DE102014103993A1 - Method and device for detecting and signaling a contact fault within a photovoltaic module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren und Signalisieren eines Kontaktfehlers innerhalb eines PV-Moduls (11) eines PV-Generators (10), wobei das PV-Modul (11) mindestens zwei in Reihe geschalte Submodule (12) aufweist, zu denen jeweils eine Bypass-Diode (13) parallel geschaltet ist, auf die ein durch das PV-Modul (11) fließender Strom kommutieren kann. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: – Durchführen einer Impedanzmessung an dem PV-Generator (10) in einem ersten Arbeitspunkt des PV-Generators (10), der innerhalb eines unkommutierten Arbeitspunktsbereichs (I) liegt, zur Ermittlung mindestens eines Impedanzwertes (|Z|) des PV-Generators (10); – Vergleichen des mindestens eines ermittelten Impedanzwertes (|Z|) mit einem Referenz-Impedanzwert (|ZR|) des PV-Generators (10); und – Detektieren und Signalisieren eines Kontaktfehlers innerhalb des PV-Moduls (11) des PV-Generators (10) abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs des gemessenen Impedanzwertes (|Z|) im ersten Arbeitspunkt mit dem Referenz-Impedanzwert (|ZR|). Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Detektieren und Signalisieren eines Kontaktfehlers innerhalb eines PV-Moduls (11) eines PV-Generators (10) mit einer Impedanzmessungsvorrichtung (40) und einer Einstelleinheit für den Arbeitspunkt des PV-Generators (10).The invention relates to a method for detecting and signaling a contact fault within a PV module (11) of a PV generator (10), wherein the PV module (11) has at least two submodules (12) connected in series, to each of which Bypass diode (13) is connected in parallel, to which a current through the PV module (11) can commute current. The method comprises the following steps: - performing an impedance measurement on the PV generator (10) at a first operating point of the PV generator (10), which lies within an uncommutated operating point range (I), to determine at least one impedance value (| Z |) of the PV generator (10); - comparing the at least one determined impedance value (| Z |) with a reference impedance value (| ZR |) of the PV generator (10); and - detecting and signaling a contact fault within the PV module (11) of the PV generator (10) as a function of a result of the comparison of the measured impedance value (| Z |) at the first operating point with the reference impedance value (| ZR |). The invention further relates to a device for detecting and signaling a contact fault within a PV module (11) of a PV generator (10) with an impedance measuring device (40) and an adjustment unit for the operating point of the PV generator (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren und Signalisieren eines Kontaktfehlers innerhalb eines Photovoltaikmoduls eines Photovoltaikgenerators, wobei das Photovoltaikmodul mindestens zwei in Reihe geschaltete Submodule aufweist, zu denen jeweils eine Bypass-Diode parallel geschaltet ist, auf die ein durch das Photovoltaikmodul fließender Strom kommutieren kann. The invention relates to a method for detecting and signaling a contact fault within a photovoltaic module of a photovoltaic generator, wherein the photovoltaic module has at least two submodules connected in series, to each of which a bypass diode is connected in parallel, to which a current flowing through the photovoltaic module can commute.
Schadhafte elektrische Kontakte in Photovoltaikgeneratoren, nachfolgend abgekürzt als PV-Generatoren bezeichnet, können sich im Betrieb eines PV-Generators aufgrund der am schadhaften Kontakt entstehenden Verlustleistung erhitzen und Ursache von Bränden darstellen. Zudem wird durch schadhafte Kontakte die Ausbeute an gewonnener elektrischer Energie verringert, so dass die Photovoltaikanlage (PV-Anlage) weniger effektiv betrieben wird. Defective electrical contacts in photovoltaic generators, hereinafter referred to as PV generators for short, can heat up during operation of a PV generator due to the power loss resulting from the defective contact and cause fires. In addition, the yield of recovered electrical energy is reduced by defective contacts, so that the photovoltaic system (PV system) is operated less effectively.
