种用于检测包括多个串联电气耦合的光伏面板的串中电弧的方法包括以下步骤:(a)感测流经所述多个光伏面板之一的输出端口的第一面板输出电流，(b)感测所述多个光伏面板和其他电路之间流动的串电流，(C)确定所述第一面板输出电流和所述串电流之间的差异，(d)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(e)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0012]在实施例中，一种用于检测包括多个串联电气耦合的光伏面板的串中电弧的方法包括以下步骤:(a)感测流经所述多个光伏面板之一的输出端口的第一面板输出电流，(b)感测流经所述多个光伏面板中另一个的输出端口的第二面板输出电流，(C)确定所述第一和第二面板输出电流之间的差异，(d)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(e)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0013]在实施例中，一种用于检测包括多个并联电气耦合的串的光伏系统中电弧的方法，所述多个串的每个包括多个串联电气耦合的光伏面板，所述方法包括以下步骤:(a)感测流经所述多个串的每个的输出端口的相应串输出电流，(b)感测所述多个串和其他电路之间流动的组合电流，(C)确定所述组合电流和所有所述串输出电流之和之间的差异，(d)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(e)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0014]在实施例中，一种具有电弧检测能力的光伏面板包括面板电弧检测子系统和多个串联电气耦合于正面板电源轨和负面板电源轨之间的光伏组件。所述面板电弧检测子系统适用于从所述正负面板电源轨之间的面板电压和跨所述多个光伏组件的所有电压之和之间的偏差检测所述光伏面板之内的串联电弧。
[0015]在实施例中，一种具有电弧检测能力的光伏面板包括面板电弧检测子系统和多个串联电气耦合的光伏组件。所述面板电弧检测子系统适用于从流经所述多个光伏组件的所选的一个的电流和流经所述多个光伏组件和其他电路之间的电流之间的偏差，检测所述光伏面板之内的并联电弧。
[0016]在实施例中，一种具有电弧检测能力的光伏面板包括面板电弧检测子系统和多个串联电气耦合的光伏组件。所述面板电弧检测子系统适用于从流经所述多个光伏组件的两个不同组件的电流之间的偏差，检测所述光伏面板之内的并联电弧。
[0017]在实施例中，一种具有电弧检测能力的光伏串包括串电弧检测子系统和多个串联电气耦合于正串电源轨和负串电源轨之间的光伏面板。所述串电弧检测子系统适用于从所述正负串电源轨之间的串电压和跨所述多个光伏面板的所有电压之和之间的偏差检测所述光伏串之内的串联电弧。
[0018]在实施例中，一种具有电弧检测能力的光伏串包括串电弧检测子系统和多个串联电气耦合的光伏面板。所述串电弧检测子系统适用于从流经所述多个光伏面板的所选的一个的电流和流经所述多个光伏面板和其他电路之间的电流之间的偏差检测所述光伏串之内的并联电弧。
[0019]在实施例中，一种具有电弧检测能力的光伏串包括串电弧检测子系统和多个串联电气耦合的光伏面板。所述串电弧检测子系统适用于从流经所述多个光伏面板的两个不同面板的电流之间的偏差检测所述光伏串之内的并联电弧。
[0020]在实施例中，一种具有电弧检测能力的光伏系统包括系统级电弧检测子系统和多个并联电气耦合的光伏串。所述系统级电弧检测子系统适用于从(a)流经所有所述多个串的电流之和和(b)所述多个串和其他电路之间流动的电流之间的偏差，检测所述光伏系统之内的并联电弧。
[0021]在实施例中，一种用于检测包括多个串联电气耦合于正负电源轨之间的储能组件的储能系统中电弧的方法包括以下步骤:(a)感测所述正负串电源轨之间的系统电压，(b)感测所述多个储能组件的每个两端的相应组件电压，(C)确定所有所述组件电压之和和所述系统电压之间的差异，(d)确定所述差异是否超过阈值，以及(e)如果所述差异超过阈值则检测到电弧。
[0022]在实施例中，一种用于检测包括多个串联电气耦合的储能组件的储能系统中电弧的方法包括以下步骤:(a)感测流经所述多个储能组件之一的第一组件电流，(b)感测所述多个储能组件和其他电路之间流动的系统电流，(C)确定所述系统电流和所述第一组件电流之间的差异，(d)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(e)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0023]在实施例中，一种用于检测包括多个串联电气耦合的储能组件的储能系统中电弧的方法包括以下步骤:(a)感测流经所述多个储能组件之一的第一组件电流，(b)感测流经所述多个储能组件另一个的第二组件电流，(C)确定所述第一和第二组件电流之间的差异，(d)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(e)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0024]在实施例中，一种用于检测包括多个并联电气耦合的储能串的储能系统中电弧的方法，所述多个储能串的每个包括多个串联电气耦合的储能组件，所述方法包括以下步骤:(a)感测流经所述多个储能串的每个的输出端口的相应串输出电流，(b)感测所述多个储能串和其他电路之间流动的组合电流，(C)确定所述组合电流和所有所述串输出电流之和之间的差异，(d)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(e)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0025]在实施例中，一种具有电弧检测能力的储能系统包括电弧检测子系统和串联电气耦合于正电源轨和负电源轨之间的多个储能组件。所述电弧检测子系统适用于从所述正负串电源轨之间的系统电压和跨所述多个储能组件的所有电压之和之间的偏差检测所述储能系统之内的串联电弧。
[0026]在实施例中，一种具有电弧检测能力的储能系统包括电弧检测子系统和串联电气耦合的多个储能组件。所述电弧检测子系统适用于从流经所述多个储能组件所选的一个的电流和流经所述多个储能组件和其他电路之间的电流之间的偏差检测所述储能系统之内的并联电弧。
[0027]在实施例中，一种具有电弧检测能力的储能系统包括电弧检测子系统和串联电气耦合的多个储能组件。所述电弧检测子系统适用于从流经所述多个储能组件两个不同组件的电流之间的偏差检测所述储能系统之内的并联电弧。
[0028]在实施例中，一种具有电弧检测能力的储能系统包括电弧检测子系统和并联电气耦合的多个储能串。所述电弧检测子系统适用于从(a)流经所有所述多个储能串的电流之和与(b)流经所述多个储能串和其他电路之间的电流之间的偏差检测所述储能系统之内的并联电弧。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1示出了现有技术的光伏系统。
[0030]图2示出了图1的光伏系统中串联电弧的范例。
[0031]图3示出了图1的光伏系统中并联电弧的范例。
[0032]图4示出了根据实施例具有电弧检测能力的光伏面板。
[0033]图5示出了图4的光伏面板中串联电弧的范例。
[0034]图6示出了图4的光伏面板中并联电弧的范例。
[0035]图7示出了根据实施例的图4的光伏面板的面板电弧检测子系统的一种可能实施方式。
[0036]图8示出了根据实施例的图4的光伏面板的面板电弧检测子系统的另一种可能实施方式。
[0037]图9示出了根据实施例的图4的光伏面板的组件电压感测子系统的一种可能实施方式。
[0038]图10示出了根据实施例的图4的光伏面板的组件电流感测子系统的一种可能实施方式。
[0039]图11示出了根据实施例的类似于图4的光伏面板，但还包括面板级的MPPT变换器。
[0040]图12示出了根据实施例的类似于图4的光伏面板，但还包括微型逆变器。
[0041]图13示出了根据实施例的类似于图4的光伏面板,但具有包括最大功率点跟踪变换器的光伏组件。
[0042]图14示出了根据实施例的图13的光伏面板的光伏组件的一种可能实施方式。
[0043]图15示出了根据实施例的图13的光伏面板的光伏组件的另一种可能实施方式。
[0044]图16示出了根据实施例的具有电弧检测能力的光伏串。
[0045]图17示出了根据实施例的图16的光伏串的串电弧检测子系统的一种可能实施方式。
[0046]图18示出了根据实施例的图16的光伏串的串电弧检测子系统的另一种可能实施方式。
[0047]图19示出了根据实施例的具有并联电弧检测能力的光伏系统。
[0048]图20示出了根据实施例的图19的光伏系统的系统级电弧检测子系统的一种可能实施方式。
[0049]图21示出了根据实施例的具有电弧检测能力的储能系统。
[0050]图22示出了根据实施例的具有电弧检测能力的另一种储能系统。
[0051]图23示出了根据实施例的用于检测包括多个串联电气耦合的光伏组件的光伏面板中的串联电弧的方法。
[0052]图24示出了根据实施例的用于检测包括多个串联电气耦合的光伏面板的光伏串中串联电弧的方法。
[0053]图25示出了根据实施例的用于检测包括多个串联电气耦合的光伏组件的光伏面板中的并联电弧的方法。
[0054]图26示出了根据实施例的用于检测包括多个串联电气耦合的光伏组件的光伏面板中的并联电弧的另一种方法。
[0055]图27示出了根据实施例的用于检测包括多个串联电气耦合的光伏面板的光伏串中的并联电弧的方法。
[0056]图28示出了根据实施例的用于检测包括多个串联电气耦合的光伏面板的光伏串中的并联电弧的另一种方法。
[0057]图29示出了根据实施例的用于检测包括多个并联电气耦合串的光伏系统中的电弧的方法。
[0058]图30示出了根据实施例的用于检测包括多个串联电气耦合的储能组件的储能系统中的串联电弧的方法。
[0059]图31示出了根据实施例的用于检测包括多个串联电气耦合的储能组件的储能系统中的并联电弧的方法。
[0060]图32示出了根据实施例的用于检测包括多个串联电气耦合的储能组件的储能系统中的并联电弧的另一种方法。
[0061]图33示出了根据实施例的用于检测包括多个并联电气耦合的储能串的储能系统中的电弧的方法。
[0062]图34示出了根据实施例的类似于图21的储能系统，但具有包括调压器的储能组件。
【具体实施方式】
[0063] 申请人:已经开发出根据电压偏差和/或根据电流偏差来检测电弧的光伏面板以及关联的系统和方法。可以利用比FFT处理或类似信号分解技术通常所需更少的计算资源来检测这样的电压和电流偏差。因此，可能利用比常规电弧检测技术更少的计算资源来实施本文公开的电弧检测技术，由此促进了简单性、低成本和可靠性。
[0064]图4不出了具有电弧检测能力的光伏面板400。光伏面板400包括N个光伏组件402，其中N是大于一的整数。每个光伏组件402包括电气耦合至输出端口 406的光伏器件404。每个光伏器件404包括串联和/或并联电气耦合的一个或多个光伏电池(未示出)。光伏组件402串联电气耦合于光伏面板400的正电源轨408和负电源轨410之间。光伏面板400还包括面板输出端口 412，其具有分别电气耦合至正电源轨408和负电源轨410的正输出端子414和负输出端子416。
[0065]每个光伏组件402还包括组件电压感测子系统418和组件电流感测子系统420。每个组件电压感测子系统418产生表示其相应光伏组件402的输出端口 406两端的电压Va的信号Vas，每个组件电流感测子系统420产生表示流经其相应光伏组件402的电流Ia，或者换言之，表不光伏组件和电气稱合至输出端口 406的外部电路之间流动的电流的信号Ias。例如，组件电压感测子系统418(1)产生表示光伏组件402(1)两端的电压Va(I)的信号Vas(I),组件电压感测子系统418 (2)产生表示光伏组件402 (2)两端的电压Va(2)的信号Vas (2)。类似地，组件电流感测子系统420(1)产生表示流经光伏组件402 (I)的电流Ia(I)的信号Ias(I),组件电流感测子系统420 (2)产生表示流经光伏组件402 (2)的电流Ia(2)的信号Ias⑵。
[0066]光伏面板400还包括面板管理器422,其包括面板电压感测子系统424、面板电流感测子系统426和面板电弧检测子系统428。面板电压感测子系统424产生表示跨电源轨408,410的面板电压Vp的信号Vps。在这一实施例中，面板电压Vp与跨面板输出端口 412的面板输出电压vp。相同，因此信号Vps表不面板输出电压Vp。和面板电压Vp。面板电流感测子系统426产生表不在光伏组件402和其他电路之间流动的面板电流Ip的信号Ips。在这一实施例中，面板电流Ip与流经面板输出端口 412的面板输出电流Ip。相同，因此信号Ips表示面板输出电流Itjp和面板电流Ip。面板管理器422任选地还包括适用于向外部装置传送信息，例如信号Vps和/或Ips的遥测子系统430，在多个光伏面板400实例串联电气耦合以形成光伏面板串的应用中，外部装置例如是串管理器。
[0067]预计信号Vas、Ias、Vps和Ips通常将是数字信号，以便于信号传输和处理。不过，Vas、Ias>vps和Ips中的一个或多个可以替代地是模拟信号而不脱离本文范围。信号Vas和Ias经由通信网络432通信耦合到面板管理器422，通信网络例如是串行通信网络、并行总线通信网络、无线通信网络或电力线通信网络。
[0068]面板电弧检测子系统428处理信号Vas、Ias, Vps和Ips以从面板之内的电压或电流偏差检测光伏面板400中的串联或并联电弧。在正常状态下，在给定时间，跨所有光伏组件402的电压Va之和将基本等于面板电压Vp。不过，由于跨串联电弧的电压降，光伏面板400之内的串联电弧将导致面板电压Vp低于所有光伏组件电压Va之和。
[0069]例如，考虑图5，图5示出了跨过光伏组件402 (I)和402 (2)之间产生的开路504发生串联电弧502的光伏面板400的范例。假设每个光伏组件402正在产生30伏的电压Va，且跨过串联电弧502下降了 40伏。在这种情况下，跨光伏组件402的所有电压Va之和Vsum如下:
[0070]Vsum = 30N(方程 I)
[0071]不过，跨串联电弧502的电压将从面板电压Vp减去，从而面板电压如下:
[0072]Vp = 30N-40 (方程 2)
