专利名称：用于诊断光伏系统及装置的接触的方法
技术领域：
本发明涉及用于诊断，尤其是监控光伏系统的接触的方法和装置。
背景技术：
光伏系统使用光伏设备来提供电能。特别地，本发明涉及用于监控光伏系统的接触的方法，该光伏系统具有一个或多个光伏模块，以便识别不利地影响光伏系统的校正操作的事件的发生。在光伏系统的操作期间，能够出现高电流，该高电流在某些情况下，以及结合光伏系统中的有缺陷的和/或损坏的构件，能够导致相当大的功率损耗。这特别地涉及模块间
的接合点的触头的接触电阻，并且涉及电线连接。除了别的因素外，通过提高相关电连接的接触电阻，接触故障变得明显。DE 102006052295B3描述了用于监控光伏发电机的方法和电路布局，指出了以PV发电机(=光伏发电机)与逆变器之间的信号注入和测量进行发电机诊断的基本原理。该方法受限于没有太阳辐射的夜晚时间，在夜间，逆变器没有给电网系统馈入功率，并因此在PV发电机的直流线路中没有电流流过。迄今为止，还没有用于监控光伏系统的接触的满意的方法和装置。在此背景下，本发明的目的是解决该问题。

发明内容
本发明通过对应于权利要求I的方法以及通过根据权利要求14所述的装置来完成该目的。在这种情况下，光伏系统的发电机阻抗独立于光伏系统的工作状态，优选地通过注入光伏系统的具有不同频率的测试信号来确定，并且与接触有关的结论根据由测试信号确定的发电机阻抗，通过模拟光伏系统的交变电流响应来取得。为了该目的，本发明提出了一种方法，包括以下方法步骤-将包括多个频率的测试信号注入光伏系统内，-借助于与测试信号相关的响应信号的评价来确定光伏系统的发电机阻抗；以及-根据所确定的发电机阻抗，通过光伏系统的交流电响应的模拟来独立于光伏系统的操作状态地监控光伏系统的接触，其中该模拟是特定于光伏系统的至少两个不同操作状态的。通过在模拟的过程中考虑至少两个不同的操作状态，有可能独立于光伏系统的操作状态在任何时候监控光伏系统。在这种情况下，操作状态除了别的以外还可以包括昼间的太阳辐射、低太阳辐射(例如，在曙暮光下)、在夜间的无太阳辐射、低遮蔽和大量遮蔽。满负载、部分负载和无负载状态，开启状态和关闭状态等。在这种情况下，特定的优点是，故障能够被识别，只要它们出现，并且不仅是在不再有任何太阳辐射的夜间。
在一种实施例中，模拟基于与所确定的发电机阻抗相关的量值和相位信息。与所确定的发电机阻抗相关的相位信息能够根据发电阻抗的实部和发电机阻抗的虚部来确定。光伏系统的交流电响应可以使用等效电路来模拟。分析设计的等效电路在这种情况下指定了用于近似地或几乎相同地描述交流电响应的电路。等效电路是能够与测量值匹配的频率相关的发电机阻抗的函数关系的代表。而且，有可能通过使用等效电路的个体构件的特征变量(电阻、电感和电容值)的计算来确定光伏发电机的交流电响应。光伏系统能够根据以这种方式确定的特征变量(或者这些特征变量 的子集)来监控，例如相对于接触电阻的水平。如果等效电路被技巧地选择，则在这种情况下有可能使等效电路的至少一个特征变量具有基本上独立于光伏系统的操作状态的值。当使用像这样的特征变量时，监控能够可靠地且独立于光伏系统的操作状态地执行。如果供电线是很长的，则这能够通过给等效电路添加另一个供电线电感、另一个供电线电阻并且也可能添加布置于供电线之间的供电线电容而对高频率进行模拟。在该背景下，应当明确指出，供电线电感的、供电线电阻的和供电线电容的值不一定仅与供电线自身关联，但是发电机，尤其是发电机内的电连接，同样能够对它们的值作出
-Tj. 士 [>贝献。借助于等效电路进行的光伏发电机的交流电响应的模拟能够由包括多个部分等效电路的组合的等效电路来进一步提高，每个部分等效电路模拟光伏系统的一部分。例如，第一部分等效电路能够模拟处于第一操作状态的光伏系统的一部分，而第二部分等效电路能够模拟处于第二操作状态的光伏系统的第二部分。举例来说，温度影响能够通过包括相应的温度相关的构件的至少一个部分等效电路来予以考虑。举例来说，温度能够另外通过测量来确定。作为选择，温度还能够根据交流电响应，例如，根据由所述响应的模拟产生的特征变量推断出。而且，在监控光伏系统的接触时，评价能够根据专家知识来进行，在这种情形中大量的已知的事件及其特征能够有助于故障状态的快速识别。例如，专家知识的形式可以是一组规则，在这种情形中规则能够存储于例如数据处理系统或其程序代码中。用于监控光伏系统的接触的装置包括用于生成具有不同频率的数量可定的部分信号的测试信号的函数发生器；与函数发生器耦接用于将测试信号注入光伏系统内的注入设备；用于根据与测试信号相关的响应信号来确定光伏系统的频率相关的发电机阻抗的设备，以及用于参数识别并且用于独立于光伏系统的操作状态，通过执行以上所述的方法来模拟光伏系统的频率相关的发电机阻抗以及与之前规定的或之前所识别的参考值的比较来监控光伏系统的接触的至少一个处理设备。