Um schadhafte Kontakte möglichst im Betrieb der PV-Anlage detektieren zu können, ist aus der Druckschrift
Ein ähnliches Verfahren ist aus der Druckschrift
Bei einem weiteren Verfahren wird ein Arbeitspunkt des PV-Generators auf eine plötzliche, beispielsweise sprunghafte Änderung überwacht. Eine solche sprunghafte Änderung des Arbeitspunkts, z.B. detektiert in einer Änderung der Photovoltaikspannung und/oder des Photovoltaikstroms, lässt ebenfalls auf Kontaktprobleme schließen. In another method, an operating point of the PV generator is monitored for a sudden, such as sudden change. Such a sudden change of the operating point, e.g. detected in a change of the photovoltaic voltage and / or the photovoltaic current, also suggests contact problems.
PV-Generatoren sind üblicherweise durch ein oder mehrere Photovoltaikmodule (PV-Module) gebildet. Ein PV-Generator umfasst häufig eine Serienverschaltung mehrerer PV-Module, einen sogenannten String. Um die im Falle einer Verschattung eines Teils der Module oder eines Teils eines Moduls entstehenden hohen negativen Spannungen und damit hohen Verlustleistungen an den betroffenen Modulteilen zu verhindern, sind die PV-Module üblicherweise mit sogenannten Bypass-Dioden versehen. Diese werden leitend, sobald eine der durch den photovoltaischen Effekt enstehenden Spannung (PV-Spannung) entgegengesetzt wirkende Spannung am Modul bzw. Modulteil anliegt. Häufig sind die Module intern aus einer Serienverschaltung mehrerer, mindestens zweier, üblicherweise dreier, Submodule aufgebaut, wobei jedem der Submodule eine eigene Bypass-Diode parallel geschaltet ist. Bei einer Teilverschattung werden von einem PV-Modul somit nur die von der Verschattung betroffenen Submodule durch die leitende Bypassdiode überbrückt. Der Stromfluss durch den PV-Generator führt bei den betroffenen Submodulen durch die jeweils zugeordnete Bypass-Diode. Ansonsten tragen alle nicht von der Verschattung betroffenen PV-Module bzw. Submodule nach wie vor zur Stromerzeugung bei. Die genannten Bypass-Dioden werden nicht nur im Verschattungsfall aktiv, sondern auch dann, wenn ein Kontaktfehler innerhalb eines PV-Moduls auftritt und durch diesen Kontaktfehler innerhalb eines PV-Moduls eine höhere und der PV-Spannung entgegengesetzte Spannung abfällt, als das jeweilige vom Kontaktfehler betroffene Submodul als PV-Spannung bereitstellt (unter Vernachlässigung der Durchlassspannung der Bypass-Diode). PV generators are usually formed by one or more photovoltaic modules (PV modules). A PV generator often includes series connection of several PV modules, a so-called string. In order to prevent the case of shading of a portion of the modules or a part of a module resulting high negative voltages and thus high power losses on the affected module parts, the PV modules are usually provided with so-called bypass diodes. These become conductive as soon as one of the voltages resulting from the photovoltaic effect (PV voltage) is applied to the opposite voltage on the module or module part. Frequently, the modules are internally composed of a series connection of several, at least two, usually three, submodules, each of the submodules having its own bypass diode connected in parallel. In the case of partial shading, only the submodules affected by the shading are bridged by the conductive bypass diode of a PV module. The current flow through the PV generator leads through the respectively assigned bypass diode for the affected submodules. Otherwise, all PV modules or submodules not affected by the shading still contribute to power generation. The bypass diodes mentioned are not only active in the event of shading, but also when a contact error occurs within a PV module and this contact error within a PV module causes a higher voltage, which is opposite to the PV voltage, than the respective one from the contact error provides affected submodule as PV voltage (neglecting the forward voltage of the bypass diode).
