光伏系统直流故障电弧识别方法研究

故障电弧已成为引起光伏产品发生火灾的最常见原因,研究光伏系统中直流故障电弧特性及检测方法对保障光伏系统运行的安全性和可靠性有重要意义。本文设计了光伏系统直流故障电弧测试系统,在光伏电池板不同的工作点下,采集不同电极间隙,不同位置处发生电弧时的电弧电压、电流信号,在研究电弧特性基础上,提取有利于故障电弧模式识别的电流信号的时频特征,通过BP神经网络进行故障电弧的检测。理论分析和实验结果表明了该方法的可行性和有效性。     

光伏系统直流侧故障电弧类型辨识及电路保护

光伏阵列中故障电弧类型分为串联型和并联型,针对不同类型的故障电弧需要采用不同的电路保护策略,研究光伏系统故障电弧特性、检测方法及故障电弧类型辨识方案对保证光伏系统运行的可靠性具有重要意义。为了能准确检测电弧信号,首先采集光伏系统直流母线电流信号,随后通过标准差提取信号时域特征、小波包分析提取信号频域特征,构建特征平面,根据信号在特征平面内的位置进行故障电弧检测;提出后断前检法(断开光伏系统直流母线,在断点前采集光伏阵列电压信号进行故障电弧再检测)进行串并联故障电弧区分。理论分析和实验结果验证了所提方法的可行性和正确性。     

光伏系统直流串联故障电弧检测方法

故障电弧是光伏系统电气火灾事故的常见原因,研究可靠的光伏系统直流故障电弧检测方法对保障系统运行和人身安全有重要意义。首先搭建了光伏系统直流故障电弧实验平台,采集了故障电弧典型电信号;接着对其进行了稳定性分析、时变性分析、相关性分析和随机性分析,并以特征显著、计算量小、抗干扰强为比选条件,选取欧拉特征作为故障电弧检测的最优特征;然后构建了故障电弧检测算法,算法以多阈值判断体系为核心发掘故障电弧差异于系统暂态过程的特征模式;最后,将算法硬件实现后在系统中再进行实验测试。结果表明,所提出的算法对不同光伏系统工作点和电弧产生方式条件下的故障电弧均可在0.5 s内实现正确检测。     

光伏系统直流电弧故障检测方法及其抗干扰研究

针对光伏系统直流侧故障电弧检测问题,提出了一种基于集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)和模糊C均值聚类(fuzzy C means clustering,FCM)的组合故障检测方法。首先采用EEMD分解法将光伏系统直流母线电流信号分解为若干个本征模态分量(intrinsic mode function,IMF),再利用模糊熵算法将本征模态分量熵值化,并从中提取能够表征故障电弧的特征向量,然后通过FCM算法进行故障电弧识别。理论分析和实验结果验证了所提方法的可行性和正确性。最后考虑到光伏系统的复杂性,研究了不同工况以及外界因素对故障电弧检测的影响,并通过仿真和实验数据证明所提检测方法具有良好的抗干扰能力。     

基于随机共振方法增强光伏直流故障电弧检测特征的研究

光伏直流系统中存在复杂多样的系统噪声干扰，使得故障电弧特征难以有效提取，因而增强故障电弧特征信息对准确检测故障电弧至关重要。为此，搭建含多种源荷、线路阻抗等元件的光伏直流故障电弧实验平台，研究随机共振方法对不同直流系统拓扑结构下故障电弧检测特征的增强效果。不同拓扑结构的故障电弧特征增强均有其独立的最优参数组合，蚁群算法寻找最优参数相较于传统的正交试验方法更具快速性及准确性，最优参数组合下随机共振处理后的检测特征可以更加有效地区分故障电弧与正常状态。通过对实验数据的计算与比较，验证了随机共振方法对不同拓扑结构故障电弧特征增强的普适性，最终基于支持向量机方法构建了直流故障电弧检测算法，得到较高的检测准确率。在故障电弧检测环节引入随机共振方法，可有效增强电弧检测特征的有效信息，保证高准确率的同时，降低故障电弧检测算法的设计难度，有利于高效、快速、精准地检测直流故障电弧。     