[0073]于是，由于串联电弧502的原因，Vp比Vsum小40伏。
[0074]因此，面板电弧检测子系统428从给定时间面板电压Vp与所有组件电压Va之和之间的偏差检测光伏面板400之内的串联电弧。具体而言，面板电弧检测子系统428在方程3成立时检测到光伏面板400之内的串联电弧:
[0075][Zn=I Vas (η) — Vps] > Vth(方程 3)
[0076]Vth是选择来实现电弧检测灵敏度和对误电弧检测的抗扰性之间期望折衷的正阈值。如果从方程3省去Vth，串联电气耦合光伏组件402的导体两端的寄生电压降或较小的电压测量误差会导致电弧的误检测。
[0077]在正常状态下，在给定时间，流经光伏面板400的串联部分的电流值将是相同的。不过，光伏面板400之内的并联电弧将导致流经光伏面板不同串联连接部分之间的电流有偏差。例如，考虑图6，图6示出了在节点604和负电源轨410之间发生并联电弧602的光伏面板400的范例。由于并联电弧602的原因，流经光伏组件402 (N)的电流Ia(N)的大小将与面板电流Ip不同。
[0078]面板电弧检测子系统428从给定时间流经光伏面板不同串联连接部分中的电流之间的偏差，例如两个不同光伏组件402的组件电流Ia之间的偏差或所选的光伏组件402的面板电流Ip和组件电流Ia之间的偏差，检测光伏面板400之内的并联电弧。例如，在一些实施例中，面板电弧检测子系统428在方程4成立时检测到面板400之内的并联电弧，其中X是从I到N的整数:
[0079]Ips-1as(X) I > Ith (方程 4)
[0080]在其他实施例中，面板电弧检测子系统428在方程5成立时检测到面板400之内的并联电弧，其中X和y均为从I到N的整数，X不等于y:
[0081]Ias(x)-1as (y) I > Ith (方程 5)
[0082]在方程4和5中，Ith都是选择来实现电弧检测灵敏度和对误电弧检测的抗扰性之间期望折衷的正阈值。如果从方程省去Ith，较小的电流测量误差会导致并联电弧的误检测。任选地，在评估方程5的实施例中省去面板电流感测子系统426，因为面板电流信号IpsF是方程5的参数。
[0083]在一些实施例中，面板电弧检测子系统428能够在给定时间仅评估方程4或5的一个。在这些实施例中，面板电弧检测子系统428改变X或X和y的值(如果适当的话)，从而为并联电弧检测选择光伏面板400的不同部分。例如，在实施方程4的一些实施例中，从I到N通过所有整数步进地重复X，利用X等于I评估方程4，然后利用X等于2，等等。作为另一范例，在实施方程5的一些实施例中，从I到N通过所有整数重复步进X和y的每个，但使得X不等于I。例如，在实施方程5的具体实施例中，利用X等于I且y等于2评估方程，然后利用X等于2, y等于3,等等。
[0084]在一些其他实施例中，面板电弧检测子系统428能够在给定时间评估方程4或方程5的几个实例，由此可能加快并联电弧的检测。在给定时间评估多个方程4实例的实施例中，每个实例具有不同的X值。在给定时间评估多个方程5实例的实施例中，每个实例具有不同的X和y值的组合。
[0085]为了准确检测电弧，必须要在同一时间感测方程3-5的每个的参数。例如，方程3的信号Vas和Vps必须要代表同一时间感测的电压，以准确检测串联电弧。因此，面板管理器422任选地还包括同步子系统434，能够对信号Vas、Ias、Vps和Ips的产生进行同步。在一些实施例中，同步子系统434独立工作，而在其他实施例中，同步子系统434至少部分被外部信号控制，外部信号例如是由结合了光伏面板400的系统产生的外部时钟信号。
[0086]在一些备选实施例中，面板电压感测子系统424、面板电流感测子系统426、面板电弧检测子系统428、遥测子系统430和/或同步子系统434的部分或全部与面板管理器422独立。此外，在某些其他替代实施例中，省去了面板管理器422，面板电压感测子系统424、面板电流感测子系统426、面板电弧检测子系统428、遥测子系统430和同步子系统434是独立的子系统或光伏面板400其他子系统的一部分。
[0087]图7示出了面板电弧检测子系统700，这是面板电弧检测子系统428 (图4)的一种可能实施方式。面板电弧检测子系统700包括求和模块702、减法模块704和比较模块706，它们通过评估方程3 —起来检测光伏面板400之内的串联电弧。具体而言，求和模块702产生表不所有组件电压信号Vas之和的总电压信号Vts。于是,总电压信号Vts代表光伏组件402两端所有电压Va之和。减法模块704产生表示总电压信号Vts和面板电压信号Vps之间差异的电压差信号Vds。于是，电压差信号Vds表示面板电压Vp和光伏组件402两端所有电压Va之和之间的偏差。如上所述，面板电压Vp在给定时间应当基本等于所有组件电压Va之和。于是，电压差信号VdS应当一般非常小。不过，对于串联电弧的情况，面板电压Vp将小于所有组件电压之和，电压差信号Vds将具有很大的值。
[0088]比较模块706确定电压差信号Vds是否超过阈值Vth，如果是，比较模块706断定代表串联电弧的信号ARC1。否则，面板电弧检测子系统700继续监测光伏面板400，查看是否有串联电弧。
[0089]面板电弧检测子系统700还包括开关模块708、减法模块710和比较模块712，它们通过评估方程4 一起检测并联电弧。开关模块708选择N个组件电流信号Ias之一以通信耦合到减法模块710，由此选择一个光伏组件402进行监测。于是，开关模块708有效地选择了方程4中的X值。开关模块708时常改变哪个组件电流信号Ias耦合到减法模块710，由此有效地改变方程4中的X值。例如，在一些实施例中，开关模块708相继将组件电流信号Ias(I)、Ias(2)、Ias(3)等耦合到减法模块710，然后重复该序列，使得X有效地从I到2、到3等等步进。
[0090]减法模块710产生表示由开关模块708选择的组件电流信号Ias和面板电流信号Ips之间的差异的电流差信号Ids。如上所述，在正常情况下通过光伏面板400所有串联连接部分的电流将是相同的，因此在正常情况下电流差信号Ids的大小实质上为零。不过，影响流经所选的光伏组件402的电流的并联电弧将导致所选的的组件电流信号Ias不同于面板电流信号Ips，由此令电流差信号Ids具有很大的量值。
[0091]比较模块712确定电流差信号Ids是否超过阈值Ith，如果是，比较模块712断定表示并联电弧的信号ARC2。否则，面板电弧检测子系统700继续监测光伏面板400，查看是否有并联电弧。
[0092]面板电弧检测子系统700的一些替代实施例包括开关模块708、减法模块710和比较模块712的额外实例，使得电弧检测子系统700能够评估给定时间方程4的其他实例，由此可能加快并联电弧的检测。此外，特定的替代实施例包括N个减法模块710和N个比较模块712，由此允许同时评估方程4的N个实例并消除对开关模块708的需求。
[0093]面板电弧检测子系统700的模块702-712可以由电子线路实现，例如在信号Vas、Ias>vps和Ips是数字信号时的数字电子线路，或例如在信号Vas、Ias、VpS和Ips是模拟信号时的模拟电子线路。此外，在一些实施例中，面板电弧检测子系统700还包括处理器714和存储器716，其中处理器714通过执行存储器716中存储的软件或固件形式的指令718，实施至少一些模块702-712。在一些实施例中，信号ARCl和ARC2被组合成表示串联或并联电弧的单个信号。
[0094]图8示出了面板电弧检测子系统800，这是面板电弧检测子系统428 (图4)的另一种可能实施方式。面板电弧检测子系统800类似于图7的面板电弧检测子系统700，但面板电弧检测子系统800适用于评估方程5，而非方程4，以检测并联电弧。面板电弧检测子系统800包括额外的开关模块802，将组件电流信号Ias通信耦合到减法模块710。开关模块708、802共同选择两个不同的组件电流信号Ias，由减法模块710比较，由此选择两个不同的光伏组件402以在给定时间进行监测。于是，开关模块708、802分别为方程5有效选择X值和y值。开关模块708，802时常改变将哪些组件电流信号Ias耦合到减法模块710，由此有效地改变方程5中X和y的值。例如，在一些实施例中，开关模块708将组件电流信号Ias(m)通信耦合到减法模块710，开关模块802将组件电流信号Ias (m+1)通信耦合到减法模块710，其中将m反复步进通过从I到N-1的所有整数。
[0095]在一些备选实施例中，面板电弧检测子系统428仅能够检测串联电弧或并联电弧，而不是串联电弧和并联电弧都检测。例如，在面板电弧检测子系统700的一些没有并联电弧检测能力的替代实施例中省略了模块708-712。作为另一范例，在没有串联电弧检测能力的面板电弧检测子系统700的一些替代实施例中省略了模块702-706。
[0096]在一些实施例中，光伏面板400还包括面板隔离开关436和/或面板短接开关438。尽管开关436，438被示为面板管理器422的一部分，但这些开关中的一个或多个可以与面板管理器422独立而不脱离其范围。面板隔离开关436与光伏组件402串联电气耦合，在正常工作状态期间是闭合的。响应于面板电弧检测子系统428在光伏面板400中检测到电弧，面板隔离开关436打开以熄灭电弧。不过，面板隔离开关436打开将仅熄灭光伏面板400中的串联电弧。因此，在如图7或图8所示实现面板电弧检测子系统428的一些实施例中，面板隔离开关436响应于断言表示串联电弧的信号ARCl而打开。面板隔离开关436必须能够经受得起跨电源轨408，410的可能最大电压。此外，面板隔离开关436应当具有低的导通电阻，以防止正常工作状态期间隔离开关中功率消耗过大。
[0097]面板短接开关438跨电源轨408、410电气耦合，在正常工作状态期间开关是打开的。响应于面板电弧检测子系统428检测到光伏面板400中的电弧，面板短接开关438闭合以熄灭电弧。面板短接开关438有利地能够熄灭并联和串联电弧两者。因此，在如图7或图8所示实现面板电弧检测子系统428的一些实施例中，面板短接开关438响应于断言表示串联电弧的信号ARCl或表示并联电弧的信号ARC2而闭合。此外，使用面板短接开关438熄灭电弧不会中断流经与光伏面板400串联电气耦合的其他器件的电流。于是，并入面板短接开关438在光伏面板400是光伏器件串联串一部分的应用中可能特别有利，这样使得串电流能够继续流经光伏面板400，而熄灭面板之内的电弧。面板短接开关438必须能够经得起跨电源轨408，410的最大电压，面板短接开关438也必须能够经得起光伏组件402的短路电流。在光伏面板400要与其他电源，例如其他光伏面板串联电气耦合的实施例中，面板短接开关438必须能够经得起预计会通过光伏面板400的最大旁路电流。
[0098]在面板管理器422包括遥测子系统430的一些实施例中，遥测子系统适用于响应于检测到电弧而向外部系统发送信号。例如，在如图7或图8所示实现面板电弧检测子系统428的一些实施例中，遥测子系统430分别响应于信号ARCl或ARC2的断定，通知外部子系统已经发生了串联或并联电弧。
[0099]图9示出了组件电压感测子系统900，这是图4的组件电压感测子系统418的一种可能实施方式。组件电压感测子系统900包括放大器902和模拟数字变换器(ADC) 904。放大器902放大输出端口 406两端的电压Va，放大器902的模拟输出906被ADC904数字化以产生数字格式的组件电压信号Vas。低通滤波器908任选地电气耦合至放大器902的输入，以帮助从组件电压信号消除交流分量。尽管低通滤波器908被示为单极电阻电容性(RC)滤波器，但低通滤波器908可以采取其他形式而不脱离其范围。
[0100]图10示出了组件电流感测子系统1000，这是图4的组件电流感测子系统420的一种可能实施方式。组件电流感测子系统1000包括电流感测电阻器1002、放大器1004和ADC1006。电流感测电阻器1002与光伏器件404串联电气耦合，使得组件电流Ia流经电流感测电阻器1002。电流感测电阻器1002具有小的电阻值，例如几个毫欧，以使电阻器中的功率消耗最小化。放大器1004放大电流感测电阻器1002两端间的电压，ADC1006对放大器1004的模拟输出1008进行数字化，以产生数字格式的组件电流信号las。低通滤波器1010任选地电气耦合至放大器1004的输入，以帮助从组件电流信号消除交流分量。尽管低通滤波器1010被示为单极RC滤波器，但低通滤波器1010可以采取其他形式而不脱离其范围。
[0101]可以修改光伏面板400以具有面板级的最大功率点跟踪(MPPT)能力、光伏组件级的MPPT能力和/或逆变能力。例如，图11示出了光伏面板1100，其类似于图4的光伏面板400，但还包括电气耦合于光伏组件402和面板输出端口 412之间的面板级MPPT变换器1102。图11中省略了光伏组件402和面板管理器422的细节，以促进例示的清晰性。MPPT变换器1102调节其由光伏组件402看到的输入阻抗Zin，使得光伏组件402基本工作于其集体最大功率点。尽管面板管理器422被示为电气耦合至MPPT变换器1102的输入1104，但面板管理器422可以替代地电气耦合至MPPT变换器1102的输出1106。在一些实施例中，在MPPT变换器1102之内实现面板管理器422 —些或全部。由于包括了 MPPT变换器1102，所以面板电压Vp与面板输出电压Vp。不同，面板电流Ip与面板输出电流Ip。不同。因此，一些实施例额外包括用于产生表不面板输出电压Vp。的信号的子系统(未不出)和/或用于产生表不面板输出电流Ip。的信号的子系统(未不出)。例如，使用面板输出电压信号和面板输出电流信号以在多个光伏面板1100实例串联耦合以形成光伏串的应用中进行串级电弧检测，例如下文结合图16所述。
[0102]作为另一范例，图12示出了光伏面板1200，类似于光伏面板400，但是还包括电气耦合于光伏组件402和面板输出端口 412之间的微型逆变器1202。图12中省略了光伏组件402和面板管理器422的细节，以促进例示的清晰性。微型逆变器1202将光伏组件402产生的直流(DC)电转变成交流电，例如用于为建筑电力负载和/或交流电网供电。微型逆变器1202任选地还具有MPPT能力，其中微型逆变器1202调节其由光伏组件402看到的输入阻抗Zin，使得光伏组件402基本工作于其集体最大功率点。在一些实施例中，在微型逆变器1202之内实现面板管理器422—些或全部。由于包括了逆变器1202，所以面板电压Vp与面板输出电压vp。不同,面板电流Ip与面板输出电流Ip。不同。
