用於直流電路的分離裝置製造方法

2023-05-15 00:11:16

用於直流電路的分離裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種分離裝置（10），該裝置用於帶有兩個引導電流的直流導線（2，3）的直流電路，該裝置具有至少一個開關結構，該開關結構帶有一個安排在該直流電路的直流導線（2，3）之一中的開關觸點（11，12）。該分離裝置（10）的突出之處在於，它具有一個傳輸器（13），該傳輸器帶有兩個磁性聯接的線圈（14，15）用於傳輸高頻信號，其中這些線圈（14，15）分別與一個電容器（16，17）串聯連接，並且其中由線圈（14，15）和電容器（16，17）組成的串聯連接中的每一個將這些直流導線（2，3）彼此相連並且分別連接到該開關觸點（11，12）的一個接頭。本實用新型還涉及一種帶有此類分離裝置（10）的PV系統。
【專利說明】用於直流電路的分離裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種分離裝置，用於具有兩個引導電流的直流導線的直流電路，該分離裝置具有至少一個開關結構(Schaltorgan),該開關結構帶有至少一個安排在該直流電路的直流導線之一中的開關觸點。本實用新型還涉及一種帶有此類分離裝置的光伏系統。

【背景技術】
[0002]在光伏(PV)系統中，產生電流的PV發電機在通常相當長的直流導線上與一個或多個被遠程監控的逆變器相連接。其中通常在發電機附近設置有如保護裝置或測量裝置的裝置，這些裝置與該逆變器或其他的在逆變器附近安裝的控制設備進行通訊。在此除了常規的纜線連接的通訊方法之外，還可以通過分離的信號導線、或者串聯和/或並聯的總線或網絡連接、或者無線電連接進行通過直流導線的通訊，通過它們，該PV發電機與該逆變器相連接。一個此類的通過直流導線進行能量傳輸以用於數據傳輸的通訊也被稱為電線通訊(PLC)。在此，通訊信號作為高頻(HF)信號輸入到直流導線以進行能量傳輸，並且在接收側通過對應的輸出器件再次被輸出和分析。當應當通過PLC信號來控制在發電機附近的裝置、例如保護裝置時，這種傳輸在此可以是單向的、例如從逆變器或一個中央的控制裝置朝向PV發電機。當PV發電機應當向逆變器或中央測定裝置傳輸測量數據時，可以設置從PV發電機或發電機附近安裝的裝置到逆變器或到逆變器附近的數據獲取裝置的一種單向的數據傳輸。當不僅應當傳輸在PV發電機處的控制信息而且還應當傳輸來自PV發電機的測量數據時，還可行的是PLC通訊的一種雙向的實施方式。
[0003]例如從文件EP 2 243 208 BI已知一種PV系統，其中在遠離發電機和發電機附近的裝置通過PLC信號進行通訊。根據該文件，PV發電機由多個PV子發電機形成，這些子發電機組合在一個發電機附近的連接盒中，在該連接盒中安排有一個分離開關，通過該分離開關能夠中斷引導向逆變器的直流導線。所提出的是，通過在逆變器與連接盒之間、以及連接盒與PV子發電機之間的直流導線來傳輸PLC信號，一方面用於控制該分離開關，且另一方面用於將測量數據從PV子發電機傳輸到逆變器。於是當該連接盒中的分離開關被打開時，為了能夠將測量數據從PV子發電機傳輸到逆變器，平行於分離開關的開關觸點安排了一個處於電容器(Kondensator)形式的數據信號聯接器。該電容器還能夠在分離開關打開的情況下進行在PV子發電機與逆變器之間的高頻信號傳輸。
