[发明专利]光伏系统故障电弧检测方法

说明书

本发明公开了一种混合二次型时频分布特征和自适应乘积函数分析的光伏系统故障电弧检测方法，通过局部均值分解分析电流信号，选取某一阶乘积函数作为特征量；通过二次型时频分布分析电流信号，在有效指示故障电弧发生的频段中选取多个频率分量作为另一组特征量。由实时极差法处理多组特征值获得实时极差值输入至极限学习机，通过极限学习机的输出值来判断是否存在故障电弧，最终依据设定触发标准发出切断信号。本发明选取的特征量能准确发现故障电弧，明显区分故障电弧发生前后的本质差异，极限学习机能快速、准确地判断多种负载工况条件下的故障电弧，及时切断故障电弧支路，与现有直流故障电弧检测技术相比，具有适用范围广、拓展性强等优点。

技术领域

本发明属于光伏电气故障检测技术领域，具体涉及一种通过局部均值分解获取某一阶电流信号乘积函数，通过二次型时频分布获取电流信号的多个频率分量，由实时极差法处理多个特征值得到相应的实时极差值，输入至极限学习机进行故障电弧识别，由此实现多负载工况下光伏系统故障电弧的准确检测。

背景技术

随着能源紧缺问题的日益严峻和可持续发展理念的提出，光伏发电这一新型环保的可再生能源在居民用电和工业领域得到了大规模应用。然而，欧美等地区陆续发生多起由故障电弧引起的光伏系统火灾事件。伴随着光伏电站投入运行年限的增加，绝缘的老化、电缆的破裂、光伏模块(接线端子、连接汇流盒)松动都有可能引发故障电弧。故障电弧发生后，会不断吸收光伏系统输出的电能而产生高温特性，将临近的电缆、电器设备以及汇流箱烧毁，引发火灾。目前，实际负载需求不断提升光伏电压等级，相应地光伏系统故障电弧也更容易发生，严重威胁周围环境中的生命财产安全。目前的熔断器、断路器等交流保护装置只能对过流、短路等情况进行防护，而对光伏直流侧发生的故障电弧防护无能为力。交流故障检测装置的失效和光伏系统的大量应用令光伏系统故障电弧的针对性检测、隔离问题日益突出，因此，研究光伏系统故障电弧针对性监测和保护技术是保障光伏系统安全稳定运行的前提之一。

现有的光伏系统故障电弧检测方法往往仅适用于电阻或逆变器之一的单一光伏负载类型，无法保障适用于离网型光伏系统的故障电弧检测算法亦适用于并网型光伏系统。当不变更检测算法框架而直接将电阻负载工况下的光伏系统故障电弧检测算法运用于逆变器负载工况时，由于并网型光伏系统内的逆变器会产生电阻性负载不具有的电力电子装置噪声干扰，可能会造成某些故障电弧工况的拒动问题而引发不必要的光伏系统火灾事故。即便寻求到了全部光伏系统负载工况下的故障电弧共同特征，不同逆变器负载形式也会产生不同的电力电子装置干扰影响，相应的阈值设定过程也需进行静态变更以适应多负载工况电流信号的不同特征，这一合适阈值设定范围的调试确认过程也过于繁琐。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的光伏系统故障电弧检测方法适用范围狭窄、仅能适用于单一的光伏系统负载、直接移植便可能造成光伏系统故障电弧拒动的问题，提供了一种混合二次型时频分布特征和自适应乘积函数分析的光伏系统故障电弧检测方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

1)按照设定的时间段T_S对电流信号进行采样，然后进行小波去噪处理，转至步骤2)；

2)通过局部均值分解获得电流信号的多个乘积函数，选取能指示故障电弧发生时刻的某一阶乘积函数，作为判断故障电弧的一组判断依据(即特征值S_i，i表示当前时间段的计数值)，对所述电流信号进行二次型时频分布分析，选取多个能反映故障电弧特征的频率分量对应的幅值，作为另一组判断依据(即特征量f_ji，j＝1,2…n，n表示选取的频率分量个数，n>1)，转至步骤3)；

3)通过实时极差法处理两组特征值得到相应的实时极差值，作为极限学习机的输入，转至步骤4)；

4)通过识别当前时间段下的光伏系统状态，极限学习机输出相应的值：判断光伏系统内存在故障电弧时，极限学习机输出1；判断光伏系统正常运行时，极限学习机输出0，转至步骤5)；