[0103]图13示出了包括光伏组件级MPPT的光伏面板1300。光伏面板1300类似于图4的光伏面板400，但光伏面板1300包括光伏组件1302而非光伏组件402。图13中省略了面板管理器422细节以促进例示的清晰性。光伏组件1302是相似的光伏组件402，但还包括电气耦合于光伏器件404和输出端口 406之间的MPPT变换器1304。每个MPPT变换器1304调节其输入阻抗，使其相应的光伏器件404都基本工作于其最大功率点处。如图所示，任选地在MPPT变换器1304之内实现组件电压感测子系统418和/或组件电流感测子系统420。光伏面板1300任选地还包括面板级MPPT变换器或微型逆变器(未示出)，例如类似于图11的MPPT变换器1102或图12的微型逆变器1202。
[0104]面板电弧检测子系统428能够检测MPPT变换器1304输出侧1306上的电弧。不过，MPPT变换器1304阻止了面板电弧检测子系统428检测MPPT变换器1304输入侧1308上的电弧。因此，在一些实施例中，光伏器件404具有充分低的最大开路额定电压，例如低于80伏，从而在适用的安全标准下不需要电弧检测。此外，在一些实施例中，光伏器件404具有低于在MPPT变换器1304输入侧1308上维持电弧所需的最小电压的最大开路额定电压。例如，在某些实施例中，光伏器件404包括至少一个，但不超过24个串联电气耦合的光伏电池，使得光伏器件404的最大开路电压为18伏或更低。将开路电压限制到大约18伏的最大值实质上消除了典型光伏面板应用中MPPT变换器1304输入侧1308上电弧的可能性，因为测试表明，需要大约43伏来维持0.0625英寸电极间隙两端的电弧。
[0105]图14示出了光伏组件1400，这是图13的光伏组件1302的一种可能实施方式。光伏组件1400包括光伏器件1402、输出端口 1404和电气耦合于光伏器件1402和输出端口1404之间的MPPT变换器1406。每个光伏器件1402包括串联和/或并联电气耦合的一个或多个光伏电池。
[0106]MPPT变换器1406包括跨过光伏器件1402串联电气耦合的控制开关器件1408和续流开关器件1410。开关器件1408、1410在开关节点Vx处电气耦合在一起。每个开关器件1408，1410例如包括一个或多个晶体管。在一些实施例中，续流开关器件1410由二极管补充或替代。电感器1412电气耦合于开关节点Vx和输出端口 1404之间，电容器1414电气耦合于输出端口 1404两端。开关器件1408，1410，电感器1412和电容器1414 一起形成降压变换器，在开关控制子系统1416和MPPT子系统1418的控制下工作。
[0107]MPPT变换器1406还包括电压感测子系统1420和电流感测子系统1422。电压感测子系统1420包括在输出端口 1404两端电气耦合的电阻器1424和电容器1426，以形成低通R-C滤波器。电容器1426两端间的电压被放大器1428放大，放大器1428的模拟输出1430被ADC1432进行数字化。ADC1432从模拟输出1430产生数字格式的组件电压信号Vas0组件电压信号被通信耦合到面板电弧检测子系统428和MPPT子系统1418。MPPT子系统1418使用组件电压信号确定输出功率，如下所述。于是，电压感测子系统1420支持光伏组件MPPT和光伏面板电弧检测两者。在一些备选实施例中，电阻器1424和电容器1426形成的低通RC滤波器被替代低通滤波器替代。
[0108]电流感测子系统1422包括重构器电路1434，其产生表示流经MPPT变换器1406的电流IL的信号1436。在一些实施例中，重构器电路1434采用授予Stratakos等人的美国专利6160441和6445244中一个或多个公开的系统和方法，以基于流经开关器件1408、1410的电流产生电流信号1436，在此通过引用将每个专利并入本文。低通滤波器1438产生经滤波的信号1440，其被ADC1442数字化以产生组件电流信号Ias。组件电流信号表示电流IL的直流值。组件电流信号被通信耦合到面板电弧检测子系统428和MPPT子系统1418。MPPT子系统1418使用组件电流信号确定输出功率，如下所述。于是，电流感测子系统1422支持MPPT和光伏面板电弧检测两者。
[0109]开关控制子系统1416在MPPT子系统1418的控制下控制开关器件1408，1410的开关，以基本使光伏器件1402产生的功率最大化。具体而言，MPPT子系统1418从组件电压和组件电流信号之积确定光伏组件的输出功率，MPPT子系统1418令开关控制子系统1416调节控制开关器件1408的占空比以控制MPPT变换器1406的输入阻抗，使输出端口 1404的功率输出最大化。
[0110]在一些备选实施例中，修改电压感测子系统1420以感测开关节点Vx处的电压而不是输出端口 1404两端的电压。尽管开关节点Vx处的电压具有大的交流分量，但电阻器1424和电容器1426形成的低通滤波器基本消除了交流分量，使得实质上仅保留了直流分量。开关节点Vx处电压的直流分量实质上与输出端口 1404两端间的电压相同，因此组件电压信号代表输出端口 1404两端间的电压。
[0111]图15示出了光伏组件1500，这是图13的光伏组件1302的另一种可能实施方式。光伏组件1500类似于图14的光伏组件1400，但省略了电感器1412和电容器1414。MPPT变换器1506依赖于光伏组件1500外部的电感和电容而非电感器1412和电容器1414。例如，在一些应用中，多个光伏组件1500的实例共享公共输出电感和输出电容。公共输出电感包括例如包括输出端口 1404的电路的互连电感。尽管输出端口 1404两端间的电压将在光伏组件1500中具有大的交流分量，但电阻器1424和电容器1426在放大器1428放大之前基本消除了交流分量，使得组件电压信号代表输出端口 1404电压的直流分量。
[0112]上文公开的电弧检测技术也可应用于光伏器件串。例如，图16示出了具有电弧检测能力的光伏串1600。光伏串1600包括M个串联电气耦合于正串电源轨1603和负串电源轨1605之间的光伏面板400 (图4)，其中M是大于I的整数。光伏串1600还包括面板输出端口 1607，面板输出端口具有分别电气耦合至正串电源轨1603和负串电源轨1605的正输出端子1609和负输出端子1611。图16中未示出光伏面板400的细节，以促进例示的清晰。光伏串1600还包括串管理器1602，其类似于面板管理器422。具体而言，串管理器1602包括串电压感测子系统1604、串电流感测子系统1606、串电弧检测子系统1608、人选的遥测子系统1610和人选的同步子系统1612。串电压感测子系统1604产生表示串电源轨1603、1605间串电压的串电压信号乂&。串电流感测子系统1606产生表示流经光伏面板400和其他电路之间的电流Ist的串电流信号Ists。在这一实施例中，串电压Vst与串输出端口 1607两端的串输出电压Vsto相同，信号Vsts因此表示串输出电压Vst。和串电压Vst。串电流1st与流经输出端口 1607的串输出电流Isto相同，信号Ists因此表示串输出电流Isto以及串电流Ist。任选的同步子系统1612同步信号Vsts和Ists的产生，在一些实施例中，同步子系统1612与光伏面板400 (图4)的同步子系统434合作，同步信号Vsts和Ists的产生与信号Vps和Ips的产生。
[0113]通信网络1613将来自光伏面板400的信号Vps和Ips通信耦合到串管理器1602。在一些实施例中，通信网络1613包括将来自光伏面板400的每个信号Vps和Ips通信耦合到串管理器1602的专用电或光导体。在一些其他实施例中，例如在串管理器1602远离光伏面板400时,通信网络1613包括促进在很大距离上传输多个信号的系统,例如基于RS485标准的无线网络或有线网络。可能的无线网络的一些范例包括，但不限于基于IEEE802.15.4标准的无线网络和蜂窝电话网络。
[0114]串电弧检测子系统1608以类似于面板电弧检测子系统428如何检测光伏面板400之内电弧的方式检测串1600之内的电弧。具体而言，串电弧检测子系统1608从串电压Vst和所有面板输出电压\。之和之间的偏差检测光伏串1600之内的串联电弧。例如，在一些实施例中，串电弧检测子系统1608在方程6成立时检测到串1600之内的串联电弧，其中Vthst是选择来实现电弧检测灵敏度和对误电弧检测抗扰性之间期望折衷的正阈值:
[0115][Ση=1 vPS O) - Vsts ] > Vthst (EQN.6)
[0116]串电弧检测子系统1608从给定时间串不同部分之间流动的电流偏差，例如流经两个不同光伏面板400的电流间的偏差或流经所选的光伏面板400和流经光伏面板和其他电路之间的电流之间的偏差,检测光伏串1600之内的并联电弧。例如，在一些实施例中，串电弧检测子系统1608在方程7成立时检测到光伏串1600之内的并联电弧，其中X是从I到M的整数:
[0117]I Ists-1ps (X) I > Ithst (方程 7)
[0118]在其他实施例中，串电弧检测子系统1608在方程8成立时检测到串1600之内的并联电弧，其中X和y均为从I到M的整数，X不等于y:
[0119]I Ips (X)-1ps (y) I > Ithst(方程 8)
[0120]在方程7和8中，Ithst都是选择来实现电弧检测灵敏度和对误电弧检测抗扰性之间期望折衷的正阈值。在评估方程8的实施例中任选地省略了串电流感测子系统1606，因为面板电流信号Ists不是方程8的参数。
[0121]在一些实施例中，串电弧检测子系统1608能够在给定时间仅评估方程7或8的一个实例。在这些实施例中，串电弧检测子系统1608改变X的值或X和y的值(如果适用的话)，从而为并联电弧检测选择串1600的不同部分。在一些其它实施例中，串电弧检测子系统1608能够在给定时间评估方程7或8的几个实例，由此可能加快检测并联电弧。在给定时间评估多个方程7实例的实施例中，每个实例具有不同的X值。在给定时间评估多个方程8实例的实施例中，每个实例具有不同的X和I值的组合。
[0122]在一些备选实施例中，串电压感测子系统1604、串电流感测子系统1606、串电弧检测子系统1608、遥测子系统1610和/或同步子系统1612的部分或全部与串管理器1602独立。此外，在某些其他替代实施例中，省去了串管理器1602，串电压感测子系统1604、串电流感测子系统1606、串电弧检测子系统1608、遥测子系统1610和同步子系统1612是独立的子系统或串1600其他子系统的一部分。
[0123]图17示出了串电弧检测子系统1700，这是串电弧检测子系统1608(图16)的一种可能实施方式。串电弧检测子系统1700类似于图7的串面板电弧检测子系统700，包括求和模块1702、减法模块1704和比较模块1706，它们通过评估方程6来检测光伏串1600之内的串联电弧。具体而言，求和模块1702产生表示所有面板电压信号Vps之和的总电压信号Vtts。减法模块1704产生表不总电压信号Vtts和串电压信号Vsts之间差异的电压差信号￥_。于是，电压差信号Vdds表示串电压Vst和所有面板电压Vp之和之间的偏差。串电压Vst应当基本等于给定时间所有面板电压Vp之和。于是，电压差信号Vdds将非常小，除非光伏串1600中有串联电弧。
[0124]比较模块1706确定电压差信号Vdds是否超过阈值Vths,如果是，比较模块1706断定表示光伏串1600中串联电弧的信号ARC3。否则，电弧检测子系统1700继续监测光伏串1600，查看是否有串联电弧。
[0125]串电弧检测子系统1700还包括开关模块1708、减法模块1710和比较模块1712，它们通过评估方程7 —起来检测光伏串1600中的并联电弧。开关模块1708选择M个面板电流信号Ips之一以通信耦合到减法模块1710，由此选择一个光伏面板400进行监测。于是，开关模块1708有效选择了方程7中的X值。开关模块1708时常改变将哪个面板电流信号Ips耦合到减法模块1710，由此有效地改变方程7中的X值。
[0126]减法模块1710产生表示由开关模块1708选择的面板电流信号Ips和串电流信号Ists之间差异的电流差信号Idds。流经光伏串1600所有部分的电流在正常工作状态下将是相同的，因此电流差信号Idds的大小在正常工作状态下将基本为零。不过，影响流经所选的光伏面板400的电流的并联电弧将导致所选的的面板电流信号Ips不同于串电流信号Ists，由此令电流差信号Idds具有很大的量值。
[0127]比较模块1712确定电流差信号Idds是否超过阈值Iths，如果是，比较模块1712断定表示光伏串1600中并联电弧的信号ARC4。否则，串电弧检测子系统1700继续监测光伏串1600，查看是否有并联电弧。
[0128]串电弧检测子系统1700的一些替代实施例包括开关模块1708、减法模块1710和比较模块1712的额外实例，使得串电弧检测子系统1700能够在给定时间评估方程7的额外实例，由此可能加快并联电弧的检测。此外，特定的替代实施例包括M个减法模块1710和M个比较模块1712，由此允许同时评估方程7的M个实例并消除对切换模块1708的需求。
[0129]串电弧检测子系统1700的模块1702-1712可以由电子线路实现，例如在信号Vps、Ips> Vsts和Ists是数字信号时的数字电子线路，或者在信号Vps、Ips、Vsts和Ists是模拟信号时的模拟电子线路。此外，在一些实施例中，串电弧检测子系统1700还包括处理器1714和存储器1716，其中处理器1714通过执行存储器1716中存储的软件或固件形式的指令1718来实现模块1702-1712中的至少一些。在一些实施例中，信号ARC3和ARC4被组合成表示光伏串1600中串联或并联电弧的单个信号。
[0130]图18示出了串电弧检测子系统1800，这是串电弧检测子系统1608(图16)的另一种可能实施方式。串电弧检测子系统1800类似于图17的串电弧检测子系统1700，但串电弧检测子系统1800适用于评估方程8而非方程7，以检测光伏串1600中的并联电弧。串电弧检测子系统1800包括额外的开关模块哪个，其将面板电流信号Ips通信耦合到减法模块1710。开关模块1708、1802 —起选择两个不同的面板电流信号Ips，供减法模块1710比较，由此选择两个不同的光伏面板400以在给定时间进行监测。于是，开关模块1708，1802分别为方程8有效选择了 X值和y值。开关模块1708，1802时常改变将哪个面板电流信号Ips耦合到减法模块1710，由此有效改变方程8中的X和y值。
