[發明專利]應用于光伏能源的電弧監測系統及電弧監測方法

有效

• 申請號: 202011264540.2
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112468086B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 許峰;郭偉棟;張耀;丁輝;張永
• 申請（專利權）人: 豐郅（上海）新能源科技有限公司;國家電投集團杭州新能源生產運營有限公司
• 主分類號: H02S50/10
• 分類號: H02S50/10;G01R19/12;G01R19/10;G01R31/00;H02J3/38
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本發明涉及應用于光伏能源的電弧監測系統及電弧監測方法。數據采集模塊收集各組串提供的串級電流和串級電壓。電流檢測模塊用于檢測各組串的串級電流匯總后的總電流的第一和第二類電弧特性。當總電流符合一項或多項第一類電弧特性及總電流符合一項或多項第二類電弧特性之時，分析所有并聯組串的串級電流和串級電壓：當多個組串存在著串級電壓降低、串級電流增加的情況下，將余下另一些串級電壓和串級電流均降低的組串視為發生直流電弧故障的組串。

技術領域

本發明主要涉及到光伏能源領域，更確切的說，涉及到應用于光伏發電系統的用于檢測直流電弧現象的電弧監測系統以及電弧監測方法。

背景技術

伴隨著化工能源的短缺和電力技術的發展，光伏得到越來越廣泛的關注，光伏能源在電力運用上須滿足安全規范。電弧是氣體放電現象，電流流經諸如空氣之類的絕緣介質所產生的火花即是氣體放電的表現形式。檢測電弧和積極采取應對措施是維持光伏能源系統處于安全規范下的關鍵要素。盡管業界竭力的試圖尋找電弧現象的規律和共性以尋求電弧的精確檢測手段，然而難以回避的事實是，目前在業界很難針對電弧給出合理并嚴格的檢測機理亦很難設計出對應的精確檢測儀器。市面上能夠起到實際檢測作用的量產型電弧檢測產品寥寥可數，真實有效的直流電弧檢測產品面對的近乎是空白市場。

光伏系統中接觸不良、老化、短路等引起拉弧起火的事故越來越頻繁，可見直流電弧故障檢測在光伏系統中日益重要。直流電弧故障是電氣類火災的罪魁禍首，光伏系統一旦發生了直流電弧故障，由于沒有過零點保護、且光伏組件在陽光照射下產生源源不斷的能量則使系統的故障電弧存在穩定的燃燒環境。倘若不及時有效地采取措施，會產生數千度以上的高溫現象并引發火災，某些物質熔化甚至蒸發產生大量的有毒氣體，進而危及人身生命安全和導致社會的經濟遭受重大損失。

按照電流性質劃分電弧大致可分為直流電弧和交流電弧。熟知的交流電之應用時間較早以及交流故障電弧已經存在較為成熟的檢測方法和商業化產品，然而光伏系統的起步時間較晚再加之直流電弧的本質特性與交流電相迥異，典型的例如直流電流并無交流電那樣存在著過零點特征，因此光伏場合無法套用交流電弧的檢測手段。影響直流電弧電學性質的變量原本就紛繁多樣，又因光伏使用環境的不同更促使電弧復雜化。業界普遍認識到建立直流電弧的數學模型較為困難，盡管部分電弧模型被提及，但這些簡化模型通常是基于電弧的某些單一特性或若干個非常有限的特性而進行的研究，事實上光伏環境中必然存在的噪聲和電力系統的偶發性干擾極易誤導電弧檢測，造成錯誤的檢測結果，動態變化的光照強度和環境溫度及大量存在的開關噪聲等都是誤判漏判的干擾源。本申請之目標是檢測出光伏系統中存在的真實直流電弧故障以避免故障電弧引發的火災等事故。

發明內容

本申請涉及到了一種應用于光伏能源的電弧監測系統，用于監測并聯的諸多組串是否存在直流電弧故障且每個組串都包括串聯的多個光伏組件，包括：

數據采集模塊，收集各組串提供的串級電流和串級電壓；

電流檢測模塊，檢測各組串的串級電流匯總后的總電流的第一、第二類電弧特性；

定義第一類電弧特性包含：

在選取的時段范圍內，若總電流的峰值與谷值之間的峰谷差之實際大小超過預設的峰谷差值，則判斷總電流符合第一類電弧特性；

若總電流的均值所發生的瞬態變化量之實際大小超過預設的電流變化值，則判斷總電流符合第一類電弧特性；

若總電流的瞬態變化率超過預設的變化率，則判斷總電流符合第一類電弧特性；

定義第二類電弧特性包含：

在指定的頻帶范圍內，若總電流之中出現的高頻成分的電流增加量超過了規定的電流增長值，則判斷總電流符合第二類電弧特性；

在指定的頻帶范圍內，若總電流中的高頻分量與直流分量之比發生劇變且高頻分量與直流分量之比超過規定的比值，則判斷總電流符合第二類電弧特性；