[0004]使用平行於開關觸點安排的電容器作為數據信號聯接器的缺點在於，在流電學分離的連接的意義上這個電容器沒有形成可靠的分離。因此，對於PV子發電機的可靠的斷電(Freischaltung)而言此類的數據信號聯接器是不適合的。
實用新型內容
[0005]一種分離裝置，用於帶有兩個引導電流的直流導線的直流電路，這些直流導線具有至少一個開關結構，該開關結構帶有至少一個安排在該直流電路的直流導線之一中的開關觸點，其特徵在於，該分離裝置具有一個傳輸器，該傳輸器帶有兩個磁性聯接的線圈用於傳輸高頻信號，其中這些線圈分別與一個電容器串聯連接並且其中每一個由線圈和電容器組成的串聯連接將這些直流導線彼此相連並分別連接在該開關觸點的一個接頭處。
[0006]該分離裝置在這兩個直流導線中的每一個中分別可以具有至少一個開關觸點。
[0007]這兩個線圈可以具有相同的電感性，並且這兩個電容器可以具有相同的容量。
[0008]線圈和電容器的串聯連接可以分別具有一個適合於傳輸？IX信號的共振頻率。
[0009]信號的頻率可以是在從100紐2到11?的範圍內。信號的頻率可以是在從100詘2到300詘2的範圍內。
[0010]一種帶有至少一個？乂發電機和至少一個逆變器以用於向一個供能網絡中儲存電能的系統，其中該發電機和逆變器通過直流導線彼此相連，其特徵在於，一個在逆變器側的直流導線區段和一個在發電機側的直流導線區段通過一個本實用新型的分離裝置而彼此相連。
[0011]在該？乂系統中可以在該分離裝置的逆變器側和發電機側設置用於用來進行？仏通訊的高頻信號的一個發送單元和/或一個接收單元。
[0012]在該？乂系統中可以在逆變器側、發電機側或在分離裝置中設置一個用於藉助於高頻信號進行電弧檢測的裝置。
[0013]該？V系統可以具有一個直流變壓器用於發電機附近的電部件的供電，其中該直流變壓器在輸入側可以被施加一個電壓，該電壓置於這些電容器之一上。
[0014]本實用新型的分離裝置具有一個傳輸器，該傳輸器帶有兩個磁性聯接的線圈用於傳輸高頻信號，其中這些線圈分別與一個電容器串聯連接並且其中每一個由線圈和電容器組成的串聯連接將這些直流導線彼此相連並且連接在該開關觸點的一個接頭處。
[0015]該至少一個開關觸點向這兩個直流導線之一的打開中斷了朝向該直流導線的電流流動。即使在打開的開關觸點的情況下，該傳輸器仍然允許通訊的冊信號的傳輸或者還允許將電弧發射的冊信號通過該分離裝置傳輸出去。因為，由於上遊連接的電容器這些線圈沒有被直流電路中流動的直流電流過，所以它們可以具有較小的導線橫截面並且對應地以材料和成本低廉的方式製造。同時能夠獲得傳輸器的核心材料的成本低廉的構造，因為它們不會導致飽和。
[0016]在該分離裝置的一個有利的設計中，在這兩個直流導線中的每一個中安排有至少一個開關觸點。於是，在開關觸點打開的情況下，直流電路對於直流電而言是完全地在流電學上中斷的。
[0017]在該分離裝置的另一個有利的設計中，這兩個線圈具有相同的電感性並且這兩個電容器具有相同的容量。這兩個線圈的相同的電感性並且由此在這些線圈中相同的匝數，尤其在開關觸點關閉的情況下是有利的，因為在此情況下交流電通過這些線圈(例如這些線圈將冊信號)相反地抵消並且實際上沒有電流流過該傳輸器。線圈和電容器的串聯連接優選分別具有一個適合於傳輸信號的共振頻率。該？仏信號的頻率在此特別優選處於從100千赫茲(紐2)到1兆赫茲(腿2)的範圍內，並且尤其在從100紐2到300紐2的範圍內。