[0131]在一些备选实施例中，串电弧检测子系统1608能够仅检测串联电弧或并联电弧，而不是串联和并联电弧两者。例如，在没有并联电弧检测能力的电弧检测子系统1700(图17)的一些替代实施例中，省去了模块1708-1712。作为另一范例，在没有串联电弧检测能力的电弧检测子系统1700的一些替代实施例中，省去了模块1702-1706。
[0132]在一些实施例中，光伏串1600还包括串隔离开关1614和/或串短接开关1616。尽管开关1614、1616被示为串管理器1602的一部分，但这些开关中的一个或多个可以与串管理器1602独立而不脱离其范围。串隔离开关1614与光伏面板400串联电气耦合并在正常工作状态期间闭合。响应于串电弧检测子系统1608检测到光伏串1600中的电弧，串隔离开关1614打开，以熄灭电弧。不过，打开串隔离开关1614将仅熄灭光伏串1600中的串联电弧。因此，在如图17或图18所示实现串电弧检测子系统1608的一些实施例中，串隔离开关1614响应于断言表示光伏串1600中串联电弧的信号ARC3而打开。串隔离开关1614必须能够经得起跨光伏串1600的最大可能电压。此外，串隔离开关1614应当具有低的导通电阻，以防止在正常工作状态期间隔离开关中功率消耗过大。
[0133]串短接开关1616电气耦合于电源轨1603、1605之间并在正常工作状态期间打开。响应于串电弧检测子系统1608检测到光伏串1600中的电弧，串短接开关1616闭合，以熄灭电弧。串短接开关1616有利地能够媳灭光伏串1600中的并联和串联电弧两者。因此，在如图17或图18所示实现串电弧检测子系统1608的一些实施例中，串短接开关1616响应于断言表示光伏串1600中串联电弧的信号ARC3或表示光伏串1600中并联电弧的信号ARC4而打开。串短接开关1616必须能够经得起跨光伏串1600的最大电压，串短接开关1616必须还能够经得起光伏面板400的最高短路电流。
[0134]在串管理器1602包括遥测子系统1610的一些实施例中，遥测子系统适用于响应于串电弧检测子系统1608检测到电弧而通知外部系统。例如，在如图17或图18实现串电弧检测子系统1608的一些实施例中，遥测子系统1610分别响应于断言信号ARC3和ARC4而通知外部子系统已经发生了串联或并联电弧。
[0135]在一些备选实施例中，利用不同类型的光伏面板替代光伏串1600的一个或多个光伏面板400，它们可以具有或没有面板级电弧检测能力。在任何情况下，光伏串1600的每个光伏面板都必须能够产生表示面板输出端口两端电压的相应信号，供串电弧检测子系统1608检测光伏串1600中的串联电弧。此外，光伏串1600的每个光伏面板都必须能够产生表示流经面板输出端口的电流的相应信号，使串电弧检测子系统1608能够充分监测光伏串1600以发现并联电弧。
[0136]可以修改串1600以包括串级MPPT变换器(未示出)，例如类似于MPPT变换器1102(图11)，将多个光伏面板400电气耦合到串输出端口 1607而不脱离其范围。在这种情况下，由于包括MPPT变换器，串电压Vst未必与串输出电压Vst。相同，串电流Ist未必与串输出电流Ist。相同。此外，可以修改串1600以包括串级MPPT逆变器(未示出)，例如类似于逆变器1202(图12)，将多个光伏面板400电气耦合到串输出端口 1607而不脱离其范围。在这种情况下，由于包括逆变器，串电压Vst会与串输出电压Vst。不同，串电流Ist会与串输出电流Isto不同。
[0137]上文公开的并联电弧检测技术也可以应用于包括多个并联电气耦合的串的光伏系统。例如，图19示出了具有系统级并联电弧检测能力且包括N个并联电气耦合的串1600(图16)的光伏系统1900，其中N是大于I的整数。光伏系统1900还包括组合的电流感测子系统1902、系统级电弧检测子系统1904和任选的同步子系统1905。组合的电流感测子系统1902产生表示所有并联耦合串1600和其他电路(未示出)之间流动的组合电流I。的组合电流信号1。3。同步子系统1905使组合电流信号1。3和串电流信号Ists的产生同止/J/ O
[0138]在正常工作状态下，所有串输出电流Ist。之和应当与组合电流I。相同。对于系统1900中的并联电弧而言，组合电流I。将与所有串输出电流Ist。之和不同。因此，系统级电弧检测子系统1904从所有串输出电流Isto之和与组合电流I。之间的偏差检测光伏系统1900之内的并联电弧。例如，在一些实施例中，系统级电弧检测子系统1904在方程9成立时检测到并联电弧，其中Ithy是选择来实现电弧检测灵敏度和对误电弧检测抗扰性之间期望折衷的正阈值:
[0139]I Ics — Ση=11StS 001 > hhy (方程 9)
[0140]图20示出了系统级电弧检测子系统2000，这是系统级电弧检测子系统1904(图19)的一种可能实施方式。系统级电弧检测子系统2000包括求和模块2002、减法模块2004和比较模块2006，它们一起通过评估方程9来检测光伏系统1900之内的并联电弧。具体而言，求和模块2002产生表示所有串电流信号Ists之和的总电流信号Itys。减法模块2004广生表不总电流/[目号Itys和组合电流/[目号Ies之间差异的电流差/[目号Idys。于是，电流差/[目号Idys表不组合电流Ies和所有串电流Ist之和之间的偏差。电流差/[目号Idys将非常小，除非光伏系统1900中有并联电弧。
[0141]比较模块2006确定电流差信号Idys是否超过阈值Ithy,如果是，比较模块2006断言表示光伏系统1900中并联电弧的信号ARC5。否则，系统级电弧检测子系统2000继续监测光伏系统1900以发现并联电弧。
[0142]系统级电弧检测子系统2000的模块2002-2006可以由电子线路实现，例如在信号Ists和1。3是数字信号时的数字电子线路，或者在信号Ists和1。3是模拟信号时的模拟电子线路。此外，在一些实施例中，系统级电弧检测子系统2000还包括处理器2008和存储器2010，其中处理器2008通过执行存储器2010中存储的软件或固件形式的指令2012来实现模块2002-2006中的至少一些。
[0143]光伏系统1900任选地还包括与串1600并联电气耦合的系统短接开关1906。系统短接开关1906是常开的。不过，系统短接开关1906响应于系统级电弧检测子系统1904检测到光伏系统1900中的并联电弧而闭合。例如，在如图20所示实现系统级电弧检测子系统1904的实施例中，系统短接开关1906响应于断言表示光伏系统1900之内并联电弧的信号ARC5而闭合。系统短接开关1906必须能够经得起跨光伏串1600的最大电压以及由光伏串1600产生的最大短路电流。尽管信号Ists和1。3被示为经由专用通信链路通信耦合到系统级电弧检测子系统1904，但一个或多个这些信号可以通过其他方式通信耦合到系统级电弧检测子系统1904。例如，在一些实施例中，基于RS485标准经由无线网络或有线网络通信耦合这些信号。可能的无线网络的一些范例包括，但不限于基于IEEE802.15.4标准的无线网络和蜂窝电话网络。
[0144]光伏系统1900具有多级电弧检测。首先，系统级电弧检测子系统1904检测光伏系统1900中的并联电弧。其次，光伏串1600具有串级电弧检测能力，如上文结合图16所述。第三，每个光伏串1600的每个光伏面板400都具有面板级电弧检测能力，如上文结合图4所述。不过，在一些替代实施例中，利用可以具有或没有电弧检测能力的不同光伏串替代光伏串1600。在任何情况下，光伏系统1900的每个光伏串都必须能够产生表示流经串输出端口的电流的相应信号，以使系统级电弧检测子系统1904能够检测光伏系统1900中的并联电弧。在光伏系统1900的一些替代实施例中，还可以利用可以有或没有电弧检测能力的替代光伏面板替代光伏串1600的光伏面板400。
[0145]上文公开的电弧检测技术不限于光伏应用，而是可以应用于包括多个串联电气耦合的能量产生装置或储能装置的其他系统。例如，图21示出了包括N个串联电气耦合于正电源轨2104和负电源轨2106之间的储能组件2102的储能系统2100，其中N是大于I的整数。包括正输出端子2110和负输出端子2112的输出端口 2108电气耦合于电源轨2104、2106之间，其中正输出端子2110电气耦合至正电源轨2104，负输出端子2112电气耦合至负电源轨2106。
[0146]每个储能组件2102包括电气耦合至输出端口 2116的储能装置2114。储能装置2114例如是一个或多个串联和/或并联电气耦合的电池单元、电容器和/或燃料电池。每个储能组件2102还包括组件电压感测子系统2118和组件电流感测子系统2120。每个组件电压感测子系统2118产生表示其相应储能组件2102输出端口 2116两端电压Vea的信号Veas0例如，组件电压感测子系统2118(1)产生表示存储组件2102 (I)两端电压Vea(I)的信号Vms(I)。每个组件电流感测子系统2120产生表示流经其相应存储组件2102的电流的信号Ieas。例如，组件电流Iea感测子系统2120产生表示流经储能组件2102 (I)的电流Iea(I)的信号UD。
[0147]储能系统2100还包括系统级电压感测子系统2122、系统级电流感测子系统2124和电弧检测子系统2126。系统级电压感测子系统2122产生表示电源轨2014,2106两端系统电压Ves的系统电压信号Veisst5在这一实施例中，系统电压Ves与输出端口 2108两端的系统输出电压相同，因此信号表示系统输出电压V_和系统电压Ves。系统级电流感测子系统2124产生表示储能系统2100和额外电路(未示出)之间流动的电流Ies的系统电流信号1_。在这一实施例中，系统电流Ies与流经输出端口 2108的系统输出电流相同，信号less因此表不系统输出电流Iestj和系统电流Ieistj
[0148]电弧检测子系统2126从给定时间系统电压Ves和所有存储组件电压Vea之和之间的偏差检测存储系统2100之内的串联电弧。具体而言，电弧检测子系统2126在方程10成立时检测到储能系统2100中的串联电弧:
[0149][Σ?=ι Ka (η) - 7es] > Vthss (方程 10)
[0150]Vthss是选择来实现电弧检测灵敏度和对误电弧检测的抗扰性之间期望折衷的正阈值。如果从方程10省去Vthss，将储能组件2102串联电气耦合的导体间的寄生电压降或微小的电压测量误差会导致电弧的误检测。
[0151]电弧检测子系统2126从给定时间存储系统不同串联连接部分中流动的电流之间的偏差，例如两个不同储能组件2102的组件电流匕之间的偏差或系统电流Ies和所选的储能组件2102的组件电流Iea之间的偏差，检测储能系统2100之内的并联电弧。例如，在一些实施例中，电弧检测子系统2126在方程11成立时检测到储能系统2100之内的并联电弧，其中X是从I到N的整数:
[0152]Ies-1ea(X) I > Ithss (方程 11)
[0153]在其他实施例中，电弧检测子系统2126在方程12成立时检测到储能系统2100之内的并联电弧，其中X和y均为从I到N的整数，X不等于y:
[0154]I Iea (x) -1ea (y) | > Ithss (方程 12)
[0155]在方程11和12中，Ithss都是选择来实现电弧检测灵敏度和对误电弧检测抗扰性之间期望折衷的正阈值。如果从方程省略Ithss，较小的电流测量误差将会导致并联电弧的误检测。在评估方程12的实施例中任选省略了系统级电流感测子系统2124，因为系统电流信号Ies不是方程12的参数。
[0156]例如，以类似于上文参考图4所述的方式实现电弧检测子系统2126。例如，在某些实施例中，如图?或8所示实现电弧检测子系统2126，但分别用信号V_、I_、V_、I_替代信号Vas、Ias、Vps和Ips。储能系统2100任选地还包括遥测子系统2128、同步子系统2130、通信网络2132、隔离开关2134和短接开关2136中的一个或多个，它们分别类似于遥测子系统430、同步子系统434、通信网络432、隔尚开关436和短接开关438。
[0157]储能组件2102可以包括MPPT能力，例如方式类似于上文结合图13_15所述的方式。例如，在替代实施例中，储能组件2102被具有像图13的MPPT光伏组件1302的拓扑的储能组件替代，但光伏器件被储能装置替代。在本替代实施例中，储能装置任选地具有充分低的最大开路额定电压，例如低于80伏，从而在适用的安全标准下不需要电弧检测。此外，在一些实施例中，出于类似于上文结合图13所述的原因，储能装置具有低于维持MPPT变换器输入侧上电弧所需最小电压的开路额定电压，例如18伏或更低。
[0158]储能组件2102任选地还包括电压调节能力。例如，图34示出了储能系统3400，其类似于储能系统2100(图21)，但利用储能组件3402替代了储能组件2102。储能组件3402类似于图21的储能组件2102，但还包括电气耦合于储能组件的储能装置2114和输出端口2116之间的调压器3404，例如升压变换器。在一些实施例中，组件电压感测子系统2118和组件电流感测子系统2120集成于调压器3404之内，如图所示。电弧检测子系统2126不能检测调压器3404输入侧3406的电弧。因此，在一些实施例中，储能装置2114具有充分低的最大开路额定电压，例如低于80伏，从而在适用的安全标准下不需要电弧检测。此外，在一些实施例中，储能装置2114具有低于维持调压器3404输入侧3406上电弧所需最小电压的最大开路额定电压，例如18伏或更低。
[0159]可以修改储能系统2100以包括系统级MPPT变换器(未示出)，例如类似于MPPT变换器1102(图11)，其将多个储能组件2102电气耦合到输出端口 2108而不脱离其范围。在这种情况下，由于包括MPPT变换器,系统电压Ves未必与系统输出电压Ves。相同，系统电流Ies未必与系统输出电流Ies。相同。此外，可以修改储能系统以包括系统级逆变器(未示出)，例如类似于逆变器1202(图12)，其将多个储能组件2102电气耦合到输出端口 2108而不脱离其范围。在这种情况下，由于包括逆变器，系统电压Ves会与系统输出电压V_不同，系统电流Ies会与系统输出电流Ieistj不同。
[0160]图22示出了具有并联电弧检测能力且包括并联电气耦合的N个储能串2202的储能系统2200，其中N是大于I的整数。每个储能串2202包括多个串联电气耦合的储能组件2204。仅标注了一些储能组件2204以促进例示的清晰。每个储能组件2204包括一个或多个串联和/或并联电气耦合的储能装置(未示出)，例如电池单元或电容器。在一些实施例中，储能组件2204是图21的储能组件2102。每个储能串2202还包括串电流感测子系统2206，可用于产生表示流经储能串输出端口 2208的电流Iei的信号Ieis。一个或多个储能串2202还任选地包括一个或多个MPPT变换器(未示出)，例如针对每个储能组件2204的串级MPPT变换器和/或MPPT变换器。
