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。     

基于信息熵的自适应窗长光伏系统直流串联电弧故障识别研究

采用对电流参数最终归一化的时域分析和基于信息熵自适应选取窗长的频域分析相结合的方法,研究了光伏发电系统直流串联电弧故障的识别问题。通过设计自适应窗函数,获得直流侧电流归一化的时域信息和基于信息熵自适应选取窗长的频域信息。根据串联电弧故障状态和正常工作状态下的特征差异,提出了用时频域信息结合以提高识别灵敏度的方法,经实验验证,该方法能可靠地识别各种状态下的串联电弧故障,不受阴影遮挡等条件的影响,可在保障光伏发电系统安全运行中发挥积极作用。     

基于平稳小波变换的光伏直流串联电弧故障检测

光伏系统直流串联电弧故障具有随机性和隐蔽性的特点,且容易受到外部环境和光伏系统内部噪声的影响,难以检测。利用小波变换提取的电流时频域特征对电弧故障有很好的辨识度,但面临小波基选取的问题。在采集大量电弧故障数据的基础上,通过小波变换分析和对比实验,提出一种针对常用电弧故障特征指标提取的最优小波基选取方法。通过此方法确定bior4.4小波基为提取电弧故障特征的最优小波基,并由此构建基于bior4.4平稳小波变换的时频域特征。通过对比试验发现,基于bior4.4的时频域特征对电弧故障的辨识度明显提高,且表现出对正常噪声信号的抑制作用。为从多角度反映电弧故障特征,补充时域特征,并与时频域特征结合构成电流特征库,利用随机森林算法实现电弧故障的诊断。电弧故障检测准确率达到98.58%,正常信号的误判率仅为0.76%。     

基于邻波电流差与随机性的交流串联电弧故障识别

低压电力线路的交流串联电弧故障易引发电气火灾,造成人身财产损失。根据故障的电流突变量幅值与电流变化量的电弧随机性特征,提出了基于电流邻波绝对差与随机性的电弧识别方法。该方法基于故障前后的电流突变量变化规律,以突变幅度作为故障启动判据。然后根据故障周期间电流变化量在不同负载种类、气隙间距下的电弧随机特征时域分布,构建了电弧故障存在性判据。最后通过一维卷积神经网络综合识别电弧故障。当故障支路负载功率占比20%时,所提方法使用未训练干路数据的平均检测准确率为90.97%,可有效检测串联电弧故障,具有较好的适应性。     

串联直流电弧特性及其在故障诊断中的应用

直流电弧故障常常会威胁到各种电力电子系统的安全运行,由于其本身的随机性和不稳定性,直流电弧故障很难被有效地检测出来。笔者设计了一套串联直流电弧试验系统用以研究不同因素如负载电流、直流源电压以及电极间隙长度对直流电弧特性的影响。在试验中,负载电流在6~30 A之间变化,直流源电压在75~300 V之间变化。同时还进行了固定源电压和负载电流下不同间隙长度的试验以研究电弧长度对电弧特性的影响。根据以上试验结果,进行了初步的电弧电压—电流特性的研究。最后,通过对时间窗内电流变化率的分析,研究了电弧电流的脉冲模式。以上研究结果为直流电弧特性研究及直流电弧故障检测提供了重要的基础。     

基于高斯过程分类的串联直流电弧故障检测

随着可再生能源和电力电子技术的飞速发展,直流系统在各个领域都得到了广泛应用。但由绝缘损坏、接头松动等原因引起的直流电弧故障是威胁直流系统正常运行的主要因素。为了解决直流电弧故障由于不存在过零点和平肩现象而难以检测的问题,文中将高斯过程模型引入电弧故障研究,进行不同负载下串联直流电弧故障试验。通过提取电流差均值、谐波能量和组成特征向量,利用高斯过程分类进行电弧故障训练、预测分类。试验结果表明,该检测方法能够准确识别电弧故障。     

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...     

