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CN108362981B - 一种主/被动检测结合的光伏系统直流故障电弧检测方法 - Google Patents

一种主/被动检测结合的光伏系统直流故障电弧检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光伏电气故障检测领域，具体为一种主/被动检测结合的光伏系统直流故障电弧检测方法。该方法包括以下步骤：逆变器发出检测信号；将反射信号与检测信号进行对比，求得反射系数特征；判断反射系数特征是否符合直流故障电弧发生的预设条件；采集光伏系统直流侧的实时电流信号；分析得到其频域特征和时域特征；判断故障电弧特性的时频域特征阈值是否与预设值相符；选择合适的检测灵敏度，综合判定光伏系统中是否产生直流故障电弧；如果判定光伏系统产生了直流故障电弧，则启动报警机制。本发明采用主/被动结合的检测方式可以提高检测准确性，小电流和大电流情况下均实用；通过更改灵敏度来适应光伏系统实际运行时的多种情况，降低误检率。

Description

一种主/被动检测结合的光伏系统直流故障电弧检测方法
技术领域
本发明属于光伏电气故障检测领域，具体涉及一种主/被动检测结合的光伏系统直流故障电弧检测方法。
背景技术
电弧是一种气体放电现象，指电流通过某些绝缘介质（例如空气）所产生的瞬间火花，是一种气体放电现象。弧光放电是一种自持放电，区别于其他类型放电的特征是弧光放电的维持电压很低。目前很难给弧光放电下一个严格的定义，单纯从放电的电特性来说，弧光放电是一种阴极位降低，电流密度大的放电，一般说来具有负的伏安特性。
在光伏系统中，故障电弧一旦产生，若不采取及时有效的防护措施，持续的直流电弧会产生3000℃以上的高温，进而引发火灾。近年来欧美陆续发生多起由故障电弧引发的火灾事故，造成程度不一的设备损坏。2011年美国电工法规（NEC）规定光伏系统中应配备检测故障电弧的检测装置与断路器。美国保险商实验室（UL）也推出相应的开发测试方法与机制。
目前多数研究者提出的检测方法针对电弧的特性进行被动检测，其缺点在于在一些大电流情况下，电弧特征表现不是很明显，容易造成误检。误检一旦出现就会造成整个光伏系统的停运，带来不必要的损失。
发明内容
本发明的目的在于提出一种电弧特征表现明显，不易造成误检的主/被动检测结合的光伏系统直流故障电弧检测方法。
本发明提出的一种主/被动检测结合的光伏系统直流故障电弧检测方法，所述检测方法通过光伏系统实现；所述光伏系统包括光伏阵列、汇流箱、逆变器和交流电网；所述光伏阵列的输出端连接汇流箱的输入端，汇流箱的输出端连接逆变器的输入端，逆变器的输出端连接交流电网，所述汇流箱和逆变器所连电路之间设有电流采集装置，所述光伏阵列与汇流箱之间设有开关；所述检测方法包括以下步骤：
（1）：逆变器发出检测信号；
（2）：步骤（1）得到的检测信号经光伏系统的光伏阵列反馈后，产生反射信号；将所得反射信号与步骤（1）得到的检测信号进行对比，求得反射信号幅值与检测信号幅值的比值，所得比值为反射系数特征Asi；
将得到的反射系数特征Asi与正常情况下的反射系数Ai进行做差并取绝对值
Figure 478601DEST_PATH_IMAGE001
，并在相关距离上进行积分
Figure 970763DEST_PATH_IMAGE002
，当电弧发生时B会发生突变，突变表现为增大，s由具体的光伏系统配置参数而定；
（3）：判断步骤（2）中反射系数特征Asi与故障电弧情况下的反射系数特征进行对比，看其是否符合直流故障电弧发生的预设条件，如果符合输出1，不符合输出0；
（4）：采集光伏系统直流侧的光伏阵列所得到的实时电流信号；
（5）：对步骤（4）采集得到的实时电流信号进行分析，得到其频域特征和时域特征；
当所述时域特征表现为直流故障电弧发生时，电流变化率的绝对值C=|di/dt|会突然增大，增大的程度由具体的光伏系统配置参数而定；