[0161]储能系统2200还包括组合电流感测子系统2210、电弧检测子系统2212和任选的同步子系统2214。组合电流感测子系统2210产生表示所有并联耦合储能串2202和其他电路(未示出)之间流动的组合电流Iec的组合电流信号1_。同步子系统2214使组合电流信号和串电流信号Ieis的产生同步。
[0162]在正常工作状态下，所有串电流Iei之和应当与组合电流IeC相同。对于储能系统2200中的并联电弧而言，组合电流U将与所有串电流Iei之和不同。因此，电弧检测子系统2212从所有串电流Iei和组合电流Ie。之和之间的偏差来检测储能系统2200之内的并联电弧。此外,在一些实施例中，电弧检测子系统2212在方程13成立时检测到并联电弧，其中IthC是选择来实现电弧检测灵敏度和对误电弧检测抗扰性之间期望折衷的正阈值:
[0163]Ifecs — Ση = 1 his (n)l > hhc (方程⑶
[0164]例如，以类似于上文参考图19所述的方式实现电弧检测子系统2212。例如，在某些实施例中，如图20所示实现电弧检测子系统2212，但分别用信号Veis和1_替代信号Ists和U。
[0165]储能系统2200任选地还包括与储能串2202并联电气耦合的短接开关2216。短接开关2216是常开的。不过，系统短接开关2216响应于电弧检测子系统2212检测到储能系统2200中的并联电弧而闭合。短接开关2216必须能够经得起跨储能串2202的最大电压，以及由储能串2202产生的最大短路电流。尽管信号Ieis和被示为经由专用通道链路通信耦合到电弧检测子系统2212，但可以通过其他方式将一个或多个这些信号通信耦合到电弧检测子系统2212。此外，在一些实施例中，基于RS485标准经由无线网络或有线网络通信耦合这些信号。可能的无线网络的一些范例包括，但不限于基于IEEE802.15.4标准的无线网络和蜂窝电话网络。
[0166]图23示出了用于检测包括多个串联电气耦合的光伏组件的光伏面板中串联电弧的方法2300。在步骤2302中跨正负电源轨感测面板电压。在步骤2302的一个范例中，利用面板电压感测子系统424跨过光伏面板400 (参见图4)的面板电源轨408，410感测面板电压Vp。在步骤2304中，跨过多个光伏组件的每个感测相应组件电压。在步骤2304的一个范例中，利用组件电压感测子系统418跨过每个光伏组件402感测组件电压Va。在步骤2306中，确定所有组件电压之和和面板电压之间的差异。在步骤2306的一个范例中，面板电弧检测子系统428确定所有组件电压Va之和和面板电压Vp之间的差异。判决步骤2308确定差异是否超过阈值，如果是，在步骤2310中检测到电弧。在步骤2308和2310的一个范例中，面板电弧检测子系统428确定差异是否超过阈值Vth，如果是，面板电弧检测子系统428断言电弧检测信号。
[0167]图24示出了用于检测包括多个串联电气耦合的光伏面板的光伏串中串联电弧的方法2400。在步骤2402中跨正负串电源轨感测串电压。在步骤2402的一个范例中，利用串电压感测子系统1604跨过光伏串1600(参见图16)的电源轨1603，1605感测串电压Vst。在步骤2404中，跨过多个光伏面板的每个感测相应面板电压。在步骤2404的一个范例中，利用面板电压感测子系统424跨过每个光伏面板400感测面板电压Vp。在步骤2406中，确定所有组件电压之和和串电压之间的差异。在步骤2406的一个范例中，串电弧检测子系统1608确定所有面板电压Vp之和和串电压Vst之间的差异。判决步骤2408确定差异是否超过阈值，如果是，在步骤2410中检测到电弧。在步骤2408和2410的一个范例中，串电弧检测子系统1608确定差异是否超过阈值Vthst，如果是，串电弧检测子系统1608断言电弧检测信号。
[0168]图25示出了用于检测包括多个串联电气耦合的光伏组件的光伏面板中并联电弧的方法2500。在步骤2502中，感测流经多个光伏组件之一的组件电流。在步骤2502的一个范例中，利用组件电流感测子系统420(1)(参见图4)感测流经光伏组件402(1)的组件电流Ia(I)。在步骤2504中感测多个光伏组件和其他电路之间流动的面板电流。在步骤2504的一个范例中，利用面板电流感测子系统426感测面板电流Ip。在步骤2506中，确定组件电流和面板电流之间的差异。在步骤2506的一个范例中，面板电弧检测子系统428确定组件电流Ia(I)和面板电流Ip之间的差异。判决步骤2508确定差异的大小是否超过阈值，如果是，在步骤2510中检测到电弧。在步骤2508和2510的一个范例中，面板电弧检测子系统428确定差异的大小是否超过阈值Ith，如果是，面板电弧检测子系统428断言电弧检测信号。
[0169]图26示出了用于检测包括多个串联电气耦合的光伏组件的光伏面板中并联电弧的另一种方法2600。在步骤2602中，感测流经多个光伏组件的第一个的第一组件电流。在步骤2602的一个范例中，利用组件电流感测子系统420(1)(参见图4)感测流经光伏组件402(1)的组件电流Ia(I)。在步骤2604中，感测流经多个光伏组件中另一个的组件电流。在步骤2604的一个范例中，利用组件电流感测子系统420 (2)感测流经光伏组件402 (2)的组件电流Ia(2)。在步骤2606中，确定第一和第二组件电流之间的差异。在步骤2606的一个范例中，面板电弧检测子系统428确定组件电流Ia(I)和Ia(2)之间的差异。判决步骤2608确定差异的大小是否超过阈值，如果是，在步骤2610中检测到电弧。在步骤2608和2610的一个范例中，面板电弧检测子系统428确定差异的大小是否超过阈值Ith，如果是，面板电弧检测子系统428断言电弧检测信号。
[0170]图27示出了用于检测包括多个串联电气耦合的光伏面板的光伏串中并联电弧的方法2700。在步骤2702中，感测流经多个光伏面板之一的输出端口的面板输出电流。在步骤2702的一个范例中，利用光伏面板的电流感测子系统426感测流经光伏面板400(1)的面板输出电流Iptj(I)(参见图4)。在步骤2704中感测多个光伏面板和其他电路之间流动的串电流。在步骤2704的一个范例中，利用串电流感测子系统1606感测串电流1st。在步骤2706中，确定面板输出电流和串电流之间的差异。在步骤2706的一个范例中，串电弧检测子系统1608确定串电流Ist和面板输出电流Iptj(I)之间的差异。判决步骤2708确定差异的大小是否超过阈值，如果是，在步骤2710中检测到电弧。在步骤2708和2710的一个范例中，串电弧检测子系统1608确定差异的大小是否超过阈值Ithst,如果是，串电弧检测子系统1608断言电弧检测信号。
[0171]图28示出了用于检测包括多个串联电气耦合的光伏面板的光伏串中并联电弧的另一种方法2800。在步骤2802中，感测流经多个光伏面板之一的输出端口的第一面板输出电流。在步骤2802的一个范例中，利用光伏面板的电流感测子系统426感测流经光伏面板400(1)的面板输出电流Iptj(I)(参见图4)。在步骤2804中，感测流经多个光伏面板中另一个的输出端口的第二面板输出电流。在步骤2804的一个范例中，利用光伏面板的面板电流感测子系统426感测流经光伏面板400 (2)的面板输出电流Ip。(2)。在步骤2806中，确定第一和第二面板输出电流之间的差异。在步骤2806的一个范例中，串电弧检测子系统1608确定面板输出电流Iptj(I)和面板输出电流Ip。(2)之间的差异。判决步骤2808确定差异的大小是否超过阈值，如果是，在步骤2810中检测到电弧。在步骤2808和2810的一个范例中，串电弧检测子系统1608确定差异的大小是否超过阈值Ithst，如果是，串电弧检测子系统1608断言电弧检测信号。
[0172]图29示出了用于检测包括多个并联电气耦合串的光伏系统中电弧的方法，其中每个串包括多个串联电气耦合的光伏面板。在步骤2902中，感测流经多个串的每个的相应串输出电流。在步骤2902的一个范例中，利用光伏串的串电流感测子系统1606(图16和19)感测流经光伏系统1900的每个串1600的串输出电流Ist。。在步骤2904中，感测多个串和其他电路之间流动的组合电流。在步骤2904的一个范例中，组合电流感测子系统1902感测串1600和其他电路之间流动的组合电流I。。在步骤2906中，确定组合电流和所有串输出电流之和之间的差异。在步骤2906的一个范例中，系统级电弧检测子系统1904确定组合电流I。和所有串输出电流Ist。之和之间的差异。判决步骤2908确定差异是否超过阈值，如果是，在步骤2910中检测到电弧。在步骤2908，2910的一个范例中，系统级电弧检测子系统1904确定差异的大小是否超过阈值Ithy，如果是，系统级电弧检测子系统1904断言电弧检测信号。
[0173]图30示出了用于检测包括多个串联电气耦合的储能组件的储能系统中串联电弧的方法3000。在步骤3002中跨正负电源轨感测系统电压。在步骤3002的一个范例中，利用系统级电压感测子系统2122跨过储能系统2100(参见图21)的电源轨2104,2106感测系统电压Ves。在步骤3004中，跨过多个储能组件的每个感测相应组件电压。在步骤3004的一个范例中，利用组件电压感测子系统2118跨过每个储能组件2102感测组件电压VM。在步骤3006中，确定所有组件电压之和和系统电压之间的差异。在步骤3006的一个范例中，电弧检测子系统2126确定所有组件电压Vea之和和系统电压Ves之间的差异。判决步骤3008确定差异是否超过阈值，如果是，在步骤3010中检测到电弧。在步骤3008和3010的一个范例中，电弧检测子系统2126确定差异是否超过阈值Vthss，如果是，电弧检测子系统2126断言电弧检测信号。
[0174]图31示出了用于检测包括多个串联电气耦合的储能组件的储能系统中并联电弧的方法3100。在步骤3102中，感测流经多个储能系统组件之一的组件电流。在步骤3102的一个范例中，利用组件电流感测子系统2120(1)(参见图21)感测流经储能系统组件2102(1)的组件电流Iea(I)。在步骤3104中感测多个储能系统组件和其他电路之间流动的系统电流。在步骤3104的一个范例中，利用系统级电流感测子系统2124感测系统电流Ies0在步骤3106中，确定组件电流和系统电流之间的差异。在步骤3106的一个范例中，电弧检测子系统2126确定组件电流Iea(I)和系统电流Ies之间的差异。判决步骤3108确定差异的大小是否超过阈值，如果是，在步骤3110中检测到电弧。在步骤3108和3110的一个范例中，电弧检测子系统2126确定差异的大小是否超过阈值Ithss，如果是，电弧检测子系统2126断言电弧检测信号。
[0175]图32示出了用于检测包括多个串联电气耦合的储能组件的储能系统中并联电弧的另一种方法3200。在步骤3202中，感测流经多个储能组件的第一个的第一组件电流。在步骤3202的一个范例中，利用组件电流感测子系统2120(1)(参见图21)感测流经储能组件2102(1)的组件电流Iea(I)。在步骤3204中，感测流经多个储能组件中另一个的组件电流。在步骤3204的一个范例中，利用组件电流感测子系统2120(2)感测流经储能组件2102(2)的组件电流Iea(2)。在步骤3206中，确定第一和第二组件电流之间的差异。在步骤3206的一个范例中，电弧检测子系统2126确定组件电流Iea(I)和Iea(2)之间的差异。判决步骤3208确定差异的大小是否超过阈值，如果是，在步骤3210中检测到电弧。在步骤3208和3210的一个范例中，电弧检测子系统2126确定差异的大小是否超过阈值Ithss,如果是，电弧检测子系统2126断言电弧检测信号。
[0176]图33示出了用于检测包括多个并联电气耦合的储能串的储能系统中电弧的方法，其中每个储能串包括多个串联电气耦合的储能组件。在步骤3302中，感测流经多个储能串的每个的输出端口的相应串输出电流。在步骤3202的一个范例中，利用储能串的串电流感测子系统2206(图22)感测流经储能系统2200的每个串2202的串输出电流Iei。在步骤3304中，感测多个储能串和其他电路之间流动的组合电流。在步骤3304的一个范例中，组合电流感测子系统2210感测储能串2202和其他电路之间流动的组合电流Ie。。在步骤3306中，确定组合电流和所有串电流之和之间的差异。在步骤3306的一个范例中，电弧检测子系统2212确定组合电流Iee和所有串电流Iei之和之间的差异。判决步骤3308确定差异的大小是否超过阈值，如果是，在步骤3310中检测到电弧。在步骤3308,3310的一个范例中，电弧检测子系统2212确定差异是否超过阈值Ith。，如果是，电弧检测子系统2122断言电弧检测信号。
[0177]特征的组合
[0178]可以通过各种方式组合上述特征以及下文主张的那些特征而不脱离其范围。以下范例例示了一些可能组合:
[0179](Al) 一种用于检测包括多个串联电气耦合于正负面板电源轨之间的光伏组件的光伏面板中电弧的方法可以包括以下步骤:(I)感测所述正负面板电源轨之间的面板电压，(2)感测所述多个光伏组件的每个两端的相应组件电压，(3)确定所有所述组件电压之和和所述面板电压之间的差异，(4)确定所述差异是否超过阈值，以及(5)如果所述差异超过阈值则检测到电弧。
[0180](BI) 一种用于检测包括多个串联电气耦合于正负串电源轨之间的光伏面板的光伏串中电弧的方法可以包括以下步骤:(I)感测所述正负串电源轨之间的串电压，⑵感测所述多个光伏面板的每个两端的相应面板输出电压，(3)确定所有所述面板输出电压之和和所述串电压之间的差异，(4)确定所述差异是否超过阈值，以及(5)如果所述差异超过阈值则检测到电弧。
[0181](Cl) 一种用于检测包括多个串联电气耦合的光伏组件的光伏面板中电弧的方法可以包括以下步骤:(I)感测流经所述多个光伏组件之一的第一组件电流，(2)感测所述多个光伏组件和其他电路之间流动的面板电流，(3)确定所述面板电流和所述第一组件电流之间的差异，(4)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(5)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0182](C2)如(Cl)所述的方法还可以包括以下步骤:(I)感测流经所述多个光伏组件另一个的第二组件电流，(2)确定所述面板电流和所述第二组件电流之间的第二差异，(3)确定所述第二差异的大小是否超过阈值，以及(4)如果所述第二差异的大小超过阈值则检测至Ij电弧。
