CN204156797U - 用于直流电路的分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种分离装置（10），该装置用于带有两个引导电流的直流导线（2，3）的直流电路，该装置具有至少一个开关结构，该开关结构带有一个安排在该直流电路的直流导线（2，3）之一中的开关触点（11，12）。该分离装置（10）的突出之处在于，它具有一个传输器（13），该传输器带有两个磁性联接的线圈（14，15）用于传输高频信号，其中这些线圈（14，15）分别与一个电容器（16，17）串联连接，并且其中由线圈（14，15）和电容器（16，17）组成的串联连接中的每一个将这些直流导线（2，3）彼此相连并且分别连接到该开关触点（11，12）的一个接头。本实用新型还涉及一种带有此类分离装置（10）的PV***。

Description

用于直流电路的分离装置

技术领域

本实用新型涉及一种分离装置，用于具有两个引导电流的直流导线的直流电路，该分离装置具有至少一个开关结构(Schaltorgan)，该开关结构带有至少一个安排在该直流电路的直流导线之一中的开关触点。本实用新型还涉及一种带有此类分离装置的光伏***。 

背景技术

在光伏(PV)***中，产生电流的PV发电机在通常相当长的直流导线上与一个或多个被远程监控的逆变器相连接。其中通常在发电机附近设置有如保护装置或测量装置的装置，这些装置与该逆变器或其他的在逆变器附近安装的控制设备进行通讯。在此除了常规的缆线连接的通讯方法之外，还可以通过分离的信号导线、或者串联和/或并联的总线或网络连接、或者无线电连接进行通过直流导线的通讯，通过它们，该PV发电机与该逆变器相连接。一个此类的通过直流导线进行能量传输以用于数据传输的通讯也被称为电线通讯(PLC)。在此，通讯信号作为高频(HF)信号输入到直流导线以进行能量传输，并且在接收侧通过对应的输出器件再次被输出和分析。当应当通过PLC信号来控制在发电机附近的装置、例如保护装置时，这种传输在此可以是单向的、例如从逆变器或一个中央的控制装置朝向PV发电机。当PV发电机应当向逆变器或中央测定装置传输测量数据时，可以设置从PV发电机或发电机附近安装的装置到逆变器或到逆变器附近的数据获取装置的一种单向的数据传输。当不仅应当传输在PV发电机处的控制信息而且还应当传输来自PV发电机的测量数据时，还可行的是PLC通讯的一种双向的实施方式。 

例如从文件EP 2 243 208 B1已知一种PV***，其中在远离发电机和发电机附近的装置通过PLC信号进行通讯。根据该文件，PV发电机由多个PV子发电机形成，这些子发电机组合在一个发电机附近的连接盒中，在该连接盒中安排有一个分离开关，通过该分离开关能够中断引导向逆变器的直流导线。所提出的是，通过在逆变器与连接盒之间、以及连接盒与PV子发电机之间的直流导线来传输PLC信号，一方面用于控制该分离开关，且另一方面用于将测量数据从PV子发电机传输到逆变器。于是当该连接盒中的分离开关被打开时，为了能够将测量数据从PV子发电机传输到逆变器，平行于分离开关的开关触点安排了一个处于电容器(Kondensator)形式的数据信号联接器。该电容器还能够在分离开关打开的情况下进行在PV子发电机与逆变器之间的高频信号传输。 

使用平行于开关触点安排的电容器作为数据信号联接器的缺点在于，在流电学分离的连接的意义上这个电容器没有形成可靠的分离。因此，对于PV子发电机的可靠的断电(Freischaltung)而言此类的数据信号联接器是不适合的。 

实用新型内容

一种分离装置，用于带有两个引导电流的直流导线的直流电路，这些直流导线具有至少一个开关结构，该开关结构带有至少一个安排在该直流电路的直流导线之一中的开关触点，其特征在于，该分离装置具有一个传输器，该传输器带有两个磁性联接的线圈用于传输高频信号，其中这些线圈分别与一个电容器串联连接并且其中每一个由线圈和电容器组成的串联连接将这些直流导线彼此相连并分别连接在该开关触点的一个接头处。 