该至少一个处理设备可以具有用于表征例如能够与构件的老化和/或光伏系统的接触的劣化关联的至少一个性质的评价设备。在一种实施例中，装置被集成于光伏系统中的逆变器内，从而形成具有简单结构和可靠操作的紧凑设计。因此，光伏系统的交流电响应能够近似地通过等效电路来描述。在这种情况下，该响应通过确定等效电路的关联的特征变量来计算或模拟。特征变量根据注入光伏系统内的测试信号来确定。在这种情况下，该测试信号包括多个频率，从而允许记录光伏系统的频率响应及其发电机阻抗。模拟所需的信息(也包括任何必要的相位信息)能够根据该发电机阻抗的量值、实部和虚部来确定。因此，有可能容易地获得模拟所需的所有参数。在这种情况下，光伏系统能够与处于馈送模式的电网系统耦接，或者能够与其断开，能够在部分负载或满负载下，在太阳辐射或受到遮蔽的情况下操作。特别地，该监控还有可能独立于光伏系统的操作状态。对光伏系统的约束，例如，不同的电池类型、操作状态、线路长度等，能够借助于结合的局部等效电路通过简单的方式结合以形成等效电路，以便模拟光伏系统的交流电响应。该知识允许将瞬时响应与已知值比较，以诊断系统的操作状态，并从而在故障促使时立即识别出它们。根据该方法的一种有利变型，还有可能在相对长的时期内产生和/或存储并评价所确定的阻抗值或特征变量的记录，以便例如以这种方式允许根据长期行为来识别劣化和磨损或老化。 在本发明的一种有利改型中，包括信号发生器和控制设备的装置能够集成于逆变器的外壳内，尽管将这些构件全部或部分布置于逆变器的外壳之外同样是可行的。


本发明将参照附图在下文中更详细地描述，在附图中图I示出了具有光伏系统的电系统的框图的实例，以便解释发电机阻抗是如何确定的；图2以图表的形式示出了根据频率的发电机阻抗的测量大小和模拟大小的示例图；图3示出了第一等效电路的示例；图4示出了第二等效电路的示例；图5示出了与关联的等效电路一起的作为在不同操作状态中的电池/模块的电路的实例的不意图；图6示出了第三等效电路的示例；图7a_d以图表形式示出了在不同的操作状态下根据频率的发电机阻抗的测量值和模拟值的示例图；图8示出了具有作为根据本发明的装置的一种示例性实施例的光伏系统的电系统的框图的示例；图9a示出了具有作为根据本发明的装置的另一种示例性实施例的光伏系统的电系统的框图的示例；图9b示出了另一种等效电路的示例；图10示出了根据本发明的方法的流程图；图11示出了多个频率的示意性的电压/时间图；图12示出了串联谐振电路的阻抗根据频率的分布的测量值和计算值的图表；图13示出了具有电平匹配电路的精密整流器的示例；图14示出了用于为电阻值提供温度补偿的神经网络的示例；图15是电阻值的测量时间和补偿时间分布的图表不例；以及图16示出了在模拟接触故障期间测得的离散的电阻值的图表。
具体实施例方式图I不出了包括含有至少一个光伏模块2的光伏系统I的电系统的框图的不例，以便解释发电机阻抗是如何确定的。光伏模块经由电线3、4、5、6与逆变器7链接。在下文中使用的术语光伏(PV)发电机指的是光伏系统I的所有光伏元件以及它们的供电线路，这些光伏元件将辐射转换成电能。在图I中，用于该用途的PV发电机具有光伏模块2。该图还示出了函数发生器8，该函数发生器8被设计用于产生测试信号并且经由电线9、10与注入设备11 (例如，变压器)连接，该注入设备11被设计用于将测试信号注入光伏系统I的直流电路内。该图还示出了代表PV发电机2的供电线阻抗的阻抗ZJ2。为了监控光伏系统I的直流电路，具有众多不同频率的部分信号的测试信号由函数发生器8产生，并且经由注入设备11馈入直流电路。在测量周期内，部分信号的频率在 例如大约IO-IOOOkHz的范围内阶跃或连续增大，从而产生具有例如众多正弦振荡激发的测试信号，该测试信号的频率阶跃增大或减小。从最小频率的振荡激发开始，出现于PV发电机的测量电压13的瞬时值以及流入直流电路的测量电流14(在这种情况下，测量电压13和测量电流14各自是来自与测试信号关联的光伏系统I的响应信号的分量)对于每个频率级都借助于测量和评价设备15来测量和存储。而且，测试信号的频率同样针对每个电压和电流测量点都检测和存储。当然，所涵盖的频率范围与待监控的光伏系统I的性质相配。测量和评价设备15对测试信号的每个频率(该频率同样被存储)都使用所存储的电压和电流值来计算或模拟复数值的发电机阻抗ZPV。该复数值的发电机阻抗Zpv在这种情况下使用现有技术已知的方法来确定。这因此产生与各个输入频率f相关的发电机阻抗Zpv的量值。