[0018]在一種具有至少一個？乂發電機和至少一個逆變器以將電能儲存到功能網絡中的本實用新型的?系統中，？V發電機和逆變器通過直流導線彼此相連。該？乂系統的突出之處在於，這些直流導線的一個逆變器側的區段和這些直流導線的一個發電機側的區段通過一個此類的分離裝置彼此相連。在冊信號的傳輸方面產生了與該分離裝置相關地敘述的優點。
[0019]在該？V系統的一個有利的設計中，在該分離裝置的逆變器側和發電機側設置用於用來進行？IX通訊的高頻信號(冊)的一個發送單元和/或一個接收單元。額外地或替代性地，可以在逆變器側、發電機側或在分離裝置中設置一個用於藉助於冊信號進行電弧檢測的裝置。本實用新型的分離裝置可以用於」系統之內的這兩個應用目的。
[0020]在該？V系統的另一個有利的設計中，設置有一個直流變壓器用於發電機附近的電部件的供電，其中該直流變壓器在輸入側可以被施加一個電壓，該電壓置於這些電容器之一上。優選地，該在逆變器側上的電壓分接(處陰狀1打的)到安排在逆變器側的電容器上。於是能夠對發電機附近的部件供電。與用於直流變壓器的輸入電壓直接在這些直流導線處的分接相反，輸入電壓通過電容器的分接具有以下優點:在直流導線上的強烈的電壓波動或電壓跳躍通過這些電容器和線圈電感性而得以阻尼並且因此降低了在直流變壓器處超壓的危險。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面將通過實施例藉助於兩個附圖來詳細說明本實用新型。附圖示出:
[0022]圖1 一個？V系統的示意性圖示，該系統帶有一個處於第一實施例的分離裝置；以及
[0023]圖2 —個？V系統的示意性圖示，該系統帶有處於第一實施例的分離裝置。

【具體實施方式】
[0024]圖1以示意性連接框圖顯示了在第一實施例中的？V系統。一個？V發電機1通過直流導線2、3與一個遠程安排的逆變器5相連。逆變器5為了儲存由發電機1產生的電流，通過一個交流輸出連接到一個供能網絡6。例如，該交流輸出與該供能網絡6在此形成為單相的。然而，在本申請的框架中，逆變器5以及供能網絡6可以具有其他的相數目，例如是三相的。
[0025]？乂發電機1在本文中是通過一個獨立？V電池的開關符號來表示的。應理解的是，該？V發電機1可以由多個？乂模塊構成，這些模塊進而可以分別由多個？V電池組成。這些
模塊可以串聯連接到一個所謂的串(3廿1=8)上，其中的多個可以是並聯地連接的並且形成該發電機1。在？V發電機1的開關符號中，表不出了一個串聯電阻10、一個串聯電感11和一個串聯電容器X的串聯連接。這三個元件的串聯連接符號化地展示了發電機1的小信號補償連接圖。
[0026]與發電機1的輸出並聯地在發電機附近安排一個短路開關4。該短路開關4，在本文中示例地為一個半導體功率開關，在其操作過程中用於直流導線2、3的電壓斷電。一種這樣的電壓斷電可以例如在火災的情況下使用，以便阻止導向逆變器5的直流導線2、3被施加高的電壓，這在消防作業中可能造成生命危險。
[0027]此外，設置有一個分離裝置10，該分離裝置具有至少一個開關結構，該開關結構帶有本文中的兩個開關觸點11、12。每一個開關觸點11、12安排在直流導線2、3之一中，在本文中開關觸點11在直流導線2中而開關觸點12在直流導線3中，以便能夠將發電機1流電學地從逆變器5分離。
[0028]在所示的實施例中，短路開關4以及分離裝置10都安排在發電機附近。然而，尤其分離裝置10也可以安排在逆變器附近或在逆變器5中。還可設想的是，將此類的分離裝置不僅設置在逆變器附近或逆變器5中而且還設置在發電機附近。