该分离装置在这两个直流导线中的每一个中分别可以具有至少一个开关触点。 

这两个线圈可以具有相同的电感性，并且这两个电容器可以具有相同的容量。 

线圈和电容器的串联连接可以分别具有一个适合于传输PLC信号的共振频率。 

PLC信号的频率可以是在从100kHz到1MHz的范围内。PLC信号的频率可以是在从100kHz到300kHz的范围内。 

一种带有至少一个PV发电机和至少一个逆变器以用于向一个供能网络中储存电能的PV***，其中该PV发电机和逆变器通过直流导线彼此相连，其特征在于，一个在逆变器侧的直流导线区段和一个在发电机侧的直流导线区段通过一个本实用新型的分离装置而彼此相连。 

在该PV***中可以在该分离装置的逆变器侧和发电机侧设置用于用来进行PLC通讯的高频信号的一个发送单元和/或一个接收单元。 

在该PV***中可以在逆变器侧、发电机侧或在分离装置中设置一个用于借助于高频信号进行电弧检测的装置。 

该PV***可以具有一个直流变压器用于发电机附近的电部件的供电，其中该直流变压器在输入侧可以被施加一个电压，该电压置于这些电容器之一上。 

本实用新型的分离装置具有一个传输器，该传输器带有两个磁性联接的线圈用于传输高频信号，其中这些线圈分别与一个电容器串联连接并且 其中每一个由线圈和电容器组成的串联连接将这些直流导线彼此相连并且连接在该开关触点的一个接头处。 

该至少一个开关触点向这两个直流导线之一的打开中断了朝向该直流导线的电流流动。即使在打开的开关触点的情况下，该传输器仍然允许PLC通讯的HF信号的传输或者还允许将电弧发射的HF信号通过该分离装置传输出去。因为，由于上游连接的电容器这些线圈没有被直流电路中流动的直流电流过，所以它们可以具有较小的导线横截面并且对应地以材料和成本低廉的方式制造。同时能够获得传输器的核心材料的成本低廉的构造，因为它们不会导致饱和。 

在该分离装置的一个有利的设计中，在这两个直流导线中的每一个中安排有至少一个开关触点。于是，在开关触点打开的情况下，直流电路对于直流电而言是完全地在流电学上中断的。 

在该分离装置的另一个有利的设计中，这两个线圈具有相同的电感性并且这两个电容器具有相同的容量。这两个线圈的相同的电感性并且由此在这些线圈中相同的匝数，尤其在开关触点关闭的情况下是有利的，因为在此情况下交流电通过这些线圈(例如这些线圈将HF信号)相反地抵消并且实际上没有电流流过该传输器。线圈和电容器的串联连接优选分别具有一个适合于传输PLC信号的共振频率。该PLC信号的频率在此特别优选处于从100千赫兹(kHz)到1兆赫兹(MHz)的范围内，并且尤其在从100kHz到300kHz的范围内。 

在一种具有至少一个PV发电机和至少一个逆变器以将电能储存到功能网络中的本实用新型的PV***中，PV发电机和逆变器通过直流导线彼此相连。该PV***的突出之处在于，这些直流导线的一个逆变器侧的区段和这些直流导线的一个发电机侧的区段通过一个此类的分离装置彼此 相连。在HF信号的传输方面产生了与该分离装置相关地叙述的优点。 

在该PV***的一个有利的设计中，在该分离装置的逆变器侧和发电机侧设置用于用来进行PLC通讯的高频信号(HF)的一个发送单元和/或一个接收单元。额外地或替代性地，可以在逆变器侧、发电机侧或在分离装置中设置一个用于借助于HF信号进行电弧检测的装置。本实用新型的分离装置可以用于PV***之内的这两个应用目的。 

在该PV***的另一个有利的设计中，设置有一个直流变压器用于发电机附近的电部件的供电，其中该直流变压器在输入侧可以被施加一个电压，该电压置于这些电容器之一上。优选地，该在逆变器侧上的电压分接(abgegriffen)到安排在逆变器侧的电容器上。于是能够对发电机附近的部件供电。与用于直流变压器的输入电压直接在这些直流导线处的分接相反，输入电压通过电容器的分接具有以下优点：在直流导线上的强烈的电压波动或电压跳跃通过这些电容器和线圈电感性而得以阻尼并且因此降低了在直流变压器处超压的危险。 

