[發(fā)明專利]基于實(shí)時(shí)測(cè)量多頻段頻率分量占比判斷直流電弧故障的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210379476.1
• 申請(qǐng)日: 2012-10-09
• 公開（公告）號(hào): CN102854426A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵俊松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 邵俊松
• 主分類號(hào): G01R31/00
• 分類號(hào): G01R31/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬光伏電氣故障檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說本發(fā)明涉及一種基于實(shí)時(shí)測(cè)量電壓電流中多個(gè)頻段的頻率分量占比，判斷光伏系統(tǒng)中是否發(fā)生了直流電弧故障的方法。

背景技術(shù)

電弧故障保護(hù)并不是一個(gè)新的事物，研究發(fā)現(xiàn)在沒有過電流發(fā)生的情況下由小電流引起的故障電弧也有足夠的能量引發(fā)打火從而引起火災(zāi)，從二十世紀(jì)九十年代開始，在北美，交流系統(tǒng)中配備電弧故障保護(hù)器成為一個(gè)安全性的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。隨著光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用，特別是光伏電池板在建筑物屋頂和外墻的廣泛應(yīng)用，多地多處發(fā)生了由于光伏發(fā)電系統(tǒng)所導(dǎo)致的火災(zāi)。通過分析發(fā)現(xiàn)，這類火災(zāi)基本是由光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流電弧故障引起的，因此檢測(cè)和隔離引發(fā)設(shè)備損壞及火災(zāi)隱患的直流電弧故障就成為必須解決的問題。但以往的電弧故障保護(hù)器應(yīng)用在光伏系統(tǒng)中，有兩個(gè)方面是不一致的：第一、這種電弧故障是由直流引發(fā)的；第二、這種電弧故障產(chǎn)生地點(diǎn)可能在遠(yuǎn)端，距離電弧檢測(cè)設(shè)備安裝位置之間可能隔有正常發(fā)電的光伏電池板。這兩方面的因素導(dǎo)致常規(guī)的交流電弧故障保護(hù)器并不能應(yīng)用在這種場(chǎng)合，必須研制一種新型的直流電弧故障保護(hù)設(shè)備以滿足光伏系統(tǒng)的需要。目前常規(guī)的電弧故障檢測(cè)原理是根據(jù)對(duì)負(fù)載電流和電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣，在短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出電弧的產(chǎn)生，之后根據(jù)當(dāng)時(shí)電壓和電流的關(guān)系，采用傅立葉變換法則，得到負(fù)載的相位角狀態(tài)，進(jìn)而獲得負(fù)載類型，并與已知的絕大多數(shù)負(fù)載電弧特征曲線與電弧特征比較，同時(shí)采用自學(xué)習(xí)方式，實(shí)時(shí)更新運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生的正常電弧，并與之比較，進(jìn)行判斷得出結(jié)論，確定是負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的正常電弧還是負(fù)載在非正常狀態(tài)所產(chǎn)生的故障電弧。這種方式運(yùn)用在交流低壓系統(tǒng)中還是具有可行性的，但在光伏直流系統(tǒng)中，由于光伏發(fā)電特性是隨時(shí)間和環(huán)境不可預(yù)測(cè)變化的；各類逆變器干擾波形也是不同且隨負(fù)載變化；電弧故障發(fā)生地點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)之間還有不等數(shù)量的發(fā)電光伏板間隔，造成故障電弧波形的畸變也是不可預(yù)測(cè)變化的，因此前述的與已知故障特性比較和自學(xué)習(xí)兩種模式都不適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中的直流電弧故障檢測(cè)。

本發(fā)明通過研究故障電弧的本質(zhì)，檢測(cè)電壓電流波形中的多個(gè)頻率段的頻譜分量能量占總頻譜的能源比這一方法，創(chuàng)新性的開拓了一種新的直流電弧故障檢測(cè)方法，可快速可靠的檢測(cè)出可能引發(fā)火災(zāi)的直流電弧故障，確保光伏系統(tǒng)的安全。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是：通過檢測(cè)電壓電流波形中的多頻率段的頻譜分量能量占總頻譜的能量比，確認(rèn)系統(tǒng)中是否產(chǎn)生了可能引發(fā)火災(zāi)的直流電弧故障，確保光伏系統(tǒng)的安全運(yùn)行，防止故障電弧引起的火災(zāi)發(fā)生。

電弧故障可能引發(fā)火災(zāi)的原因是在于其電弧中蘊(yùn)含能量比較大，從電弧波形中分析，其主要能量分布在一個(gè)或多個(gè)較寬的頻率帶中。因此本發(fā)明通過檢測(cè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的直流分量與其他高次頻譜的能量比率關(guān)系來作為區(qū)分直流電弧故障的主要依據(jù)。

本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)，包括下述步驟：

1)實(shí)時(shí)采集電壓值和電流值，并通過1Hz低通數(shù)字濾波得到電壓直流分量U_DC和電流直流分量I_DC；通過1Hz高通數(shù)字濾波得到其他頻率分量的噪音電壓U_HY與噪音電流I_HY。

2)實(shí)時(shí)計(jì)算直流分量功率S_DC＝U_DC*I_DC及其他頻譜功率S_HY＝U_HY*I_HY。

3)實(shí)時(shí)計(jì)算電弧功率比系數(shù)K_arc＝S_HY/S_DC，當(dāng)K_arc小于預(yù)先設(shè)定的定值K_Normal，則判斷此時(shí)光伏系統(tǒng)處于正常狀態(tài)，返回到步驟1)；如果K_arc大于預(yù)先設(shè)定的定值K_Normal，則判斷此時(shí)光伏系統(tǒng)處于電弧故障檢測(cè)狀態(tài)，轉(zhuǎn)向步驟4)，并保存此時(shí)的S_DC為S_DCNormal。