[0029]發電機附近的短路開關4以及(如果同樣安排在發電機附近)分離裝置10通過電線通訊信號由逆變器5進行控制。為此目的，在逆變器5中安排一個？IX發送單元，該發送單元用一個對應的高頻(冊)信號來加載直流導線2、3。在此，？仏信號的頻率範圍處於約100千赫茲(紐2)至約1兆赫茲(冊12)的範圍內，並且特別優選在從100紐2到300紐2的範圍內。替代於所示的安排，可以提出，不將？IX發送單元整合在逆變器5中，而是將其安排在逆變器附近的一個分離的單元中。為了將高頻信號輸入到？IX通訊，可以例如設置一個電感式工作的輸入傳輸器。其他的輸入方式，例如電容式的或電阻式的，也是可行的。
[0030]為了接收並為了分析該？IX信號，在發電機附近設置一個接收單元20，該接收單元具有一個輸出傳輸器21，該輸出傳輸器在這些直流導線之一中(在此例如直流導線2)用初級線圈22來纏繞。在電流導線2中與電流疊加的信號被傳輸到輸出傳輸器21的第二線圈23上並且被送入一個接收器24。該接收器增強並分析該信號並且通過一個通訊接口或者通過信號導線將該信號中包含的信息輸出。這些信息涉及例如短路開關4的操作和/或分離裝置10的操作，以便打開或關閉該開關觸點11、12。輸出單元20還可以替代性地由歐姆式、電容式和電感式元件的任意組合組成。
[0031]應理解的是，接收單元20還可以形成為雙向工作的發送/接收單元，以便將處於信號形式的信息傳輸到逆變器中的一個接收器。
[0032]為了還能夠在開關觸點11、12打開的情況下將信號從逆變器5傳遞到接收單元20(並且反之亦然)，例如以便通過短路開關4來取消？乂發電機1的斷電以及實現開關觸點11、12的再次接通，根據本申請，該分離裝置10實施為信號傳輸式的。為此目的，分離裝置10具有一個傳輸器13，該傳輸器包括兩個優選相同的線圈14和15。傳輸器13是可完全地流電學分離的。
[0033]線圈14、15中的每一個與一個電容器16或17串聯連接。由線圈14和電容器16所形成的串聯連接是在直流導線2、3之間在逆變器側由開關觸點10和11相連接。由線圈15和電容器17形成的串聯連接以相同方式接觸直流導線2和3，然而是在開關觸點11、12的朝向」發電機1的側面上。由線圈14或15與電容器16或17組成的串聯連接在其共振頻率和品質方面是如下設計的，使得？IX信號在例如100紐2到11取的所述頻率範圍內且優選在100紐2到300紐2的範圍內能夠良好地進行傳輸。
[0034]因為，這些線圈14和15沒有被直流電路中流動的直流電流過，所以它們可以具有較小的導線橫截面並且對應地以材料和成本低廉的方式製造。同時能夠獲得傳輸器13的核心材料的成本低廉的構造，因為它們不會導致飽和。在開關觸點11、12打開的情況下，直流導線2和3對於直流而言是完全在流電學上彼此分離的。由此中斷了在直流導線2、3上的直流電。
[0035]然而，逆變器側送入的通訊的冊信號可以通過由電容器16和線圈14組成的串聯連接與在直流電路的這個區段之前一樣向後流動。在此有利的是，由線圈14和電容器16組成的串聯連接具有用於所採用的PLC信號的典型頻率的一個儘可能小的阻抗。這例如是當該串聯連接的共振頻率處於PLC信號中出現的頻率範圍內時存在的。
[0036]由於線圈14和15在傳輸器13中的磁性連接，在直流電路的設置有PV發電機I的區段中也感生了一個對應的HF信號。對於該HF信號，通過線圈15和電容器17、以及短路元件4和/或PV發電機I閉合成電路。對於由線圈15和電容器17組成的串聯連接的阻抗或共振頻率，上面對線圈14和電容器16所述的內容同樣適用。有利地，線圈14和15在匝數和電感性方面是設計為相同的，同樣，電容器16和17優選具有相同的電容。線圈14和15處相同的匝數尤其在開關觸點11、12關閉時是有利的，因為在此情況下(AC)電流通過線圈14、15相反地抵消並且實際上沒有電流流過傳輸器13。