附图说明

下面将通过实施例借助于两个附图来详细说明本实用新型。附图示出： 

图1一个PV***的示意性图示，该***带有一个处于第一实施例的分离装置；以及 

图2一个PV***的示意性图示，该***带有处于第一实施例的分离装置。 

具体实施方式

图1以示意性连接框图显示了在第一实施例中的PV***。一个PV发电机1通过直流导线2、3与一个远程安排的逆变器5相连。逆变器5为 了储存由PV发电机1产生的电流，通过一个交流输出连接到一个供能网络6。例如，该交流输出与该供能网络6在此形成为单相的。然而，在本申请的框架中，逆变器5以及供能网络6可以具有其他的相数目，例如是三相的。 

PV发电机1在本文中是通过一个独立PV电池的开关符号来表示的。应理解的是，该PV发电机1可以由多个PV模块构成，这些模块进而可以分别由多个PV电池组成。这些PV模块可以串联连接到一个所谓的串(String)上，其中的多个可以是并联地连接的并且形成该PV发电机1。在PV发电机1的开关符号中，表示出了一个串联电阻1R、一个串联电感1L和一个串联电容器1C的串联连接。这三个元件的串联连接符号化地展示了PV发电机1的小信号补偿连接图(Ersatzschaltbild)。 

与PV发电机1的输出并联地在发电机附近安排一个短路开关4。该短路开关4，在本文中示例地为一个半导体功率开关，在其操作过程中用于直流导线2、3的电压断电。一种这样的电压断电可以例如在火灾的情况下使用，以便阻止导向逆变器5的直流导线2、3被施加高的PV电压，这在消防作业中可能造成生命危险。 

此外，设置有一个分离装置10，该分离装置具有至少一个开关结构，该开关结构带有本文中的两个开关触点11、12。每一个开关触点11、12安排在直流导线2、3之一中，在本文中开关触点11在直流导线2中而开关触点12在直流导线3中，以便能够将PV发电机1流电学地从逆变器5分离。 

在所示的实施例中，短路开关4以及分离装置10都安排在发电机附近。然而，尤其分离装置10也可以安排在逆变器附近或在逆变器5中。还可设想的是，将此类的分离装置不仅设置在逆变器附近或逆变器5中而且还 设置在发电机附近。 

发电机附近的短路开关4以及(如果同样安排在发电机附近)分离装置10通过电线通讯(PLC)信号由逆变器5进行控制。为此目的，在逆变器5中安排一个PLC发送单元，该发送单元用一个对应的高频(HF)信号来加载直流导线2、3。在此，PLC信号的频率范围处于约100千赫兹(kHz)至约1兆赫兹(MHz)的范围内，并且特别优选在从100kHz到300kHz的范围内。替代于所示的安排，可以提出，不将PLC发送单元整合在逆变器5中，而是将其安排在逆变器附近的一个分离的单元中。为了将高频信号输入到PLC通讯，可以例如设置一个电感式工作的输入传输器。其他的输入方式，例如电容式的或电阻式的，也是可行的。 

为了接收并为了分析该PLC信号，在发电机附近设置一个接收单元20，该接收单元具有一个输出传输器21，该输出传输器在这些直流导线之一中(在此例如直流导线2)用初级线圈22来缠绕。在电流导线2中与电流叠加的PLC信号被传输到输出传输器21的第二线圈23上并且被送入一个接收器24。该接收器增强并分析该PLC信号并且通过一个通讯接口或者通过信号导线将该PLC信号中包含的信息输出。这些信息涉及例如短路开关4的操作和/或分离装置10的操作，以便打开或关闭该开关触点11、12。输出单元20还可以替代性地由欧姆式、电容式和电感式元件的任意组合组成。 

应理解的是，接收单元20还可以形成为双向工作的发送/接收单元，以便将处于PLC信号形式的信息传输到逆变器中的一个PLC接收器。 

为了还能够在开关触点11、12打开的情况下将信号从逆变器5传递到接收单元20(并且反之亦然)，例如以便通过短路开关4来取消PV发电机1的断电以及实现开关触点11、12的再次接通，根据本申请，该分离装 置10实施为信号传输式的。为此目的，分离装置10具有一个传输器13，该传输器包括两个优选相同的线圈14和15。传输器13是可完全地流电学分离的。 