当所述频域特征表现为直流故障电弧发生时，特定频段fa-fb下,小波分解的小波系数d的方差D会突然增大，增大的程度由具体的光伏系统配置参数而定；
（6）：判断步骤（5）中故障电弧特性的时频特征和时域特征阈值是否与预设值相符，只有当时域特征和频域特征均符合时输出1，此外情况均输出0；
（7）：判断当步骤（3）和步骤（6）的输出都为1时，则判定有直流电弧出现输出1，不符合则输出0；
（8）：对步骤（7）的输出做判断，若输出为0，返回步骤（1）；若输出为1，判定光伏系统中产生了直流故障电弧；
（9）：如果步骤（8）判定光伏系统产生了直流故障电弧，则关断光伏系统开关并发出警报消息。
本发明中，通过在光伏系统的汇流箱与逆变器之间串入线圈感应式实时电流采集装置，实现步骤（4）中所述的采集光伏系统直流侧的实时电流信号。
本发明中，若光伏系统的功率输出不稳定，则在步骤（7）中，判断当步骤（3）或步骤（6）的任一输出为1时，即判定有直流电弧出现输出1，不符合则输出0。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
（1）采用主/被动结合的检测方式可以提高检测准确性，小电流和大电流情况下均实用；
（2）可以通过更改灵敏度来适应光伏系统实际运行时的多种情况，降低误检率。
附图说明
图1是检测光伏系统直流故障电弧的实时电流采集位置示意图。
图2是主/被动检测结合的光伏系统直流故障电弧检测方法的步骤流程图。
图中标号：1为光伏阵列、2为汇流箱、3为逆变器、4为交流电网、5为实时电流采集装置。
具体实施方式
下面以具体实施例结合附图对本发明做详细说明，此示意图以及说明仅用来解释发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示，光伏阵列1输出直流电流，多条直流支路在汇流箱2中并联汇流，将总的直流电流输入逆变器3中，逆变器将直流电转变为交流电输送至交流电网4，同时由逆变器控制发出检测信号。
如图2所示，本发明提出了一种主/被动检测结合的光伏系统直流故障电弧检测方法，主要采用以下的技术方案判定光伏系统是否存在直流故障电弧，其具体步骤如下：
步骤一：逆变器发出检测信号；
步骤二：检测信号经光伏系统反馈后产生反射信号；对反射信号与检测信号进行对比，得到反射信号幅值与检测信号幅值的比值，反射系数特征Asi；将反射系数Asi与正常情况下的反射系数Ai进行做差并取绝对值
Figure 258393DEST_PATH_IMAGE001
，并在相关距离上进行积分
Figure 2358DEST_PATH_IMAGE003
，当电弧发生时B会突然增大，s由具体的光伏系统配置参数而定；
步骤三：判断步骤二中自相关系数特征是否符合直流故障电弧发生的预设条件，如果符合输出1，不符合输出0；
步骤四：如图1所示，实时电流采集装置5设计在汇流箱2之后，逆变器3之前，采集光伏系统直流侧的实时电流信号；
步骤五：对采集的实时电流信号进行分析，得到频域特征和时域特征；
所述时域特征表现为直流故障电弧发生时，电流变化率的绝对值C=|di/dt|会突然增大，增大的程度由具体的光伏系统配置参数而定；
频域特征为：直流故障电弧发生时，特定频段fa-fb下,小波分解的小波系数d的方差D会突然增大，增大的程度由具体的光伏系统配置参数而定；
步骤六：对该实时电流信号的时频域特征与故障电弧情况的特征进行对比，判断步骤五中故障电弧特性的时频域特征阈值是否与预设值相符；只有当时域特征和频域特征均符合时输出1，此外均输出0；
步骤七：所述检测方法根据光伏系统的功率是否频繁波动，分为高灵敏度（1）模式和低灵敏度（0）模式；当光伏系统的功率有频繁波动时，采用高灵敏度（1）模式，在步骤（3）或步骤（6）的输出为1时，判定有直流电弧出现；当光伏系统的功率无频繁波动时，采用低灵敏度（0）模式，在步骤（3）和步骤（6）的输出都为1时，判定有直流电弧出现；
步骤八：对步骤七的输出做判断，若输出为0，返回步骤一；若输出为1，判定光伏系统中产生了直流故障电弧；
步骤九：如果步骤八判定光伏系统产生了直流故障电弧，启动报警机制：关断光伏系统相应开关并发出警报消息。