[0183](Dl) 一种用于检测包括多个串联电气耦合的光伏组件的光伏面板中电弧的方法可以包括以下步骤:(I)感测流经所述多个光伏组件之一的第一组件电流，(2)感测流经所述多个光伏组件另一个的第二组件电流，(3)确定所述第一和第二组件电流之间的差异，(4)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(5)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0184](El) —种用于检测包括多个串联电气耦合的光伏面板的串中电弧的方法可以包括以下步骤:(1)感测流经所述多个光伏面板之一的输出端口的第一面板输出电流，(2)感测所述多个光伏面板和其他电路之间流动的串电流，(3)确定所述第一面板输出电流和所述串电流之间的差异，(4)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(5)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0185](E2)如(El)所述的方法还可以包括以下步骤:(I)感测流经所述多个光伏面板中另一个的输出端口的第二面板输出电流，(2)确定所述第二面板输出电流和所述串电流之间的第二差异，(3)确定所述第二差异的大小是否超过阈值，以及(4)如果所述第二差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0186](Fl) 一种用于检测包括多个串联电气耦合的光伏面板的串中电弧的方法可以包括以下步骤:(1)感测流经所述多个光伏面板之一的输出端口的第一面板输出电流，(2)感测流经所述多个光伏面板中另一个的输出端口的第二面板输出电流，(3)确定所述第一和第二面板输出电流之间的差异，(4)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(5)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0187](Gl) —种用于检测包括多个并联电气耦合的串的光伏系统中电弧的方法，所述多个串的每个包括多个串联电气耦合的光伏面板，所述方法可以包括以下步骤:(I)感测流经所述多个串的每个的输出端口的相应串输出电流，⑵感测所述多个串和其他电路之间流动的组合电流，⑶确定所述组合电流和所有所述串输出电流之和之间的差异，⑷确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(5)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0188](Hl) 一种具有电弧检测能力的光伏面板可以包括面板电弧检测子系统和多个串联电气耦合于正面板电源轨和负面板电源轨之间的光伏组件。所述面板电弧检测子系统可以适用于从所述正负面板电源轨之间的面板电压和跨所述多个光伏组件的所有电压之和之间的偏差检测所述光伏面板之内的串联电弧。
[0189](H2)在如(Hl)所述的光伏面板中，所述多个光伏组件的每个可以包括组件电压感测子系统，其适用于产生表示所述光伏组件输出端口两端电压的相应组件电压信号；所述光伏面板还可以包括适用于产生表示所述面板电压的面板电压信号的面板电压感测子系统；并且所述面板电弧检测子系统还可以适用于:(I)确定所有所述组件电压信号之和和所述面板电压信号之间的差异，(2)确定所述差异是否超过阈值，以及(3)如果所述差异超过阈值则检测到串联电弧。
[0190](H3)在如(Hl)或(H2)所述的光伏面板的任一种中，所述多个光伏组件的每个还可以包括光伏器件和电气耦合于所述光伏器件和所述光伏组件输出端口之间的最大功率点跟踪变换器，其中所述最大功率点跟踪变换器适用于令所述光伏器件基本在其最大功率点处工作。
[0191](H4)在如(H3)所述的光伏面板中，每个光伏器件可以具有低于维持电弧所需最小电压的最大开路额定电压。
[0192](H5)在如(H3)或(H4)所述的光伏面板的任一种中，每个光伏器件可以具有18伏或更低的最大开路额定电压。
[0193](H6)在如(H3)到(H5)所述的光伏面板的每种中，每个光伏器件可以包括至少一个，但不超过24个串联电气耦合的光伏电池。
[0194](H7)如(Hl)到(H6)所述的光伏面板的任一种还可以包括与所述多个光伏组件串联电气耦合的面板隔离开关，其中所述面板隔离开关适用于响应于所述面板电弧检测子系统检测到所述串联电弧而打开。
[0195](HS)如(Hl)到(H7)所述的光伏面板的任一种还可以包括跨所述正负面板电源轨电气耦合的面板短接开关，其中所述面板短接开关适用于响应于所述面板电弧检测子系统检测到所述串联电弧而闭合。
[0196](H9)在如(Hl)到(H8)所述的光伏面板的任一种中，所述面板电弧检测子系统还可以适用于从流经所述多个光伏组件的所选的一个的电流和所述多个光伏组件和其他电路之间流动的电流之间的偏差，检测所述光伏面板之内的并联电弧。
[0197](HlO)在如(Hl)到(H8)所述的光伏面板的任一种中，所述面板电弧检测子系统还可以适用于从流经所述多个光伏组件的两个不同组件的电流之间的偏差，检测所述光伏面板之内的并联电弧。
[0198](Il) 一种具有电弧检测能力的光伏面板可以包括面板电弧检测子系统和多个串联电气耦合的光伏组件。所述面板电弧检测子系统可以适用于从流经所述多个光伏组件所选的一个的电流和流经所述多个光伏组件和其他电路之间的电流之间的偏差，检测所述光伏面板之内的并联电弧。
[0199](12)在如(Il)所述的光伏面板中，所述多个光伏组件的每个可以包括适用于产生表示流经所述光伏组件的电流的相应组件电流信号的组件电流感测子系统；所述光伏面板还可以包括适用于产生表示所述多个光伏组件和其他电路之间流动的电流的面板电流信号的面板电流感测子系统；以及所述面板电弧检测子系统还可以适用于:(I)确定所述面板电流信号和所述多个光伏组件所选的一个的组件电流信号之间的差异，(2)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(3)如果所述差异的大小超过阈值则检测到并联电弧。
[0200](13)在如(Il)或(12)所述的光伏面板的任一种中，所述多个光伏组件的每个还可以包括最大功率点跟踪变换器和光伏器件。所述最大功率点跟踪变换器可以电气耦合于所述光伏器件和所述光伏组件的输出端口之间，其中所述最大功率点跟踪变换器适用于令所述光伏器件基本在其最大功率点处工作。
[0201](14)在如(13)所述的光伏面板中，每个光伏器件可以具有低于维持电弧所需最小电压的最大开路额定电压。
[0202](15)在如(13)或(14)所述的光伏面板的任一种中，每个光伏器件可以具有18伏或更低的最大开路额定电压。
[0203](16)如(Il)到(15)所述的光伏面板的任一种还可以包括跨所述光伏面板的正负面板电源轨电气耦合的面板短接开关，其中所述面板短接开关适用于响应于所述面板电弧检测子系统检测到所述并联电弧而闭合。
[0204](Jl) 一种具有电弧检测能力的光伏面板可以包括面板电弧检测子系统和多个串联电气耦合的光伏组件。所述面板电弧检测子系统可以适用于从流经所述多个光伏组件两个不同组件的电流之间的偏差检测所述光伏面板之内的并联电弧。
[0205](J2)在如(Jl)所述的光伏面板中，所述多个光伏组件的每个可以包括适用于产生表示流经所述光伏组件的电流的相应组件电流信号的组件电流感测子系统；且所述面板电弧检测子系统还可以适用于:(I)确定所述多个光伏组件两个不同组件的组件电流信号之间的差异，(2)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(3)如果所述差异的大小超过阈值则检测到并联电弧。
[0206](J3)在如(Jl)或(J2)所述的光伏面板的任一种中，所述多个光伏组件的每个还可以包括光伏器件和电气耦合于所述光伏器件和所述光伏组件输出端口之间的最大功率点跟踪变换器，其中所述最大功率点跟踪变换器适用于令所述光伏器件基本在其最大功率点处工作。
[0207](J4)在如(J3)所述的光伏面板中，每个光伏器件可以具有低于维持电弧所需最小电压的最大开路额定电压。
[0208](J5)在如(J3)或(J4)所述的光伏面板的任一种中，每个光伏器件可以具有18伏或更低的最大开路额定电压。
[0209](J6)如(Jl)到(J5)所述的光伏面板的任一种还可以包括跨所述光伏面板的正负面板电源轨电气耦合的面板短接开关，其中所述面板短接开关适用于响应于所述面板电弧检测子系统检测到所述并联电弧而闭合。
[0210](Kl) 一种具有电弧检测能力的光伏串可以包括串电弧检测子系统和多个串联电气耦合于正串电源轨和负串电源轨之间的光伏面板。所述串电弧检测子系统可以适用于从所述正负串电源轨之间的串电压和跨所述多个光伏面板的所有电压之和之间的偏差检测所述光伏串之内的串联电弧。
[0211](K2)如(Kl)所述的光伏串，所述多个光伏面板的每个还可以包括适用于检测所述光伏面板之内电弧的面板电弧检测子系统。
[0212](Κ3)如(Κ2)所述的光伏串，所述多个光伏面板的每个还可以包括跨所述光伏面板的正负电源轨电气耦合的面板短接开关，其中所述面板短接开关适用于响应于所述光伏面板的所述面板电弧检测子系统检测到所述光伏面板之内的电弧而闭合。
[0213](Κ4)如(Κ2)或(Κ3)所述的光伏串的任一种，所述多个光伏面板的每个可以包括多个串联电气耦合的光伏组件，所述多个光伏面板的每个的面板电弧检测子系统还可以适用于从跨所述光伏面板电源轨的电压和跨所述光伏面板的光伏组件的所有电压之和之间的偏差，检测所述光伏面板之内的串联电弧。
[0214](Κ5)如(Κ2)或(Κ3)所述的光伏串的任一种，所述多个光伏面板的每个可以包括多个串联电气耦合的光伏组件，所述多个光伏面板的每个的面板电弧检测子系统还可以适用于从流经所述光伏面板的光伏组件所选的一个的电流与所述光伏面板的光伏组件和其他电路之间流动的电流之间的偏差，检测所述光伏面板之内的并联电弧。
[0215](Κ6)如(Κ2)或(Κ3)所述的光伏串的任一种，所述多个光伏面板的每个可以包括多个串联电气耦合的光伏组件，所述多个光伏面板的每个的面板电弧检测子系统还可以适用于从流经所述光伏面板的多个光伏组件两个不同组件的电流之间的偏差，检测所述光伏面板之内的并联电弧。
[0216](Κ7)在如(Kl)到(Κ6)所述的光伏串的任一种中，所述多个光伏面板的每个可以包括适用于产生表不跨所述光伏面板输出端口的电压的相应面板输出电压信号的面板电压感测子系统；所述光伏串还可以包括适用于产生表示跨所述正负串电源轨的电压的串电压信号的串电压感测子系统；以及所述串电弧检测子系统还可以适用于:(I)确定所有所述面板输出电压信号之和和所述串电压信号之间的差异，(2)确定所述差异是否超过阈值，以及(3)如果所述差异的大小超过阈值则检测到串联电弧。
[0217](Κ8)如(Kl)到(Κ7)所述的光伏串的任一种还可以包括与所述多个光伏面板串联电气耦合的串隔离开关，其中所述串隔离开关适用于响应于所述串电弧检测子系统检测到所述光伏串之内的串联电弧而打开。
[0218](Κ9)如(Kl)到(Κ8)所述的光伏串的任一种还可以包括跨所述正负串电源轨电气耦合的串短接开关，其中所述串短接开关适用于响应于所述串电弧检测子系统检测到所述光伏串之内的串联电弧而闭合。
[0219](KlO)在如(Kl)到(Κ9)所述的光伏串的任一种中，所述串电弧检测子系统还可以适用于从流经所述多个光伏面板的所选的一个的电流和所述多个光伏面板和其他电路之间流动的电流之间的偏差，检测所述光伏串之内的并联电弧。
[0220](Kll)在如(Kl)到(Κ9)所述的光伏串的任一种中，所述串电弧检测子系统还可以适用于从流经所述多个光伏面板的两个不同面板的电流之间的偏差，检测所述光伏串之内的并联电弧。
[0221](LI) 一种具有电弧检测能力的光伏串可以包括串电弧检测子系统和多个串联电气耦合的光伏面板。所述串电弧检测子系统可以适用于从流经所述多个光伏面板的所选的一个的电流和所述多个光伏面板和其他电路之间流动的电流之间的偏差，检测所述光伏串之内的并联电弧。
[0222](L2)在如(LI)所述的光伏串中，所述多个光伏面板的每个可以包括适用于产生表示流经所述光伏面板输出端口的电流的相应面板电流信号的面板电流感测子系统；所述光伏串还可以包括适用于产生表示所述多个光伏面板和其他电路之间的电流的串电流信号的串电流感测子系统；并且所述串电弧检测子系统还可以适用于:(I)确定所述串电流信号和所述多个光伏面板所选的一个的面板电流信号之间的差异，(2)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(3)如果所述差异的大小超过阈值则检测到并联电弧。
[0223](L3)如(LI)或(L2)所述的光伏串的任一种，所述多个光伏面板的每个可以串联电气耦合于正串电源轨和负串电源轨之间，所述光伏串还可以包括跨所述正负串电源轨电气耦合的串短接开关，其中所述串短接开关适用于响应于所述串电弧检测子系统检测到所述并联电弧而闭合。
[0224](Ml) 一种具有电弧检测能力的光伏串可以包括串电弧检测子系统和多个串联电气耦合的光伏面板。所述串电弧检测子系统可以适用于从流经所述多个光伏面板两个不同面板的电流之间的偏差，检测所述光伏串之内的并联电弧。
[0225](M2)在如(Ml)所述的光伏串中，所述多个光伏面板的每个可以包括适用于产生表示流经所述光伏面板输出端口的电流的相应面板电流信号的面板电流感测子系统；并且所述串电弧检测子系统还可以适用于:(I)确定所述多个光伏面板两个不同面板的面板电流信号之间的差异，(2)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(3)如果所述差异的大小超过阈值则检测到并联电弧。
[0226](M3)如(Ml)或(M2)所述的光伏串的任一种，所述多个光伏面板的每个可以串联电气耦合于正串电源轨和负串电源轨之间，所述光伏串还可以包括跨所述正负串电源轨电气耦合的串短接开关，其中所述串短接开关适用于响应于所述串电弧检测子系统检测到所述并联电弧而闭合。
[0227](NI) 一种具有电弧检测能力的光伏系统可以包括系统级电弧检测子系统和多个并联电气耦合的光伏串。所述系统级电弧检测子系统可以适用于从(a)流经所有所述多个串的电流之和和(b)所述多个串和其他电路之间流动的电流之间的偏差，检测所述光伏系统之内的并联电弧。
[0228](N2)在如(NI)所述的光伏系统中，所述多个串的每个可以包括多个串联电气耦合的光伏面板以及适用于产生表示流经所述光伏串输出端口的电流的相应串电流信号的串电流感测子系统；所述光伏系统还可以包括适用于产生表示所述多个串和其他电路之间流动的电流的组合电流信号的组合电流感测子系统；并且所述系统级电弧检测子系统还可以适用于:(I)确定所述组合电流信号和所有所述串电流信号之和之间的差异，⑵确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(3)如果所述差异的大小超过阈值则检测到串联电弧。
[0229](N3)如(NI)或(N2)所述的光伏系统任一种还可以包括跨所述多个光伏串电气耦合的系统短接开关，其中所述系统短接开关适用于响应于所述系统级电弧检测子系统检测到所述并联电弧而闭合。
[0230](01) 一种用于检测包括多个串联电气耦合于正负电源轨之间的储能组件的储能系统中电弧的方法可以包括以下步骤:(I)感测所述正负串电源轨之间的系统电压，⑵感测所述多个储能组件的每个两端的相应组件电压，(3)确定所有所述组件电压之和和所述系统电压之间的差异，(4)确定所述差异是否超过阈值，以及(5)如果所述差异超过阈值则检测到电弧。
[0231](Pl) 一种用于检测包括多个串联电气耦合的储能组件的储能系统中电弧的方法可以包括以下步骤:(I)感测流经所述多个储能组件之一的第一组件电流，(2)感测所述多个储能组件和其他电路之间流动的系统电流，(3)确定所述系统电流和所述第一组件电流之间的差异，(4)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(5)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0232](P2)如(Pl)所述的方法还可以包括以下步骤:(I)感测流经所述多个储能组件另一个的第二组件电流，(2)确定所述系统电流和所述第二组件电流之间的第二差异，(3)确定所述第二差异的大小是否超过阈值，以及(4)如果所述第二差异的大小超过阈值则检测至Ij电弧。
[0233](Ql) 一种用于检测包括多个串联电气耦合的储能组件的储能系统中电弧的方法可以包括以下步骤:(I)感测流经所述多个储能组件之一的第一组件电流，(2)感测流经所述多个储能组件另一个的第二组件电流，(3)确定所述第一和第二组件电流之间的差异，
(4)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(5)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0234](Rl) 一种用于检测包括多个并联电气耦合的储能串的储能系统中电弧的方法，所述多个储能串的每个包括多个串联电气耦合的储能组件，所述方法可以包括以下步骤:(I)感测流经所述多个储能串的每个的输出端口的相应串输出电流，(2)感测所述多个储能串和其他电路之间流动的组合电流，(3)确定所述组合电流和所有所述串输出电流之和之间的差异，(4)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(5)如果所述差异的大小超过阈值则检测到电弧。
[0235](SI) 一种具有电弧检测能力的储能系统可以包括电弧检测子系统和串联电气耦合于正电源轨和负电源轨之间的多个储能组件。所述电弧检测子系统可以适用于从所述正负串电源轨之间的系统电压和跨所述多个储能组件的所有电压之和之间的偏差检测所述储能系统之内的串联电弧。
[0236](S2)在如(SI)所述的储能系统中，所述多个储能系统组件的每个可以包括组件电压感测子系统，其适用于产生表示跨所述储能组件输出端口的电压的相应组件电压信号；所述储能系统还可以包括适用于产生表示所述系统电压的系统电压信号的系统电压感测子系统；并且所述电弧检测子系统还可以适用于:(I)确定所有所述组件电压信号之和和所述系统电压信号之间的差异，(2)确定所述差异是否超过阈值，以及(3)如果所述差异超过阈值则检测到串联电弧。
[0237](S3)在如(SI)或(S2)所述的储能系统的任一种中，所述多个储能组件的每个还可以包括储能装置和电气耦合于所述储能装置和所述储能组件输出端口之间的最大功率点跟踪变换器，其中所述最大功率点跟踪变换器适用于令所述储能装置基本在其最大功率点处工作。
[0238](S4)在如(S3)所述的储能系统中，每个储能装置可以具有低于维持电弧所需最小电压的最大开路额定电压。
[0239](S5)在如(S3)或(S4)所述的储能系统的任一种中，每个储能装置可以具有18伏或更低的最大开路额定电压。
[0240](S6)如(SI)到(S5)所述的储能装置的任一种还可以包括与所述多个储能组件串联电气耦合的隔离开关，其中所述隔离开关适用于响应于所述电弧检测子系统检测到所述串联电弧而打开。
[0241](S7)如(SI)到(S6)所述的储能装置的任一种还可以包括跨所述正负电源轨电气耦合的短接开关，其中所述短接开关适用于响应于所述电弧检测子系统检测到所述串联电弧而闭合。
[0242](S8)在如(SI)到(S7)所述的储能装置的任一种中，所述电弧检测子系统还可以适用于从流经所述多个储能组件所选的一个的电流和所述多个储能组件和其他电路之间流动的电流之间的偏差检测所述储能系统之内的并联电弧。
[0243](S9)在如(SI)到(S7)所述的储能装置的任一种中，所述电弧检测子系统还可以适用于从流经所述多个储能组件中两个不同组件的电流之间的偏差检测所述储能系统之内的并联电弧。
[0244](Tl) 一种具有电弧检测能力的储能系统可以包括电弧检测子系统和串联电气耦合的多个储能组件。所述电弧检测子系统可以适用于从流经所述多个储能组件所选的一个的电流和所述多个储能组件和其他电路之间流动的电流之间的偏差，检测所述储能系统之内的并联电弧。
[0245](T2)在如(Tl)所述的储能系统中，所述多个储能组件的每个可以包括组件电流感测子系统，其适用于产生表示流经所述储能组件的电流的相应组件电流信号；所述储能系统还可以包括适用于产生表示所述多个储能组件和其他电路之间流动的系统电流信号的系统电流感测子系统；并且所述电弧检测子系统还可以适用于:(I)确定所述系统电流信号和所述多个储能组件所选的一个的组件电流信号之间的差异，(2)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(3)如果所述差异的大小超过阈值则检测到并联电弧。
[0246](T3)在如(Tl)或(T2)所述的储能系统的任一种中，所述多个储能组件的每个还可以包括储能装置和电气耦合于所述储能装置和所述储能组件输出端口之间的最大功率点跟踪变换器，其中所述最大功率点跟踪变换器适用于令所述储能装置基本在其最大功率点处工作。
[0247](T4)在如(T3)所述的储能系统中，每个储能装置可以具有低于维持电弧所需最小电压的最大开路额定电压。
[0248](T5)在如(T3)或(T4)所述的储能系统的任一种中，每个储能装置可以具有18伏或更低的最大开路额定电压。
[0249](T6)如(Tl)到(T5)所述的储能装置的任一种还可以包括跨所述储能系统的正负电源轨电气耦合的短接开关，其中所述短接开关适用于响应于所述电弧检测子系统检测到所述并联电弧而闭合。
[0250](Ul) 一种具有电弧检测能力的储能系统可以包括电弧检测子系统和串联电气耦合的多个储能组件。所述电弧检测子系统可以适用于从流经所述多个储能组件中两个不同组件的电流之间的偏差，检测所述储能系统之内的并联电弧。
[0251](U2)在如(Ul)所述的储能系统中，所述多个储能组件的每个可以包括组件电流感测子系统，其适用于产生表示流经所述储能组件的电流的相应组件电流信号；并且所述电弧检测子系统还可以适用于:(I)确定所述多个储能组件两个不同组件的组件电流信号之间的差异，(2)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(3)如果所述差异的大小超过阈值则检测到并联电弧。
[0252](U3)在如(Ul)或(U2)所述的储能系统的任一种中，所述多个储能组件的每个还可以包括储能装置和电气耦合于所述储能装置和所述储能组件输出端口之间的最大功率点跟踪变换器，其中所述最大功率点跟踪变换器适用于令所述储能装置基本在其最大功率点处工作。
[0253](U4)在如(U3)所述的储能系统中，每个储能装置可以具有低于维持电弧所需最小电压的最大开路额定电压。
[0254](U5)在如(U3)或(U4)所述的储能系统的任一种中，每个储能装置可以具有18伏或更低的最大开路额定电压。
[0255](U6)如(Ul)到(U5)所述的储能装置的任一种还可以包括跨所述储能系统的正负电源轨电气耦合的短接开关，其中所述短接开关适用于响应于所述电弧检测子系统检测到所述并联电弧而闭合。
[0256](Vl) 一种具有电弧检测能力的储能系统可以包括电弧检测子系统和并联电气耦合的多个储能串。所述电弧检测子系统可以适用于从(a)流经所有所述多个储能串的电流之和与(b)所述多个储能串和其他电路之间流动的电流之间的偏差，检测所述储能系统之内的并联电弧。
[0257](V2)在如(Vl)所述的储能系统中，所述多个储能串的每个可以包括:(I)多个串联电气耦合的储能组件，以及(2)串电流感测子系统，适用于产生表示流经所述储能串的输出端口的电流的相应串电流信号。所述储能系统还可以包括适用于产生表示所述多个储能串和其他电路之间流动的电流的组合电流信号的组合电流感测子系统。所述电弧检测子系统还可以适用于:(I)确定所述组合电流信号和所有所述串电流信号之和之间的差异，
(2)确定所述差异的大小是否超过阈值，以及(3)如果所述差异的大小超过阈值则检测到并联电弧。
[0258]可以在以上方法和系统中做出改变而不脱离其范围。因此应当指出，以上描述中包含且在附图中示出的主题应当被解释为例示性的而非限制性上的。以下权利要求意在覆盖本文所述的一般和具体特征以及对本方法和系统的范围的所有声明，在语言上，可以说它们落在其间。
【权利要求】
1.一种具有电弧检测能力的光伏面板，包括: 串联电气耦合在正面板电源轨与负面板电源轨之间的多个光伏组件；以及面板电弧检测子系统，所述面板电弧检测子系统适用于:根据跨所述正面板电源轨和所述负面板电源轨的面板电压与跨所述多个光伏组件的所有电压的和之间的偏差来检测所述光伏面板内的串联电弧。
2.根据权利要求1所述的光伏面板，其中: 所述多个光伏组件中的每一个光伏组件都包括组件电压感测子系统，所述组件电压感测子系统适用于:产生表示跨所述光伏组件的输出端口的电压的相应组件电压信号； 所述光伏面板还包括面板电压感测子系统，所述面板电压感测子系统适用于产生表示所述面板电压的面板电压信号；并且所述面板电弧检测子系统还适用于: 确定所有所述组件电压信号之和与所述面板电压信号之间的差异， 确定所述差异是否超过阈值，以及 如果所述差异超过所述阈值则检测到所述串联电弧。
3.根据权利要求1所述的光伏面板，所述多个光伏组件中的每一个光伏组件还包括: 光伏器件；以及 最大功率点跟踪变换器，所述最大功率点跟踪变换器电气耦合在所述光伏器件与所述光伏组件的输出端口之间，所述最大功率点跟踪变换器适用于使得所述光伏器件基本上工作在其最大功率点。
4.根据权利要求3所述的光伏面板，每一个光伏器件都具有低于维持电弧所需的最小电压的最大开路额定电压。
5.根据权利要求4所述的光伏面板,每一个光伏器件都具有小于或等于18伏的最大开路额定电压。
6.根据权利要求5所述的光伏面板，每一个光伏器件都包括至少一个，但不超过24个串联电气耦合的光伏电池。
7.根据权利要求1所述的光伏面板，还包括面板隔离开关，所述面板隔离开关与所述多个光伏组件串联电气耦合的，所述面板隔离开关适用于:响应于所述面板电弧检测子系统检测到所述串联电弧而断开。
8.根据权利要求1所述的光伏面板，还包括面板短接开关，所述面板短接开关跨所述正面板电源轨和所述负面板电源轨电气耦合，所述面板短接开关适用于响应于所述面板电弧检测子系统检测到串联电弧而闭合。
9.根据权利要求1所述的光伏面板，所述面板电弧检测子系统还适用于根据以下电流之间的偏差来检测所述光伏面板内的并联电弧:流经所述多个光伏组件中的所选的一个光伏组件的电流；流动在所述多个光伏组件与其他电路之间的电流。
10.根据权利要求1所述的光伏面板，所述面板电弧检测子系统还适用于:根据流经所述多个光伏组件中的两个不同光伏组件的电流之间的偏差来检测所述光伏面板内的并联电弧。
11.一种具有电弧检测能力的光伏面板，包括: 串联电气耦合的多个光伏组件；以及 面板电弧检测子系统，所述面板电弧检测子系统适用于根据以下电流之间偏差来检测所述光伏面板内的并联电弧:流经所述多个光伏组件中的所选的一个光伏组件的电流；流动在所述多个光伏组件与其他电路之间的电流。
12.根据权利要求11所述的光伏面板，其中: 所述多个光伏组件中的每一个光伏组件都包括组件电流感测子系统，所述组件电流感测子系统适用于产生表示流经所述光伏组件的电流的相应组件电流信号； 所述光伏面板还包括面板电流感测子系统，所述面板电流感测子系统适用于产生表示流动在所述多个光伏组件与其他电路之间的电流的面板电流信号；并且所述面板电弧检测子系统还适用于: 确定所述面板电流信号与所述多个光伏组件中的所选的一个光伏组件的组件电流信号之间的差异， 确定所述差异的大小是否超过阈值，以及 如果所述差异的所述大小超过所述阈值则检测到并联电弧。
13.根据权利要求11所述的光伏面板，所述多个光伏组件中的每一个光伏组件还包括: 光伏器件；以及 最大功率点跟踪变换器，所述最大功率点跟踪变换器电气耦合在所述光伏器件与所述光伏组件的输出端口之间，所述最大功率点跟踪变换器适用于使得所述光伏器件基本上工作在其最大功率点。
14.根据权利要求13所述的光伏面板，每一个光伏器件具有低于维持电弧所需的最小电压的最大开路额定电压。
15.根据权利要求14所述的光伏面板,每一个光伏器件具有小于或等于18伏的最大开路额定电压。
16.根据权利要求11所述的光伏面板，还包括面板短接开关，所述面板短接开关跨所述光伏面板的所述正面板电源轨和所述负面板电源轨电气耦合，所述面板短接开关适用于:响应于所述面板电弧检测子系统检测到所述并联电弧而闭合。
17.一种具有电弧检测能力的光伏面板，包括: 串联电气耦合的多个光伏组件；以及 面板电弧检测子系统，所述面板电弧检测子系统适用于:根据流经所述多个光伏组件中的两个不同光伏组件的电流之间的偏差来检测所述光伏面板内的并联电弧。
