[實用新型]光伏系統直流側電弧故障檢測裝置

有效

• 申請號: 201720795421.7
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN207135065U
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 徐文新;柴立超;吳春華
• 申請（專利權）人: 上海巖芯電子科技有限公司
• 主分類號: H02S50/00
• 分類號: H02S50/00;G01R31/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于光伏并網故障檢測領域，特別涉及光伏系統直流側電弧故障檢測裝置及其檢測方法。

背景技術

隨著光伏發電的快速發展，一些嚴重的問題也突顯出來，其中光伏組件老化帶來的電氣系統安全問題尤為突出。經研究發現光伏系統火災事故大多與直流故障電弧有關。光伏系統存在復雜的結構和大量的連接設備，直流端電壓可以達到1000V以上，一旦產生電弧故障，極有可能瞬間點燃周圍的可燃物或者光伏組件從而造成火災事故。為解決此類安全問題，美國國家電氣規范NEC(National Electrical Code)第690.11號文件要求光伏并網系統直流母線大于80V應配備故障電弧檢測裝置與斷路器。

光伏系統直流側故障電弧的檢測不僅因為光伏陣列結構復雜，發生故障電弧位置難以預測給故障檢測以及電路保護帶來困難，還要面對外界環境的干擾以及逆變器MPPT算法和孤島檢測算法、電力電子裝置的運行干擾、類弧負載的工作干擾等內部工況。因此，需要一種多維判據的故障電弧準確檢測方法，為光伏系統的正常運行提供保障。

按電弧發生位置不同，可將電弧類型分為串聯、并聯及接地電弧，如圖1所示：其中a為組串內串聯電弧，b、d為組內并聯電弧，c為組間并聯電弧。其中接地電弧可視為一種特殊的并聯電弧，且比較容易被檢測到。

目前針對光伏系統的故障電弧檢測并沒有得到深入的研究，也沒有考慮到光伏系統的復雜性結構及易受到外界干擾的特性，造成在某些情況下的誤判和漏判。譬如，光伏系統在面對噪聲干擾、天氣變化等復雜外界環境時，其中便存在云層剛過時或者飛行物掠過時給光伏系統發電帶來的波動性，若在此時發生故障電弧，單一判據的電弧檢測方法可能會發生誤判、漏判。

發明內容

本實用新型提供了光伏系統直流側電弧故障檢測裝置及其檢測方法，目的在于解決在光伏系統中發生直流電弧故障時準確檢測到故障電弧的問題。

光伏陣列故障電弧檢測方法，包括如下步驟：

(1)在光伏系統運行過程中采用電流互感器對光伏陣列輸出端直流母線進行電流采樣。

(2)對上述的電流采樣信號經過硬件濾波電路進行高通濾波，濾除20kHz以下的信號分量，獲得電流采樣高頻信號；

(3)對上述的電流采樣高頻信號，經過ADC采樣芯片將模擬信號轉為數字信號送入DSP數字信號處理器后進行代入電弧故障檢測算法進行電弧故障檢測，其中ADC采樣芯片采樣率為180kHz。

(4)利用集合經驗模態分解(ensemble empirical mode decomposition，EEMD)算法對上述電流采樣高頻信號進行分解，得到若干本征模態分量(intrinsic mode function，IMF)；

(5)利用表征信號復雜度的模糊熵算法將各時間序列IMF量化，選擇能夠區分電弧故障的高頻局部分量IMF1、IMF2、IMF3的模糊熵E₁、E₂、E₃作為特征向量；

(6)多次采集光伏系統在正常狀態下以及故障電弧狀態下的直流側母線電流信號，并通過上述步驟進行處理，提取正常以及故障電弧的特征向量。

(7)利用模糊C均值聚類算法(fuzzy C means clustering，FCM)將多次采集的電流信號并通過EEMD與模糊熵算法提取的正常與故障電弧特征向量進行聚類處理，并得出正常與故障電弧的聚類中心V1、V2，如圖4所示。

(8)在進行電弧故障檢測時，每次采集到的光伏系統直流母線電流信號進行處理后，提取特征向量歸一化后，計算與正常狀態與故障電弧狀態聚類中心V1、V2的距離進行故障電弧辨識即可。

(9)若檢測光伏陣列存在故障電弧，則通過DSP發出故障進行故障報警；若不存在故障電弧，則重復步驟8。

本實用新型的有益效果為：

本實用新型提出了一種基于集合經驗模態分解(EEMD)和模糊C均值聚類(FCM)的組合故障檢測方法來檢測故障電弧信號，能夠更加準確的檢測光伏陣列是否發生電弧故障，防止誤判漏判。

附圖說明

圖1為本實用新型光伏系統直流側故障電弧檢測框圖；

圖2為本實用新型光伏系統直流側故障電弧檢測流程圖；

圖3為正常狀態及故障電弧狀態直母線電流EEMD分解前四層結果；

圖4為光伏系統直流側故障電弧識別結果；

具體實施方式

為了更為具體的描述本實用新型，茲以優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下：