基于dsPIC的电弧故障检测装置

在分析故障电弧特征的基础上,利用Matlab对故障电弧波形进行3次B样条小波分解。经分析得m,可利用第4尺度下的细节分量最大值作为判断故障电弧发生的依据。在实物设计中,以dsPIC为核心搭建了电弧电流采样硬件电路、继电器控制硬件电路,编写Mallat小波分解算法程序、故障判断程序等,设计了一个基于dsPIC的电弧故障检测系统。最后,搭建了串联电弧故障模拟试验电路,并以电水壶为典型负裁对系统的功能进行测试。通过试验,验证了系统对于电弧故障识别的有效性。     

基于电弧电流高频分量的串联交流电弧故障检测方法

通过分析典型负载下电弧电流高频分量在时域与频域表现出的不同特征,提出一种串联交流电弧故障检测方法。该方法利用电弧电流变化率与其有效值的比值以及6~12k Hz频段电流幅值这2个特征参量进行串联交流电弧故障识别;并利用负载启动电流持续时间远远小于电弧电流持续时间的特点,设定电弧故障检测时间阈值,降低负载启动过程对串联交流电弧故障检测的影响。试验结果表明,所提方法能够实现串联交流电弧故障的快速检测,对硬件要求相对较低,简便易行。     

低压电弧故障的研究与分析

阐述了低压电弧故障检测的研究背景意义、内容成果及发展。介绍了电弧、电弧故障及电弧故障断路器的概念。分析了低压电弧故障的产生、分类及一般特征。分别讨论了系统电压、系统电流、PVC绝缘电缆以及绝缘温度等级对电弧故障产生火灾的影响。     

基于广义基尼指数和脉冲神经网络的航空交流 串联电弧故障检测

航空电缆在振动作用下很容易产生电连接器松动、线束断裂等情况,从而引起交流电弧故障。针对交流串联电弧故 障时频域特征不明显而引起的故障检测问题,提出了一种基于广义基尼指数(generalized Gini indices,GGI)和脉冲神经网络 (spiking neural network,SNN)的电弧故障检测方法。首先,提出用广义基尼指数对试验数据电流波形进行分析;其次判断正 常周期和故障周期下的数值差距,然后与时域特征指标裕度、峭度、脉冲因子相比,所提指数对电流波形周期故障判断更准 确;最后,将广义基尼指数转变成特征值,代入到积分泄漏发放(leaky integrate-and-fire,LIF)模型进行训练,进一步提高方法 的普适性。试验结果表明,该方法能够快速有效地检测航空交流串联电弧故障。     

利用暂态电流的谐振接地电网故障选线自适应新方法

谐振接地系统(NES)发生单相接地故障时,由于故障电流小及接地点电弧不稳定等原因,其零序故障电流准确获取和定值整定困难,使其故障线路的检出仍是难题。在分析小电流接地系统单相电弧接地故障时各线路零序暂态电流特征的基础上,提出一种基于暂态电流的故障选线自适应方法。利用所有健全线路暂态电流与故障线路暂态电流之差为最小值的原理,构成故障选线算法。新方法不仅能消除故障电流小和接地点电弧不稳定影响,而且还能在短线故障时,克服健全长线电容电流的影响,有很强的抗干扰能力,毋需整定,不涉及极性和方向的判断,具有自适应性,可大大改善保护对故障线路检出性能。大量的数字仿真结果表明,该方法有效。     

基于单传感器快速独立分量分析电弧故障检测的研究

为了准确识别电弧故障特征信号,提出在单个传感器的情况下运用FastICA算法。通过对不同负载分离后的噪声信号进行高阶累积量分析,发现故障电弧发生时,电路中的噪声信号的三阶累积量发生明显的负偏移状态,相比负载正常工作时电路中的噪声信号为近似白噪声,其三阶累积量近似为0。大量试验表明,通过检测电路中噪声信号的三阶累积量变化可以有效识别电弧故障。     

基于多特征融合的光伏系统串联直流电弧故障识别方法

针对目前光伏系统中存在的串联直流电弧故障特征量少、识别定位困难等问题,提出一种基于多特征融合的光伏系统串联直流电弧故障识别方法。首先搭建实验平台,采集正常和串联直流电弧故障下的电流信号并利用小波变换进行降噪;其次,对降噪后信号提取时域上的电流均值变化率和电流周期最值差特征量,并提取频域上的各频带能量及能量比,利用集合经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition, EEMD）得到各阶信号本征模态函数（intrinsic mode function,IMF）,计算各阶IMF故障信号与正常信号余弦相似度,并提取相似度较低电弧的IMF能量熵特征;然后,以时域、频域、能量熵特征构成多维特征向量,构建故障电弧特征空间,通过实验确定故障空间边界参数,得到特征判据,根据多维特征判据实现直流电弧故障检测;最后,通过实验分析验证所提方法的准确性。     