18.根据权利要求17所述的光伏面板，其中: 所述多个光伏组件中的每一个光伏组件都包括组件电流感测子系统，所述组件电流感测子系统适用于:产生表示流经所述光伏组件的电流的相应组件电流信号；并且所述面板电弧检测子系统还适用于: 确定所述多个光伏组件中的两个不同光伏组件的组件电流信号之间的差异， 确定所述差异的大小是否超过阈值，以及 如果所述差异的所述大小超过阈值则检测到所述并联电弧。
19.根据权利要求17所述的光伏面板，所述多个光伏组件中的每一个光伏组件还包括: 光伏器件；以及 最大功率点跟踪变换器，所述最大功率点跟踪变换器电气耦合在所述光伏器件与所述光伏组件的输出端口之间，所述最大功率点跟踪变换器适用于使得所述光伏器件基本上工作在其最大功率点。
20.根据权利要求19所述的光伏面板，每一个光伏器件都具有低于维持电弧所需的最小电压的最大开路额定电压。
21.根据权利要求20所述的光伏面板，每一个光伏器件都具有小于或等于18伏的最大开路额定电压。
22.根据权利要求17所述的光伏面板，还包括面板短接开关，所述面板短接开关跨所述光伏面板的所述正面板电源轨和所述负面板电源轨电气耦合，所述面板短接开关适用于:响应于所述面板电弧检测子系统检测到所述并联电弧而闭合。
23.一种具有电弧检测能力的光伏串，包括: 串联电气耦合在正串电源轨与负串电源轨之间的多个光伏面板；以及 串电弧检测子系统，所述串电弧检测子系统适用于:根据跨所述正串电源轨和所述负串电源轨的串电压与跨所述多个光伏面板的所有电压的和之间的偏差来检测所述光伏串内的串联电弧。
24.根据权利要求23所述的光伏串，所述多个光伏面板中的每一个还包括面板电弧检测子系统，所述面板电弧检测子系统适用于检测所述光伏面板内的电弧。
25.根据权利要求24所述的光伏串，所述多个光伏面板中的每一个光伏面板还包括面板短接开关，所述面板短接开关跨所述光伏面板的正电源轨和负电源轨电气耦合，所述面板短接开关适用于:响应于所述光伏面板的所述面板电弧检测子系统检测到所述光伏面板内的电弧而闭合。
26.根据权利要求24所述的光伏串，其中: 所述多个光伏面板中的每一个光伏面板都包括串联电气耦合的多个光伏组件；并且 所述多个光伏面板中的每一个光伏面板的所述面板电弧检测子系统还适用于:根据跨所述光伏面板的电源轨的电压与跨所述光伏面板的所述光伏组件的所有电压的和之间的偏差来检测所述光伏面板内的串联电弧。
27.根据权利要求24所述的光伏串，其中: 所述多个光伏面板中的每一个光伏面板都包括串联电气耦合的多个光伏组件；并且 所述多个光伏面板中的每一个光伏面板的所述面板电弧检测子系统还适用于根据以下电流之间的偏差来检测所述光伏面板内的并联电弧:流经所述光伏面板的所述光伏组件中的所选的一个光伏组件的电流；流动在所述光伏面板的所述光伏组件与其他电路之间的电流。
28.根据权利要求24所述的光伏串，其中: 所述多个光伏面板中的每一个都包括串联电气耦合的多个光伏组件；并且 所述多个光伏面板中的每一个光伏面板的所述面板电弧检测子系统适用于:根据流经所述光伏面板的所述多个光伏组件中的两个不同光伏组件的电流之间的偏差来检测所述光伏面板内的并联电弧。
29.根据权利要求23所述的光伏串，其中: 所述多个光伏面板中的每一个光伏面板都包括面板电压感测子系统，所述面板电压感测子系统适用于:产生表示跨所述光伏面板的输出端口的电压的相应面板输出电压信号；所述光伏串还包括串电压感测子系统，所述串电压感测子系统适用于:产生表示跨所述正串电源轨和所述负串电源轨的电压的串电压信号；并且所述串电弧检测子系统还适用于: 确定所有所述面板输出电压信号之和与所述串电压信号之间的差异， 确定所述差异是否超过阈值，以及 如果所述差异的大小超过所述阈值则检测到所述串联电弧。
30.根据权利要求23所述的光伏串，还包括串隔离开关，所述串隔离开关与所述多个光伏面板串联电气耦合，所述串隔离开关适用于:响应于所述串电弧检测子系统检测到所述光伏串内的串联电弧而断开。
31.根据权利要求23所述的光伏串，还包括串短接开关，所述串短接开关跨所述正串电源轨和所述负串电源轨电气耦合，所述串短接开关适用于:响应于所述串电弧检测子系统检测到所述光伏串内的串联电弧而闭合。
32.根据权利要求23所述的光伏串，所述串电弧检测子系统还适用于根据以下电流之间的偏差来检测所述光伏串内的并联电弧:流经所述多个光伏面板中的所选的一个光伏面板的电流；流动在所述多个光伏面板与其他电路之间的电流。
33.根据权利要求23所述的光伏串，所述串电弧检测子系统还适用于:根据流经所述多个光伏面板中的两个不同光伏面板的电流之间的偏差来检测所述光伏串内的并联电弧。
34.一种具有电弧检测能力的光伏串，包括: 串联电气耦合的多个光伏面板；以及 串电弧检测子系统，所述串电弧检测子系统适用于根据以下电流之间的偏差来检测所述光伏串内的并联电弧:流经所述多个光伏面板中的所选的一个光伏面板的电流；流动在所述多个光伏面板与其他电路之间的电流。
35.根据权利要求34所述的光伏串，其中: 所述多个光伏面板中的每一个光伏面板都包括面板电流感测子系统，所述面板电流感测子系统适用于:产生表示流经所述光伏面板的输出端口的电流的相应面板电流信号； 所述光伏串还包括串电流感测子系统，所述串电流感测子系统适用于:产生表示流动在所述多个光伏面板和其他电路之间的电流的串电流信号；并且所述串电弧检测子系统还适用于: 确定所述串电流信号与所述多个光伏面板中的所选的一个光伏面板的面板电流信号之间的差异， 确定所述差异的大小是否超过阈值，以及 如果所述差异的所述大小超过所述阈值则检测到所述并联电弧。
36.根据权利要求34所述的光伏串，所述多个光伏面板串联电气耦合在正串电源轨与负串电源轨之间，所述光伏串还包括串短接开关，所述串短接开关跨所述正串电源轨和所述负串电源轨电气耦合，所述串短接开关适用于:响应于所述串电弧检测子系统检测到所述并联电弧而闭合。
37.一种具有电弧检测能力的光伏串，包括: 串联电气耦合的多个光伏面板；以及 串电弧检测子系统，所述串电弧检测子系统适用于:根据流经所述多个光伏面板中的两个不同光伏面板的电流之间的偏差来检测所述光伏串内的并联电弧。
38.根据权利要求37所述的光伏串，其中: 所述多个光伏面板中的每一个光伏面板都包括面板电流感测子系统，所述面板电流感测子系统适用于:产生表示流经所述光伏面板的输出端口的电流的相应面板电流信号；并且 所述串电弧检测子系统还适用于: 确定所述多个光伏面板中的两个不同光伏面板的面板电流信号之间的差异， 确定所述差异的大小是否超过阈值，以及 如果所述差异的所述大小超过所述阈值则检测到所述并联电弧。
39.根据权利要求37所述的光伏串，所述多个光伏面板串联电气耦合在正串电源轨与负串电源轨之间，所述光伏串还包括串短接开关，所述串短接开关跨所述正串电源轨和所述负串电源轨电气耦合，所述串短接开关适用于:响应于所述串电弧检测子系统检测到所述并联电弧而闭合。
40.一种具有电弧检测能力的光伏系统，包括: 并联电气耦合的多个光伏串；以及 系统级电弧检测子系统，所述系统级电弧检测子系统适用于:根据(a)流经所有所述多个串的电流之和与(b)流动在所述多个串和其他电路间的电流之间的偏差，来检测所述光伏系统内的并联电弧。
41.根据权利要求40所述的光伏系统，其中: 所述多个串中的每一个串都包括: 串联电气耦合的多个光伏面板；以及 串电流感测子系统，所述串电流感测子系统适用于:产生表示流经所述光伏串的输出端口的电流的相应串电流彳目号； 所述光伏系统还包括组合电流感测子系统，所述组合电流感测子系统适用于:产生表示流动在所述多个串和其他电路间的电流的组合电流信号；并且所述系统级电弧检测子系统还适用于: 确定所述组合电流信号与全部所述串电流信号的和之间的差异， 确定所述差异的大小是否超过阈值，以及 如果所述差异的所述大小超过所述阈值则检测到所述串联电弧。
42.根据权利要求41所述的光伏系统，还包括系统短接开关，所述系统短接开关跨所述多个光伏串电气耦合，所述系统短接开关适用于:响应于所述系统级电弧检测子系统检测到所述并联电弧而闭合。
43.一种具有电弧检测能力的储能系统，包括: 串联电气耦合在正电源轨和负电源轨之间的多个储能组件；以及电弧检测子系统，所述电弧检测子系统适用于:根据跨所述正电源轨和所述负电源轨的系统电压与跨所述多个储能组件的所有电压的和之间的偏差来检测所述储能系统内的串联电弧。
44.根据权利要求43所述的储能系统，其中: 所述多个储能系统组件中的每一个储能系统组件都包括组件电压感测子系统，所述组件电压感测子系统适用于:产生表示跨所述储能组件的输出端口的电压的相应组件电压信号; 所述储能系统还包括系统电压感测子系统，所述系统电压感测子系统适用于:产生表示所述系统电压的系统电压信号；并且 所述电弧检测子系统还适用于: 确定所有所述组件电压信号之和与所述系统电压信号之间的差异， 确定所述差异是否超过阈值，以及 如果所述差异超过所述阈值则检测到所述串联电弧。
45.根据权利要求43所述的储能系统，所述多个储能组件中的每一个储能组件还包括: 储能器件；以及 最大功率点跟踪变换器，所述最大功率点跟踪变换器电气耦合在所述储能器件与所述储能组件的输出端口之间，所述最大功率点跟踪变换器适用于使得所述储能器件基本上工作在其最大功率点。
46.根据权利要求45所述的储能系统，每一个储能器件具有低于维持电弧所需的最小电压的最大开路额定电压。
47.根据权利要求46所述的储能系统，每一个储能器件具有小于或等于18伏的最大开路额定电压。
48.根据权利要求43所述的储能系统，还包括隔离开关，所述隔离开关与所述多个储能组件串联电气耦合，所述隔离开关适用于:响应于所述电弧检测子系统检测到所述串联电弧而断开。
49.根据权利要求43所述的储能系统，还包括短接开关，所述短接开关跨所述正电源轨和所述负电源轨电气耦合，所述短接开关适用于:响应于所述电弧检测子系统检测到所述串联电弧而闭合。
50.根据权利要求43所述的储能系统，所述电弧检测子系统还适用于根据以下电流之间的偏差来检测所述储能系统内的并联电弧:流经所述多个储能组件中的所选的一个储能组件的电流；流动在所述多个储能组件与其他电路之间的电流。
51.根据权利要求43所述的储能系统，所述电弧检测子系统还适用于:根据流经所述多个储能组件中的两个不同储能组件的电流之间的偏差来检测所述储能系统内的并联电弧。
52.一种具有电弧检测能力的储能系统，包括: 串联电气耦合的多个储能组件；以及 电弧检测子系统，所述电弧检测子系统适用于根据以下电流之间的偏差来检测所述储能系统内的并联电弧:流经所述多个储能组件中的所选的一个储能组件的电流；流动在所述多个储能组件与其他电路之间的电流。
53.根据权利要求52所述的储能系统，其中: 所述多个储能组件中的每一个储能组件都包括组件电流感测子系统，所述组件电流感测子系统适用于:产生表示流经所述储能组件的电流的相应组件电流信号； 所述储能系统还包括系统电流感测子系统，所述系统电流感测子系统适用于:产生表示流动在所述多个储能组件与其他电路之间的电流的系统电流信号；并且所述电弧检测子系统还适用于: 确定所述系统电流信号与所述多个储能组件中的所选的一个储能组件的组件电流信号之间的差异， 确定所述差异的大小是否超过阈值，以及 如果所述差异的所述大小超过所述阈值则检测到所述并联电弧。
54.根据权利要求52所述的储能系统，所述多个储能组件中的每一个储能组件还包括: 储能器件；以及 最大功率点跟踪变换器，所述最大功率点跟踪变换器电气耦合在所述储能器件与所述储能组件的输出端口之间，所述最大功率点跟踪变换器适用于使得所述储能器件基本上工作在其最大功率点。
55.根据权利要求54所述的储能系统，每一个储能器件具有低于维持电弧所需的最小电压的最大开路额定电压。
56.根据权利要求55所述的储能系统，每一个储能器件都具有小于或等于18伏的最大开路额定电压。
57.根据权利要求52所述的储能系统，还包括短接开关，所述短接开关跨所述储能系统的正电源轨和负电源轨电气耦合，所述短接开关适用于:响应于所述电弧检测子系统检测到所述并联电弧而闭合。
58.一种具有电弧检测能力的储能系统，包括: 串联电气耦合的多个储能组件；以及 电弧检测子系统，所述电弧检测子系统适用于:根据流经所述多个储能组件中的两个不同储能组件的电流之间的偏差来检测所述储能系统内的并联电弧。
59.根据权利要求58所述的储能系统，其中: 所述多个储能组件中的每一个储能组件都包括组件电流感测子系统，所述组件电流感测子系统适用于:产生表示流经所述储能组件的电流的相应组件电流信号；并且所述电弧检测子系统还适用于: 确定所述多个储能组件中的两个不同储能组件的组件电流信号之间的差异， 确定所述差异的大小是否超过阈值，以及 如果所述差异的所述大小超过所述阈值则检测到所述并联电弧。
60.根据权利要求58所述的储能系统，所述多个储能组件中的每一个储能组件还包括: 储能器件；以及 最大功率点跟踪变换器，所述最大功率点跟踪变换器电气耦合在所述储能器件与所述储能组件的输出端口之间，所述最大功率点跟踪变换器适用于使得所述储能器件基本上工作在其最大功率点。
61.根据权利要求60所述的储能系统，每一个储能装置都具有低于维持电弧所需的最小电压的最大开路额定电压。
62.根据权利要求61所述的储能系统，每一个储能器件都具有小于或等于18伏的最大开路额定电压。
63.根据权利要求58所述的储能系统，还包括短接开关，所述短接开关跨所述储能系统的正电源轨和负电源轨电气耦合，所述短接开关适用于:响应于所述电弧检测子系统检测到所述并联电弧而闭合。
64.一种具有电弧检测能力的储能系统，包括: 并联电气耦合的多个储能串；以及 电弧检测子系统，所述电弧检测子系统适用于:根据(a)流经所有所述多个储能串的电流之和与(b)流经所述多个储能串和其他电路间的电流之间的偏差来检测所述储能系统内的并联电弧。
65.根据权利要求64所述的储能系统，其中: 所述多个储能串中的每一个储能串包括: 串联电气耦合的多个储能组件；以及 串电流感测子系统，所述串电流感测子系统适用于:产生表示流经所述储能串的输出端口的电流的相应串电流彳目号； 所述储能系统还包括组合电流感测子系统，所述组合电流感测子系统适用于:产生表示流动在所述多个储能串与其他电路间的电流的组合电流信号；并且所述电弧检测子系统还适用于: 确定所述组合电流信号与所有所述串电流信号的和之间的差异， 确定所述差异的大小是否超过阈值，以及 如果所述差异的所述大小超过所述阈值则检测到所述并联电弧。
【文档编号】H02S50/10GK104253585SQ201410291373
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2013年6月25日
【发明者】A·J·斯特拉塔克斯, K·姚 申请人:沃尔泰拉半导体公司