[0037]在開關觸點11和12關閉的情況下，由線圈14和電容器16組成的串聯連接以及由線圈15和電容器17組成的串聯連接是並聯地連接的。傳輸器13的線圈14和15的纏繞方式優選是如下進行的，使得通訊信號在傳輸器中幾乎完全地抵消。如果線圈14和15例如以相同方式纏繞，在圖1中通過在線圈14和15處的點表示，並且如果它們具有相同的匝數，那麼HF信號幾乎完全流過在電路中位於逆變器5與PV發電機I和/或短路開關4之間的直流電路。
[0038]尤其在相同地設計的線圈14、15的情況下，可行的是不僅從該分離裝置10的逆變器側向發電機側進行傳輸，而是還反向地從發電機側向逆變器側進行傳輸。例如當設置有從該發電機側向該逆變器側的PLC通訊或雙向的PLC通訊時，此類的情況是相關的。
[0039]在與電弧的識別相關的背景下，可能希望的是從分離裝置10的發電機側到逆變器側的高頻傳輸。電弧在其出現時發射寬帶的HF信號，藉助於此能夠檢測其在直流電路中的出現。於是例如可以在逆變器5或者在一個逆變器附近的監測裝置中安排一個檢測電路用於識別電弧，該檢測電路測定在某一個頻率範圍內的此類HF信號。為了能夠獨立於分離裝置10的開關觸點11、12的關閉或開放狀態來可靠地檢測電弧並且能夠採取用於消滅它的措施，將從燃燒的電弧發出的HF信號的傳輸到檢測單元是必不可少的。這也是通過在分離裝置10中通過傳輸器13的高頻信號聯接而保證的。任選地，可以為此將由線圈14或15與電容器16或17組成的這些串聯連接的共振頻率和品質進行如下的設計，使得一方面PLC信號在一個限定的窄的頻帶中進行良好的傳輸，並且另一方面由檢測電路在另外的頻帶中檢測到的任何電弧信號僅收到較小的阻尼。
[0040]圖2示出了在第二實施例中帶有本實用新型分離裝置10的一個PV系統。此圖中相同的參考符號表示與圖1中相同的或作用相同的元件。
[0041]在其基礎構造中，該第二實施例的PV系統對應於第一實施例的系統，因此參照對圖1的說明。與第一實施例不同的是，圖2的實施例在該分離裝置10中僅設置一個開關觸點11，在此該開關觸點示例性地安排在直流導線2中。通過分離裝置10的這種設計還可以中斷在直流電路中的直流電，然而其中沒有對該直流電路的發電機附近的零件和逆變器附近的零件的流電式地斷開聯接。
[0042]此外，設置有一個直流變壓器25，也稱為DC (直流)/DC變壓器，用於接收單元20的電流供應並且在此尤其是接收器24的電流供應，以及實際上其他的發電機附近的部件的電流供應。直流變壓器25在此將其輸入電壓通過電容器16分接，該電容器在分離裝置10中被安排在逆變器側。在開關觸點11關閉的情況下，在這個電容器16處施加該？V發電機1的電壓，由此通過0(:/0(:變壓器25來供應接收單元20。在開關觸點11開放的情況下替代性地提出，由逆變器5對直流導線2、3施加一個小的等電壓，該小等電壓在電弧或者在電擊危險方面是無危險的。接收單元20於是通過0(:/0(:變壓器25由同樣通過電容器16施加的小電壓來供應。
[0043]與對於直流變壓器25的直接在逆變器側的直流導線2、3處的輸入電壓分接不同，通過電容器16的輸入電壓分接提供了以下優點，即通過電容器16和線圈14的電感阻尼了在直流導線2、3上的強烈的電壓波動和跳躍，並且由此降低了直流變壓器25處超壓的危險。
