[發明專利]一種直流故障電弧檢測方法及系統

有效

• 申請號: 201611044979.8
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN107340459B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 張宸維;林方圓;李文杰;何俊;許二超;葉昌森;李杰;金希佳
• 申請（專利權）人: 安徽江淮汽車集團股份有限公司
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 北京維澳專利代理有限公司 11252
• 代理人: 周放;江懷勤

本發明涉及一種直流故障電弧檢測方法及系統，該方法包括：對光伏電池輸出的直流電壓按設定采樣頻率進行采集，得到輸出電壓數據；對所述輸出電壓數據進行時域處理，獲得每一個檢測周期內的電壓平均值U_avg、電壓方差σ、最大的峰值差U_m；與上一個檢測周期相比較，在所述電壓平均值的差值△U_avg大于第一閾值時，如果所述電壓方差的差值△σ大于第二閾值或所述最大峰值差的差值△U_m大于第三閾值，則對所述輸出電壓數據進行頻域處理，計算每個頻段的諧波能量和，并構成諧波能量和的特征向量空間；利用預先訓練的BP神經網絡和特征向量空間，確定是否有電弧產生。本發明解決現有直流故障電弧檢測不準確、誤判率高的問題，提高光伏發電系統的安全性。

技術領域

本發明涉及一種電弧檢測技術領域，尤其涉及一種直流故障電弧檢測方法及系統。

背景技術

電弧是一種氣體放電現象，電氣的熱插拔和觸頭開關的通斷都可能產生電弧，但這類電弧一般不會引起電氣故障，電弧按電流分為直流電弧和交流電弧，電弧放電現象常蘊含巨大的能量，對周圍設備和工作人員的安全構成威脅。

近年來，隨著光伏發電系統的廣泛應用，尤其是光伏電池板在建筑物屋頂和外墻的大規模應用，且大多數光伏陣列的安裝，利用的都是長串的高電壓直流電源，這增加了與電弧有關的安全問題。由于故障電弧對光伏電池輸出特性的影響較小，傳統的過壓過流斷路器和熱斷路器對預防系統故障電弧的發生無能為力，而光伏發電系統一旦發生故障電弧，這些電弧可使裝置帶電，導致支架系統也帶電，可能會使接觸裝置的任何人觸電，威脅工作人員的生命安全，另外，持續的直流電弧將產生高溫，進而引發火災，若不采取及時有效的防護措施，將導致電氣設備損壞，或大范圍財產損壞。近年來歐美等地陸續發生多起由故障電弧引發的火災，給人們的生命財產帶來不同程度損失。2011年美國電工法規(NEC)規定光伏發電系統應配備檢測故障電弧的檢測裝置與斷路器，檢測和隔離引發設備損壞和火災隱患的直流故障電弧成了必須解決的問題。

目前此類電弧檢測方法大致分為兩種：一是依據電弧發生時電壓、電流等波形的變化判定電弧故障。但光伏發電系統中的直流電弧因為與交流電弧的性質有很大不同，首先直流電弧是一種隨機不平穩信號，沒有交流電流周期性的“平肩”部特征，此種基于波形的檢測方法雖然簡單但適用性低。二是通過檢測電弧發生時電流時域或者頻域的變化特征判定電弧產生。此類方法檢測對象是電流，適用性廣，光伏電源的伏安特性決定逆變器在正常工作時發生電弧，電流時域特征不明顯，且易受其他因素干擾，誤判率高。同時，僅對電流頻域特征的檢測方法由于判據單一也存在誤判率高的缺點。

發明內容

本發明提供一種直流故障電弧檢測方法及系統，解決現有光伏發電系統產生直流故障電弧檢測不準確、易受干擾、誤判率高的問題，提高光伏發電系統的安全性。

為實現以上目的，本發明提供以下技術方案：

一種直流故障電弧檢測方法，包括：

對光伏電池輸出的直流電壓按設定采樣頻率進行采集，得到輸出電壓數據；

對所述輸出電壓數據進行時域處理，獲得每一個檢測周期內的電壓平均值U_avg、電壓方差σ、最大的峰值差U_m；

與上一個檢測周期相比較，計算得到電壓平均值的差值△U_avg、電壓方差的差值△σ、最大峰值差的差值△U_m；

在所述電壓平均值的差值△U_avg大于第一閾值時，如果所述電壓方差的差值△σ大于第二閾值或所述最大峰值差的差值△U_m大于第三閾值，則對所述輸出電壓數據進行頻域處理，計算每個頻段的諧波能量和，并構成諧波能量和的特征向量空間；

利用預先訓練的BP神經網絡和所述特征向量空間，確定是否有電弧產生