组串式光伏系统直流串联电弧故障检测与保护策略

直流串联电弧是引发光伏系统火灾事故的主要原因之一。针对直流电弧状态和故障问题,提出一种基于逆变器实现的组串式光伏系统直流串联电弧故障检测与保护方法。依据电弧故障的高频特性,以组串输入端滤波电容支路电流为量测获取串联电弧故障信号,基于样本熵和标准差建立串联电弧检测算法并构建2级保护判据及重投方案,保证故障处理的可靠性和灵敏性,并满足逆变器对高频信号低采样率的制约。根据光伏并网逆变器的工作原理和结构组成,提出实现电弧保护的逆变器硬件改造方案。搭建光伏系统电弧故障实验平台并开展实验研究。提出的方法能够实现可靠的检测与保护,在多种情况下验证了所提方法的有效性。     

基于电流频谱积分差值的光伏系统电弧故障检测和定位

光伏系统中的直流电弧故障由于具有负阻性而难以检测,严重危害系统的安全运行。该文提出利用并联电容电流的频谱积分差值检测光伏系统中直流电弧故障的方法,搭建了离网光伏实验平台,在光伏系统中各支路并联电容,利用霍尔电流传感器检测电容电流。同时研究了系统中不同位置发生串联或并联电弧故障时,电容电流的幅值、脉冲极性和频谱特性,并与对地短路故障和开关操作时的电容电流特性进行对比。对故障发生前后0.5 ms时间内的电流频谱进行积分,并计算频谱积分差值。研究结果表明:发生对地短路故障以及开关操作时,电容电流幅值远大于发生电弧故障时的幅值;电弧故障的频谱积分差值在1.1×104～2.5×104A·Hz范围内,能够作为直流电弧故障检测判据;电容电流首个脉冲的极性反映故障与电容并联支路的相对位置,可实现电弧故障定位。     

光伏系统直流侧故障电弧的检测与判别

针对光伏系统直流侧故障电弧的检测问题,本文提出了基于电弧时频域特性的阈值判断检测算法。首先,将电弧发生器接入实验光伏系统,以便可控地产生可重复的直流电弧波形。并利用传感器与示波器对实验电弧波形进行采集;其次,将得到的数据导入Matlab中进行傅里叶变换分析并得出电弧特性。通过理论分析和实验结果验证了所提方法的可行性。     

光伏系统故障电弧检测技术综述

为推进光伏系统直流端故障电弧检测技术的发展,概述了光伏系统直流端故障电弧产生的原因及分类,对当前光伏系统故障电弧检测的研究内容、成果及发展方向进行了调研,并分析与其他领域内直流故障电弧特性的差异,着重讨论了基于电流、电压波形和基于频率特性的检测原理和检测方法,最后对光伏系统故障电弧检测技术进行了展望。     

建筑直流供用电系统故障电弧检测技术研究综述

直流供用电系统集成光伏、储能、直流配电、柔性用电为一体,是目前建筑和电力行业的研究热点.直流电不过零点,直流电弧一旦产生将很难自行熄灭,产生火灾风险大,需要对直流故障电弧做有效识别及可靠保护.通过综述光伏、电储能、电动汽车、飞机、船舶、特/超高压等直流场景下故障电弧的研究现状,总结了典型场景下故障电弧检测方法并分析了建筑直流供用电系统的适用性.结合格力光伏未来屋直流社区真实场景,搭建故障电弧测试平台实测,提出构建单一用电电器的仿真模型及内置故障电弧检测专用算法,指出了建筑直流供用电系统电弧检测的技术研究方向,可为建筑直流供用电系统的故障电弧试验规范制定及检测技术研究提供支撑.     

