[发明专利]基于实时测量多频段频率分量占比判断直流电弧故障的方法

说明书

技术领域

本发明属光伏电气故障检测技术领域，更准确地说本发明涉及一种基于实时测量电压电流中多个频段的频率分量占比，判断光伏系统中是否发生了直流电弧故障的方法。

背景技术

电弧故障保护并不是一个新的事物，研究发现在没有过电流发生的情况下由小电流引起的故障电弧也有足够的能量引发打火从而引起火灾，从二十世纪九十年代开始，在北美，交流系统中配备电弧故障保护器成为一个安全性的强制性标准。随着光伏发电的大规模应用，特别是光伏电池板在建筑物屋顶和外墙的广泛应用，多地多处发生了由于光伏发电系统所导致的火灾。通过分析发现，这类火灾基本是由光伏发电系统的直流电弧故障引起的，因此检测和隔离引发设备损坏及火灾隐患的直流电弧故障就成为必须解决的问题。但以往的电弧故障保护器应用在光伏系统中，有两个方面是不一致的：第一、这种电弧故障是由直流引发的；第二、这种电弧故障产生地点可能在远端，距离电弧检测设备安装位置之间可能隔有正常发电的光伏电池板。这两方面的因素导致常规的交流电弧故障保护器并不能应用在这种场合，必须研制一种新型的直流电弧故障保护设备以满足光伏系统的需要。目前常规的电弧故障检测原理是根据对负载电流和电压的模数转换采样，在短时间内检测出电弧的产生，之后根据当时电压和电流的关系，采用傅立叶变换法则，得到负载的相位角状态，进而获得负载类型，并与已知的绝大多数负载电弧特征曲线与电弧特征比较，同时采用自学习方式，实时更新运行状态产生的正常电弧，并与之比较，进行判断得出结论，确定是负载运转所产生的正常电弧还是负载在非正常状态所产生的故障电弧。这种方式运用在交流低压系统中还是具有可行性的，但在光伏直流系统中，由于光伏发电特性是随时间和环境不可预测变化的；各类逆变器干扰波形也是不同且随负载变化；电弧故障发生地点和检测点之间还有不等数量的发电光伏板间隔，造成故障电弧波形的畸变也是不可预测变化的，因此前述的与已知故障特性比较和自学习两种模式都不适用于光伏发电系统中的直流电弧故障检测。

本发明通过研究故障电弧的本质，检测电压电流波形中的多个频率段的频谱分量能量占总频谱的能源比这一方法，创新性的开拓了一种新的直流电弧故障检测方法，可快速可靠的检测出可能引发火灾的直流电弧故障，确保光伏系统的安全。

发明内容

本发明目的是：通过检测电压电流波形中的多频率段的频谱分量能量占总频谱的能量比，确认系统中是否产生了可能引发火灾的直流电弧故障，确保光伏系统的安全运行，防止故障电弧引起的火灾发生。

电弧故障可能引发火灾的原因是在于其电弧中蕴含能量比较大，从电弧波形中分析，其主要能量分布在一个或多个较宽的频率带中。因此本发明通过检测光伏发电系统中的直流分量与其他高次频谱的能量比率关系来作为区分直流电弧故障的主要依据。

本发明采用以下的技术方案来实现，包括下述步骤：

1)实时采集电压值和电流值，并通过1Hz低通数字滤波得到电压直流分量U_DC和电流直流分量I_DC；通过1Hz高通数字滤波得到其他频率分量的噪音电压U_HY与噪音电流I_HY。

2)实时计算直流分量功率S_DC＝U_DC*I_DC及其他频谱功率S_HY＝U_HY*I_HY。

3)实时计算电弧功率比系数K_arc＝S_HY/S_DC，当K_arc小于预先设定的定值K_Normal，则判断此时光伏系统处于正常状态，返回到步骤1)；如果K_arc大于预先设定的定值K_Normal，则判断此时光伏系统处于电弧故障检测状态，转向步骤4)，并保存此时的S_DC为S_DCNormal。