Bei den bekannten Verfahren zur Detektion eines Kontaktfehlers eines PV-Generators können die Bypass-Dioden dazu führen, dass der Bereich, in dem der Kontaktfehler auftritt, aufgrund eines auf die Bypass-Diode kommutierten Stroms nicht im Leistungspfad des PV-Generators liegt und damit den vorgenommenen Messungen zur Detektion des Kontaktfehlers nicht zugänglich ist. In the known methods for detecting a contact fault of a PV generator, the bypass diodes can cause the region in which the contact fault occurs, due to a commutated to the bypass diode current is not in the power path of the PV generator and thus the Measurements made for the detection of contact error is not accessible.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dektektieren und Signaliseren eines Kontaktfehlers zu schaffen, das auch einen innerhalb eines PV-Moduls auftretenden Kontaktfehler sicher detektiert. It is therefore an object of the present invention to provide a method and apparatus for detecting and signaling a contact fault that also reliably detects a contact fault occurring within a PV module.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by a method and a device having the respective features of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren der eingangs genannten Art umfasst die folgenden Schritte: Es wird eine Impedanzmessung an dem PV-Generator in einem ersten Arbeitspunkt des PV-Generators durchgeführt, wobei der erste Arbeitspunkt innerhalb eines unkommutierten Arbeitspunktsbereichs liegt. Durch die Impedanzmessung wird mindestens ein Impedanzwert des PV-Generators ermittelt. Der mindestens eine ermittelte Impedanzwertes wird mit einem Referenz-Impedanzwert des PV-Generators verglichen und es wird ein Kontaktfehlers innerhalb des PV-Moduls des PV-Generators abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs des gemessenen Impedanzwertes im ersten Arbeitspunkt mit dem Referenz-Impedanzwert erkannt und signalisiert. An inventive method of the aforementioned type comprises the following steps: An impedance measurement is performed on the PV generator in a first operating point of the PV generator, wherein the first operating point is within an uncommutated operating point range. The impedance measurement determines at least one impedance value of the PV generator. The at least one determined impedance value is compared with a reference impedance value of the PV generator and a contact error within the PV module of the PV generator is detected and signaled depending on a result of the comparison of the measured impedance value in the first operating point with the reference impedance value.
Erfindungsgemäß wird durch die Wahl des Arbeitspunktes sichergestellt, dass ein durch den PV-Generator fließender PV-Strom tatsächlich durch die mögliche Kontaktfehlerstelle fließt und nicht auf eine zugeordnete Bypass-Diode kommutiert ist. Ein auf eine Bypass-Diode kommutierter PV-Strom würde den Kontaktfehler maskieren und einer sicheren Erkennung des Kontaktfehlers entgegenstehen. Ein innerhalb eines PV-Moduls lokalisierter Kontaktfehler kann so sicher erkannt werden. According to the invention, the choice of the operating point ensures that a PV current flowing through the PV generator actually flows through the possible contact fault location and is not commutated to an associated bypass diode. A commutated to a bypass diode PV current would mask the contact error and preclude a reliable detection of the contact error. A localized within a PV module contact error can be detected so sure.
Im Rahmen der Anmeldung ist als unkommutierter Arbeitspunktsbereich ein Bereich des Arbeitspunktes des PV-Generators zu verstehen, in dem alle Submodule eines PV-Moduls und somit keine der parallel zu einem eventuellen Kontaktfehler angeordneten Bypass-Dioden bestromt ist. Umgekehrt ist unter einem kommutierten Arbeitspunktsbereich ein Bereich des Arbeitspunktes des PV-Generators zu verstehen, in dem der PV-Strom zumindest für eines der Submodule auf die parallel zu einem eventuellen Kontaktfehler angeordnete Bypass-Diode kommutiert ist. In the context of the application is to be understood as a non-commutated operating point range, a range of the operating point of the PV generator in which all submodules of a PV module and thus none of parallel to a possible contact error arranged bypass diodes is energized. Conversely, a commutated operating point range is to be understood as meaning a region of the operating point of the PV generator in which the PV current is commutated, at least for one of the submodules, to the bypass diode arranged parallel to a possible contact error.