线圈14、15中的每一个与一个电容器16或17串联连接。由线圈14和电容器16所形成的串联连接是在直流导线2、3之间在逆变器侧由开关触点10和11相连接。由线圈15和电容器17形成的串联连接以相同方式接触直流导线2和3，然而是在开关触点11、12的朝向PV发电机1的侧面上。由线圈14或15与电容器16或17组成的串联连接在其共振频率和品质方面是如下设计的，使得PLC信号在例如100kHz到1MHz的所述频率范围内且优选在100kHz到300kHz的范围内能够良好地进行传输。 

因为，这些线圈14和15没有被直流电路中流动的直流电流过，所以它们可以具有较小的导线横截面并且对应地以材料和成本低廉的方式制造。同时能够获得传输器13的核心材料的成本低廉的构造，因为它们不会导致饱和。在开关触点11、12打开的情况下，直流导线2和3对于直流而言是完全在流电学上彼此分离的。由此中断了在直流导线2、3上的直流电。 

然而，逆变器侧送入的PLC通讯的HF信号可以通过由电容器16和线圈14组成的串联连接与在直流电路的这个区段之前一样向后流动。在此有利的是，由线圈14和电容器16组成的串联连接具有用于所采用的PLC信号的典型频率的一个尽可能小的阻抗。这例如是当该串联连接的共振频率处于PLC信号中出现的频率范围内时存在的。 

由于线圈14和15在传输器13中的磁性连接，在直流电路的设置有PV发电机1的区段中也感生了一个对应的HF信号。对于该HF信号，通过线圈15和电容器17、以及短路元件4和/或PV发电机1闭合成电路。 对于由线圈15和电容器17组成的串联连接的阻抗或共振频率，上面对线圈14和电容器16所述的内容同样适用。有利地，线圈14和15在匝数和电感性方面是设计为相同的，同样，电容器16和17优选具有相同的电容。线圈14和15处相同的匝数尤其在开关触点11、12关闭时是有利的，因为在此情况下(AC)电流通过线圈14、15相反地抵消并且实际上没有电流流过传输器13。 

在开关触点11和12关闭的情况下，由线圈14和电容器16组成的串联连接以及由线圈15和电容器17组成的串联连接是并联地连接的。传输器13的线圈14和15的缠绕方式优选是如下进行的，使得通讯信号在传输器中几乎完全地抵消。如果线圈14和15例如以相同方式缠绕，在图1中通过在线圈14和15处的点表示，并且如果它们具有相同的匝数，那么HF信号几乎完全流过在电路中位于逆变器5与PV发电机1和/或短路开关4之间的直流电路。 

尤其在相同地设计的线圈14、15的情况下，可行的是不仅从该分离装置10的逆变器侧向发电机侧进行传输，而是还反向地从发电机侧向逆变器侧进行传输。例如当设置有从该发电机侧向该逆变器侧的PLC通讯或双向的PLC通讯时，此类的情况是相关的。 

在与电弧的识别相关的背景下，可能希望的是从分离装置10的发电机侧到逆变器侧的高频传输。电弧在其出现时发射宽带的HF信号，借助于此能够检测其在直流电路中的出现。于是例如可以在逆变器5或者在一个逆变器附近的监测装置中安排一个检测电路用于识别电弧，该检测电路测定在某一个频率范围内的此类HF信号。为了能够独立于分离装置10的开关触点11、12的关闭或开放状态来可靠地检测电弧并且能够采取用于消灭它的措施，将从燃烧的电弧发出的HF信号的传输到检测单元是必不可少的。这也是通过在分离装置10中通过传输器13的高频信号联接而保证的。 任选地，可以为此将由线圈14或15与电容器16或17组成的这些串联连接的共振频率和品质进行如下的设计，使得一方面PLC信号在一个限定的窄的频带中进行良好的传输，并且另一方面由检测电路在另外的频带中检测到的任何电弧信号仅收到较小的阻尼。 

图2示出了在第二实施例中带有本实用新型分离装置10的一个PV***。此图中相同的参考符号表示与图1中相同的或作用相同的元件。 

在其基础构造中，该第二实施例的PV***对应于第一实施例的***，因此参照对图1的说明。与第一实施例不同的是，图2的实施例在该分离装置10中仅设置一个开关触点11，在此该开关触点示例性地安排在直流导线2中。通过分离装置10的这种设计还可以中断在直流电路中的直流电，然而其中没有对该直流电路的发电机附近的零件和逆变器附近的零件的流电式地断开联接。 