光伏系统直流故障电弧时频域特性及其复合模型研究北大核心CSCD

故障电弧严重威胁着光伏系统的安全稳定运行,研究其物理特性及保护装置具有重要的意义。文中为了探究光伏系统内直流故障电弧的时频域特性,构建更适合系统级仿真的电弧模型,以MATLAB软件作为仿真平台,分别研究了3种不同类型的电弧模型。通过对仿真所得的故障电弧电流信号进行时频分析,得到了不同电弧模型的时频特征,并与实验波形及其时频特征进行对比,得到了不同模型在故障电弧时频特性仿真方面的优缺点。单一使用电弧噪声模型和U-I模型无法完整地描述故障电弧特性,将二者适当组合得到的复合模型仿真效果良好,最终对复合模型和黑盒模型在光伏系统故障电弧仿真的范围进行了讨论。提出的复合电弧模型为光伏系统故障电弧特征的研究及诊断方法的性能验证提供了有效的仿真手段。     

基于自适应特征频段的光伏故障电弧检测装置

针对直流故障电弧由于其强烈的随机性而难以检测的问题,提出了一种光伏系统直流电弧检测算法。首先用快速傅里叶变换(FFT)提取信号的频域特征,然后采用幅度熵自适应的方法选取特征频段。但特征频段的频谱分辨率较低,频率泄露严重,因此采用CZT来提高特征频段的频谱分辨率,最后利用极限学习机(ELM)神经网络进行故障电弧识别。并且基于该算法,此处设计了一种基于STM32嵌入式平台的光伏系统直流电弧检测装置,该装置不仅能够在实验室场景下实现故障电弧的检测,还能够在具体的光伏现场中实现高精准度的识别,具有重要的现实意义。     

基于SSTDR的光伏系统直流母线电弧故障在线检测与定位

针对光伏系统中直流母线上发生电弧故障危害重大且检测和定位困难的问题,提出一种基于传输线等效分布参数模型的扩展频谱时域反射法,对电弧故障进行在线检测和定位。该文研究直流母线发生故障电弧的原因和类型,对拓展频谱和时域反射进行理论分析,利用Simulink仿真平台建立直流母线电弧故障模型进行仿真,基于FPGA技术搭建实验平台,验证了理论正确性与可行性。实验结果表明,该方法能够实现对光伏系统直流母线电弧故障在线检测和定位,具有定位精度高、实时性好等优点。     

光伏系统直流故障电弧时频域特性及其复合模型研究

故障电弧严重威胁着光伏系统的安全稳定运行,研究其物理特性及保护装置具有重要的意义.文中为了探究光伏系统内直流故障电弧的时频域特性,构建更适合系统级仿真的电弧模型,以MATLAB软件作为仿真平台,分别研究了3种不同类型的电弧模型.通过对仿真所得的故障电弧电流信号进行时频分析,得到了不同电弧模型的时频特征,并与实验波形及其...     

低压直流系统故障电弧特性、检测和定位方法研究进展综述

低压直流系统的应用范围逐步扩大,直流电弧故障成为影响直流系统安全运行日益突出的问题。直流电弧不存在电流过零点,串联型电弧在原有回路中引入非线性电阻,而使回路电流减小。因此,串联型电弧故障较并联型电弧故障更难以检测。该文对直流故障电弧的国内外研究现状进行总结,从伏安特性和高频特性两个方面介绍直流故障电弧的特性,指出直流电弧特性研究中的不足;进而将直流电弧故障的检测和定位方法划分为基于辐射特性、基于电压和电流时频域阈值,以及模式识别的方法,分别阐述各类检测和定位方法的优缺点以及适用条件,指出故障检测和定位的难点,并对未来研究方向进行展望。     