Der Arbeitspunkt des PV-Generators kann dabei gezielt als Teil des unkommutierten Arbeitspunktbereches dadurch angefahren werden, dass eine PV-Spannung gewählt wird, die um einen Betrag unterhalb der Leerlaufspannung des PV-Generators liegt, der kleiner als die Leerlaufspannung eines der Submodule des PV-Generators ist. Alternativ kann ein PV-Strom eingestellt werden, der kleiner als ein bestimmter Grenzstrom ist. Als dritte Möglichkeit ist die Wahl einer Spannung des PV-Generators oberhalb eines Impedanzsprunges beim Übergang zwischen dem unkommutierten und dem kommutierten Arbeitspunktsbereiches gegeben. Umgekehrt kann analog auch ein Arbeitspunkt im kommutierten Arbeitspunktsbereich gezielt angefahren werden, indem eine Spannung gewählt wird, die um einen Betrag unterhalb der Leerlaufspannung des PV-Generators liegt, der größer als die Leerlaufspannung eines der Submodul ist, oder indem ein PV-Strom eingestellt wird, der größer als der genannte Grenzstrom. Als dritte Möglichkeit ist die Wahl einer Spannung des PV-Generators unterhalb des Impedanzsprunges beim Übergang zwischen dem unkommutierten und dem kommutierten Arbeitspunktsbereiches gegeben. The operating point of the PV generator can be approached specifically as part of the uncommutated operating point computation by selecting a PV voltage that lies below the open circuit voltage of the PV generator by an amount that is less than the open circuit voltage of one of the submodules of the PV array. Generator is. Alternatively, a PV current smaller than a certain limit current can be set. As a third possibility, the choice of a voltage of the PV generator is given above an impedance jump in the transition between the commutated and the commutated operating point range. Conversely, analogously, an operating point in the commutated operating point range can also be approached in a targeted manner by selecting a voltage which lies below the open-circuit voltage of the PV generator by an amount which is greater than the open-circuit voltage of one of the submodules or by setting a PV current that is larger than the said limit current. As a third possibility, the choice of a voltage of the PV generator below the impedance jump in the transition between the uncommutated and the commutated operating point range is given.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Referenz-Impedanzmessung an dem PV-Generator oder einem baugleichen PV-Generator zur Bestimmung des mindestens eines Referenz-Impedanzwertes des PV-Generators in einem Referenz-Arbeitspunkt des PV-Generators oder des baugleichen PV-Generators durchgeführt. Wird die Referenz-Impedanzmessung an dem PV-Generator selbst durchgeführt, kann sie in einer Ausgestaltung innerhalb des unkommutierten Arbeitspunktsbereichs durchgeführt werden, wenn dieses zu einem früheren Zeitpunkt erfolgt, zu dem kein Kontaktfehler vorliegt. Alternativ kann sie bevorzugt in einem leerlauffernen, insbesondere in einem kommutierten Arbeitspunktsbereich liegenden Arbeitspunkt des PV-Generators im Betrieb des PV-Generators durchgeführt werden. Es wird dabei ausgenutzt, dass je nach Wahl des Arbeitspunkts die Kontaktfehlerstelle bestromt ist oder nicht. Es kann so der Referenz-Impedanzwert auch an dem fehlerbehafteten PV-Generator ermittelt werden. In an advantageous embodiment of the method, a reference impedance measurement is performed on the PV generator or an identical PV generator for determining the at least one reference impedance value of the PV generator in a reference operating point of the PV generator or the identical PV generator , If the reference impedance measurement is performed on the PV generator itself, it may, in one embodiment, be performed within the uncommutated operating point range, if this occurs earlier, when there is no contact fault. Alternatively, it may preferably be carried out in an operating point of the PV generator which is remote from the idling distance, in particular in a commutated operating point range, during operation of the PV generator. It is exploited that, depending on the choice of the operating point, the contact fault point is energized or not. Thus, the reference impedance value can also be determined on the faulty PV generator.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden die Referenz-Impedanzmessung und die Impedanzmessung jeweils bei mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen durchgeführt, wobei der Referenz-Impedanzwert und der Impedanzwert jeweils aus einer Kombination einzelner Messwerte bei den unterschiedlichen Frequenzen gebildet wird. Bevorzugt ist die Kombination eine mit Wichtungsfaktoren gewichtete Summe. Ebenfalls bevorzugt kann der Referenz-Impedanzwert und/oder der Impedanzwert als integrale Kenngröße durch eine Integration von Impedanzwerten über einen Frequenzbereich bestimmt werden. Die Einbeziehung mehrerer Messwerte bei der Ermittlung des Referenz-Impedanzwert und/oder des Impedanzwerts erhöht die Genauigkeit, mit der der