基于自组织特征映射网络的电弧故障检测方法

一般利用故障电弧产生时的电流波形特性进行电弧故障检测。随着线路负载种类的日益增多,故障电弧产生时的电流波形与某些负载无弧情况下的电流波形十分相似,难以通过简单的电流时频域特征进行电弧故障检测,影响电弧故障检测的准确性。针对该问题,提出一种自组织特征映射网络与滑窗法相结合的电弧故障检测方法,在自组织特征映射网络自主挖掘电流数据内在特征的基础上,利用相邻周期电流样本之间的关联性与连续性,对电流信号进行连续检测,提高电弧故障检测准确率。所提方法能有效实现电弧故障检测,电弧故障检测准确率可达99 %。     

融合CEEMDAN分解与敏感IMF精选的串联电弧故障检测

针对串联电弧故障检测困难,以及基于分解策略的检测方法难以捕获敏感判别分量的问题,提出一种融合自适应噪声的完备经验模态分解(CEEMDAN)和敏感本征模态函数(IMF)精选的串联电弧故障检测方法。本方法采用CEEMDAN算法对故障电弧电流进行完备分解;并定义了电弧电流的12个特征指标,以敏感性较强的峭度指标和能量特征作为判定依据,从而实现了IMF分量的频段划分;在此基础上,提出了基于时间窗的特征计算方法,通过获取各高频IMF分量的时间维度局部特征,并通过比较方差、均方根值等特征指标实现敏感IMF分量的准确选取。最后,针对电流特征集,采用主成分分析实现二次降维,并基于支持向量机(SVM)实现串联电弧故障检测。实验证明了所提方法的可行性和电弧故障检测的有效性。     

谐振接地配电网电弧接地故障暂态分析方法与辨识

谐振接地中压配电网常发生电弧接地故障,传统的故障暂态分析方法多将电弧电阻简化为线性过渡电阻后代入故障暂态等值电路求解,电弧非线性特征难以体现.针对该问题,适当简化电弧黑盒模型,提出一种适用于谐振接地配电网电弧接地故障的暂态分析方法,定量计算不同过渡电阻下电弧接地故障暂态电流的解析表达式,并根据电弧电压的奇频次谐波衰减特...     

高压直流输电线路故障特征影响因素分析

详细研究直流线路故障特征及其影响因素,对制定线路保护方案以及保证直流系统安全运行具有重要意义。为了进一步分析故障极直流线路的故障特征,笔者在建立直流线路故障等值电路模型基础上,应用拉普拉斯变换求解电路方程。分析了不同故障条件包括过渡电阻、故障位置、初始负荷水平和直流控制系统对于直流线路故障特征量的影响。指出过渡电阻是影响直流电压的主要影响因素,直流控制系统是影响故障后直流电流涌流的主要影响因素。该结论应用于天广直流改造工程中,实践证明了其正确性。     

基于时频域分析和随机森林的故障电弧检测

针对生活用电器品种繁多,不同类型用电器之间的故障电流与正常电流波形可能类似,导致传统的故障电弧识别方法不能有效检测的问题,提出一种时频域分析与随机森林结合且适用于多种典型负载单独或混合工作的串联型低压故障电弧识别方法。根据收集到的多种负载频谱与纯阻性负载频谱的相关系数,将负载分为开关电源型负载和非开关电源型负载,分别训练两个随机森林模型对其进行故障识别。实验一共收集33 723组正常和故障电流样本验证提出的检测方法,证明所提方法能够提高故障电弧识别率。     

电弧故障识别及保护的新技术

介绍了电弧故障的产生机理和特征,及国外有关电弧故障检测和判别方法.分析了近年来电弧故障保护产品的概况,包括电弧故障断路器的组成原理,电弧故障信号的检测方法和要求,电弧故障识别和判定方法及国外最新专利技术.