[发明专利]检测电弧事件的方法和包括电弧检测器的电力系统

说明书

本公开涉及在电力系统中检测电弧事件的方法和包括电弧检测器的电力系统。具有DC分量的电力系统，例如光伏(太阳能)面板因为电缆中较小中断而出现电弧故障的问题。本公开描述了电弧故障检测系统，其捕获以段为单位数据，检查频谱以消除“假弧”特征和来自电力系统的功率转换器的干扰，然后检查电弧事件的清除的频谱。

技术领域

本公开涉及一种在电力系统(例如DC光伏电力系统)中检测电弧事件的方法、以及包括这种电弧检测器的电力系统。本文教导可以应用于具有直流电源的系统。

背景技术

已知电弧故障可能导致配电系统(如光伏(PV)发电系统和其他直流系统如微电网)的系统故障、电击危险和火灾。

电弧故障可能源自电缆的断线或中断，例如由于光伏阵列中的风损或热循环。光伏阵列直流侧的电弧是特别有问题的，因为光伏阵列将连续供电，因此保持电弧。因此，非常希望能够检测电弧故障并采取适当的措施，例如在光伏阵列中打开开关或连接到阵列的装置，以阻止电流流动。

光伏阵列通常与开关模式逆变器或其他开关模式电源相关联，因此，由于开关转换器产生的噪声，来自PV阵列的电流流动可能会迅速改变。这使得电弧故障检测成为一项艰巨的任务。

发明内容

根据本公开的第一方面提供一种在电源中检测电弧误差事件的方法。该方法包括下列步骤：分析电源中的电流流动，以形成在第一时间段内出现的电流流动的频域表示。然后分析频域表示以从表示中除去切换杂散 (如果有的话)。窄带杂散也被识别并且它们的影响被除去或减少。然后检查处理的频域表示用于电弧事件。

除去切换杂散的影响可涉及以切换杂散为中心应用一个或多个陷波滤波器，以便在频域分析中减弱它们的影响。滤波器可以被提供为梳状滤波器。另外或可选择地，可以围绕切换杂项应用曲线拟合，以便估计切换杂散的理想化形状，然后可以使用该理想化形状来减去或至少衰减切换杂散在频域表示中的影响。

该方法还可包括在随后或并发处理步骤中在频域表示内识别相对狭窄杂散。相对狭窄杂散可来自开关模式转换器的负载变化，或与PV阵列相关联的功率控制器的操作，以便修改开关模式转换器的操作以尝试并保持PV阵列的效率，例如当阵列的一部分被云遮蔽时。频域内的这些相对狭窄杂散的位置和数量是未知的。这可以与基于功率转换器的已知开关频率的切换杂散的位置和数量形成对比。在频域表示步骤中确定了相对狭窄杂散的位置之后，执行除去它们对频域表示的影响。这样的步骤可以包括对狭窄杂散的形状进行建模，以便消除它们对频域表示的影响，或者屏蔽频域表示的部分以指示其中存在狭窄杂散，使得该区域内的数据是在后续处理步骤中被忽略，或者通过默认值替换数据，或者通过除数值以减小其影响。通过换档操作可以非常快速地执行两个功能的分配。

一旦频域表示已被处理以去除或至少减弱相对狭窄杂散和其中的切换杂项的影响，然后可以将频域表示作为整体或多个段进行检查，以确定电弧故障状况是否可能。可以通过对表示频率范围的窗口内的频域表示的值或从窗口内的平均值求和来进行电弧故障状态的判断步骤，然后将该采样与阈值进行比较。在转换器的非开关周期期间，阈值可以是系统噪声的函数。可选择地，可以将噪声值平均化或假设，并且可以在将和或平均值与电弧检测阈值进行比较之前从窗口上的和或平均值中去除该值。

有利地，来自PV阵列的电流通过电流互感器或Rogowski线圈来监测，以便在执行电弧检测的部件和光伏阵列的输出之间提供电隔离。此外，使用电流互感器或Rogowski线圈具有从换能器输出中去除DC电流流动的作用。这可以简化后续模拟信号处理电路的设计，例如通过消除在较大动态范围上处理输入信号的需要。还可以使用诸如霍尔效应传感器或磁电阻器的其它传感器。此外，可以使用光磁场传感器(例如使用法拉第效应)。