專利名稱：一種使用多重判據(jù)的光伏系統(tǒng)直流故障電弧檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光伏電氣故障檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種使用多重判據(jù)的光伏系統(tǒng)直流故障電弧檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，指電流通過某些絕緣介質(zhì)(例如空氣)所產(chǎn)生的瞬間火花，是一種氣體放電現(xiàn)象?；」夥烹娛且环N自持放電，區(qū)別于其他類型放電的特征是弧光放電的維持電壓很低。目前很難給弧光放電下一個(gè)嚴(yán)格的定義，單純從放電的電特性來說，弧光放電是一種陰極位降低，電流密度大的放電，一般說來具有負(fù)的伏安特性。按照電流性質(zhì)，電弧可分為直流電弧和交流電弧。其中由于交流電的應(yīng)用較早較廣，目前針對(duì)交流故障電弧已有成熟的檢測(cè)方法和商業(yè)化的產(chǎn)品。但是由于光伏系統(tǒng)起步較晚，加之直流電弧與交流電弧的性質(zhì)有很大不同，最大的區(qū)別是直流電流無過零點(diǎn)，因此不能直接套用交流電弧的檢測(cè)方法。在光伏系統(tǒng)中，故障電弧一旦產(chǎn)生，若不采取及時(shí)有效的防護(hù)措施，持續(xù)的直流電弧會(huì)產(chǎn)生3000°C以上的高溫，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。近年來歐美陸續(xù)發(fā)生多起由故障電弧引發(fā)的火災(zāi)事故，造成程度不一的設(shè)備損壞。2011年美國(guó)電工法規(guī) (NEC )規(guī)定光伏系統(tǒng)中應(yīng)配備檢測(cè)故障電弧的檢測(cè)裝置與斷路器。美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室(UL)也推出相應(yīng)的開發(fā)測(cè)試方法與機(jī)制。由于影響電弧性質(zhì)的環(huán)境變量復(fù)雜多樣，其數(shù)學(xué)模型的建立較為困難。目前常用的是Cassie和Mayr提出的簡(jiǎn)化電弧模型，從宏觀的角度研究電弧的外特性。從能量平衡原
理出發(fā)，可得
權(quán)利要求
1.一種使用多重判據(jù)的光伏系統(tǒng)直流故障電弧檢測(cè)方法，其特征在于具體步驟如下: 步驟一:采集光伏系統(tǒng)的實(shí)時(shí)電流數(shù)字信號(hào)，具體為:光伏陣列輸出直流電流，若干條直流電流支路通過匯流箱并聯(lián)匯流，匯流后總的直流電流經(jīng)逆變器后轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娸斔椭岭娋W(wǎng)，其中:完成電流采集的位置位于在匯流箱和逆變器之間； 步驟二:對(duì)采集的實(shí)時(shí)電流數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析，分別得到I組或I組以上的時(shí)域特性和頻域特性，并將此實(shí)時(shí)的時(shí)域特性和頻域特性與故障電弧的時(shí)域特性和頻域特性進(jìn)行對(duì)比； 所述時(shí)域特性為下述中一種或一種以上時(shí)即判定為故障電弧的時(shí)域特性: 1)直流故障電弧發(fā)生時(shí)，電流的平均值會(huì)發(fā)生瞬間的突變△Iave，突變表現(xiàn)為減小，Δ Iave的大小依具體的光伏系統(tǒng)配置參數(shù)而定； 2)直流故障電弧發(fā)生時(shí)，一定時(shí)間At內(nèi)電流的最大值與最小值之差ΛI(xiàn)m會(huì)發(fā)生突變，突變表現(xiàn)為增大，At的大小依安全等級(jí)要求的檢測(cè)速度而定，AIm的大小依具體的光伏系統(tǒng)配置參數(shù)而定； 3)直流故障電弧發(fā)生時(shí)，電流極性發(fā)生改變； 4)直流故障電弧發(fā)生時(shí)，電流變化率的絕對(duì)值|di/dtI會(huì)發(fā)生突變，突變表現(xiàn)為增大，突變的大小依具體的光伏系統(tǒng)配置參數(shù)而定； 所述頻域特性為下述中一種或一種以上即判定為故障電弧的時(shí)域特性: 1)直流故障電弧發(fā)生時(shí)，電流特定頻段fa-fb內(nèi)的高頻分量較未發(fā)生故障電弧時(shí)增加Δ If, fa、fb和Λ If的大小依具體的光伏系統(tǒng)配置參數(shù)而定； 2)直流故障電弧發(fā)生時(shí)，電流的特定頻段分量與直流分量的比R1發(fā)生突變，突變表現(xiàn)為增大，具體頻段范圍與R1的大小依具體的光伏系統(tǒng)配置參數(shù)而定； 3)直流故障電弧發(fā)生時(shí)，電流的特定頻段分量與總交流分量(電流中除去直流分量的部分)的比R2發(fā)生突變，突變表現(xiàn)為增大，具體頻段范圍與R2的大小依具體的光伏系統(tǒng)配置參數(shù)而定； 根據(jù)光伏系統(tǒng)的實(shí)際安全等級(jí)需要和電弧檢測(cè)器的運(yùn)算能力在電弧的時(shí)域特性和頻域特性中選擇合適的特性以及特性個(gè)數(shù)N和K作為故障電弧的時(shí)域特性和頻域選擇性； 步驟三:判斷步驟二中各故障電弧特性的時(shí)域特性和頻域特性的特征閾值是否與預(yù)設(shè)值相符；若符合，向下一步驟的邏輯判斷中輸出I ;否則輸出O ; 步驟四:對(duì)步驟三中的輸出做邏輯運(yùn)算，該運(yùn)算的目的是分別綜合時(shí)域和頻域下各個(gè)特性的判定結(jié)果；對(duì)于時(shí)域特性，當(dāng)時(shí)域特性的N個(gè)特性中有至少一個(gè)特性與發(fā)生直流故障電弧的特性相符或門邏輯輸入中存在至少一個(gè)I時(shí)，就判定時(shí)域特性中存在直流故障電弧特性或門邏輯輸出為I ;這種運(yùn)算可以有效地避免因目標(biāo)特性單一而造成的故障電弧漏檢情況的發(fā)生；對(duì)于頻域特性，當(dāng)頻域特性的K個(gè)特性中有至少一個(gè)特性與發(fā)生直流故障電弧的特性相符或門邏輯輸入中存在至少一個(gè)I時(shí)，就判定頻域特性中存在直流故障電弧特性或門邏輯輸出為I ; 步驟五:對(duì)步驟四中的輸出做邏輯運(yùn)算；該運(yùn)算的目的是綜合時(shí)域和頻域特性的判定結(jié)果；由于光伏系統(tǒng)中的環(huán)境噪聲和其他系統(tǒng)動(dòng)作具有與直流故障電弧類似的特性，因此只有當(dāng)時(shí)域特性與頻域特性的判定都為直流故障電弧特性或與門邏輯的輸入都為I時(shí)，才判定光伏系統(tǒng)中存在直流故障電弧或與門邏輯輸出為I ;步驟六:對(duì)步驟五中的輸出做判斷；若輸入為O，返回步驟一；若輸入為1，判定光伏系統(tǒng)中產(chǎn)生了直流故障電弧，繼續(xù)下一步驟； 步驟七:若步驟六中判定光伏系統(tǒng)中產(chǎn)生了直流故障電弧，則啟動(dòng)報(bào)警機(jī)制；報(bào)警機(jī)制包括對(duì)光伏系統(tǒng)采取保護(hù)動(dòng)作、及時(shí) 向管理員發(fā)出警報(bào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用光伏系統(tǒng)直流故障電弧檢測(cè)的方法，在光伏系統(tǒng)中，一旦產(chǎn)生直流故障電弧，若不采取及時(shí)有效的防護(hù)措施，會(huì)產(chǎn)生3000℃以上的高溫，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。2011年美國(guó)電工法規(guī) (NEC )規(guī)定光伏系統(tǒng)中應(yīng)配備檢測(cè)故障電弧的檢測(cè)裝置與斷路器。美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室(UL)也推出相應(yīng)的開發(fā)測(cè)試方法與機(jī)制。本發(fā)明提出的一種應(yīng)用多重判據(jù)的光伏系統(tǒng)直流故障電弧的檢測(cè)方法，針對(duì)光伏系統(tǒng)直流故障電弧時(shí)域與頻域的特性，提取出區(qū)別于環(huán)境噪聲與其他系統(tǒng)動(dòng)作的綜合特征，從而提高檢出率，減少誤檢率，在保障生命財(cái)產(chǎn)安全的情況下，確保檢測(cè)設(shè)備不因誤檢而阻斷光伏系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
文檔編號(hào)G01R31/12GK103245897SQ20131015596
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月2日
發(fā)明者孫耀杰, 高源 , 林燕丹, 馬磊, 吳煜 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)