关于这点，图2以图表的形式示出了发电机阻抗Zpv的测量量值和模拟量值的示例图。在该情形中，圆圈代表测量值，而实线代表发电机阻抗的量值IZl的模拟分布。形式为串联谐振电路(串联电路包括电阻R、线圈L和发电机电容C)的等效电路被用来计算在发电机阻抗Zpv内的电阻R(该电阻R形成了用于监控直流电路的特征变量)。对于所选的等效电路的R、L和C的值现在能够根据针对发电机阻抗的量值IZl的三个测量值16、17、18和关联的频率值来确定。为这种用途所需的约束和计算规则是本领域技术人员所已知的，并因此不再作更详细的解释。所描述的测试信号被连续地(也可能以特定的时间间隔)施加于光伏系统I。在该过程中，使用所述的过程确定的变量R的分布被观察到。如果R增加至特定的限值之上，则可推断出已经出现了过高的接触电阻。还应当指出，在图2中的圆形的数据点来源于在光伏系统I上的测量，而在实线上的值来源于使用等效电路的计算，对于R、L和C，该等效电路的数据已经如同以上所描述的那样被确定。而且，如图2所示，发电机阻抗的量值IZl分布是仅在曙暮光时和夜间，即在对光伏系统I没有太阳辐射的情况下获得的。被用作评价的基础的光伏系统I的等效电路因此与众多类型相关的因素和/或众多取决于操作模式的因素相匹配。光伏系统I的类型相关的因素在下文中除了别的以外还意指供电线路长度、光伏模块2的模块类型、光伏模块2的电池类型、在光伏电模块2内的电池数、电路类型、每串光伏模块的模块数或者在PV发电机中的模块串数。取决于操作模式的因素在下文中除了别的以外还意指到PV发电机上的或到PV发电机的部件上的太阳辐射、PV发电机的温度或PV发电机的部件的温度、或者PV发电机或PV发电机的部件的操作点。 应当指出，在本文中，等效电路被用来模拟PV发电机或PV发电机的部件的交流电响应(也就是在以交流电测试信号刺激时的响应)。一个或多个特征值然后由所选的等效电路通过适合的计算和评价方法，根据检测到的测量值来确定，在这种情形中，等效电路的特征值意指构件(例如，电阻器R)的值。所确定的一个或多个特征值然后被用来识别是否发·(电阻、电感、电容)。但是，作为选择，对于在测量中所使用的频率范围而言足够精确的近似公式同样能够通过以下方式来使用若需要，有可能仅明确地确定等效电路中的某些特征变量，例如只是与PV发电机的监控相关的特征变量，例如，电阻值。这使得有可能大大地降低确定特征值的计算复杂度。适应等效电路的各种实施例将在下文中解释。图3示出了用于模拟PV发电机或PV发电机的部件(电池、光伏模块2)的交流电响应的第一等效电路，假设PV发电机的所有部件都处于实际上相同的操作状态。这意味着PV发电机所有在考虑中的部件都经受到例如相同的温度和/或相同的太阳辐射。在这种情况下，等效电路包括与发电机电阻Rd 24并联的发电机电容C 23。这些元件进而继之以串联的电阻Rs 22和供电线电感L 21。如图4所示，供电线电感L21还能够任选地与另一个供电线电阻20并联。、在图3和图4所示的两个等效电路中，包括供电线电感L 21和供电线电阻20的等效电路模拟(长的)供电线路的以及在PV模块内的电连接的电感响应。串联的电阻Rs 22模拟PV模块的以及它们的供电线路的串行电阻构件，并且包括与在PV模块内且用于其供电线路的各个电接触点的接触电阻关联的以及用于它们的供电线路的构件。包括C23和Rd24的并联电路可以主要与PV模块的响应关联。图5示出了与关联的等效电路一起的处于不同操作状态的单元/模块的电路的示例图，并且示出了形式为串联的5个电池30a到30e的光伏发电机30 (PV发电机)。电池30a到30e是相同类型的电池。换言之，电池30a到30e具有相同的类型相关的因素。电池30a到30d处于相同的操作状态(例如，这些电池受到相同的太阳辐射或者温度相同)，或者换言之，电池30a到30d具有取决于操作模式的相同的因素，并且形成第一电池组32。电池30e处于不同的操作状态(例如，它受到不同的太阳辐射或者温度不同)，并且形成第二电池组34。为了本发明的目的的调查已经表明，第一电池组的交流电响应能够由第一部分等效电路33模拟，而第二电池组的交流电响应能够由第二部分等效电路35模拟，这两个部分等效电路串联，并且各自对应于图3和图4所描述的等效电路之一。这两个部分等效电路33、35在这种情况下能够被结合用于形成结合的等效电路36，该等效电路36在每种情况下都只含有一个串联电阻以及只含有一个供电线电感。并联的发电机电容23a、23b与发电机电阻24a、24b对的数目在这种情况下再一次对应于在结合的等效电路36内所包含的电池