光伏直流系统故障电弧检测方法研究综述

直流故障电弧,特别是串联故障电弧,是光伏系统（PV）发生火灾的重要原因。如果不及时发现和中断,此类危险事件可能导致灾难性火灾,将对人类安全和财产构成严重威胁。首先,文中分析了直流故障电弧发生的机理和故障特征;其次,综述了近几年光伏系统中直流故障电弧检测、定位方法。对最近发表的论文进行技术细节的总结和讨论;最后,针对直流系统,从实际应用的角度出发指出了当前亟需解决的问题,并展望了未来直流故障电弧检测以及故障电弧定位的应用场景和研究方向。     

基于FCM算法的光伏系统电弧故障检测方法研究北大核心CSCD

针对现有光伏系统电弧故障检测中易产生漏判、误判的问题,提出了一种基于FCM(模糊C均值聚类)算法的电弧故障检测方法。通过分析光伏系统电弧故障的时域、频域及电磁辐射特性,选取相邻窗口电流差值的峰峰值、电流频谱10~30 kHz频段的频域总能量与电磁信号的模极大值作为FCM的三维特征量,利用正常情况与故障情况下聚类中心在空间位置上的差异,实现光伏系统电弧故障的识别。仿真分析与试验结果表明,该方法能对光伏系统电弧故障进行准确识别且具有一定的抗干扰能力。     

光伏系统直流电弧故障特征及检测方法研究

该文主要针对光伏系统直流侧常见且危害较大的串联电弧故障问题展开研究。首先,搭建了光伏系统电弧故障实验平台,并利用该平台采集了正常状态及电弧故障状态下工作电流的数据,建立了试验数据库。随后,利用快速傅里叶变换对故障电弧的频率成分进行分析,确定了故障电弧的特征频带,并利用该特征频带选定了适用于串联电弧故障检测的最优小波函数。通过分析故障电弧信号最大值及小波细节系数d1的方差、模极大值,提出了3种能有效检测出电弧故障状态的时频域判据,并发现不同负载电流、不同电压及不同功率对这3种故障判据并无影响,最后提出一种基于时域与频域的电弧故障混合判据,该判据较单一判据具有更高的可靠性,为光伏系统直流电弧检测奠定了理论基础。     

基于电磁辐射时延估计的串联光伏直流电弧故障定位方法

串联直流电弧故障是光伏系统电气火灾的主要诱因,在系统运维中不仅需要识别电弧故障,更需要确定电弧故障的发生位置。针对光伏串联直流电弧故障定位问题,该文提出一种基于电弧电磁辐射信号广义互相关时延估计的故障定位方法。搭建光伏串联直流电弧故障定位试验平台,分析光伏串联直流电弧电磁辐射信号特性,其在电弧产生初期具有明显的脉冲变化特征,且电弧电磁辐射信号强度与电流变化率成正比。通过对比分析,选取性能较为均衡的Vivaldi天线进行电弧电磁辐射信号测量,其带宽为100 MHz～1 GHz。采用4根天线构成的Vivaldi天线阵列进行电弧故障定位,其天线分别位于棱长1 m的正三棱锥顶点。利用最大似然加权算法进行广义互相关时延估计的加权处理,减少信号噪声影响;同时用最小二乘法进行电弧电磁辐射信号互相关频谱峰值拟合,从而减小频谱计算中栅栏效应的影响。试验结果表明,所提方法的定位误差在15%以内,为基于电弧电磁辐射的故障定位策略应用提供了依据。     

光伏系统直流串联电弧故障检测研究

搭建了光伏系统电弧故障实验平台,采集系统运行时的电流作为电弧检测的依据,利用时频域分析相结合的方法对电弧故障进行检测。分析发现系统正常运行和发生电弧故障时的电流信号在时域上的平均值变化特征明显,而在频域上利用小波对电弧电流及正常电流做5层分解,利用d5频段能量可有效对正常、阴影遮挡及故障运行状态进行区分。最后,采用将时频域特征结合利用阈值对电弧故障进行二次判断的方法对电弧故障进行检测,检测结果证明了该方法的有效性与可行性。