[發明專利]光伏系統直流故障電弧檢測方法

在審

• 申請號: 201810945136.8
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109061414A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 黃建明;王德林
• 申請（專利權）人: 上海巖芯電子科技有限公司
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;H02S50/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了光伏系統直流故障電弧檢測方法，通過采樣光伏系統正常情況下直流母線電流信號，通過db4小波5分解得到近似系數a5和細節系數d5、d4、d3、d2、d1，再分別對這些小波系數進行奇異值分解(SVD)，通過奇異值差分譜得到逆變器噪聲大小，去除之后對剩余的奇異值進行重構，得到降噪后的小波系數，然后利用這些系數進行小波重構得到降噪后的正常電流；之后，采集光伏系統直流母線電流信號，通過db4小波5分解得到近似系數a5′和細節系數d5′、d4′、d3′、d2′、d1′，再分別對這些小波系數進行奇異值分解(SVD)，參照正常電流中逆變器噪聲在奇異值譜中的位置進行去除，然后對剩余的奇異值進行重構，得到降噪后的小波系數，然后利用這些系數進行小波重構得到降噪后的母線電流，通過閾值法計算該母線電流和降噪的正常電流的差值，將閾值選定為0.01，當滿足3次及以上電流差值大于該閾值時，判定電弧發生。

技術領域：

本發明屬于光伏并網故障檢測領域，特別涉及光伏系統直流故障電弧檢測方法。

背景技術：

近二十多年來，光伏發電因其清潔可再生性得到了快速發展。但隨著設備的老化以及外力因素，光伏系統中的直流電弧故障問題越來越嚴重。大型的光伏電站直流端輸出電壓可達上千伏，當線纜或連接設備間出現縫隙，在高壓下產生強電場發射，在強電場作用下，從陰極表面逸出的電子加速向陽極運動，發生碰撞游離，導致間隙中帶電質點急劇增加，溫度驟然升高，此時間隙被擊穿，形成電弧。電弧穩定燃燒能夠產生上千度的高溫，若不能及時檢測到，可能會導致嚴重的火災事故。據統計，40％以上的光伏電站火災是因為直流電弧。為此，美國電工法NEC(National Electrical Code)第690.11號文件規定光伏系統中直流電壓大于80V必須配備故障電弧檢測裝置和斷路器。

電弧常見的檢測方法分為兩大類：一種是利用電弧放電時的弧光、發熱、噪聲以及電磁輻射等特性進行檢測，主要適用于開關柜，在大型的光伏系統中并不適用；另一種是對故障電弧信號的時域、頻域特征進行分析。時域主要是利用電弧發生前后電壓電流的變化進行檢測；頻域上，根據電弧發生前后信號高頻處的諧波含量的差別進行檢測。

然而，隨著電弧檢測研究的不斷深入，我們發現在某些工況下，在特定電壓電流時，電弧電流信號的時頻域特征較弱，上述常見的時頻域檢測方法有時就會區分不了故障電弧和正常狀態，發生漏判，無法實現故障電弧的準確識別。

發明內容

本發明提供了光伏系統直流弱電弧檢測方法，目的在于解決在光伏系統中發生微弱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)采集非電弧時光伏陣列直流母線處電流信號i(t)，t＝1，2，L，1024，采樣頻率為500kHz；

(2)對電流信號i(t)進行小波變換，利用db4小波作5層分解，得到不同頻段的近似系數a5和細節系數d5、d4、d3、d2、d1；

(3)對近似系數和細節系數分別作奇異值分解(SVD)，得到各自的奇異值譜P＝{σ_k，k＝1，2，L，q}，q＝512，如圖3所示；

(4)利用b_k＝σ_k-σ_k+1，k＝1，2，L，q-1處理小波系數的奇異值譜，b_k構成的序列B＝(b₁，b₂，L，b_q-1)為奇異值的差分譜，如圖4所示；

(5)確定每個差分譜b_k＞0.1的個數m，將奇異值譜P中前m個奇異值(σ₁，σ₂，L，σ_m)置零，構成非電弧時的奇異值序列C＝(c₁，c₂，L，c_q)；