组的数量。而且，当第一电池组和第二电池组处于相同的操作状态时，结合的等效电路36能够进一步简化成图3或图4所示的等效电路。在这种情况下，很明显，当两个或更多个部分等效电路被结合以形成结合的等效电路时，在个体部分等效电路中的个体构件的值必须被适应修改。同时，在根据本发明的方法的一种应用中，有可能根据关于两个或更多个个体等效电路、一个结合的等效电路或者图3或图4所示的一个等效电路是否会产生对光伏系统I的交流电响应足够精确的描述的决定来诊断光伏系统I的状态。例如，在光伏发电机30中的电池的遮蔽的存在和程度能够以这种方式来识别。
在这点上，应当指出，将电池分成电池组不仅可以是操作条件的结果，而且可以取决于设计类型。例如，如果在光伏发电机30中的PV模块被不同于其他模块的新的PV模块替代，则同样可能有必要将光伏发电机30分成具有关联的部分等效电路的电池组，以便尽可能精确地模拟交流电响应。在这种情况下，通常不可能结合自身处于相同的操作条件下的部分等效电路。图6示出了使等效电路(参见图3和图4)与类型相关的因素进一步匹配的第三等效电路。如果供电线路(未示出)的供电线长度超过了特定的值，和/或如果考虑高频率(例如，高于350kHz)，则供电线路的影响可能不再是可忽略的，并且对于供电线路的响应，另一个部分等效电路41被添加至PV发电机的等效电路。在这种情况下，Ll代表另一个供电线电感42，&代表另一个供电线电阻43，以及Q代表另一个供电线电容44。将等效电路与确定值的精度相匹配的效果被示出于图7a到7d中，该图7a到7d示出了在各种操作状态下根据频率的发电机阻抗的测量值和模拟值的示意图。这些图示出了阻抗量值Izl、相位φ、发电机阻抗Zpv的实部Re{z}和发电机阻抗Zpv的虚部Im{Z}随频率f的分布，在每种情形中都有无太阳辐射(图的左侧一月亮符号)和有太阳辐射(图的右侧一太阳符号)两种情况。这些图还示出了各自根据两个基础模型的测量值(圆形测量点)所确定的分布的比较，这将在下文中描述。在图7中的图示是基于PV模块或包括相同类型的电池的PV发电机的，在每种情形中都处于相同的操作状态。供电线电阻20(见图4)在本例中足够高，以便允许它被忽略，例如因为线路长度是充分短的。发电机电阻Rd 24在夜间同样是相当高的。如果目标是仅模拟阻抗量值匕|、相位或发电机阻抗Zpv的虚部Im{Z}在夜间的分布，则有可能忽略发电机电阻Rd 24。这会产生简单的所谓RLC方法，也就是交流电响应通过由串联的电阻、电感和电容构成的等效电路来模拟。RLC模型产生由虚线代表的发电机阻抗Zpv的分布。由于电阻值Rd根据以往的经验将会在昼间急剧下降，因而在昼间的真实响应在这种情况下能够不再由简单的RLC方法来模拟，并且不可能通过基本的等效电路的特征变量来监控发电机。相比之下，如果发电机电阻Rd 24被认为是在扩展模型(由图7中的实线所标识)内的，对应于图3和图4的等效电路，则交流电响应能够在昼间(在存在太阳福射的情况下并且处于不同的操作状态下)和夜间都能够充分精确地描述。这允许可靠地监控发电机，与操作状态无关，甚至是在昼间。例如，这使得即使是在昼间也有可能连续地确定串联电阻Rs 22，并且在预定的限值被超过时触发警报信号。
为了识别被用来如同以上所描述的那样模拟和计算的模型参数，首先必须测量复数值的发电机阻抗ZPV。DE 102006052295B3公开了适用于这种用途的电路布局。在本文中，为了识别以上所述的等效电路的参数，图8示出了具有作为用于监控光伏系统I的接触的根据本发明的装置的一种示例性实施例的光伏系统I的电系统的框图的示例。图8的大部分都对应于图1，但是测量和评价设备15的一个输出与处理设备56连接。测量和评价设备15被用来确定发电机阻抗ZPV。处理设备56确定个体参数并且能够连接至专家知识55的基地，例如数据处理系统。在参数的识别之后，这些参数被传输到进一步处理和存储设备57，在该设备57中它们被存储和/或使用用于监控光伏系统I的接触的诊断算法来评价。适当的输出，例如警报信号和/或报告，然后能够为上级监控中心产生。其中已经识别出故障的电池组同样能够被断开或被切断，以便防止更多的故障或者由它们引起的可能损坏。除了发电机阻抗Zpv的量值之外还需要相位信息，以便计算出模型参数。但是，作 为选择，还有可能测量发电机阻抗Zpv的实部Re {Z}和/或虚部Im {Z}(同样包括相位信息)，或者所期望的任意组合。举例来说，为了识别接触老化，在图4所示的第二等效电路的实例中的模型方案能够在频率响应的三个测量值上被用来只从发电机阻抗Zpv的实部Re{Z}来确定串联电阻Rs。所提出的等效电路的所有寻得参数都能够在质量标准的帮助下使用非线性查找方法来计算，该质量标准被单独设立并且有可能被加权。