此外，设置有一个直流变压器25，也称为DC(直流)/DC变压器，用于接收单元20的电流供应并且在此尤其是接收器24的电流供应，以及实际上其他的发电机附近的部件的电流供应。直流变压器25在此将其输入电压通过电容器16分接，该电容器在分离装置10中被安排在逆变器侧。在开关触点11关闭的情况下，在这个电容器16处施加该PV发电机1的PV电压，由此通过DC/DC变压器25来供应接收单元20。在开关触点11开放的情况下替代性地提出，由逆变器5对直流导线2、3施加一个小的等电压，该小等电压在电弧或者在电击危险方面是无危险的。接收单元20于是通过DC/DC变压器25由同样通过电容器16施加的小电压来供应。 

与对于直流变压器25的直接在逆变器侧的直流导线2、3处的输入电压分接不同，通过电容器16的输入电压分接提供了以下优点，即通过电容器16和线圈14的电感阻尼了在直流导线2、3上的强烈的电压波动和 跳跃，并且由此降低了直流变压器25处超压的危险。 

取代于通过传输器21的一个被直流流过的初级线圈22的PLC信号输出，还可以替代性地在一个与PV发电机1平行安排的串联振荡电路中进行PLC信号的输出。理论上除了电感式输出以外还可以实施电容式或电阻式的输出。 

参考符号清单

1      PV发电机 

1R     PV发电机的串联电阻 

1L     PV发电机的串联电感 

1C     PV发电机的串联电容 

2，3   直流导线 

4      DC短路开关 

5      逆变器 

6      供能网络 

10     分离装置 

11，12 开关触点 

13     传输器 

14，15 线圈 

16，17 电容器 

20     接收单元 

21     输出传输器 

22  初级线圈 

23  次级线圈 

24  接收器 

Claims (10)

1.分离装置(10)，用于带有两个引导电流的直流导线(2，3)的直流电路，该分离装置具有至少一个开关结构，该开关结构带有至少一个安排在该直流电路的这些直流导线(2，3)之一中的开关触点(11，12)，其特征在于，该分离装置(10)具有一个传输器(13)，该传输器带有两个磁性地联接的线圈(14，15)以传输高频信号，其中这些线圈(14，15)分别与一个电容器(16，17)串联连接，并且其中这些由线圈(14，15)和电容器(16，17)组成的串联连接中的每一个将这些直流导线(2，3)彼此相连并且相应地连接到该开关触点(11，12)的一个接头。 

2.根据权利要求1所述的分离装置(10)，该分离装置在这两个直流导线(2，3)的每一个中具有至少各一个开关触点(11，12)。 

3.根据权利要求1所述的分离装置(10)，其中这两个线圈(14，15)具有相同的电感，并且这两个电容器(16，17)具有相同的电容。 

4.根据权利要求1所述的分离装置(10)，其中该由线圈(14，15)和电容器(16，17)组成的串联连接分别具有一个适合用于传输PLC信号的共振频率。 

5.根据权利要求4所述的分离装置(10)，其中该PLC信号的频率位于100kHz到1MHz的范围内。 

6.根据权利要求4所述的分离装置(10)，其中该PLC信号的频率位于100kHz到300kHz的范围内。 

7.PV***，该***带有至少一个PV发电机(1)和至少一个逆变器(5)用于将电能储存到一个供能网络(6)中，其中该PV发电机(1)和该逆变器(5)通过直流导线(2，3)彼此相连，其特征在于，这些直流导线(2，3)的一个逆变器侧的区段与这些直流导线(2，3)的一个发电机侧的区段是通过根据权利要求1至6之一所述的一个分离装置(10)彼此相连。 

8.根据权利要求7所述的PV***，其中在该分离装置(10)的逆变器侧和发电机侧设置有一个发送单元和/或一个接收单元(20)用于用来进行PLC通讯的高频信号。 

9.根据权利要求7所述的PV***，其中在逆变器侧、发电机侧或在该分离装置中设置有一个用于借助于高频信号进行电弧检测的装置。 

10.根据权利要求7所述的PV***，该***具有一个直流变压器(25)用于发电机附近的电部件的供电，其中该直流变压器(25)在输入侧用一个通过这些电容器(16，17)之一施加的电压进行加载。