jeweilige Impedanzwert bestimmt werden kann. Störungen, die bei einer singulären Messfrequenz ein Ergebnis verfälschen könnten, werden durch die Berücksichtigung von Ergebnissen bei anderen Frequenzen weniger relevant. In a further advantageous refinement of the method, the reference impedance measurement and the impedance measurement are each performed at at least two different frequencies, wherein the reference impedance value and the impedance value are each formed from a combination of individual measured values at the different frequencies. The combination is preferably a sum weighted by weighting factors. Also preferably, the reference impedance value and / or the impedance value can be determined as an integral parameter by integrating impedance values over a frequency range. The inclusion of multiple measurements in determining the reference impedance value and / or the impedance value increases the accuracy with which the respective impedance value can be determined. Disturbances that could distort a result at a single measurement frequency become less relevant by taking into account results at other frequencies.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Kontaktfehler erkannt und signalisiert, wenn der gemessene Impedanzwert größer als der Referenz-Impedanzwert ist. Kontaktfehler gehen mit einem vergrößerten Gleichstrom-Widerstand einher, der sich auch in der Impedanz widerspiegelt. Allgemein wird der Kontaktfehler bevorzugt dann erkannt und signalisiert, wenn eine Differenz der Impedanz des PV-Generators im ersten Arbeitspunkt gegenüber dem Referenz-Betriebszustand größer ist als ein erster Grenzwert. Ein Verbinderabriss als Sonderfall eines Kontaktfehlers kann dann erkannt und signalisiert werden, wenn die Differenz der Impedanz des PV-Generators im ersten Arbeitspunkt gegenüber dem Referenz-Betriebszustand größer ist als ein zweiter Grenzwert, der wiederum größer ist als der erste Grenzwert. Das Verfahren erlaubt in dieser Ausgestaltung zusätzlich eine Unterscheidung der Fehlerursache. In a further advantageous embodiment of the method, a contact error is detected and signaled when the measured impedance value is greater than the reference impedance value. Contact errors are associated with increased DC resistance, which is also reflected in the impedance. Generally, the contact error is preferably detected and signaled when a difference in the impedance of the PV generator in the first operating point compared to the reference operating state is greater than a first limit value. A connector break as a special case of a contact fault can then be detected and signaled when the difference of the impedance of the PV generator in the first operating point compared to the reference operating state is greater than a second limit, which in turn is greater than the first limit. The method additionally allows a distinction of the cause of the error in this embodiment.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sind die folgenden zusätzlichen Schritte vorgesehen. Es wird eine weitere Impedanzmessung an dem PV-Generatoren in einem zweiten, insbesondere im kommutierten Arbeitspunktbereich liegenden Arbeitspunkt des PV-Generators im Betrieb des PV-Generators zur Bestimmung mindestens eines weiteren Impedanzwertes des PV-Generators durchgeführt. Es wird dann ermittelt, ob ein Vergleich des weiteren Impedanzwertes mit dem Referenz-Impedanzwert einen Anstieg der Impedanz des PV-Generators im zweiten Arbeitspunkt gegenüber dem Referenz-Betriebszustand anzeigt. Wenn der Vergleich einen solchen Anstieg anzeigt, wird ein Kontaktfehler innerhalb einer externen Verkabelung des PV-Generators erkannt und ggf. signalisiert. Diese Schritte bieten eine zusätzliche Überprüfung, ob ein Fehler tatsächlich innerhalb eines der PV-Module des PV-Generators vorliegt. Wenn diese Überprüfung fehlschlägt, also der Referenz-Impedanzwert gegenüber dem Impedanzwert auch im zweiten Arbeitspunkt über einem definierten Grenzwert liegt, wird gefolgert, dass die Erhöhung des Impedanzwertes ihre Ursache nicht innerhalb des PV-Moduls, sondern extern beispielsweise in der externen Verkabelung hat. In a further advantageous embodiment of the method, the following additional steps are provided. A further impedance measurement is carried out on the PV generators in a second, in particular in the commutated operating point range, operating point of the PV generator during operation of the PV generator for determining at least one further impedance value of the PV generator. It is then determined whether a comparison of the further impedance value with the reference impedance value indicates an increase in the impedance of the PV generator at the second operating point compared to the reference operating state. If the comparison indicates such a rise, a contact error within an external wiring of the PV generator is detected and possibly signaled. These steps provide an additional check as to whether an error is actually within one of the PV modules of the PV generator. If this check fails, ie if the reference impedance value is above a defined limit value in relation to the impedance value even in the second operating point, it is concluded that the increase in the impedance value does not originate within the PV module but externally, for example, in the external cabling.