本发明并不限定于所描述的示例性实施例，并且能够以许多方式来修改。特别地，有可能以与所述组合不同的组合来体现所述特征。当然，用于等效电路的相关特征值不仅能够像根据已知方法描述的那样确定，而且能够使用更多的方法来确定。例如，发电机阻抗ZpJA量值和φ的以及Re{Z}和Im{Z}的值，以及通过测量和评价设备15所确定或计算的相应频率值，能够通过处理设备56进一步使用专家知识55来处理，该处理设备56被设计用于处理专家知识55，并且考虑到等效电路，能够被用来确定特征值。若有必要，能够避免模糊并且参数区能够通过专家知识55的技巧公式化被限制为次级条件。图9a示出了具有作为根据本发明的装置的另一种示例性实施例的光伏系统的电系统的电路简图。光伏系统101 (也称为DUT，被测设备Qevice Under Iest))通过根据本发明的方法来监控，该方法能够由根据本发明的装置102来执行。光伏系统I具有许多光伏模块103··· 105 (称为串)，在此仅示出了三个光伏模块，并且这三个光伏模块根据现有的要求来连接。光伏系统101具有线路电感Lz 106、107和线路电阻Rz 108、109。光伏系统101的负极连接端子110经由电导体115与逆变器116的负极DC电压输入电连接。光伏系统101的正极连接端子111经由电导体112、113和114与逆变器116的正极DC电压输入对应连接。变压器T2的次绕组117被接入正极跳线(jump) 111、112、113,114内。所述绕组被设计为使得它们不会显著地影响光伏系统101的操作方法，尤其是在所发生的耗损方面。变压器Tl和T2的功能将在后面详细地解释。两个变压器T1、T2之一或二者同样能够连接于光伏系统101的负极跳线内。
逆变器116通过电导体120、121连接至电网系统119，例如，公共电网系统，以便根据现有要求转换已经由光伏系统101按照DC电压的形式生产出来的电能，并将其馈送入电网系统119。装置102被用来监控光伏系统101，并且具有能够由控制设备122驱动并经由主绕组124将测试电压uTEST(t)馈入直流电路(101、111、112、113、114、115、110)的信号发生器123。信号发生器123具有内部阻抗Zi 125和可控源126，该可控源126能够由控制设备122控制并且在本例中为电压源。对于光伏系统I (DUT)对测试电压uTEST(t)的反应的计量检测，电压Uuut(t) 129经由变压器T2的次绕组127以及经由与其并联的电阻器R 128来输出，该电压Ui，DUT (t) 129允许对电流iDUT(t) 129a的计量检测，如果布局T2的传递函数和电阻器128是已知的。电压(t) 129被传递到控制设备122 (虚线)，在该控制设备122它被进一步处理。而且，电压uu，DUT(t)132经由与端子110和111并联的测量元件(在本例中为由电阻器130和电容131组成的RC元件)输出，如果测量元件(在本例中为由电阻器130和电容131组成的RC元 件)的传递函数是已知的，则该电压uu，DUT(t)132允许对电压uDUT(t)133的计量检测。电压uu，DUT(t)132同样被传递到控制设备122 (虚线)，在该控制设备122中它被进一步处理。而且，辐射传感器134可任选地与控制设备122连接，给控制设备122提供关于当前是昼间还是夜间的信息。作为选择，该信息还能够根据时钟时间或者根据来自光伏系统101的光电流来确定。在本发明的一种有利改型中，包括信号发生器123和控制设备122的装置102可以被集成于逆变器116的外壳内，或者同样可行的是将这些构件全部或部分布置于逆变器116的外壳之外。图9b示出了在与本发明相关的研发工作的过程中限定的光伏系统101的简化的等效电路，尤其是光伏系统101的电响应能够通过包含电阻R 135a、电感L 315b和电容C135c的电路135来模拟。诸如以参考符号135表不的布局之类的布局被称为串联谐振电路。因此，以上所描述的串行谐振电路能够被用作光伏系统101的等效电路。于是，该等效电路在某些限制下其电行为等同于由其所模拟的光伏系统101那样。特别地，光伏系统101在天黑时(即，在光伏系统101没有受到任何太阳辐射时)的电行为能够通过串联谐振电路135来模拟。串联谐振电路135的总阻抗是电感电抗135b、电容电抗35c和电阻135a的复数和。在共振时，也就是在串联谐振电路处于谐振频率时，电容电抗和电感电抗相互抵销，从而留下了电阻135a。总之，本发明提出串联谐振电路135的电阻135a在谐振频率下确定，以及与光伏系统101的接触状态相关的描述于是根据所确定的电阻135a来作出。这将在下文中参照图10详细地解释，该图10示出了根据本发明的方法的流程示例。该流程的个体步骤可以按照例如计算机程序的形式存储于微型计算机设备(未示出)内，用于控制设备122 (参见图9)。该示意图示出了测量周期的过程。对于本发明的用途，测量周期意指将测试电压Utest (t)施加于DUT,测试电压Utest⑴的频率自最小频率fMIN起按步长阶跃增加，直至最大频率fMX。
