[實用新型]一種直流故障電弧檢測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520669687.8
• 申請日: 2015-08-31
• 公開（公告）號: CN205193210U
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發(fā)明（設計）人: 張玉林;劉蓉;張俊
• 申請（專利權(quán)）人: 上海正泰電源系統(tǒng)有限公司
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;H02S50/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術(shù)領域

本實用新型針對直流故障電弧檢測提出一種新方法，有效區(qū)分是否發(fā)生故障 電弧，檢測到發(fā)生故障電弧后及時報錯，提高系統(tǒng)安全性，本實用新型可應用于 直流功率變換器領域中，如UPS電池系統(tǒng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)等。

背景技術(shù)

近年來，隨著清潔能源、儲能系統(tǒng)等快速發(fā)展，直流電力變換系統(tǒng)獲得很大 的發(fā)展，由于這些系統(tǒng)電流大、電壓高從而更易產(chǎn)生故障電弧。

電弧是指流經(jīng)大電流的導體，由于接頭的不可靠連接或接頭、導線絕緣退化， 導致的接觸不良，觸點之間或觸點與其他導體之間的不可靠連接而形成的放電現(xiàn) 象。電弧是直流系統(tǒng)中導致火災的主要原因，及時準確的偵測電弧的發(fā)生，直接 影響直流系統(tǒng)的安全性和可靠性。

電弧包含串聯(lián)拉弧和并聯(lián)拉弧，前者指線纜之間的拉弧，后者指直流端對安 全地的放電。本實用新型主要解決的是串聯(lián)拉弧。

光伏發(fā)電系統(tǒng)就是這種高電壓大電流的直流應用。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的高速增 長，安裝的光伏系統(tǒng)設備越來越多。投入運行的光伏發(fā)電設備逐漸老化和人為安 裝過程中的疏忽給光伏系統(tǒng)的安全性帶來挑戰(zhàn)。光伏系統(tǒng)直流側(cè)電壓隨光伏面板 的配置可高達幾百上千伏，如果產(chǎn)生故障電弧，由于沒有過零點保護，直流電弧 比交流電弧更加危險。光伏系統(tǒng)的光伏面板受到陽光持續(xù)照射產(chǎn)生能量，如果產(chǎn) 生故障電弧而沒有及時覺察并切斷線路，面板給電弧提供了源源不斷的能量，對 輸電線路和光伏設備本身都會造成巨大損傷，嚴重時會引起火災，危及生命安全。

基于安全可靠考慮，越來越多的直流應用對直流拉弧提出檢測要求，有些已 被強制要求執(zhí)行，如美國電工法規(guī)NEC2011年版開始要求針對光伏發(fā)電系統(tǒng)裝 置電弧故障偵測斷路器。針對NEC中有關直流故障電弧檢測的要求，UL1699B 標準給出了詳細的規(guī)定。該規(guī)定要求當逆變器檢測到故障電弧時應提供可視的告 警提示，該告警不能自動清除。電源斷電重新上電后該告警應仍然顯示，必須手 動清除逆變器才能并網(wǎng)工作。逆變器需具有故障電弧手動自檢功能，逆變器執(zhí)行 自檢時必須有可視界面提示，若自檢未通過，必須手動清除，否則此告警保存， 斷電重啟后依然存在。UL1699B還對保護時間和外界環(huán)境等做了詳細規(guī)范要求。

一方面，可靠準確的電弧檢測對直流系統(tǒng)的安全性無疑是非常重要，另一方 面，如何避免檢測單元誤偵測也是實際中的難點。如美國NEC2011要求，當檢 測單元發(fā)出拉弧告警后，光伏逆變器需停止發(fā)電并等待操作人員檢測并手動清除 才允許繼續(xù)并網(wǎng)發(fā)電，因此誤偵測會導致光伏發(fā)電系統(tǒng)頻繁關機，影響系統(tǒng)發(fā)電 收益。

目前常見的檢測如下：

1、基于拉弧產(chǎn)生的射頻噪音判斷

WO95/25374中，根據(jù)直流電流電弧發(fā)生后，會產(chǎn)生一定頻段的射頻噪音， 通過射頻接收裝置接收噪音信號，并進行一定分頻處理，根據(jù)電弧發(fā)生前后的噪 音幅值進行判斷，從而偵測電弧是否發(fā)生。

由于電力電子設備本身會產(chǎn)生噪音，且電子設備使用日益廣泛，因此此方案 無法避免誤偵測，且多個設備同時運行的話，無法準確判斷和定位電弧產(chǎn)生的位 置。

2、基于直流電流高頻分量幅值變化的檢測

Nationalinstrument公司提出根據(jù)直流電流頻譜幅值進行判斷

此方案的原理，同樣是根據(jù)直流電弧產(chǎn)生后會對電流帶來一定程度的高頻噪 音的原理，但檢測方式是通過采集直流電流并對其進行快速傅里葉分解(FF T)，從而獲取電流的幅頻特性，通過判斷電弧產(chǎn)生前后的一定頻帶的幅值差異， 判斷電弧是否產(chǎn)生。

此方案由于檢測相對準確，成本低廉而被廣泛采用。但缺點在于同樣受制于 電力電子電路本身和周圍設備帶來的噪音干擾，當設備本身的直流電流中的噪音 信號較大，此方案便無法使用或者頻繁誤報。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種能夠避免誤偵測，且不會受制于電力電子電路 本身和周圍設備帶來的噪音干擾的串聯(lián)拉弧檢測方法。

為了達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是提供了一種直流故障電弧檢測 裝置，包括脈沖變壓器，其特征在于，還包括帶通濾波放大電路、AD采樣電路 及MCU處理單元，其中，脈沖變壓器的電流輸出端與帶通濾波放大電路的輸入 端相連，帶通濾波放大電路的輸出端連接AD采樣電路的輸入端，AD采樣電路 的輸出端與MCU處理單元的輸入端相連