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Impedanzmessung bzw. die Referenz-Impedanzmessung jeweils an zueinander parallel geschalteten PV-Teilgeneratoren des PV-Generators durchgeführt. Impedanzwerte können so getrennt für die PV-Teilgeneratoren ermittelt werden. Eine Kontaktfehlererkennung und -signalisierung ist damit auf Ebene der einzelnen PV-Teilgeneratoren möglich, wodurch ein Kontaktfehler auf der Ebene der PV-Teilgeneratoren lokalisiert werden kann. In a further advantageous refinement of the method, the impedance measurement or the reference impedance measurement is respectively performed on PV subgenerators of the PV generator connected in parallel to one another. Impedance values can thus be determined separately for the PV subgenerators. A contact error detection and signaling is thus possible at the level of each PV sub-generators, whereby a contact error can be located at the level of the PV sub-generators.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Detektieren und Signalisieren eines Kontaktfehlers innerhalb eines PV-Moduls eines PV-Generators weist eine Impedanzmessungsvorrichtung und eine Einstelleinheit für den Arbeitspunkt des PV-Generators auf, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, eines der zuvort genannten Verfahren durchzuführen. A device according to the invention for detecting and signaling a contact fault within a PV module of a PV generator has an impedance measuring device and an adjustment unit for the operating point of the PV generator, wherein the device is configured to perform one of the aforementioned methods.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung mindestens ein Einkoppelmittel für ein Wechselspannungs-Testsignal in den PV-Generator, sowie mindestens ein Auskoppelmittel zum Auskoppeln eines Wechselspannungssignals aus dem PV-Generator. Weiter bevorzugt ist die Vorrichtung zum Detektieren und Signalisieren eines Kontaktfehlers innerhalb eines PV-Moduls eines PV-Generators geeignet, der zwei oder mehr parallel geschaltete PV-Teilgeneratoren aufweist, wobei die Vorrichtung Mittel zur Durchführug von Impedanzmessungen der einzelnen PV-Teilgeneratoren umfasst. Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung dann je ein Auskoppelmittel zum Auskoppeln eines Wechselspannungssignals aus jedem der PV-Teilgeneratoren auf. Preferably, the device comprises at least one coupling means for an AC test signal in the PV generator, and at least one decoupling means for decoupling an AC signal from the PV generator. More preferably, the device is suitable for detecting and signaling a contact fault within a PV module of a PV generator having two or more PV sub-generators connected in parallel, the device comprising means for carrying out impedance measurements of the individual PV sub-generators. The device then particularly preferably has a decoupling means for decoupling an AC voltage signal from each of the PV subgenerators.
Es ergeben sich jeweils die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile. This results in each case the advantages described in connection with the method.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist zuzmindest die Einstelleinheit für den Arbeitspunkt des PV-Generators in einem Wechselrichter für eine PV-Anlage angeordnet. Wechselrichter weisen häufig bereits eine Einstelleinheit für den Arbeitspunkt des PV-Generators auf, die zur Auffindung und Einstellung eines optimalen Arbeitspunktes verwendet wird. Diese Einstelleinheit kann im Rahmen der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Der apparative Aufwand zur Realisierung der Arbeitspunkteinstellung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann so minimiert werden. In a further advantageous embodiment of the device, at least the setting unit for the operating point of the PV generator is arranged in an inverter for a PV system. Inverters often already have an adjustment unit for the operating point of the PV generator, which is used for finding and setting an optimal operating point. This adjustment unit can be used in the context of carrying out the method according to the invention. The apparatus required for the realization of the operating point setting in the method according to the invention can thus be minimized.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen: The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to figures. The figures show:
Der PV-Generator
In
Weiterhin weist die PV-Anlage eine Vorrichtung
Weiterhin ist eine Steuereinrichtung
Zur Impedanzmessung wird ein von dem Signalgenerator