在开始(START)步骤150中，控制设备122开始测量周期。在另一个步骤151中，参数被限定用于本测量周期，例如，从控制设备122内的查找表中读出，取决于待监控的光伏系统的类型。这特别地涉及在测试电压uTEST(t)下的测试信号的参数f 、^、Af以及幅值 。若需要，可以在该步骤中限定更多的参数。现在将参照图11，以便解释测试电压Utest⑴。以举例的方式，测试电压uTEST(t)以各种频率下的电压/时间图的形式来示出。该图示出了多个振荡激发170、171、172和173，在本例中其形式为正弦激发。振荡激发的频率从左向右增加。计数器η的值在行174中示出，而用于计算瞬时振荡激发的瞬时频率的计算规则在行175中示出，基于已知的参数和计数器η的相应值。这产生了包括其频率阶跃增加的多个振荡激发的测试信号。若需要，时间暂停同样能够被限定于振荡激发之间，并且能够被改变。现在将再次参照图10。在下一步骤152中，计数器η被设置为O。在步骤153中，第一振荡激发的频率(参见图11)根据计数器η来定义。在步骤154中，公式Zdut(η) = |uDUT(n) |/|iDUT(n) |被用来确定瞬时阻抗Zdut(η)的量值，也就是对于瞬时频率值 f(n)的阻抗Zdut (n)。Zdut (n)、f (η)以及可能还有测得的瞬时值uDUT (t)和iDUT(t)的有效值或幅值uDUT(η)和iDUT(n)被存储于例如控制设备122 (参见图9)中的存储设备(未示出)内，用于后续步骤中的计算。在跳转155中执行检验，以确定计数器η是否等于O。在这种情况下，随后的检验156被跳过，因为在存储器中Zdut (η)的值的数量对于两个阻抗Zdut (η)的比较仍然是不足的。如果值η大于0，则在检验156中执行检验，以确定Zdut(η)的瞬时测量值是否大于之前所测得并存储的值Zdut (n-Ι)。在满足该条件的情况下，假定瞬时频率在等效电路(即，用于模拟待监控的光伏系统101的电行为的串联谐振电路135)的谐振频率附近(精度取决于参数所选择的值)。由于在串联谐振电路135以频率为其谐振频率的信号来激发时，其阻抗Z对应于其电阻，因而那三个最新确定的阻抗值Zdut被用来确定电感电抗135b、电容电抗135c和电阻135a。待监控的光伏系统101的直流电路的电阻现在是可用的，也就是当在跳转156中发生到A157的跳转时，并且该电阻能够在步骤157A中进一步处理和计算。这会在下文中详细地描述。现在将参照图12，以便解释以上陈述。举例来说，该图以图表的形式示出了串联谐振电路135的阻抗Z根据频率的分布的测量值和计算值的图表。这清楚地示出了阻抗Z的已知分布，该阻抗Z是在谐振频率的区域内(B卩，在Z(f2)的区域内)的最小值，并且向左和向右(即，在谐振频率之下和之上)都上升。如果Z(f2)在步骤156中与Z(f3)比较(参见图2)，则将会发现最新测得的阻抗Z (f3)大于之前测得的阻抗Z (f2)。这会得出最小阻抗刚好被超过的推断，并因此有可能精确地确定电感电抗135b、电容电抗135c和电阻135a。如果在图10的跳转156中的比较得出阻抗Zdut (η)的瞬时测量值小于之前测得的值ZDUT(n-l)的结论，则瞬时频率尚未处于谐振的区域内，因此需要进一步的运行。在下一步骤中，计数器η加1，并且在下一步骤159中执行验以确定在新的计数下是否已经超过了测试信号的最大频率fMX。如果已经超过，则跳转到瞬时测量周期的结束160，还可能有故障信息和/或更多的步骤。如果尚未超过，则跳转到步骤153之上的新运行，在该新运行中，如上所述，测试信号的瞬时频率增加步长Af。现在参照图13，该图13举例示出了用于预处理测量电压uu，DUT(t)132和/或ui；DUT(t)129 (均参见图9)的电路。例如，该电路可以布置于控制设备122 (图9)内。电压uu；DUT(t) 132或Uuma) 129 (均参见图9)现在被施加于电路的输入ue，电路的输出Ua与例如控制设备122的模拟/数字转换器(未示出)连接。组件190具有运算放大器OPl以及关联电路Rl和R2。组件190代表用于输入信号Ue的电平匹配的非反相放大器，并且该组件的输出信号的AC电压分量经由电容器Cl与下游组件191耦合。