[0044]取代於通過傳輸器21的一個被直流流過的初級線圈22的信號輸出，還可以替代性地在一個與發電機1平行安排的串聯振蕩電路中進行？仏信號的輸出。理論上除了電感式輸出以外還可以實施電容式或電阻式的輸出。
[0045]參考符號清單
[0046]1發電機
[0047]II？發電機的串聯電阻
[0048]11 ？乂發電機的串聯電感
[0049]10發電機的串聯電容
[0050]2,3 直流導線
[0051]4 IX:短路開關
[0052]5逆變器
[0053]6供能網絡
[0054]10 分離裝置
[0055]11，12開關觸點
[0056]13 傳輸器
[0057]14，15 線圈
[0058]16，17 電容器
[0059]20 接收單元
[0060]21 輸出傳輸器
[0061]22初級線圈
[0062]23次級線圈
[0063]24接收器
【權利要求】
1.分離裝置(10)，用於帶有兩個引導電流的直流導線(2，3)的直流電路，該分離裝置具有至少一個開關結構，該開關結構帶有至少一個安排在該直流電路的這些直流導線(2，3)之一中的開關觸點(11，12),其特徵在於,該分離裝置(10)具有一個傳輸器(13),該傳輸器帶有兩個磁性地聯接的線圈(14，15)以傳輸高頻信號，其中這些線圈(14，15)分別與一個電容器(16，17)串聯連接，並且其中這些由線圈(14，15)和電容器(16，17)組成的串聯連接中的每一個將這些直流導線(2，3)彼此相連並且相應地連接到該開關觸點(11，12)的 Iv接頭。
2.根據權利要求1所述的分離裝置(10)，該分離裝置在這兩個直流導線(2，3)的每一個中具有至少各一個開關觸點(11，12)。
3.根據權利要求1所述的分離裝置(10)，其中這兩個線圈(14，15)具有相同的電感，並且這兩個電容器(16，17)具有相同的電容。
4.根據權利要求1所述的分離裝置(10)，其中該由線圈(14，15)和電容器(16，17)組成的串聯連接分別具有一個適合用於傳輸PLC信號的共振頻率。
5.根據權利要求4所述的分離裝置(10)，其中該PLC信號的頻率位於10kHz到IMHz的範圍內。
6.根據權利要求4所述的分離裝置(10)，其中該PLC信號的頻率位於10kHz到300kHz的範圍內。
7.PV系統，該系統帶有至少一個PV發電機(I)和至少一個逆變器(5)用於將電能儲存到一個供能網絡(6)中，其中該PV發電機(I)和該逆變器(5)通過直流導線(2，3)彼此相連，其特徵在於，這些直流導線(2，3)的一個逆變器側的區段與這些直流導線(2，3)的一個發電機側的區段是通過根據權利要求1至6之一所述的一個分離裝置(10)彼此相連。
8.根據權利要求7所述的PV系統，其中在該分離裝置(10)的逆變器側和發電機側設置有一個發送單元和/或一個接收單元(20)用於用來進行PLC通訊的高頻信號。
9.根據權利要求7所述的PV系統，其中在逆變器側、發電機側或在該分離裝置中設置有一個用於藉助於高頻信號進行電弧檢測的裝置。
10.根據權利要求7所述的PV系統，該系統具有一個直流變壓器(25)用於發電機附近的電部件的供電，其中該直流變壓器(25)在輸入側用一個通過這些電容器(16,17)之一施加的電壓進行加載。
【文檔編號】H02S40/30GK204156797SQ201420132707
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年3月24日 優先權日:2013年3月27日
【發明者】克裡斯多佛·梅爾茲 申請人:艾思瑪太陽能技術股份公司