Zur Messung eines Impedanzverlaufs, also der Abhängigkeit der Impedanz von der Frequenz eines Signals, kann beispielsweise der Signalgenerator
In einer alternativen Ausgestaltung ist es möglich, dass der Signalgenerator
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist es auch möglich, dass einmalig zu Beginn einer Kontaktfehlererkennung ein Impedanzverlauf des PV-Generators
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird vom Einkoppelmittel
Die dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegenden Prinzipien werden zunächst anhand der
In
Eine zweite Kennlinie
Der Spannungsbereich zwischen 2·U0 und 3·U0 ist in der
Fällt dagegen am Widerstand R eine Spannung ab, die größer ist, als die von dem Kontaktfehler behafteten Submodul
Es wird darauf hingewiesen, das in der
In
Bei einem anmeldungsgemäßen Verfahren wird ein erster Arbeitspunkt des PV-Generators derart gewählt, das er innerhalb des unkommutierten Arbeitspunktbereichs I liegt. Bei diesem ersten Arbeitspunkt des PV-Generators wird mindestens ein Impedanzwert des PV-Generators bestimmt und mit einem Referenzimpedanzwert verglichen. Abhängig vom Ergebnis des Vergleichs wird ein Kontaktfehler erkannt und signalisiert. In a method according to the application, a first operating point of the PV generator is selected such that it lies within the uncommutated operating point range I. At this first operating point of the PV generator, at least one impedance value of the PV generator is determined and compared with a reference impedance value. Depending on the result of the comparison, a contact error is detected and signaled.
Entsprechend den oben gemachten Ausführungen kann eine Einstelleinheit für den Arbeitspunkt, die die Steuereinrichtung
Ein Ausführungsbeispiel eines anmeldungsgemäßen Verfahrens ist in
In einem ersten Schritt S1 wird ein erster Arbeitspunkt des PV-Generators im unkommutierten ersten Arbeitspunktbereich I eingestellt. Zur Einstellung des Arbeitspunkts kann beispielsweise von der Steuereinrichtung
In einem nächsten Schritt S2 wird ein Impedanzwert Z des PV-Generators
In einem nächsten Schritt S3 wird eine Differenz zwischen dem gemessenen ersten Impedanzwert |Z| und einem Referenzimpedanzwert bzw. wiederum dessen Betrag |ZR| berechnet. Der Referenzimpedanzwert |ZR| kann beispielsweise einer zuvor durchgeführten Impedanzmessung entnommen sein, die zu einem Zeitpunkt durchgeführt wurde, in der der PV-Generator fehlerfrei war und kein Kontaktproblem vorlag. Der Referenzimpedanzwert kann ebenso einer Messung entnommen werden, die bei einem Arbeitspunkt des PV-Generators aus dem kommutierten Arbeitspunktbereich II vorgenommen wurde. In a next step S3, a difference between the measured first impedance value | Z | and a reference impedance value or, in turn, its magnitude | Z R | calculated. The reference impedance value | Z R | may for example be taken from a previously performed impedance measurement, which was carried out at a time in which the PV generator was faultless and had no contact problem. The reference impedance value can also be taken from a measurement made at an operating point of the PV generator from the commutated operating point range II.
In einem nächsten Schritt S4 wird die im Schritt S3 bestimmte Differenz der Impedanzwerte ∆Z mit einem ersten Grenzwert ∆Z1 verglichen. Falls die gemessene Differenz ∆Z nicht größer als der erste Grenzwert ∆Z1 ist, verzweigt das Verfahren zu einem Schritt S5, in dem eine Wartezeit abgewartet wird, bevor das Verfahren erneut mit dem Schritt S1 durchgeführt wird. Während der Wartezeit wird der PV-Generator
Wenn im Schritt S4 erkannt wurde, dass die Differenz ∆Z größer ist als der erste Grenzwert ∆Z1, verzweigt das Verfahren zu einem Schritt S6, in dem ein Kontaktfehler erkannt und signalisiert wird. In einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens kann dieses mit dem Detektieren und Signalisieren des Kontaktfehlers im Schritt S6 beendet sein. Gegebenenfalls kann der Wechselrichter
Optional können die beiden in
In einem ersten Schritt S7 des ersten Blocks wird die gemessene Differenz ∆Z der Impedanzwerte mit einem zweiten Grenzwert ∆Z2 verglichen. Dieser zweite Grenzwert ∆Z2 ist größer als der erste Grenzwert ∆Z1. Falls die Differenz ∆Z größer ist als dieser zweite Grenzwert ∆Z2, verzweigt das Verfahren zu einem Schritt S8, in dem als Typ des Kontaktfehlers ein möglicher Verbinderabriss innerhalb eines PV-Moduls
Falls in dem Schritt S7 festgestellt wird, dass die Differenz ∆Z nicht größer als der zweite Grenzwert ∆Z2 ist, verzweigt das Verfahren zu einem Schritt S9, in dem ein nicht näher spezifizierter hochohmiger Kontaktfehler angezeigt wird. Nach Ausführen eines der Schritte S8 oder S9 ist der erste optionale Block beendet. If it is determined in the step S7 that the difference ΔZ is not larger than the second threshold ΔZ 2 , the process branches to a step S9 in which an unspecified high-resistance contact fault is displayed. After executing either of steps S8 or S9, the first optional block is completed.