具有运算放大器0P2及其电路R3、R4、R5、R6、V1和V2的组件191与组件192及其电路R7 —起代表着整流器。然后通过低通滤波器R8和C2来执行平均(averaging)以便使信号变平滑。输出信号Ua的电平通过具有运算放大器0P4及其电路R9和RlO的组件193与下游的设备再次匹配，例如，如上所述，该电平与模拟/数字转换器(未示出)匹配。图14示出了用于通过神经网络来提供温度补偿的选项，该选项对于已经确定的电阻值可能是必要的。该图示出了具有输入R、L和C的神经网络。这些值被使用以便在没有实际的温度测量下作出关于对所确定的电阻值的校正(该校正可能是必要的)的陈述。从而，所确定的电阻值在必要时能够使用通过神经网络确定的校正值来校正。举例来说，图15示出了测得的电阻值的分布(下分布)以及已经通过神经网络匹配 的电阻值的分布(上分布)。当测得的电阻值(*)在19. 820hm和20. 020hm之间变动时，校正值(实线)处于19. 970hm和20. 080hm之间的狭窄范围内。图16示出了通过本发明确定的离散的电阻值的示意图。分别为00hm、20hm和40hm的附加电阻在每种情况下被短时间地连接到待监控的光伏系统的直流电路内，在5个小时的时长内，以便模拟接触故障。所示出的测量电阻的分布清楚地示出了根据本发明的方法的识别精度。在光伏系统101 (DUT，参见图9)的谐振区域内的阻抗Z的所确定的电阻值允许得出除此之外还与光伏系统101的电路的，特别是接触电阻的以及还有连接线的状态相关的结论。如果光伏系统101 (DUT)的电阻R (电阻135a)增大，则这能够被用来推断出接触电阻已经增加，并且能够输出警告，能够执行断开和/或能够检验光伏系统I及其电路(准确讲是线路和连接)。以上所述的实施例仅作为举例，并不限制本发明。在权利要求书的范围内，它能够以许多方式来修改。例如，测试信号可以具有不同的振荡形式，例如，方波、三角波等。同样可行的是能够通过单个变压器来输入和输出测试信号。控制设备122还可以具有能够使用所确定的值在相对长的时段内表征光伏系统101更多的特征(例如，构件的老化)的评价设备。对于以上关于优选的示例性实施例的描述，应当指出，虽然在上下文中同样详细地描述了众多的优选改型，但是本发明并不限定于这些改型，而是在权利要求书的范围内能够根据需要以不同的形式来配置。特别地，诸如“顶部”、“底部”、“前面”或“后面”之类的术语不应被理解为限制性的，而是仅涉及各自描述的布局。而且，在说明个体的构件时，这些术语原则上同样能够以许多方式来配置，除非另有说明。而且，保护范围还包括所描述的布局和方法的专家修改，以及等效的改型。参考符号I光伏系统2光伏模块
3…6电线路7逆变器8函数发生器9…10电线路11注入设备12供电线阻抗Zl13测量电压14测量电流 15测量和评价设备16…18发电机阻抗Zpv20供电线电阻Rl21供电线电感L22串联电阻Rs23，23a, 23b 发电机电容 C24, 24a, 24b 发电机电阻 Rd30光伏发电机30a…e电池32第一电池组33第一部分等效电路34第二电池组35第二部分等效电路36结合的等效电路40等效电路PV发电机41部分等效电路的供电线42供电线电感U43供电线电阻Rl44供电线电容Q55专家知识56处理设备57进一步处理和存储设备101光伏系统102装置103…105 光伏模块6,7电感 Lz8,9电阻 Rz112··· 115电导体116逆变器117变压器Tl的次绕组118变压器T2的主绕组
119电网系统120,121电导体122控制设备123信号发生器124变压器Tl的主绕组125内部阻抗Zi126可控源127变压器T2的次绕组 128电阻器129电压 ui;DUT(t)129a电流 iDUT(t)130电阻器131电容器132电压 uu，DUT(t)133电压 uDUT (t)134辐射传感器135串联谐振电路135a电阻135b电感135c电容150…160 方法步骤170…173 振荡激发174计数值175计算规则190匹配组件191, 192整流器193平滑和匹配组件
权利要求
