[发明专利]一种基于半实物仿真的光伏电弧保护设备检测平台

说明书

本发明属于光伏发电系统防电弧领域，具体公开了一种基于半实物仿真的光伏电弧保护设备检测平台。该检测平台由仿真平台、信号转接装置、实物控制板和检测设备组成；仿真平台由包含光伏电站模型的计算机、通信线和半实物仿真器组成；光伏直流电弧模型基于Habedank电弧模型理论，进行光伏直流电弧的快速检测或防护。本发明基于高灵活性和高准确性的半实物仿真，并结合了具有高仿真精度的Habedank直流电弧模型，能够满足各种形式的电站模型，可以有效地实现基于电站实际特性对直流电弧保护设备的快速检测。

技术领域

本发明属于光伏发电系统防电弧领域，具体涉及一种基于半实物仿真的光伏电弧保护设备检测平台。

背景技术

随着国家光伏装机容量数目的快速增长和电站运行时间的增加，一些短期发现不了的问题日渐凸显，其中直流故障电弧为典型代表，主要是由于电气部件老化、动物啃咬、接插件松脱等原因引起的，本质上是一种气体放电现象，具有电流密度大、维持电压低的特点。在光伏系统中，松动的连接处、因绝缘材料失效而裸露的导体等均有可能形成放电通道，产生电弧。由于电弧温度高达几千摄氏度，短时间内产生的热量足以点燃与电弧接近的可燃物，导致光伏系统故障乃至火灾事故，造成严重财产损失。

为此国际标准规定需要进行光伏直流电弧的快速检测或防护，但现有的光伏系统直流电弧保护设备，大多针对特定串联电弧情况进行检测或保护，面对电弧发生的多种可能性，包括并联电弧和对地电弧情况，均不能达到很高的正确率，因此适用性相对狭窄。目前尚未出现能够基于电站实际特征对直流电弧保护设备进行检验的快速测试平台。

发明内容

为了防止上述现有技术中存在的缺陷给系统带来危害，本发明基于高灵活性和高准确性的半实物仿真，并结合了具有高仿真精度的Habedank直流电弧模型，提出了一种能够满足各种形式的电站模型的光伏电弧保护设备检测平台。

本发明提出的一种基于半实物仿真的光伏电弧保护设备检测平台，由仿真平台、信号转接装置、实物控制板和检测设备组成；所述仿真平台由包含光伏电站模型的计算机、通信线和半实物仿真器组成，所述包含光伏电站模型的计算机的数字信号端口通过通信线与所述半实物仿真器相连；所述半实物仿真器、信号转接装置、实物控制板和检测设备依次相连；所述光伏电站模型包括单组串结构、多组串并联结构和多阵列结构，由若干个光伏直流电弧模型、若干个光伏电池板组件、汇流箱、逆变器和交流电网组成，所述任意一个光伏直流电弧模型串联于任意两个光伏电池板组件或光伏电池板组件与接地部件之间的线缆上，形成串联拉弧、并联拉弧和对地拉弧三种形式；若干个光伏电池板组件依次连接池流箱、逆变器和交流电网；

所述光伏直流电弧模型包括含有电流采集端口和双端电压采集端口的信号输入端口、电压表、消除代数环的子模块、阶跃信号模块、实现电弧微分方程的子模块、受控电流源和信号输出端口，信号输入端口的输出端连接电压表，电压表连接消除代数环的子模块的输入端，消除代数环的子模块的输出端连接实现电弧微分方程的子模块的输入端，阶跃信号模块的输出端连接实现电弧微分方程的子模块的输入端，实现电弧微分方程的子模块的输出端通过受控电流源连接信号输出端口；所述光伏直流电弧模型的拓扑结构符合Habedank电弧模型公式；基于Habedank电弧模型理论，在忽略外界环境干扰和电弧阴极、阳极斑点跳动产生的波动的条件下，通过与实际测量值进行拟合得到：

式中P_loss为Mayr耗散功率；U_C为Cassie恒定电弧电压，α为用于与实际测量值拟合的参数，电压u与电流i均为实验测量值；用数值逼近法，将α取不同的数值，并计算出相应的P_loss及U_C进行matlab仿真，数值结果与实际情况最为接近的α值，即为该电路条件下的α值；

所述光伏电站模型输出拓扑结构中各回路的位置信息和电弧信息；所述实物控制板内包含受测光伏电弧保护设备；所述检测设备能对实物控制板输出的保护信号进行检测；