In dem zweiten optionalen Block, der ausgehend vom Schritt S6 oder nach Beendigung des ersten optionalen Blocks durchlaufen werden kann, wird in einem Schritt S10 ein zweiter Arbeitspunkt des PV-Generators
Wenn der im Schritt S6 erkannte Kontaktfehler tatsächlich innerhalb eines PV-Moduls
In einem nächsten Schritt S11 wird analog zum Schritt S2 der Impedanzwert |Z| ein weiteres Mal gemessen. Von diesem gemessenen Wert wird wiederum die Differenz ∆Z zum Referenzwert analog zum Schritt S3 bestimmt und in einem nachfolgenden Schritt S12 mit dem ersten Grenzwert ∆Z1 verglichen. Wenn in diesem Fall die Differenz ∆Z des gemessenen Impedanzwertes zum Referenzimpedanzwert nicht größer als der ersten Grenzwert ∆Z1 ist, zeigt dieses an, dass mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit der Kontaktfehler tatsächlich innerhalb des PV-Moduls
Wenn dagegen im Schritt S12 festgestellt wird, dass auch in diesem zweiten Arbeitspunkt des PV-Generators die Differenz ∆Z der Impedanzwerte größer als der erste Grenzwert ∆Z1 ist, zeigt dieses einen Fehler in der Verkabelung der PV-Module
Vom Grundaufbau her entspricht die in
Jedem der Teilgeneratoren
Die in
Das in
Die dargestellte Anzahl von zwei PV-Teilgeneratoren
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- PV-Generator PV generator
- 10a, 10b 10a, 10b
- PV-Teilgenerator PV Array
- 11, 11a, 11b 11, 11a, 11b
- PV-Modul PV module
- 12, 12a, 12b 12, 12a, 12b
- Submodul submodule
- 13 13
- Bypass-Diode Bypass diode
- 20 20
- Wechselrichter inverter
- 30 30
- Energieversorgungsnetz Power grid
- 40 40
- Vorrichtung zum Detektieren und Signalisieren eines KontaktfehlersDevice for detecting and signaling a contact fault
- 41 41
- Einkoppelmittel coupling means
- 42 42
- Signalgenerator signal generator
- 43, 43a, 43b 43, 43a, 43b
- Auskoppelmittel decoupling
- 44, 44a, 44b 44, 44a, 44b
- Signalverstärker signal amplifier
- 45 45
- Steuereinrichtung control device
- 46 46
- Signalausgang signal output
- 50, 51, 52 50, 51, 52
- Kennlinie curve
- I I
- unkommutierter Arbeitspunktbereich uncommitted operating point range
- II II
- kommutierter Arbeitspunktbereich commutated operating point range
- I I
- PV-Strom PV electricity
- U U
- PV-Spannung PV voltage
- U0 U 0
- Leerlaufspannung eines Submoduls Open circuit voltage of a submodule
- |Z| | Z |
- Impedanzwert impedance value
- |ZR| | ZR |
- Referenz-Impedanzwert Reference impedance value
- ∆Z.DELTA.Z
- Differenz difference
- ∆Z1 ΔZ 1
- erster Grenzwert first limit
- ∆Z2 ΔZ 2
- zweiter Grenzwert second limit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- WO 2011/0144649 A1 [0004] WO 2011/0144649 A1 [0004]
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