[發明專利]雙導線拓撲直流電弧診斷與定位方法及系統

在審

• 申請號: 202110995622.2
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113687185A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 顧躍龍;王志新
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種雙導線拓撲直流電弧診斷與定位方法及系統，包括以下步驟：雙導線拓撲步驟：將直流系統中連接兩個電器元件的一條導線替換成兩條導線；電流監測步驟：對兩個電器元件間的雙條導線進行電流采集，為電弧故障診斷提供依據；電弧診斷步驟：對采集的兩條導線的電流分析判斷，根據兩條導線電流值的偏差進行電弧故障診斷；故障定位步驟：對直流系統中每一段雙條導線進行監測，根據出現異常的電流數據，將故障定位到出現異常的導線處。本發明采用雙導線電路拓撲，可以避免發生串聯型直流電弧故障，電弧防護效果明顯；同時，不受環境噪聲以及系統中各種開關器件所帶來的高頻信號干擾，魯棒性好，可以準確檢測到并聯型電弧故障，且無誤動和拒動。

技術領域

本發明涉及直流系統電器故障診斷技術領域，具體地，涉及一種雙導線拓撲直流電弧診斷與定位方法及系統。

背景技術

光伏發電系統、儲能系統和直流充電樁等直流系統中均存在模塊化、多接頭的接線。例如，一個光伏電站由上千個光伏陣列模塊構成，這些陣列的串并聯連接，通常會在連接處產生大量的接頭和連接點；儲能電站由大量的電池模塊構成，接頭和連接點也很多；數以萬計的直流充電樁，也具有大量的接頭連接點。隨著直流系統長期運行，這些接頭連接處由于接頭松動等原因會產生很小的空氣間隙，在一定的電壓下這些空氣間隙被擊穿并引起串聯直流電弧故障。此外，隨著運行時間變長，導線破損、絕緣老化等原因又會引起并聯直流電弧故障。與交流系統中的電弧現象相比，直流系統中的電弧沒有過零點特征，檢測困難；且光伏系統、儲能電站等直流系統大多靠近民用建筑，電弧引起的火災事故造成的危害會更大。研究表明，光伏系統中火災事故發生有60％以上是由直流電弧故障引起的。因此，直流電弧故障診斷、定位以及防護已成為業界關注的研究課題。

目前，直流電弧診斷和定位方法研究主要分為兩類，即：基于直流電弧產生時所具有的聲、光、熱等物理特征進行電弧檢測和定位，或者基于直流電弧引起的電壓、電流、功率等電信號變化進行電弧檢測和定位，主要涉及時域分析方法、頻域分析方法以及時頻域結合法。基于物理特征的電弧檢測方法需要額外的檢測設備，且該方法僅局限于開關柜、直流匯流箱等小型密閉空間場合，通用性不強；基于電信號變化的檢測方法，容易受環境噪聲和系統背景噪聲干擾，且負載切換、逆變器啟動等正常操作也會對檢測算法造成影響，發生誤動和拒動概率較大。此外，研究表明，在大于15A的直流系統中電弧波動性減弱，呈現弱電弧特征，高頻特征與正常情況時基本相同，這對采用頻域特征方法檢測直流電弧故障造成了一定的困難。光伏直流系統中，光伏組件特有的限流特性以及最大功率跟蹤(MPPT)特性，也對直流電弧的檢測帶來了一定的難度。

在目前的研究中，專利文獻CN112462176A提出了一種光伏組串電弧故障檢測和定位方法，該方法分為兩步，第一步對各個光伏組串匯流后的總電流進行分析判斷是否出現電弧故障，若判定發生了電弧故障則進入第二步，否則重復第一步下一周期總電流數據分析，第二步分析各個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、串級電流增加時，將余下另一些串級電壓降低、串級電流降低或反向的組串視為發生直流電弧故障。該方法雖然可以實現大部分直流電弧檢測和組串級故障定位，但是在弱電弧故障時電弧特征不明顯，第一步采用總電流分析的方法，各個組串電流匯流后會進一步弱化電弧特征從而出現漏判，且第二步電弧故障定位在串間并聯電弧故障發生時，存在著只能識別出其中一條故障組串的弊端，具有定位上的缺陷。

在公開號為CN110618366A的中國專利文獻中，公開了一種直流電弧檢測方法及裝置。其中，該申請提供的直流電弧檢測方法，先采集光伏發電系統中每路MPPT的電流信號，再對每路MPPT的電流信號分別進行分析，得到每路MPPT的電流分析結果；之后，判斷每路MPPT的電流分析結果是否均不符合電弧特征，若存在至少一路MPPT的電流分析結果符合電弧特征，則判定該路MPPT出現電路故障、輸出電弧故障告警信號至光伏發電系統中的系統控制器。