Claims (3)

1.一种主/被动检测结合的光伏系统直流故障电弧检测方法，其特征在于，所述检测方法通过光伏系统实现；所述光伏系统包括光伏阵列、汇流箱、逆变器和交流电网；所述光伏阵列的输出端连接汇流箱的输入端，汇流箱的输出端连接逆变器的输入端，逆变器的输出端连接交流电网，所述汇流箱和逆变器所连电路之间设有电流采集装置，所述光伏阵列与汇流箱之间设有开关；所述检测方法包括以下步骤：
（1）：逆变器发出检测信号；
（2）：步骤（1）得到的检测信号经光伏系统的光伏阵列反馈后，产生反射信号；将所得反射信号与步骤（1）得到的检测信号进行对比，求得反射信号幅值与检测信号幅值的比值，所得比值为反射系数特征Asi；
将得到的反射系数特征Asi与正常情况下的反射系数Ai进行做差并取绝对值
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，并在相关距离上进行积分
Figure 890600DEST_PATH_IMAGE002
,当电弧发生时B会发生突变，突变表现为增大，s由具体的光伏系统配置参数而定；
（3）：判断步骤（2）中反射系数特征Asi与故障电弧情况下的反射系数特征进行对比，看其是否符合直流故障电弧发生的预设条件，如果符合输出1，不符合输出0；
（4）：采集光伏系统直流侧的光伏阵列所得到的实时电流信号；
（5）：对步骤（4）采集得到的实时电流信号进行分析，得到其频域特征和时域特征；
当所述时域特征表现为直流故障电弧发生时，电流变化率的绝对值C=|di/dt|会突然增大，增大的程度由具体的光伏系统配置参数而定；
当所述频域特征表现为直流故障电弧发生时，特定频段fa-fb下,小波分解的小波系数d的方差D会突然增大，增大的程度由具体的光伏系统配置参数而定；
（6）：判断步骤（5）中故障电弧特性的时频特征和时域特征阈值是否与预设值相符，只有当时域特征和频域特征均符合时输出1，此外情况均输出0；
（7）：判断当步骤（3）和步骤（6）的输出都为1时，则判定有直流电弧出现输出1，不符合则输出0；
（8）：对步骤（7）的输出做判断，若输出为0，返回步骤（1）；若输出为1，判定光伏系统中产生了直流故障电弧；
（9）：如果步骤（8）判定光伏系统产生了直流故障电弧，则关断光伏系统开关并发出警报消息。
2.根据权利要求1所述的主/被动检测结合的光伏系统直流故障电弧检测方法，其特征在于，通过在光伏系统的汇流箱与逆变器之间串入线圈感应式实时电流采集装置，进行步骤（4）中所述的采集光伏系统直流侧的实时电流信号。
3.根据权利要求1所述的主/被动检测结合的光伏系统直流故障电弧检测方法，其特征在于，若光伏系统的功率输出不稳定，则在步骤（7）中，判断当步骤（3）或步骤（6）的任一输出为1时，即判定有直流电弧出现输出1，不符合则输出0。
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