1.一种用于光伏系统(1，101)的诊断，特别是用于光伏系统(1，101)的接触的监控的方法，包括以下方法步骤 -将包含多个频率的测试信号注入所述光伏系统(1，101)， -借助于与所述测试信号相关联的响应信号的评价来确定所述光伏系统(1，101)的发电机阻抗(Zpv);以及 -基于所确定的发电机阻抗(ZPV)，通过所述光伏系统(1，101)的交流电响应的模拟来独立于所述光伏系统(1，101)的操作状态地监控所述光伏系统(1，101)的接触，其中所述模拟是针对于所述光伏系统(1，101)的至少两个不同操作状态的。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述操作状态包括下列项中的一个或多个到PV发电机上的或到PV发电机的部件上的太阳辐射、PV发电机的温度或PV发电机的部件的温度、或者PV发电机或PV发电机的部件的操作点。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述模拟基于与所确定的发电机阻抗(Zpv)相关的量值和相位信息。
4.根据权利要求I到3中的任一权利要求所述的方法，其特征在于所述光伏系统(1，101)的交流电响应基于等效电路来模拟，所述监控通过所述等效电路的特征值来实施，所述特征值具有基本上独立于所述光伏系统(1，101)的操作状态的值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述等效电路具有串联连接的供电线电感(21)、串联电阻(22)和具有并联的发电机电阻(24)的发电机电容(23)。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述光伏系统(1，101)通过所述串联电阻(22)的值来模拟。
7.根据权利要求4到6中的任一权利要求所述的方法，其特征在于所述等效电路还包括用于模拟长的供电线的部分等效电路，所述供电线具有串联连接的供电线电感(42)和供电线电阻(43)，以及与发电机电容(23)并联的供电线电容(44)。
8.根据权利要求5到7中的任一权利要求所述的方法，其特征在于所述等效电路具有多个串联连接的并联的发电机电容(23a，23b)和发电机电阻(24a，24b)对。
9.根据权利要求8所述的方法，以每对并联的发电机电容(23a，23b)和发电机电阻(24a，24b)模拟处于相同的操作状态下的所述光伏系统(1，101)的部件。
10.根据权利要求8所述的方法，以每对并联的发电机电容(23a，23b)和发电机电阻(24a，24b)模拟相同类型的所述光伏系统(1，101)的部件。
11.根据权利要求5到10中的任一权利要求所述的方法，其特征在于供电线电阻(20)并联连接于所述供电线电感(21)的等效电路中。
12.根据权利要求4到10中的任一权利要求所述的方法，其特征在于至少一个部分等效电路包括考虑到温度的构件。
13.根据权利要求I到12中的任一权利要求所述的方法，其特征在于所述光伏系统(1，101)的接触借助于专家知识(55)来监控。
14.一种用于监控光伏系统(1，101)的接触的装置，包括 -函数发生器(8)，用于生成测试信号，所述测试信号具有不同频率的可限定数量的振荡激发； -注入设备(11)，与所述函数发生器(8)耦接，用于将所述测试信号注入所述光伏系统(1,101)； -用于根据与所述测试信号相关联的响应信号来确定所述光伏系统(1，101)的频率相关的发电机阻抗(Zpv)的设备； -至少一个处理设备(56，57)，用于识别参数并且用于通过执行根据权利要求I到13中的任一权利要求所述的方法来模拟所述光伏系统(1，101)的频率相关的发电机阻抗(Zpv)并且与之前限定的参考值进行比较来监控所述光伏系统(I，101)的接触。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于所述至少一个处理设备(56，57)具有评价设备，用于表征以所述光伏系统(1，101)的构件的老化为代表的至少一个性质。
16.根据权利要求14或15所述的装置，其特征在于所述装置被集成于所述光伏系统(1,101)中的逆变器(7)内。
全文摘要
一种用于监控光伏系统(1，101)的接触的方法，该方法具有以下方法步骤将包括多个频率的测试信号注入光伏系统(1，101)内；借助于与测试信号相关的响应信号的评价来确定光伏系统(1，101)的发电机阻抗(ZPV)；根据所确定的发电机阻抗(ZPV)，通过光伏系统(1，101)的交流电响应的模拟来独立于光伏系统(1，101)的操作状态地监控光伏系统(1，101)的接触，其中该模拟是针对于光伏系统(1，101)的至少两个不同操作状态的。另外还公开了相应的装置。
文档编号G01R31/02GK102869997SQ201180021658
公开日2013年1月9日 申请日期2011年5月18日 优先权日2010年5月18日
发明者L·布拉贝兹, O·哈斯, M·阿耶布, G·贝顿沃特, M·奥普夫 申请人:Sma太阳能技术股份公司